CN113330092A - 经稳定的热传递组合物、方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,其中所述制冷剂包含约49重量%的二氟甲烷(HFC‑32)、约11.5重量%的五氟乙烷(HFC‑125)、和约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),并且其中所述润滑剂包含多元醇酯(POE)润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且其中所述稳定剂包含烷基化萘和任选但优选的酸耗尽部分。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求提交日期为2018年12月31日的美国临时申请62/786,812的优先权权益,该申请以引用方式并入本文。
本申请要求提交日期为2018年12月31日的美国临时申请62/786,802的优先权权益,该申请以引用方式并入本文。
本申请要求提交日期为2018年12月31日的美国临时申请62/786,826的优先权权益,该申请以引用方式并入本文。
本申请涉及作为2018年10月6日提交的现待审的美国申请16/153,733的部分继续申请并要求其优先权权益,其继而要求以下中的每一个的优先权权益:2017年10月6日提交的美国临时申请62/569,419;以及2017年12月1日提交的美国临时申请62/593,393,其中本段中提及的每个申请以引用方式并入本文。
本发明涉及作为2019年4月1日提交的现待审的美国申请16/371,866的部分继续申请,其继而是美国申请15/661,980(现为美国专利10,246,621)的继续申请以及2017年7月27日提交的PCT申请PCT/US17/44182的继续申请,其要求以下美国临时申请中的每一个的优先权权益:62/502,165;62/502,231;和62/368,521,其中本段中提及的每个申请以引用方式并入本文。
本申请涉及作为2018年9月19日提交的现待审的美国申请16/135,962的部分继续申请并要求其优先权权益,该申请以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及在包括空调和制冷应用的热交换应用中具有效用的组合物、方法和系统。在特定方面,本发明涉及可用于其中已使用制冷剂R-410A的类型的热传递系统的组合物。本发明的组合物特别地可用作用于加热和冷却应用的制冷剂R-410A的替代品,以及用于改装热交换系统,包括被设计用于R-410A的系统。
背景技术
机械制冷系统及相关热传递装置(诸如热泵和空调)在本领域中公知用于工业、商业和家庭用途。氯氟烃(CFC)在20世纪30年代被开发用作此类系统的制冷剂。然而,自20世纪80年代以来,CFC对平流层臭氧层的影响已成为更多关注的焦点。在1987年,很多政府签署了旨在保护全球环境的蒙特利尔议定书(Montreal Protocol),为逐步淘汰CFC产品制定了时间表。CFC要用环境上更能接受的含氢材料即氢氯氟烃(HCFC)所取代。
一种最常用的氢氯氟烃制冷剂是二氟一氯甲烷(HCFC-22)。然而,此蒙特利尔议定书的后续修正案加速了这些CFC的淘汰,并且为HCFC(包括HCFC-22)的淘汰制定了时间表。
响应于对CFC和HCFC的不可燃、无毒性替代品的需要,工业界已开发出多种具有零臭氧损耗潜能值的氢氟烃(HFC)。R-410A(二氟甲烷(HFC-32)和五氟乙烷(HFC-125)的50:50w/w共混物)在空调和冷却器应用中被用作HCFC-22的工业替代品,因为它不造成臭氧消耗。然而,R-410A不是R-22的即用型替代品。因此,用R-410A替代R-22需要重新设计热交换系统内的主要部件,包括替代和重新设计压缩机以适应与R-22相比R-410A显著更高的操作压力和体积容量。
尽管R-410A具有比R-22更可接受的臭氧损耗潜能值(ODP),但由于R-410A具有2088的高全球变暖潜能值(GWP),因此它的继续使用存在问题。因此,本领域需要用环境上更能接受的替代品来替代R-410A。
在本领域中应理解,高度期望具有难以实现特性的综合的替代热传递流体,这些特性包括优异的热传递特性(并且特别是与特定应用的需要良好匹配的热传递特性)、化学稳定性、低毒性或无毒性、不可燃性、润滑剂混溶性和/或润滑剂相容性等。此外,希望R-410A的任何替代物与R-410A的操作条件良好地匹配,以避免改造或重新设计系统。满足所有这些要求(其中许多是不可预测的)的热传递流体的开发是一项重大挑战。
关于使用效率,重要的是注意到制冷剂热力学性能或能量效率的损失可能由于对电能的需求增加而导致化石燃料使用的增加。因此,使用此类制冷剂将具有负面的二次环境影响。
可燃性被认为是许多热传递应用的重要特性。如本文所用,术语“不可燃”是指在ASHRAE标准34-2016设计和制冷剂安全分类中所述以及ASHRAE标准34-2016的附录B1中所述的条件下根据针对化学品(蒸气和气体)可燃性浓度极限的ASTM标准E-681-2009标准测试方法(其以引用并入本文并且为了方便起见在本文中称为“不可燃性测试”)确定为不可燃的化合物或组合物。
对于维持系统效率以及压缩机的适当和可靠运行非常重要的是,将在蒸气压缩热传递系统中循环的润滑剂返回到压缩机以执行其预期的润滑功能。否则,润滑剂可能聚积并滞留在系统的盘管和管道中,包括热传递部件中。此外,当润滑剂聚积在蒸发器的内表面上时,它降低了蒸发器的热交换效率,从而降低了系统的效率。
R-410A目前通常与多元醇酯(POE)润滑油一起用于空调应用中,因为R-410A在此类系统使用期间经历的温度下与POE是可混溶的。然而,在低温制冷系统和热泵系统的操作期间通常经历的温度下,R-410A与POE是不混溶的。因此,除非采取措施来减轻这种不混溶性,否则POE和R-410A不能用于低温制冷或热泵系统。
申请人已经认识到,希望能够提供能够在空调应用中并且特别是在住宅空调和商用空调应用中用作R-410A的替代品的组合物,所述应用包括屋顶空调、可变制冷剂流量(VRF)空调和冷冻器空调应用。申请人也已经认识到,本发明的组合物、方法和系统在例如热泵和低温制冷系统中具有优势,其中消除了在操作期间经历的温度下与POE不混溶的缺点。
发明内容
本发明提供了可用作R-410A替代品的制冷剂组合物,并且其在优选的实施方案中表现出优异的热传递性能、化学稳定性、低毒性或无毒性、不可燃性、润滑剂混溶性和润滑剂相容性与低GWP和接近零的ODP结合的期望特性的综合。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),
所述润滑剂包含多元醇酯(POE)润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至小于10重量%的量存在于所述组合物中。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物1。
如本文所用,关于基于所鉴定化合物的列表的百分比,术语“相对百分比”意指所鉴定化合物基于所列化合物的总重量的百分比。
如本文所用,关于重量百分比,关于所鉴定组分的量的术语“约”意指所鉴定组分的量可变化+/-2重量%的量。
在包含CF3I制冷剂和润滑剂(包含POE和/或PVE)的热传递组合物中结合使用包含烷基化萘的稳定剂时,申请人已发现存在临界范围,其中烷基化萘的稳定效应相对于该范围外的稳定效应有利并且出乎意料地增强,该范围基于烷基化萘和润滑剂按重量计1%至小于10%,或优选地1.5%至小于8%,或优选地1.5%至约6%,或优选地1.5%至5%。在该临界范围内性能增强的原因来源于以下发现:当以高于约10%的量使用时,在不存在下文所述的其他溶液的情况下,烷基化萘的稳定性能可劣化至对于一些应用而言不可取的程度。此外,申请人相信,当以小于1%的量使用时,烷基化萘的稳定性能对于一些应用而言也不太理想。该临界范围的存在是出乎意料的。
因此,本发明还包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),
所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至8重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物2。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),
所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至8重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物3。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),
所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至6重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物4。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至小于10重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物5。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至8重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物6。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
3.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至8重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物7。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包含烷基化萘,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至6重量%的量存在。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物8。
本发明还包括热传递组合物1至8中的任一者,其中所述稳定剂基本上不含如下文所定义的ADM。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物8A。
本发明还包括热传递组合物1至8中的任一者,其中所述稳定剂基本上不含ADM,并且其中所述稳定剂还包含BHT。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物8B。
本发明还包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),
所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包括烷基化萘和酸耗尽部分。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物9。
如本文所用,术语“酸耗尽部分”(为了方便起见,其有时在本文中称为“ADM”)是指当存在于包含制冷剂的热传递组合物中时具有显著降低原本存在于热传递组合物中的酸部分的功效的化合物或基团,其中制冷剂包含约10重量%或更多的CF3I(所述百分比基于热传递组合物中所有制冷剂的重量)。如本文所用,如相对于热传递组合物中的酸部分所用的术语“显著降低”是指酸部分充分降低以导致TAN值(如下文所定义)降低至少约10相对%。
结合使用包含烷基化萘和ADM的稳定剂时,申请人已发现,某些材料能够显著且出乎意料地增强包含烷基化萘稳定剂或基本上由烷基化萘稳定剂组成的稳定剂的性能。具体地讲,申请人已发现,某些材料能够有助于包含CF3I的热传递组合物(包括本发明的任何热传递组合物)中酸性部分的耗尽。申请人已发现,对于至少根据本发明的烷基化萘稳定剂的稳定性功能而言,将热传递组合物配制成具有ADM提供出乎意料的协同增强。这种协同效应的原因无法确切地理解,但不受任何操作理论的约束,据信,本发明的烷基化萘稳定剂在很大程度上通过稳定由本发明制冷剂CF3I形成的自由基而起作用,但在酸部分的存在下,该稳定效应至少一定程度地减弱。因此,本发明的ADM的存在允许烷基化萘稳定剂以出乎意料的协同增强效应起作用。此外,申请人已发现,申请人在相对高浓度的烷基化萘(即,约10%)下观察到的性能劣化可通过将ADM掺入热传递组合物(或掺入稳定润滑剂)来抵消。
