CN108498980B - 减弱在具有易燃制冷剂的系统中的火焰蔓延的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供减弱在具有易燃制冷剂的系统中的火焰蔓延的方法，具体来说用于减弱朝向或来自制冷剂源和点火源的火焰蔓延的方法，所述制冷剂源和点火源位于冷却系统中或冷却系统附近，所述方法包括将金属网阻火器定位在所述制冷剂源和所述点火源之间。所述方法允许使用易燃制冷剂具有减弱的着火风险。

Description

减弱在具有易燃制冷剂的系统中的火焰蔓延的方法

本申请是以下申请的分案申请：申请日2012年1月11日，申请号201280004945.X，发明名称为“减弱在具有易燃制冷剂的系统中的火焰蔓延的方法”。

技术领域

本公开发明涉及与制冷剂和空调系统一起使用的阻火器领域，尤其是移动式和固定式制冷剂和空调系统。

背景技术

由于蒙特利尔议定书规定逐步停止使用损耗臭氧层的氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)，因此在过去几十年来，制冷产业一直致力于寻找替代制冷剂。对大多数制冷剂产商而言，解决方案一直是氢氟烃(HFC)制冷剂的商品化。包括HFC-134a在内的新型HFC制冷剂具有零臭氧损耗潜势，因此不受当前蒙特利尔议定书逐步淘汰规定的影响。

其它环保法规可能会最终导致全球性地逐步淘汰某些HFC制冷剂。目前，工业正面临与用于移动空调中的制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)有关的法规约束。如果对例如固定式空调系统和制冷系统的法规约束在将来更加广泛实施，则对能够用于制冷和空调产业所有领域的制冷剂的需求将感到甚至更加迫切。为了获得低GWP，已经推出了具有不同水平易燃性的氢氟烃和烃制冷剂

使用易燃制冷剂的制冷剂系统如空调、制冷或热泵系统可能由于交通事故或系统故障渗漏或换句话讲逸出制冷剂容器或管道。当制冷剂暴露于潜在的点火源如在汽车发动机室内的那些时，存在着火的潜在可能性。例如，在制冷剂管道或容器被切割、穿孔、破裂、或换句话讲损毁的情况下，例如在汽车事故中，易燃制冷剂可接触某些点火源并因此导致着火。系统需要防止制冷剂着火以及除此之外阻止火焰蔓延至附近的其他易燃材料，其还可损坏在火源周围的物质或材料或对乘客造成风险。

发明内容

本发明提供用于减弱朝向或来自制冷剂源和点火源的火焰蔓延的方法，所述制冷剂源和点火源位于冷却系统中或冷却系统附近，所述方法包括将金属网阻火器定位在所述制冷剂源和所述点火源之间。

综述以及以下具体实施方式仅出于示例性和说明性的目的，并不是对本发明进行限制，本发明受所附权利要求书的限定。

附图说明

为了举例说明本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例；然而本发明并不限于所公开的具体方法、组合物及装置。此外，附图未必按比例绘制。在附图中：

图1示出本发明的一个实施例，其涉及汽车排气歧管，其中歧管组件覆盖有阻火器。

图2示出本发明的一个实施例，其涉及固定式加热和冷却系统如住宅加热炉/空调，其中阻火器定位在和蒸发器热源之间。

图3是在实例1和2中使用的杯形阻火器。

具体实施方式

应当了解，本发明并不限于本文所述和/或所示的具体装置、方法、应用、条件或参数，并且本文所用术语仅为了以举例的方式描述特定实施例而不旨在限制受权利要求书保护的本发明。此外，除非在上下文中以另外方式清楚表明，如包括所附权利要求的说明书中所用，单数形式“一个”、“一种”或“所述”包括复数，并且参考的特定数值包括至少该特定值，如本文所用，术语“多个”是指一个以上。当表述数值的范围时，另一个实施例包括从一个具体值和/或到另一个具体值。类似地，当数值被表示为近似值时，应当理解，通过利用先行词“大约”，特定值形成另一个实施例。所有均包括或结合端值在内。