因此,本发明包括包含烷基化萘和ADM的稳定剂。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂1。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于该稳定剂的重量计约40重量%至约99.9重量%的烷基化萘和0.05重量%至约50重量%的ADM。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂2。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于该稳定剂的重量计约50重量%至约99.9重量%的烷基化萘和0.1重量%至约50重量%的ADM。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂3。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于该稳定剂中烷基化萘和ADM的重量计约40重量%至约95重量%的烷基化萘和5重量%至约30重量%的ADM。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂4。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于该稳定剂中烷基化萘和ADM的重量计约40重量%至约95重量%的烷基化萘和5重量%至约20重量%的ADM。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂5。
本发明还包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂2的热传递组合物,所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I)。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物10。
本发明还包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂4的热传递组合物,所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I)。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物11。
本发明还包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂5的热传递组合物,所述润滑剂包含POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I)。根据本段的热传递组合物为了方便起见在本文中有时被称为热传递组合物12。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂1的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂。为方便起见,根据本段的热传递组合物在本文中有时称为热传递组合物13。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂2的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂。为方便起见,根据本段的热传递组合物在本文中有时称为热传递组合物14。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂3的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂。为方便起见,根据本段的热传递组合物在本文中有时称为热传递组合物15。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂4的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂。为方便起见,根据本段的热传递组合物在本文中有时称为热传递组合物16。
本发明包括包含制冷剂、润滑剂和稳定剂5的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32),
11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂。为方便起见,根据本段的热传递组合物在本文中有时称为热传递组合物17。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)本发明的稳定剂。
具体实施方式
定义:
出于本发明的目的,关于以摄氏度(℃)为单位的温度的术语“约”意指所述温度可变化+/-5℃的量。在优选的实施方案中,指定为约的温度优选地为所鉴定的温度的+/-2℃,更优选地+/-1℃,甚至更优选地+/-0.5℃。
术语“容量”是制冷系统中的制冷剂所提供冷却的量(以BTU/小时计)。这通过使制冷剂经过蒸发器时的焓变(以BTU/lb计)乘以制冷剂的质量流速来以实验方法确定。焓可由制冷剂的压力和温度的测量来确定。制冷系统的容量涉及保持区域冷却于特定温度的能力。制冷剂的容量表示其提供的冷却或加热的量,并且提供压缩机对于给定体积流量的制冷剂而言泵送热量的能力的一些量度。换句话讲,给定特定的压缩机,具有较高容量的制冷剂将递送更多的冷却或加热功率。
短语“性能系数”(在下文中称为“COP”)是普遍接受的制冷剂性能的量度,尤其可用于表示在涉及制冷剂蒸发或冷凝的特定加热或冷却循环中制冷剂的相对热力学效率。在制冷工程中,该术语表示可用制冷或冷却容量与由压缩机在压缩蒸气时施加的能量的比率,并因此表示给定压缩机对于给定体积流量的热传递流体诸如制冷剂而言泵送热量的能力。换句话讲,给定特定的压缩机,具有较高COP的制冷剂将递送更多的冷却或加热功率。一种用于估算在特定操作条件下制冷剂的COP的方法是使用标准制冷循环分析技术(参见例如R.C.Downing,《氟碳化合物制冷剂手册》(FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK),第3章,普伦蒂斯霍尔出版社(Prentice-Hall),1988,其全文以引用方式并入本文)从制冷剂的热力学特性来估算。
短语“排出温度”是指压缩机出口处的制冷剂的温度。低排放温度的优点在于,它允许使用现有设备而不激活系统的热保护方面,该热保护方面优选地设计成保护压缩机部件,并且避免使用昂贵的控制措施(例如注入液体)以降低排放温度。
短语“全球变暖潜能值”(下文为“GWP”)发展成允许比较不同气体的全球变暖影响。具体地,其为相对于排放的一吨二氧化碳,在给定时间段内排放的一吨气体将吸收多少能量的量度。GWP越大,给定气体在该时间段内相比于CO2使地球变得越暖。通常用于GWP的时间段是100年。GWP提供了通用量度——允许分析员累加不同气体的排放估算值。参见www.epa.gov。
术语“质量流速”是每单位时间通过导线管的制冷剂的质量。
术语“职业性接触限值(OEL)”根据制冷剂的ASHRAE标准34-2016命名和安全分类来确定。
关于本发明的特定热传递组合物或制冷剂作为特定先前制冷剂的“替代品”,如本文所用的术语“……的替代品”意指在迄今为止通常与该先前制冷剂一起使用的热传递系统中使用本发明的指定组合物。举例来说,当本发明的制冷剂或热传递组合物用于迄今已设计用于和/或通常与R410A一起使用的热传递系统诸如住宅空调和商用空调(包括屋顶系统、可变制冷剂流量(VRF)系统和冷却器系统)中时,则本制冷剂是此类系统中R410A的替代品。
短语“热力学滑移”适用于在恒定压力下在蒸发器或冷凝器中的相变过程期间具有变化温度的非共沸制冷剂混合物。
如本文使用的术语,“TAN值”是指根据ASHRAE标准97-“测试在制冷剂系统内使用的材料的化学稳定性的密封玻璃管方法”,通过加速老化来模拟热传递组合物的长期稳定性所测定的总酸值。
热传递组合物
申请人已发现,本发明的热传递组合物(包括本文所述的热传递组合物1至17中的每一者)能够提供格外有利的特性并且特别是使用中的稳定性和不可燃性,尤其是在使用热传递组合物作为R-410A的替代品的情况下,并且尤其是在现有的410A住宅空调系统和现有的R-410A商用空调系统(包括现有的R-410A屋顶系统、现有的R-410A可变制冷剂流量(VRF)系统和现有的R-410A冷却器系统)中。
如本文所用,提及热传递组合物1至17是指热传递组合物1-17中的每一者,包括热传递组合物8A和8B。
本发明的包含在热传递组合物中的制冷剂的特定优点是当根据不可燃性测试进行测试时它们是不可燃的,并且如上所述在本领域中一直期望提供这样的制冷剂和热传递组合物:其可在各种系统中用作R-410A的替代品,并且具有优异的热传递特性、低环境影响(包括特别低的GWP和接近零的ODP)、优异的化学稳定性、低毒性或无毒性和/或润滑剂相容性,并且在使用中保持不可燃性。这种期望的优点可通过本发明的制冷剂和热传递组合物来实现。
优选地,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含占热传递组合物的大于40重量%的量的制冷剂。
优选地,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含占热传递组合物的大于50重量%、或大于70重量%、或大于80重量%、或大于90重量%的量的制冷剂。
优选地,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)基本上由制冷剂、润滑剂和稳定剂组成。
出于增强或提供给组合物特定功能的目的,本发明的热传递组合物可包含其他组分,优选地不损害根据本发明提供的增强的稳定性。此类其他组分或添加剂可包括染料、增溶剂、增容剂、辅助稳定剂、抗氧化剂、缓蚀剂、极压添加剂和抗磨添加剂。
稳定剂:
烷基化萘
申请人已经令人惊讶和意料不到地发现,烷基化萘能高度有效地作为本发明的热传递组合物的稳定剂。如本文所用,术语“烷基化萘”是指具有下列结构的化合物:
其中R1至R8各自独立地选自直链烷基基团、支链烷基基团和氢。烷基链以及支链和直链与氢的混合物的具体长度可在本发明的范围内变化,并且本领域的技术人员应当认识到和理解,此类变化反映了烷基化萘的物理特性,特别是包括烷基化化合物的粘度,并且此类材料的生产者经常通过参考此类特性中的一种或多种作为特定R基团的另选规范来定义材料。
申请人已发现,使用具有下列特性的根据本发明的烷基化萘作为稳定剂与出乎意料的、令人惊讶的和有利的结果相关联,并且为了方便起见,具有所述特性的烷基化萘化合物在本文中被称为烷基化萘1(或AN1)至烷基化萘5(或AN5),分别如下表中的第1行至第5行所示:
烷基化萘表1
如本文所用,结合根据ASTM D445测量的在40℃下的粘度,术语“约”意指+/-4cSt。
如本文所用,结合根据ASTM D445测量的在100℃下的粘度,术语“约”意指+/-0.4cSt。
如本文所用,结合根据ASTM D97测量的倾点,术语“约”意指+/-5℃。
申请人还发现,使用具有下列特性的根据本发明的烷基化萘作为稳定剂与出乎意料的、令人惊讶的和有利的结果相关联,并且为了方便起见,具有所述特性的烷基化萘化合物在本文中被称为烷基化萘6或(AN6)至烷基化萘10(或AN10),分别如下表中的第6行至第10行所示:
烷基化萘表2
烷基化萘1(AN1)和烷基化萘6(AN6)含义内的烷基化萘的示例包括由金氏工业公司(King Industries)以下列商品名出售的那些:NA-LUBE KR-007A;KR-008;KR-009;KR-015;KR-019;KR-005FG;KR-015FG;和KR-029FG。