应当理解，为清楚起见本文描述在不同实施例中的本发明的某些特征也可组合在单个实施例中被提供。反之，为简化起见，在单个实施例的上下文中所描述的本发明的多个部件也可以分别提供，或以任何子组合的方式提供。此外，范围内提出的相关数值包括所述范围内的每个值。

在使用制冷剂工作液的冷却系统中可存在多个点火源。例如，在汽车空调系统中包含制冷剂，它包含在汽车发动机室内。这些点火源包括例如熔断器、电加热器、发动机排气歧管、催化转化器、或涡轮增压器、以及与此类点火源相关联的热表面。这些点火源可位于火焰或火花开始或蔓延处，或者可能位于火焰可能经过处。

冷却系统包括致冷系统、空调系统、和热泵系统、以及组合空调和加热系统，例如包括加热炉的一体式加热/冷却系统。这些系统包括空调、冷冻机、冷藏机、热泵、水冷却器、满液式蒸发冷却器、直接膨胀式冷却器、步入式冷藏柜、热泵、移动式冷藏机、移动式空调装置，以及它们的组合。

如本文所用，移动式热传递系统是指整合到公路、铁路、海洋或空中运输装置中的任何制冷、空调或加热设备。此外，移动式冷藏或空调装置包括独立于任何移动载体并被称为“联合运输”系统的那些设备。此类联合运输系统包括“集装箱”(海路/陆路联合运输)以及“可折卸货厢”(公路/铁路联合运输)。

如本文所用，固定式热传递系统是在运转期间固定在一个地方的系统。固定式热传递系统可结合到任何类型建筑之中或连结到其上，或者可以是位于户外的独立式装置，诸如饮料或小吃自动贩卖机。这些固定式应用可以是固定式空调和热泵(包括但不限于冷却器、高温热泵、住宅空调、商业或工业空调系统，并且包括窗式冷却器、无管式冷却导管式冷却器、整体式末端冷却器，以及在建筑外部但与建筑连接的那些如屋顶系统)。在固定式制冷应用中，所公开的组合物可用于设备中，所述设备包括商业、工业或住宅冷藏机和冷冻机、制冰机、整体式冷却机和冷冻机、满液式蒸发冷却器、直接膨胀式冷却器、步入式和手取式冷却机和冷冻机，以及系统的组合。在一些实施例中，所公开的组合物可用于超市制冷系统中。此外，固定式系统包括采用初级制冷剂和次级热传递流体的二次回路系统。

易燃制冷剂能够在空气的存在下点燃和/或蔓延火焰的制冷剂。在ASTM(AmericanSociety of Testing and Materials)E681指定的测试条件下测定制冷剂的易燃性。测试数据指示，在指定温度(如ASHRAE(American Society of Heating，Refrigerating andAir-Conditioning Engineers)在ASHRAE标准34中指定)下，组合物是否易燃。

制冷剂源的例子包括机动车空调系统或热泵系统与固定式加热炉或空调/炉组合系统。此类系统可包括包含一种或多种四氟丙烯的制冷剂。本发明尤其可用于阻止暴露于低GWP四氟丙烯制冷剂的火焰的蔓延，制冷剂例如2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)；顺式-1,3,3,3-四氟丙烯(顺式-HFO-1234ze)；反式-1,3,3,3-四氟丙烯(反式-HFO-1234ze)；顺式-1,2,3,3-四氟丙烯(顺式-HFO-1234ye)；反式-1,2,3,3-四氟丙烯(反式-HFO-1234ye)；1,1,2,3-四氟丙烯(HFO-1234yc)；和1,1,3,3-四氟丙烯(HFO-1234zc)。可存在于发动机室中的其他类型易燃制冷剂包括1,1-二氟乙烷(HFC-152a)和二氟甲烷(HFC-32)。另外，可存在于发动机室中的易燃制冷剂包括四氟丙烯与二氟甲烷(HFC-32)和/或1,1-二氟乙烷(HFC-152a)的混合物。在一个实施例中，制冷剂包含2,3,3,3-四氟丙烯。在另一个实施例中，制冷剂包含反式-1,3,3,3-四氟丙烯。在另一个实施例中，制冷剂包含二氟甲烷。在另一个实施例中，制冷剂包含1,1-二氟乙烷。