烷基化萘2(AN2)和烷基化萘7(AN7)含义内的烷基化萘的示例包括由金氏工业公司以下列商品名出售的那些:NA-LUBE KR-007A;KR-008;KR-009;和KR-005FG。
烷基化萘5(AN5)和烷基化萘10(AN10)含义内的烷基化萘的示例包括由金氏工业公司以商品名NA-LUBE KR-008出售的产品。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),其中烷基化萘选自AN1或AN2或AN3或AN4或AN5或AN6或AN7或AN8或AN9或AN10。
本发明还包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),其中烷基化萘为AN1。
本发明还包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),其中烷基化萘为AN5。
本发明还包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),其中烷基化萘为AN10。
酸耗尽部分(ADM)
在不过度实验的情况下,本领域的技术人员将能够确定根据本发明可用的多种ADM,并且所有此类ADM均在本发明的范围内。
环氧化物
申请人已发现,当与烷基化萘稳定剂组合使用时,环氧化物并且特别是烷基化的环氧化物有效地产生本文所述的增强的稳定性,并且虽然申请人不一定受理论的束缚,但据信,该协同增强至少部分是由于其在本发明的热传递组合物中有效地用作ADM。
在优选的实施方案中,环氧化物选自与酸发生开环反应的环氧化物,从而耗尽酸体系,而不以另外方式对体系产生不利影响。
可用的环氧化物包括芳族环氧化物、烷基环氧化物、以及烯基环氧化物。
优选的环氧化物包括下式I的环氧化物:
其中所述R1至R4中的至少一者选自二碳至十五碳(C2–C15)无环基团、C2–C15脂族基团和C2–C15醚。根据式1的环氧化物为了方便起见在本文中有时被称为ADM1。
在一个优选的实施方案中,式I的R1至R4中的至少一者是具有以下结构的醚:
R5-O-R6
其中R5和R6中的每一者独立地为C1–C14直链或支链(优选地未取代的)烷基基团。根据该段落的环氧化物为了方便起见在本文中有时被称为ADM2。
在一个优选的实施方案中,式I的R1至R4中的一者是具有以下结构的醚:
R5-O-R6
其中R5和R6中的每一者独立地为C1–C14直链或支链(优选地未取代的)烷基基团,并且R1至R4中的其余三者为H。根据该段落的环氧化物为了方便起见在本文中有时被称为ADM3。
在优选的实施方案中,环氧化物包含2-乙基己基缩水甘油醚、基本上由其组成或由其组成。根据该段落的环氧化物为了方便起见在本文中有时被称为ADM4。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN1并且还包含ADM1。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN1并且还包含ADM2。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN1并且还包含ADM3。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN1并且还包含ADM4。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN5并且还包含ADM1。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN5并且还包含ADM2。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN5并且还包含ADM3。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN5并且还包含ADM4。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN10并且还包含ADM1。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN10并且还包含ADM2。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN10并且还包含ADM3。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN10并且还包含ADM4。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN2或AN3或AN4或AN6或AN7或AN8或AN9并且还包含ADM1。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN2或AN3或AN4或AN6或AN7或AN8或AN9并且还包含ADM2。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN2或AN3或AN4或AN6或AN7或AN8或AN9并且还包含ADM3。
本发明包括热传递组合物(包括热传递组合物1至8和9至17中的每一者),其中烷基化萘为AN2或AN3或AN4或AN6或AN7或AN8或AN9并且还包含ADM4。
当ADM存在于本发明的热传递组合物中,包括本文热传递组合物1至8和9至17中的每一者,烷基化萘优选地以0.01%至约10%、或约1.5%至约4.5%、或约2.5%至约3.5%的量存在,其中这些量是基于体系中烷基化萘加制冷剂的量的重量百分比。
当ADM存在于本发明的热传递组合物中,包括本文热传递组合物1至8和9至17中的每一者,烷基化萘优选地以0.1%至约20%、或1.5%至约10%、或1.5%至约8%的量存在,其中这些量是基于体系中烷基化萘加润滑剂的量的重量百分比。
碳二亚胺
ADM可包括碳二亚胺。在优选的实施方案中,碳二亚胺包括具有以下结构的化合物:
R1-N=C=N-R2
其他稳定剂
预期除烷基化萘和ADM以外的稳定剂可包含在本发明的热传递组合物中,包括热传递组合物1至17中的每一者。此类其他稳定剂的示例在下文中描述。
基于酚的化合物
在优选的实施方案中,稳定剂还包括基于酚的化合物。
基于酚的化合物可以是选自以下的一种或多种化合物:4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚);4,4'-双(2,6-二叔丁基苯酚);2,2-或4,4-联苯二醇,包括4,4'-双(2-甲基-6-叔丁基苯酚);2,2-或4,4-联苯二醇的衍生物;2,2'-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4-异亚丙基双(2,6-二叔丁基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-壬基苯酚);2,2'-异亚丁基双(4,6-二甲基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-环己基苯酚);2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT);2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚:2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚;2,6-二-叔-α-二甲基氨基-对甲酚;2,6-二叔丁基-4(N,N'-二甲氨基甲基苯酚);4,4'-硫代双(2-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚);2,2'-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);双(3-甲基-4-羟基-5-叔丁基苄基)硫化物;双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫化物、生育酚、对苯二酚、2,2',6,6'-四叔丁基-4,4'-亚甲基二酚和叔丁基对苯二酚,并且优选地BHT。
基于酚的化合物并且特别是BHT可以如下量提供于热传递组合物中:大于0重量%并且优选地0.0001重量%至约5重量%,优选地0.001重量%至约2.5重量%,并且更优选地0.01重量%至约1重量%。在每种情况下,重量百分比是指热传递组合物的重量。
基于酚的化合物并且特别是BHT可以如下量提供于热传递组合物中:大于0重量%并且优选地0.0001重量%至约5重量%,优选地0.001重量%至约2.5重量%,并且更优选地0.01重量%至约1重量%。在每种情况下,重量百分比是指基于热传递组合物中润滑剂的重量的重量。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于组合物中所有稳定剂组分的重量计约40重量%至约95重量%的烷基化萘(包括AN1至AN10中的每一者)和0.1至约10重量%的BHT。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂6。
本发明还包括稳定剂,该稳定剂包含基于组合物中所有稳定剂组分的重量计约40重量%至约95重量%的烷基化萘(包括AN1至AN10中的每一者)、约5重量%至约30重量%的ADM(包括ADM1至ADM4中的每一者)和0.1至约10重量%的BHT。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂7。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),其中该热传递组合物包含稳定剂6。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至8和9至26中的每一者),其中该热传递组合物包含稳定剂7。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),该热传递组合物包含AN1和BHT。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),该热传递组合物包含AN5和BHT。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至17中的每一者),该热传递组合物包含AN10和BHT。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至8和9至17中的每一者),该热传递组合物包含AN5、ADM4和BHT。
本发明包括热传递组合物(包括本文热传递组合物1至8和9至17中的每一者),该热传递组合物包含AN10、ADM4和BHT。
基于二烯的化合物
基于二烯的化合物包括C3至C15二烯且至任两种或更多种C3至C4二烯反应所形成的化合物。优选地,基于二烯的化合物选自烯丙基醚、丙二烯、丁二烯、异戊二烯、以及萜烯。基于二烯的化合物优选地为萜烯,其包括但不限于芸香烯、视黄醛、牻牛兒苗醇、萜品烯、δ3-蒈烯、萜品油烯、水芹烯、葑烯、月桂烯、金合欢烯、蒎烯、橙花醇、柠檬醛、樟脑、薄荷醇、柠檬烯、橙花叔醇、植醇、鼠尾草酸和维生素A1。优选地,稳定剂是金合欢烯。优选的萜烯稳定剂描述于2004年12月12日提交以US2006/0167044A1公布的美国临时专利申请号60/638,003中,其以引用方式并入本文。
此外,基于二烯的化合物能够以大于0重量%并优选地0.0001重量%至约5重量%,优选地0.001重量%至约2.5重量%,并且更优选地0.01重量%至约1重量%的量提供于热传递组合物中。在每种情况下,重量百分比是指热传递组合物的重量。
基于磷的化合物
磷化合物可为亚磷酸酯或磷酸酯化合物。就本发明的目的而言,亚磷酸酯化合物可为二芳基、二烷基、三芳基和/或三烷基亚磷酸酯,和/或混合的芳基/烷基二-或三-取代的亚磷酸酯,特别是选自以下的一种或多种化合物:受阻的亚磷酸酯、亚磷酸三-(二叔丁基苯基)酯、亚磷酸二正辛酯、亚磷酸异辛基二苯酯、亚磷酸异癸基二苯酯、磷酸三异癸酯、亚磷酸三苯酯和亚磷酸二苯酯,特别是亚磷酸二苯酯。
磷酸酯化合物可为磷酸三芳基酯、磷酸三烷基酯、单酸式磷酸烷基酯(alkyl monoacid phosphate)、二酸式磷酸芳基酯(aryl diacid phosphate)、磷酸胺,优选地磷酸三芳基酯和/或磷酸三烷基酯,特别是磷酸三正丁酯。
磷化合物能够以大于0重量%并优选地0.0001重量%至约5重量%,优选地0.001重量%至约2.5重量%,并且更优选地0.01重量%至约1重量%的量提供于热传递组合物中。在每种情况下,按重量计是指热传递组合物的重量。
氮化合物
当稳定剂是氮化合物时,稳定剂可包括基于胺的化合物,诸如选自以下的一种或多种仲胺或叔胺:二苯胺、对苯二胺、三乙胺、三丁胺、二异丙胺、三异丙胺和三异丁胺。基于胺的化合物可以是胺抗氧化剂,诸如取代的哌啶化合物,即烷基取代的哌啶基(piperidyl)、哌啶基(piperidinyl)、哌嗪酮或烷氧基哌啶基的衍生物,特别是选自以下的一种或多种胺抗氧化剂:2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇;双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶基)癸二酸酯;癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯,聚(N-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基-哌啶基琥珀酸酯;烷基化对苯二胺,诸如N-苯基-N'-(1,3-二甲基-丁基)-对苯二胺或N,N'-二仲丁基-对苯二胺;和羟胺,诸如牛脂胺、甲基双牛脂胺和双牛脂胺;或苯酚-α-萘胺或765(汽巴公司(Ciba))、1944(Mayzo股份有限公司(Mayzo Inc))和1770(Mayzo股份有限公司(Mayzo Inc))。就本发明的目的而言,基于胺的化合物也可为烷基二苯胺诸如双(壬基苯胺)、二烷基胺诸如(N-(1-甲基乙基)-2-丙胺,或苯基-α-萘胺(PANA)、烷基-苯基-α-萘基-胺(APANA)以及双(壬基苯基)胺中的一种或多种。优选地,基于胺的化合物为苯基-α-萘胺(PANA)、烷基-苯基-α-萘基-胺(APANA)以及双(壬基苯基)胺中的一种或多种,并且更优选地苯基-α-萘胺(PANA)。
另选地,或除以上所指定的氮化合物之外,选自二硝基苯、硝基苯、硝基甲烷、亚硝基苯、以及TEMPO[(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基]中的一种或多种化合物可用作稳定剂。
氮化合物能够以大于0重量%并且0.0001重量%至约5重量%、优选地0.001重量%至约2.5重量%、并且更优选地0.01重量%至约1重量%的量提供于热传递组合物中。在每种情况下,重量百分比是指热传递组合物的重量。
异丁烯
异丁烯也可用作根据本发明的稳定剂。
另外的稳定剂组合物
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及酚。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂8。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂基本上由以下组成:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及磷酸盐。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂9。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及磷酸盐和酚的组合。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂10。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约40重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约0.5重量%至约25重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及约0.1重量%至约50重量%的量的另外稳定剂,该另外稳定剂选自磷酸盐、苯酚以及它们的组合,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂11。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约70重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约0.5重量%至约15重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及约0.1重量%至约25重量%的量的另外稳定剂,该另外稳定剂选自磷酸盐、苯酚以及它们的组合,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂12。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂基本上由以下组成:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及BHT。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂13。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂由以下组成:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及BHTl。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂14。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂基本上由以下组成:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;BHT;以及磷酸盐。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂15。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂由以下组成:烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;和ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;BHT;以及磷酸盐。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂16。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约40重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约0.5重量%至约10重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及约0.1重量%至约50重量%的量的BHT,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂17。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约70重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约0.5重量%至约10重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及约0.1重量%至约25重量%的量的BHT,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂18。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约40重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约5重量%至约25重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及1重量%至约55重量%的量的第三稳定剂化合物,该第三稳定剂化合物选自BHT、磷酸盐以及它们的组合,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂19。
本发明还提供了一种稳定剂,该稳定剂包含以下:约40重量%至约95重量%的量的烷基化萘,包括AN1至AN10中的每一者;约5重量%至约25重量%的量的ADM,包括ADM1至ADM4中的每一者;以及约0.1重量%至约5重量%的量的BHT,其中所述重量百分比基于稳定剂的总重量。根据该段落的稳定剂为了方便起见在本文中有时被称为稳定剂20。
本发明的稳定剂(包括稳定剂1至20中的每一者)可用于本发明的热传递组合物中的任一者,包括热传递组合物1至8和9至17中的任一者。
本发明的稳定剂(包括稳定剂1至6中的每一者)也可用于热传递组合物8A和8B中的任一者。
润滑剂
通常,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含POE润滑剂和/或PVE润滑剂,其中润滑剂优选地以基于热传递组合物的重量计优选地约0.1重量%至约5重量%、或0.1重量%至约1重量%、或0.1重量%至约0.5重量%的量存在。
POE润滑剂
在优选的实施方案中,本发明的POE润滑剂包括新戊基POE润滑剂。如本文所用,术语新戊基POE润滑剂是指衍生自新戊二醇(优选季戊四醇、三羟甲基丙烷或新戊二醇,并且在优选较高粘度的实施方案中,为二季戊四醇)与直链或支链羧酸之间的反应的多元醇酯(POE)。
市售POE包括新戊二醇二壬酸酯(其可以Emery 2917(注册商标)和Hatcol 2370(注册商标)获得)和季戊四醇衍生物(包括由CPI流体工程公司(CPI Fluid Engineering)以商品名Emkarate RL32-3MAF和Emkarate RL68H出售的那些)。Emkarate RL32-3MAF和Emkarate RL68H是具有下文所鉴定的特性的优选新戊基POE润滑剂:
其他可用的酯包括磷酸酯、二元酸酯和氟代酯。
基本上由具有根据ASTM D445在40℃下测量的约30cSt至约70cSt的粘度以及根据ASTM D445在100℃下测量的约5cSt至约10cSt的粘度的POE组成的润滑剂在本文中被称为润滑剂1。
基本上由具有根据ASTM D445在40℃下测量的约30cSt至约70cSt的粘度的POE组成的润滑剂在本文中为了方便起见被称为润滑剂2。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含POE润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含基本上由POE润滑剂组成的润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含由POE润滑剂组成的润滑剂。
本发明包括本发明的热传递组合物(包括每种热传递组合物1-17),其中润滑剂是润滑剂1和/或润滑剂2。
PVE润滑剂
本发明的润滑剂通常可包括PVE润滑剂。在优选的实施方案中,PVE润滑剂如根据下式II的PVE:
其中R2和R3各自独立地为C1-C10烃,优选地为C2-C8烃,并且R1和R4各自独立地为烷基、烷二醇,或聚氧化烷二醇单元,并且n和m优选地根据本领域技术人员的需要进行选择以获得具有所需特性的润滑剂,并且选择优选的n和m以获得根据ASTM D445测量的具有在40℃下约30cSt至约70cSt粘度的润滑剂。根据上文刚刚描述的PVE润滑剂为了方便起见被称为润滑剂3。市售聚乙烯基醚包括由出光(Idemitsu)以商品名FVC32D和FVC68D出售的那些润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含PVE润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含基本上由PVE润滑剂组成的润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)包含由PVE润滑剂组成的润滑剂。