包含系统需要防止易燃制冷剂着火或抑制或减轻火焰从制冷剂着火处的蔓延。例如，制冷剂可从装有制冷剂的管道或容器中漏出并且制冷剂当暴露于火焰、热表面、或火花时可着火。本公开涉及特定阻火器的使用，例如在阻止暴露于如上所述的四氟丙烯或其他易燃制冷剂的火焰蔓延的那些阻火器中的使用。

阻火器通过迫使火焰通过过于狭窄而不允许火焰持续的通道而行使功能。这些通道可为规则排列的如金属网(例如丝网)或具有打孔的金属板，或者为不规则的如随机填料的那些。阻止火焰前缘需要的通道的所需尺寸可能根椐泄漏制冷剂的易燃性差别很大。

金属网阻火器在本发明中是尤其有用的。这些阻火器通常包括平面片材，但是也可根椐涉及的用途采用其他形状。例如，金属网阻火器可为柔性的以围绕特定着火或制冷剂源包起来。

本发明的阻火器可由金属如316不锈钢、304不锈钢、碳钢、铝、或铜构成。在一个实施例中，网具有约60％或更小，更优选地52％或更小的开口面积。在某些实施例中，具有对称孔尺寸的金属网阻火器具有.028英寸或更小，更优选地0.023英寸或更小的开口宽度。

目尺寸用“每英寸目数”指示。每英寸目数是在一英寸丝网片材内的开口(或如上所述的通道)数。这种尺寸用两个数字表达，例如3×3，其是指在一英寸中有三个水平开口和三个竖直开口。开口面积(或开口空间)是网中由开口(或通道)构成的筛网面积百分比。

在本发明的另一个实施例中，可使用两个或更多个金属网片。例如，可定位两个或更多个金属网片使得各片的网孔以错位方式排列，并且可限定不同的有效开口宽度和开口面积以减弱火焰蔓延。在某些实施例中，两个或更多个金属网筛网可排成一列以形成总金属网阻火器，其具有约63％或更小的优选开口面积，和约0.132英寸或更小的网开口宽度，更优选的开口面积为约56％或更小并且网开口宽度为约0.075英寸或更小。

阻火器通常定位在制冷剂源和点火源之间，优选地靠近点火源以阻止火焰显著蔓延到远离点火源的地方。例如，通过阻止火焰从汽车排气歧管蔓延可降低发动机损坏的可能性。在热歧管暴露于渗漏制冷剂并发生着火的情况下，这可通过将金属网阻火器包在排气歧管周围，从而抑制火焰蔓延到远离排气歧管处来完成。

在一些实施例中，金属网距点火源的距离将为几毫米至几厘米。在一个实施例中，金属网和点火源之间的距离为约2mm至约5cm。在另一个实施例中，金属网和点火源之间的距离为约5mm至约3cm。在另一个实施例中，金属网和点火源之间的距离为约1cm至约2cm。图1示出其中金属网阻火器包在歧管周围的实施例。因此，如果空调系统发生渗漏并且制冷剂蒸气或液体通过阻火器网并被热表面着火，例如排气歧管(或其他点火源)，火焰前缘可能试图蔓延，但是如果针对遇到的火焰类型正确地设计例如孔尺寸，可被金属网阻火器阻止。

结合图1，在包括含有制冷剂的空调的移动式系统的一个实施例中显示阻火器。具体地，在图1中示出附接阻火器的汽车排气歧管。发动机缸体110具有多个排气出口。这些出口连接至排气歧管112。排出的空气通过出口流出发动机缸体并进入排气歧管。多个排出气流汇合成单一气流，流入排气管116。金属网阻火器120从发动机缸体的连接部118开始至排气管的连接部114覆盖整个排气歧管112。在另一个实施例中，金属网阻火器可任选地延伸以覆盖排气管116的至少一些部分，在图1中表示为120a。金属网阻火器可通过足以将它保持在原位的任何方法连接。连接金属网阻火器与排气歧管的方法例如包括焊接(例如连续焊接或点焊接)、硬钎焊、和紧固件如螺钉或螺栓。在一个实施例中，可利用现有的紧固件例如螺栓，其用于附接排气歧管到图1中的发动机缸体118上。在另一个实施例中，可将阻火器加入新系统设计。图1示出覆盖整个排气歧管的单个金属网阻火器，然而在其它实施例中，各个金属网阻火器可围绕排气歧管的各管。