在优选的实施方案中,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)中的PVE为根据式II的PVE。
本发明包括本发明的热传递组合物(包括每种热传递组合物1-17),其中润滑剂是润滑剂1和/或润滑剂2和/或润滑剂3。
经稳定的润滑剂
本发明还提供了经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂;和(b)本发明的稳定剂,包括稳定剂1至20中的每一者。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂1。
本发明还提供了经稳定的润滑剂,其包含:(a)新戊基POE润滑剂;和(b)本发明的稳定剂,包括稳定剂1至20中的每一者。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂2。
本发明还提供了经稳定的润滑剂,其包含:(a)润滑剂1;和(b)本发明的稳定剂,包括稳定剂1至20中的每一者。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂3。
本发明还提供了经稳定的润滑剂,其包含:(a)润滑剂2;和(b)本发明的稳定剂,包括稳定剂1至20中的每一者。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂4。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)稳定剂1。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂5。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)稳定剂2。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂6。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)稳定剂3。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂7。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)稳定剂4。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂8。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂;和(b)稳定剂5。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂9。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂;和(b)基于润滑剂和烷基化萘的重量计1重量%至小于10重量%的烷基化萘。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂10。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂;和(b)基于润滑剂和烷基化萘的重量计1重量%至8重量%的烷基化萘。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂11。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂;和(b)基于润滑剂和烷基化萘的重量计1.5重量%至8重量%的烷基化萘。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂12。
本发明还包括经稳定的润滑剂,其包含:(a)POE润滑剂;和(b)基于润滑剂和烷基化萘的重量计1.5重量%至6重量%的烷基化萘。根据该段落的经稳定的润滑剂为了方便起见在本文中有时被称为经稳定的润滑剂13。
本发明包括本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者),其中润滑剂和稳定剂为本发明的经稳定的润滑剂,包括经稳定的润滑剂1至13中的每一者。
方法、用途和系统
本文所公开的热传递组合物被提供用于热传递应用,包括空调应用,其中高度优选的空调应用包括住宅空调、商用空调应用(诸如屋顶应用、VRF应用和冷却器)。
本发明还包括用于提供热传递的方法,包括空调方法,其中高度优选的空调方法包括提供住宅空调、提供商用空调(诸如提供屋顶空调的方法、提供VRF空调的方法和使用冷却器提供空调的方法)。
本发明还包括热传递系统,包括空调系统,其中高度优选的空调系统包括住宅空调、商用空调系统(诸如屋顶空调系统、VRF空调系统和空调冷却器系统)。
本发明还提供了热传递组合物的用途、使用热传递组合物的方法和含有热传递组合物的系统与制冷、热泵和冷却器(包括便携式水冷却器和中央水冷却器)的结合。
任何所提及的本发明热传递组合物是指如本文所述的每种或任一种热传递组合物。因此,对于本发明组合物的用途、方法、系统或应用的以下讨论,热传递组合物可包含热传递组合物1至17中的每一者或基本上由其组成。
对于本发明的包括压缩机和用于系统中的压缩机的润滑剂的热传递系统,该系统可包含制冷剂和润滑剂的负载,使得系统中的润滑剂负载为约5重量%至60重量%、或约10重量%至约60重量%、或约20重量%至约50重量%、或约20重量%至约40重量%、或约20重量%至约30重量%、或约30重量%至约50重量%、或约30重量%至约40重量%。如本文所用,术语“润滑剂负载”是指系统中所包含的润滑剂的总重量占系统中所包含的润滑剂和制冷剂的总量的百分比。此类系统还可包括占热传递组合物的约5重量%至约10重量%、或约8重量%的润滑剂负载。
根据本发明的热传递系统可包括彼此流体连通的压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀装置以及在该系统中的热传递组合物1至17和螯合材料,其中所述螯合材料优选地包含:i.铜或铜合金,或ii.活性氧化铝,或iii.包含铜、银、铅或它们的组合的沸石分子筛,或iv.阴离子交换树脂,或v.除湿材料,优选地为除湿分子筛,或vi.上述中两者或更多者的组合。
本发明还包括用于所述类型的传递热量的方法,该类型包括在多个重复循环中蒸发制冷剂液体以产生制冷剂蒸气、在压缩机中压缩制冷剂蒸气的至少一部分并冷凝制冷剂蒸气,所述方法包括:
(a)提供根据本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者);
(b)任选但优选地为所述压缩机提供润滑剂;以及
(b)使所述制冷剂的至少一部分和/或所述润滑剂的至少一部分暴露于螯合材料。
用途、设备和系统
在优选的实施方案中,住宅空调系统和方法具有在约0℃至约10℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内。
在优选的实施方案中,在加热模式下使用的住宅空调系统和方法具有在约-20℃至约3℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约35℃至约50℃范围内。
在优选的实施方案中,商用空调系统和方法具有在约0℃至约10℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内。
在优选的实施方案中,循环加热系统和方法具有在约-20℃至约3℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约50℃至约90℃范围内。
在优选的实施方案中,中温系统和方法具有在约-12℃至约0℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内。
在优选的实施方案中,低温系统和方法具有在约-40℃至约-12℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内
在优选的实施方案中,屋顶空调系统和方法具有在约0℃至约10℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内。
在优选的实施方案中,VRF系统和方法具有在约0℃至约10℃范围内的制冷剂蒸发温度,并且冷凝温度在约40℃至约70℃范围内。
本发明包括本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在住宅空调系统中的用途。
本发明包括本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在冷却器系统中的用途。
就本发明的目的而言,常用压缩机的示例包括往复式、回转式(包括旋转活塞式和回转叶片式)、涡旋式、螺杆式以及离心式压缩机。因此,本发明提供了用于包括往复式、回转式(包括旋转活塞式和回转叶片式)、涡旋式、螺杆式或离心式压缩机的热传递系统中的如本文所述的每种和任一种制冷剂和/或热传递组合物。
就本发明的目的而言,常用膨胀装置的示例包括毛细管、固定节流孔、热膨胀阀以及电子膨胀阀。因此,本发明提供了用于包括毛细管、固定节流孔、热膨胀阀或电子膨胀阀的热传递系统中的如本文所述的每种和任一种制冷剂和/或热传递组合物。
就本发明的目的而言,蒸发器和冷凝器可各自为热交换器的形式,优选地选自翅管热交换器、微通道热交换器、管壳式热交换器、板式热交换器以及套管式热交换器。因此,本发明提供了用于热传递系统中的如本文所述的每种和任一种制冷剂和/或热传递组合物,其中蒸发器和冷凝器一起构成翅管热交换器、微通道热交换器、管壳式热交换器、板式热交换器、或套管式热交换器。
因此,本发明的系统优选地包括与根据本发明的制冷剂的至少一部分和/或润滑剂的至少一部分接触的螯合材料,其中所述螯合材料的温度和/或所述制冷剂的温度和/或所述润滑剂的温度在所述接触时处于优选地至少约10℃的温度,其中螯合材料优选地包含以下的组合:阴离子交换树脂、活性氧化铝、含银沸石分子筛和除湿材料,优选地为除湿分子筛。
如本申请中所用,术语“与至少一部分接触”在其广义含义上旨在包括每种所述螯合材料和螯合材料的任何组合与系统中制冷剂和/或润滑剂的相同或独立部分接触,并且旨在包括但不一定限于其中每种类型或特定螯合材料为以下情况的实施方案:(i)与每种其他类型或特定材料(如果存在)物理上位于一起;(ii)与每种其他类型或特定材料(如果存在)位于物理上分开的位置,以及(iii)其中两种或更多种材料物理上在一起且至少一种螯合材料与至少一种其他螯合材料物理上分开的组合。
本发明的热传递组合物可用于加热和冷却应用。
在本发明的特定特征中,热传递组合物可用于冷却方法中,该冷却方法包括冷凝热传递组合物,并且随后在待冷却的制品或主体附近蒸发所述组合物。
因此,本发明涉及在包括蒸发器、冷凝器和压缩机的热传递系统中冷却的方法,该方法包括:i)冷凝如本文所述的热传递组合物;以及
ii)在待冷却的主体或制品附近蒸发组合物;
其中热传递系统的蒸发器温度在约-40℃至约+10℃的范围内。
另选地或除此之外,热传递组合物可用于加热方法,包括在待加热的制品或主体附近冷凝热传递组合物,随后蒸发所述组合物。
因此,本发明涉及在包括蒸发器、冷凝器和压缩机的热传递系统中加热的方法,该方法包括:i)在待加热的主体或制品附近冷凝如本文所述的热传递组合物,以及
ii)使组合物蒸发,其中热传递系统的蒸发器温度在约-30℃至约5℃的范围内。
本发明的热传递组合物被提供用于空调应用,包括运输和固定式空调应用。因此,本文所述的任何热传递组合物可用于以下项中的任一者:
-空调应用,包括移动式空调,特别是火车和公共汽车空调,
-移动式热泵,特别是电动车辆热泵;
-冷却器,特别是正位移冷却器,更特别是空气冷却或水冷却的直接膨胀式冷却器,该冷却器是模块化或常规单独封装的,
-住宅空调系统,特别是管道分体式或无管道分体式空调系统,
-住宅热泵,
-住宅空气-水热泵/循环加热系统,
-工业空调系统
-商用空调系统,特别是封装式屋顶单元和可变制冷剂流量(VRF)系统;
-商用空气源、水源或地源热泵系统。