图2示出在固定式加热/空调系统10(有时称为一体式加热/冷却单元)中的阻火器的应用。在图2中，12是从需加热或冷却的空间例如壳体回气的导管。空间的回气流过导管12，通过过滤器14进入鼓风单元20。鼓风单元包含鼓风机或风扇以将空气送入加热炉30，并且从那里通过蒸发器单元40并进入风管，其引导空气进入需加热的壳体或其他空间。加热炉包括加热元件18，它可为气体(例如丙烷或天然气)或油火焰或电加热元件或线圈。蒸发器单元40包括金属网阻火器22和蒸发器24，其包含制冷剂。制冷剂通过管路26从外部单元流入蒸发器，外部单元包括压缩机和冷凝器以完成蒸气压缩冷却/加热循环，并且然后通过管道28返流回外部单元。在制冷剂渗漏的情况下，来自加热炉单元的任何火焰将受到抑制和阻止而不会通过金属网阻火器。

在图2中示出的系统的蒸发器单元可为专用空调系统(仅作冷却用)的部分或提供冷却和加热(当外部温度允许时)的热泵系统的部分。在热泵的情况下，加热炉将用作较低外部温度条件下的后备加热系统。

在可供选择的实施例中，金属网阻火器可包封制冷剂源，使得如果有从循环易燃制冷剂材料的管道中的渗漏，金属网可将任何制冷剂着火带来的破坏基本上限制在制冷剂源内并减轻对制冷剂源外的区域的破坏。

当范围用于本文的物理特性诸如网尺寸时，对于本文具体的实施例，旨在包括所有范围的组合和子组合。

本领域的技术人员将会知道可对本发明的优选实施例进行多个改变和修改并且此类改变和修改可在不脱离本发明实质的情况下进行。因此它旨在所附权利要求涵盖在本发明真实实质和范围内的所有此类等同变型。

实例

实例1

制冷剂阻火器测试

一个8oz镀锡气溶胶罐填充有约175克制冷剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器(Precision Valve Company)。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛。具有封闭顶部的杯形阻火器高45mm，基座直径为40mm并且孔尺寸为0.5mm至1.2mm(参见图3)，将其置于火焰上以覆盖火焰和烛芯。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相制冷剂组合物，并且观察到火焰蔓延现象。结果示于下表1中：

表1

结果显示阻火器能够抑制暴露于HFO-1234yf或HFO-1234yf/HFC-152a混合物的火焰，从而改善这些制冷剂组合物的安全性。

实例2

制冷剂/润滑剂阻火器测试

一个8盎司镀锡气溶胶罐填充有约175克制冷剂和润滑剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛并将实例1的阻火器置于火焰上以覆盖火焰和烛芯。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相组合物，并且观察到火焰蔓延现象。结果示于下表2中：

表2

结果显示阻火器有效地抑制暴露于HFO-1234yf/润滑剂混合物的火焰，从而改善这些制冷剂/润滑剂组合物的安全性。UCON-244是聚亚烷基二醇压缩机润滑剂，由Dow(Midland，Michigan)供应。

实例3

不锈钢平织筛网阻火器测试

一个8oz镀锡气溶胶罐填充有约175克制冷剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛。平织304不锈钢丝网筛网具有不同的目尺寸、开口尺寸和网丝直径(McMaster-Carr，Elmhurst，Illinois)，在背离气溶胶罐的一侧将其竖直地放置在蜡烛旁。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相制冷剂组合物。观察火焰蔓延以确定是否在喷洒时火焰通过筛网或被阻止。结果示于下表3中：

表3

结果显示具有约60％或更小的开口面积的不锈钢丝网将阻止反式-HFO-1234ze、HFO-1234yf或HFC-32的火焰，它们具有相对低的火焰蔓延特性(燃烧速度小于10cm/sec)。这个开口面积对应于8×8或更大的筛网目尺寸。

实例4

铝平织筛网阻火器测试

一个8oz镀锡气溶胶罐填充有约175克制冷剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛。平织铝丝网筛网具有不同的目尺寸、开口尺寸和网丝直径(McMaster-Carr，Elmhurst，Illinois)，在背离气溶胶罐的一侧将其竖直地放置在蜡烛旁。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相制冷剂组合物。观察火焰蔓延以确定是否在喷洒时火焰通过筛网或被阻止。结果示于下表4中：

表4

结果显示具有约60％或更小的开口面积(8×8目或更大)的铝丝网将阻止反式-HFO-1234ze和HFC-32的火焰，而具有约56％或更小的开口面积(10×10目或更大)的丝网将阻止HFO-1234yf的火焰。

实例5

防蚊筛网作为阻火器

一个8oz镀锡气溶胶罐填充有约175克制冷剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛。平铝制防蚊筛网在背离气溶胶罐的一侧竖直地放置在蜡烛旁。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相制冷剂组合物。观察火焰蔓延以确定是否在喷洒时火焰通过筛网或被阻止。结果示于下表5中：

表5

结果显示与防蚊筛网一样简单的设计也有效地阻止反式-HFO-1234ze、HFO-1234yf和HFC-32的火焰。

实例6

双层阻火器测试

一个8oz镀锡气溶胶罐填充有约175克本发明制冷剂组合物并配有Acc-U-Sol致动器。点燃3.5英寸高的标准管道工蜡烛。将两个平织304SS筛网直接靠着蜡烛竖直防止，筛网彼此重叠并且孔偏移。通过将一个丝网筛网的交点定位在第二个丝网筛网丝线之间的开口区域的中心来偏移筛网。这种布置方式与在之前测试中已经失败的单个筛网进行比较。从距离蜡烛火焰高度约10英寸处水平喷洒液相制冷剂组合物。观察火焰蔓延以确定是否在喷洒时火焰通过筛网或被阻止。结果示于下表6中：

表6

结果显示当两个筛网彼此置于其上，并且孔以错位方式排列以提供附加的抗火焰路径时，金属网阻火器也可为有效的。偏移的丝网筛网用于减少阻火器的开口面积。这对于反式-HFO-1234ze、HFO-1234yf和HFC-32是有效的。

Claims (11)

1.用于减弱朝向或来自制冷剂源和点火源的火焰蔓延的方法，所述制冷剂源和所述点火源位于冷却系统中或冷却系统附近，所述方法包括将金属网阻火器定位在所述制冷剂源和所述点火源之间，其中所述制冷剂源包含制冷剂，该制冷剂包含一种或多种四氟丙烯，其中所述金属网具有60％或更小的开口面积。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述四氟丙烯包含2,3,3,3-四氟丙烯；顺式-1,3,3,3-四氟丙烯；反式-1,3,3,3-四氟丙烯；顺式-1,2,3,3-四氟丙烯；反式-1,2,3,3-四氟丙烯；1,1,2,3-四氟丙烯；或1,1,3,3-四氟丙烯或它们的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂进一步包含二氟甲烷并且所述阻火器减弱暴露于所述包含二氟甲烷的制冷剂的火焰蔓延。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属网是316不锈钢、304不锈钢、碳钢或铝。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述金属网具有0.2mm至2.6mm的开口宽度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属网包裹所述点火源。

7.根据权利要求1所述的方法，其中定位两个或更多个金属网阻火器，并且其中各阻火器的网孔以错位方式排列。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述点火源是发动机排气歧管、熔断器、电加热器、催化转化器或涡轮增压器。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述点火源是来自加热炉的加热元件或火焰。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属网部分地顺应所述点火源的外部形状。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属网紧邻所述点火源。

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