本发明的热传递组合物被提供用于制冷系统。术语“制冷系统”是指采用制冷剂提供冷却的任何系统或设备或者此类系统或设备的任何部件或部分。因此,本文所述的任何热传递组合物可用于以下项中的任一者:
-低温制冷系统,
-中温制冷系统,
-商用冷藏机,
-商用冷冻机,
-制冰机,
-自动贩卖机,
-运输制冷系统,
-家用冷冻机,
-家用冷藏机,
-工业冷冻机,
-工业冷藏机以及
-冷却器。
本文所述的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)中的每一者特别地被提供用于住宅空调系统(其中蒸发器温度在约0℃至约10℃的范围内,特别地冷却温度为约7℃和/或在约-20℃至约3℃的范围内,特别地加热温度为约0.5℃)。另选地或除此之外,本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供用于具有往复式、回转式(旋转活塞式或回转叶片式)或涡旋式压缩机的住宅空调系统中。
所述的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)中的每一者特别地被提供用于风冷式冷却器(其中蒸发器温度在约0至约10℃的范围内,特别地约4.5℃),特别是具有正位移压缩机的风冷式冷却器,更特别是具有往复式涡旋压缩机的风冷式冷却器。
本文所述的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)中的每一者特别地被提供用于住宅空气-水热泵循环加热系统(其中蒸发器温度在约-20℃至约3℃的范围内,特别地约0.5℃,或其中蒸发器温度在约-30℃至约5℃的范围内,特别地约0.5℃)。
本文所述的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)中的每一者特别地被提供用于中温制冷系统(其中蒸发器温度在约-12℃至约0℃的范围内,特别地约-8℃)。
本文所述的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)中的每一者特别地被提供用于低温制冷系统(其中蒸发器温度在约-40℃至约-12℃的范围内,特别地约-40℃至约-23℃或优选地约-32℃)。
本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于住宅空调系统,其中该住宅空调系统用于例如在夏季向建筑物供应冷空气(所述空气具有例如约10℃至约17℃、特别地约12℃的温度)。
因此,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于分体式住宅空调系统,其中该住宅空调系统用于供应冷空气(所述空气具有例如约10℃至约17℃、特别地约12℃的温度)。
因此,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于管道分体式住宅空调系统,其中该住宅空调系统用于供应冷空气(所述空气具有例如约10℃至约17℃、特别地约12℃的温度)。
因此,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于窗式住宅空调系统,其中该住宅空调系统用于供应冷空气(所述空气具有例如约10℃至约17℃、特别地约12℃的温度)。
因此,本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于便携式住宅空调系统,其中该住宅空调系统用于供应冷空气(所述空气具有例如约10℃至约17℃、特别地约12℃的温度)。
包括在紧接的前述段落中的如本文所述的住宅空调系统优选地具有空气-制冷剂蒸发器(室内盘管)、压缩机、空气-制冷剂冷凝器(室外盘管)和膨胀阀。蒸发器和冷凝器可为圆管板翅、翅管或微通道热交换器。压缩机可以是往复式或回转式(旋转活塞式或回转叶片式)或涡旋式压缩机。膨胀阀可以是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。制冷剂蒸发温度优选地在0℃至10℃的范围内。冷凝温度优选地在40℃至70℃的范围内。
本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于住宅热泵系统,其中该住宅热泵系统用于在冬季向建筑物供应暖空气(所述空气具有例如约18℃至约24℃、特别地约21℃的温度)。其可以是与住宅空调系统相同的系统,而在热泵模式中,制冷剂流动反向并且室内盘管变成为冷凝器并且室外盘管变成为蒸发器。典型的系统类型是分体式和小型分体式热泵系统。蒸发器和冷凝器通常为圆管板翅、翅片或微通道热交换器。压缩机通常为往复式或回转式(旋转活塞式或回转叶片式)或涡旋式压缩机。膨胀阀通常为热或电子膨胀阀。制冷剂蒸发温度优选地在约-20℃至约3℃、或约-30℃至约5℃的范围内。冷凝温度优选地在约35℃至约50℃的范围内。
本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于商用空调系统,其中该商用空调系统可以是用于向大型建筑物诸如办公室和医院等供应冷却水(所述水具有例如约7℃的温度)的冷却器。根据应用,冷却器系统可全年运行。冷却器系统可为风冷式或水冷式。风冷式冷却器通常具有用于供应冷却水的板式、套管式或壳管式蒸发器,往复式或涡旋式压缩机,与环境空气交换热的圆管板翅、翅管或微通道冷凝器,以及热或电子膨胀阀。水冷式系统通常具有用于供应冷却水的壳管式蒸发器,往复式、涡旋式、螺杆式或离心式压缩机,与来自冷却塔或湖、海以及其他自然资源的水交换热的壳管式冷凝器,以及热或电子膨胀阀。制冷剂蒸发温度优选地在约0℃至约10℃的范围内。冷凝温度优选地在约40℃至约70℃的范围内。
本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于住宅空气-水热泵循环加热系统,其中该住宅空气-水热泵循环加热系统用于在冬季向建筑物供应热水(所述水具有例如约50℃或约55℃的温度)以用于地板加热或类似应用。循环加热系统通常具有与环境空气交换热的圆管板翅、翅管或微通道蒸发器,往复式、涡旋式或回转式压缩机,用于加热水的板式、套管式或管壳式冷凝器,以及热或电子膨胀阀。制冷剂蒸发温度优选地在约-20℃至约3℃、或-30℃至约5℃的范围内。冷凝温度优选地在约50℃至约90℃的范围内。
本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于中温制冷系统,其中该制冷剂具有优选地在约-12℃至约0℃范围内的蒸发温度,并且在此类系统中该制冷剂具有优选地在约40℃至约70℃、或约20℃至约70℃范围内的冷凝温度。
因此,本发明提供了诸如在冰箱或瓶式冷却器中用于冷却食品或饮料的中温制冷系统,其中该制冷剂具有优选地在约-12℃至约0℃范围内的蒸发温度,并且在此类系统中该制冷剂具有优选地在约40℃至约70℃、或约20℃至约70℃范围内的冷凝温度。
本发明的中温系统,包括如紧接的前述段落中所述的系统,优选地具有:向例如包含在其中的食物或饮料提供冷却的空气-制冷剂蒸发器,往复式、涡旋式或螺杆式或回转式压缩机,与环境空气交换热的空气-制冷剂冷凝器,以及热力膨胀阀或电子膨胀阀。本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17)被提供用于低温制冷系统,其中该制冷剂具有优选地在约-40℃至约-12℃范围内的蒸发温度,并且该制冷剂具有优选地在约40℃至约70℃、或约20℃至约70℃范围内的冷凝温度。
因此,本发明提供了用于在冷冻机中提供冷却的低温制冷系统,其中该制冷剂具有优选地在约-40℃至约-12℃范围内的蒸发温度,并且该制冷剂具有优选地在约40℃至约70℃、或约20℃至约70℃范围内的冷凝温度。
因此,本发明还提供了用于在奶油机中提供冷却的低温制冷系统,制冷剂具有优选地在约-40℃至约-12℃范围内的蒸发温度,并且制冷剂具有优选地在约40℃至约70℃、或约20℃至约70℃范围内的冷凝温度。
本发明的低温系统,包括紧接的前述段落中所述的系统,优选地具有:用于冷却食品或饮料的空气-制冷剂蒸发器,往复式、涡旋式或回转式压缩机,与环境空气交换热的空气-制冷剂冷凝器,以及热力膨胀阀或电子膨胀阀。
因此,本发明提供了本发明热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在冷却器中的用途,其中所述烷基化萘为AN5,其中所述热传递组合物还包含BHT,其中AN5以基于润滑剂的重量计约0.001重量%至约5重量%的量提供,并且BHT以基于润滑剂的重量计约0.001重量%至约5重量%的量提供。
因此,本发明提供了本发明热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在冷却器中的用途,其中所述热传递组合物还包含BHT,其中AN5以基于热传递组合物的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在,并且BHT以基于热传递组合物的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在。
出于本发明的目的,根据本发明的每种热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)被提供用于冷却器中,其中蒸发温度在约0℃至约10℃的范围内并且冷凝温度在约40℃至约70℃的范围内。冷却器被提供用于空调或制冷,并且优选地用于商用空调。冷却器优选地为正位移冷却器,更特别地为空气冷却或水冷却的直接膨胀式冷却器,该冷却器是模块化或常规单独封装的。
因此,本发明提供了根据本发明的每种热传递组合物(包括热传递组合物1至26中的每一者)在固定式空调特别是住宅空调、工业空调或商用空调中的用途。
因此,本发明提供了本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在固定式空调特别是住宅空调、工业空调或商用空调中的用途,其中所述烷基化萘为AN5,并且其中所述热传递组合物还包含BHT,其中AN5以基于润滑剂的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在,并且BHT以基于润滑剂的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在。
因此,本发明提供了本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)在固定式空调特别是住宅空调、工业空调或商用空调中的用途,其中所述烷基化萘为AN5,并且其中所述热传递组合物还包含BHT,其中AN5以基于热传递组合物的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在,并且BHT以基于热传递组合物的重量计约0.001重量%至约5重量%的量存在。
根据本发明的每种热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)作为制冷剂R-410A的低全球变暖潜能值(GWP)替代品提供。
根据本发明的每种热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)作为制冷剂R-410A的低全球变暖潜能值(GWP)改装品提供。
因此,本发明的热传递组合物和制冷剂(包括热传递组合物1至17中的每一者)可用作改装制冷剂/热传递组合物或用作替代制冷剂/热传递组合物。
因此,本发明包括改装被设计用于并包含R-410A制冷剂的现有热传递系统的方法,而不需要对现有系统进行实质性的工程改造,特别是不需要对冷凝器、蒸发器和/或膨胀阀进行改造。
因此,本发明还包括使用本发明的制冷剂或热传递组合物替代R-410A,特别是在住宅空调制冷剂中替代R-410A的方法,而无需对现有系统进行实质性的工程改造,特别是在不更改冷凝器,蒸发器和/或膨胀阀的情况下。
因此,本发明还包括使用本发明的制冷剂或热传递组合物作为R-410A的替代品并且特别是作为住宅空调系统中R-410A的替代品的方法。
因此,本发明还包括使用本发明的制冷剂或热传递组合物作为R-410A的替代品并且特别是作为冷却器系统中R-410A的替代品的方法。
因此,提供了一种改装含有R-410A制冷剂的现有热传递系统的方法,所述方法包括用本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)替代现有R-410A制冷剂的至少一部分。
替代步骤优选地包括去除现有制冷剂(其可以是但不限于R-410A)的至少大部分并且优选地基本上全部,并引入热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的任一者),而不对系统进行任何实质性的改造以适应本发明的制冷剂。优选地,该方法包括从系统中去除至少约5重量%、约10重量%、约25重量%、约50重量%或约75重量%的R-410A,并将其用本发明的热传递组合物替代。
另选地,热传递组合物可用于改装被设计成包含或含有R410A制冷剂的现有热传递系统的方法,其中该系统被改进成与本发明的热传递组合物一起使用。
另选地,热传递组合物可用作被设计成包含R-410A制冷剂或适合与其一起使用的热传递系统中的替代品。
应当理解,本发明涵盖本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)作为R-410A的低GWP替代品的用途,或用于改装现有热传递系统的方法中,或用于适合与如本文所述的R-410A制冷剂一起使用的热传递系统中。
本领域技术人员将理解,当热传递组合物被提供用于如上所述的改装现有热传递系统的方法中时,该方法优选地包括从系统中去除现有R-410A制冷剂的至少一部分。优选地,该方法包括从系统中去除至少约5重量%、约10重量%、约25重量%、约50重量%或约75重量%的R-410A,并将其用本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)替代。
本发明的热传递组合物可用作使用R-410A制冷剂或适合与R-410A制冷剂一起使用的系统(诸如现有或新的热传递系统)中的替代品。
本发明的组合物表现出多个期望的R-410A特征,但具有显著低于R-410A的GWP,而同时具有基本上类似或基本上匹配并且优选地与R-410A一样高或更高的操作特征,即容量和/或效率(COP)。这允许所要求保护的组合物替代现有热传递系统中的R-410A,而不需要例如冷凝器、蒸发器和/或膨胀阀的任何显著的系统改造。因此,该组合物可用作热传递系统中R-410A的直接替代品。
因此,本发明的热传递组合物优选地表现出与R-410A相比的以下操作特征,其中在热传递系统中该组合物的效率(COP)为R-410A的效率的95%至105%。
因此,本发明的热传递组合物优选地表现出与R-410A相比的以下操作特征,其中在热传递系统中容量是R-410A的容量的95%至105%。
因此,本发明的热传递组合物优选地表现出与R-410A相比的以下操作特征,其中在热传递系统中组合物的效率(COP)是R-410A的效率的95%至105%,并且其中在热传递系统中容量是R-410A容量的95%至105%。
优选地,在其中本发明的热传递组合物将替代R-410A制冷剂的热传递系统中,本发明的组合物优选地表现出与R-410A相比的以下操作特征,其中:
-组合物的效率(COP)是R-410A效率的100%至105%;和/或
-容量是R-410A容量的98%至105%。
在其中本发明的热传递组合物将替代R-410A制冷剂的热传递系统中,为了提高热传递系统的可靠性,优选的是,本发明的组合物还表现出与R-410A相比的以下特征:
-排出温度比R-410A的排出温度高不大于10℃;和/或
-压缩机压力比是R-410A的压缩机压力比的95%至105%。
用于替代R-410A的现有热传递组合物优选地用于空调热传递系统(包括移动式和固定式空调系统两者)中。如本文所使,术语移动式空调系统意指移动的非客车空调系统,诸如卡车、公共汽车和火车中的空调系统。因此,如本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)可用于替代以下任一者中的R-410A:
-空调系统,包括移动式空调系统,特别是卡车、公共汽车和火车中的空调系统,
-移动式热泵,特别是电动车辆热泵;
-冷却器,特别是正位移冷却器,更特别是空气冷却或水冷却的直接膨胀式冷却器,该冷却器是模块化或常规单独封装的,
-住宅空调系统,特别是管道分体式或无管道分体式空调系统,
-住宅热泵,
-住宅空气-水热泵/循环加热系统,
-工业空调系统以及
-商用空调系统,特别是封装式屋顶单元和可变制冷剂流量(VRF)系统;
-商用空气源、水源或地源热泵系统
本发明的热传递组合物另选地被提供以替代制冷系统中的R410A。因此,如本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)可用于替代以下任一者中的R10A:
-低温制冷系统,
-中温制冷系统,
-商用冷藏机,
-商用冷冻机,
-制冰机,
-自动贩卖机,
-运输制冷系统,
-家用冷冻机,
-家用冷藏机,
-工业冷冻机,
-工业冷藏机以及
-冷却器。
本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供以替代住宅空调系统(其中蒸发器温度在约0至约10℃的范围内,特别地冷却温度为约7℃和/或在约-20℃至约3℃、或30至约5℃的范围内,特别地加热温度为约0.5℃)中的R-410A。另选地或除此之外,本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至35中的每一者)特别地被提供以替代具有往复式、回转式(旋转活塞式或回转叶片式)或涡旋式压缩机的住宅空调系统中的R-410A。
本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供以替代风冷式冷却器(其中蒸发器温度在约0℃至约10℃的范围内,特别地约4.5℃)、特别是具有正位移压缩机的风冷式冷却器、更特别是具有往复式涡旋压缩机的风冷式冷却器中的R-410A。
本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供以替代住宅空气-水热泵循环加热系统(其中蒸发器温度在约-20℃至约3℃或约-30℃至约5℃的范围内,特别地约0.5℃)中的R-410A。
本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供以替代中温制冷系统(其中蒸发器温度在约-12℃至约0℃的范围内,特别地约-8℃)中的R-410A。
本文所述的热传递组合物中的每一者(包括热传递组合物1至17中的每一者)特别地被提供以替代低温制冷系统(其中蒸发器温度在约-40℃至约-12℃的范围内,特别地约-40℃至约-23℃或优选地约-32℃)中的R-410A。
因此,提供了改装被设计成包含或含有R-410A制冷剂或适合与R-410A制冷剂一起使用的现有热传递系统的方法,所述方法包括用本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)替代现有R-410A制冷剂的至少一部分。
因此,提供了改装被设计成包含或含有R-410A制冷剂或适合与R-410A制冷剂一起使用的现有热传递系统的方法,所述方法包括用根据本发明的热传递组合物(包括热传递组合物1至17中的每一者)替代现有R-410A制冷剂的至少一部分。
本发明还提供了热传递系统,该热传递系统包括流体连通的压缩机、冷凝器和蒸发器以及在所述系统中的热传递组合物,根据本发明的所述热传递组合物包括热传递组合物1至17中的每一者。
特别地,热传递系统是住宅空调系统(其中蒸发器温度在约0至约10℃的范围内,特别地冷却温度为约7℃和/或在约-20至约3℃、或约-30至约5℃的范围内,特别地加热温度为约0.5℃)。
特别地,热传递系统是风冷式冷却器(其中蒸发器温度在约0℃至约10℃的范围内,特别地约4.5℃)、特别是具有正位移压缩机的风冷式冷却器、更特别地是具有往复式或涡旋式压缩机的风冷式冷却器。
特别地,热传递系统是住宅空气-水热泵循环加热系统(其中蒸发器温度在约-20℃至约3℃、或约-30℃至约5℃的范围内,特别地约0.5℃)。
热传递系统可以是制冷系统,诸如低温制冷系统、中温制冷系统、商用冰箱、商用冷冻机、制冰机、自动贩卖机、运输制冷系统、家用冷冻机、家用冰箱、工业冷冻机、工业冰箱和冷却器。
实施例1-可燃性测试
如本文所述测试下表1中标识为制冷剂A的制冷剂组合物。
表1:制冷剂A组成
可燃性测试是按照ASHRAE当前标准34-2016测试规程(条件和设备)使用当前方法ASTM E681-09附录A1进行的。通过抽空烧瓶并使用分压填充至期望浓度来制备混合物。快速引入空气以帮助混合,并在混合后使其达到温度平衡,以使混合物在尝试点火之前变得停滞。发现上表1中评估的制冷剂A满足不可燃性测试。
实施例2至30热传递性能
使如以上实施例1中的表1中所述的制冷剂A经受热力学分析,以确定其在各种制冷系统中与R-4104A的操作特性相匹配的能力。使用收集的关于两个二元对CF3I与HFC-32和HFC-125中的每一种的特性的实验数据进行分析。特别地,在与HFC-32和R125中的每一种的一系列二元对中,测定和研究CF3I的气/液平衡行为。在实验评估中,每个二元对的组成在一系列相对百分比上变化,并且每个二元对的混合物参数被回归成实验获得的数据。用于进行分析的假设如下:对于所有制冷剂压缩机排量相同,对于所有制冷剂操作条件相同,对于所有制冷剂压缩机等熵效率和容积效率相同。在各实施例中,模拟使用所测的蒸气液体平衡数据来实施。报道了各实施例的模拟结果。
实施例2A.-住宅空调系统(冷却)
测试了被构造成在夏季向建筑物供应冷空气(约12℃)的住宅空调系统。住宅空调系统包括分体式空调系统、小型分体式空调系统和窗户式空调系统,并且本文所述的测试代表来自此类系统的结果。该实验系统包括空气-制冷剂蒸发器(室内盘管)、压缩机、空气-制冷剂冷凝器(室外盘管)和膨胀阀。测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约46℃(对应的室外环境温度为约35℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约7℃(对应的室内环境温度为约26.7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=约5.5℃
测试的性能结果报告于下表2中:
表2:住宅空调系统的性能(冷却)
表2示出了用本发明的制冷剂A操作的住宅空调系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的98%的容量,并且表现出与R-410A相比的102%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的99%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度升高在10℃以内,这表明压缩机可靠性良好,油击穿或马达烧坏的风险低。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例2B-住宅空调系统(冷却)
根据实施例2A构造住宅空调系统以供应冷空气(约12℃),其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例3A.住宅热泵系统(加热)
测试了被构造成在冬季向建筑物供应暖空气(约21℃)的住宅热泵系统。实验系统包括住宅空调系统,然而,当系统处于热泵模式时,制冷剂流动反向,并且室内盘管变成冷凝器,并且室外盘管变成蒸发器。住宅热泵系统包括分体式空调系统、小型分体式空调系统和窗户式空调系统,并且本文所述的测试代表来自此类系统的结果。测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约41℃(对应的室内环境温度约为21.1℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约0.5℃(对应的室外环境温度=8.3℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=约5.5℃
测试的性能结果报告于下表3中:
表3:住宅热泵系统的性能(加热)
表3示出了用本发明的制冷剂A操作的住宅热泵系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的97%的容量,并且表现出与R-410A相比的101%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的99%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度升高在10℃以内,这表明压缩机可靠性良好,油击穿或马达烧坏的风险低。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例3B-住宅热泵系统(加热)
根据实施例3A构造热泵系统,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例4A.商用空调系统-冷却器
测试了被构造成在冬季向建筑物供应暖空气(约21℃)的商用空调系统(冷却器)。此类系统向大型建筑物诸如办公室、医院等供应冷却水(约7℃),并且根据特定的应用,冷却器系统可全年运行。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。
测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约46℃(对应的室外环境温度=35℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约4.5℃(对应的冷却后出水温度=约7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=约2℃
测试的性能结果报告于下表4中:
表4:商用空调系统-风冷式冷却器的性能
表4示出了用本发明的制冷剂A操作的商用风冷式冷却器系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的98%的容量,并且表现出与R-410A相比的102%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的99%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度升高在10℃以内,这表明压缩机可靠性良好,油击穿或马达烧坏的风险低。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例4B:商用空调系统-冷却器
根据实施例4A构造商用空调,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例5A.-住宅空气-水热泵循环加热系统
测试了被构造成在冬季向建筑物供应热水(约50℃)以用于地板加热或类似应用的住宅空气-水热泵循环加热系统。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。
测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约60℃(对应的室内出水温度=约50℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约0.5℃(对应的室外环境温度=约8.3℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=2℃
测试的性能结果报告于下表5中:
表5:住宅空气-水热泵循环加热系统的性能
表5示出了用本发明的制冷剂A操作的住宅空气-水热泵循环加热系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的100%的容量,并且表现出与R-410A相比的103%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的98%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度升高接近10℃。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例5B-住宅空气-水热泵循环加热系统
造根据实施例5A构造住宅空气-水热泵循环加热系统,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例6A.中温制冷系统
测试了被构造成诸如在冰箱和瓶式冷却器中冷却食物或饮料的中温制冷系统。该实验系统包括用于冷却食物或饮料的空气-制冷剂蒸发器、压缩机、用于与环境空气交换热的空气-制冷剂冷凝器以及膨胀阀。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。
测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约45℃(对应的室外环境温度=约35℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约-8℃(对应的箱温度=1.7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=65%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=10℃
测试的性能结果报告于下表6中:
表6:中温制冷系统的性能
表6示出了用本发明的制冷剂A操作的中温制冷系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的100%的容量,并且表现出与R-410A相比的102%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的98%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度升高接近10℃。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例6B中温制冷系统
根据实施例6A构造中温制冷系统,其被构造成冷却诸如在冷藏机和瓶式冷却器中的食品或饮料,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例7A.低温制冷系统
测试低温制冷系统,该低温制冷系统被构造成诸如在冰淇淋机和冷冻机中冷冻食品。该实验系统包括:用于冷却或冷冻食品或饮料的空气-制冷剂蒸发器、压缩机、用于与环境空气交换热的空气-制冷剂冷凝器、以及膨胀阀。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约55℃(对应的室外环境温度=约35℃)
2.冷凝器过冷=约5℃
3.蒸发温度=约-23℃(对应的箱温度=1.7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=60%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=1℃
测试的性能结果报告于下表7中:
表7:低温制冷系统的性能
表7示出了用本发明的制冷剂A操作的低温制冷系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的104%的容量,并且表现出与R-410A相比的105%的效率。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的94%的压力比。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例7B低温制冷系统
根据实施例7A构造低温制冷系统,其被构造成诸如在冰淇淋机和冷冻机中冷冻食品,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例8A商用空调系统-封装式屋顶
测试了被构造成向建筑物供应冷却或加热的空气的封装式屋顶商用空调系统。该实验系统包括封装式屋顶空调/热泵系统,并且具有空气-制冷剂蒸发器(室内盘管)、压缩机、空气-制冷剂冷凝器(室外盘管)和膨胀阀。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约46℃(对应的室外环境温度=约35℃)
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=大约7℃(对应的室内环境温度=26.7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=5.5℃
测试的性能结果报告于下表8中:
表8:商用空调系统-封装式屋顶的性能
表8示出了用本发明的制冷剂A操作的屋顶商用空调系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的98%的容量,并且表现出与R-410A相比的102%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的99%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度低出10℃,这表明压缩机可靠性良好,以及没有油击穿或马达烧坏的风险。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例8A商用空调系统-封装式屋顶
根据实施例8A构造封装式屋顶商用空调系统,该封装式屋顶商用空调系统被构造成向建筑物供应冷却或加热的空气,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
实施例9A-商用空调系统-可变制冷剂流量系统
测试了具有可变制冷剂流量的商用空调系统被构造成向建筑物供应冷却或加热的空气。该实验系统包括多个(4个或更多个)空气-制冷剂蒸发器(室内盘管)、压缩机、空气-制冷剂冷凝器(室外盘管)和膨胀阀。本文所述的测试代表来自此类系统的结果。测试的操作条件为:
1.冷凝温度=约46℃,对应的室外环境温度=35℃
2.冷凝器过冷=约5.5℃
3.蒸发温度=约7℃(对应的室内环境温度=26.7℃)
4.蒸发器过热=约5.5℃
5.等熵效率=70%
6.容积效率=100%
7.吸入管线中温度上升=5.5℃
表9:商用空调系统-可变制冷剂流量系统的性能
表9示出了用本发明的制冷剂A操作的VRF商用空调系统与相同系统中的R-410A相比的热力学性能。特别地,制冷剂A表现出相对于R-410A的98%的容量,并且表现出与R-410A相比的102%的效率。这表明制冷剂A作为此类系统中R-410A的替代品以及作为此类系统中R-410A的改型是即用型或接近即用型的。此外,制冷剂A显示出与R-410A相比的99%的压力比,这表明压缩机效率与R-410A足够相似,从而不需要改变与R-410A一起使用的压缩机。此外,与R-410A相比,制冷剂A的压缩机排出温度低出10℃,这表明压缩机可靠性良好,以及没有油击穿或马达烧坏的风险。制冷剂A的蒸发器滑移小于2℃表明蒸发器滑移不影响系统性能。
实施例9B商用空调系统-可变流量制冷剂
根据实施例9A构造具有可用制冷剂流量的商用空调系统,其被构造成向建筑物供应冷却或加热的空气,其中POE润滑剂包括在系统中并且用根据本发明的烷基化萘(AN4,其量基于润滑剂的重量计为约6%至约10%)和根据本发明的ADM(ADM4,其量基于润滑剂的重量计为约0.05重量%至0.5重量%)进行稳定。如此构造的系统在更长时间段内连续操作,并且在此类操作之后,测试并发现润滑剂在此类实际操作期间保持稳定。
比较例1-包含制冷剂和润滑剂以及BHT的热传递组合物
根据ASHRAE标准97-“测试在制冷剂系统内使用的材料的化学稳定性的密封玻璃管方法”,通过加速老化来模拟热传递组合物的长期稳定性,从而测试本发明的热传递组合物。所测试的制冷剂由49重量%的R-32、11.5重量%的R-125和39.5重量%的CF3I(有时在本文中也被称为R-466a)组成,其中制冷剂中具有1.7体积%的空气。所测试的POE润滑剂为ISO 32POE,其具有在40℃下约32cSt的粘度并且具有300ppm或更低的含水量(润滑剂A)。与润滑剂一起包括的是稳定剂BHT,但不包括烷基化萘和ADM。测试之后,观察流体的清晰度并测定总酸值(TAN)。TAN值被认为反映了在热传递组合物的使用条件下润滑剂在流体中的稳定性。还测试了流体是否存在三氟甲烷(R-23),这被认为反映了制冷剂稳定性,因为据信该化合物是CF3I分解的产物。
通过制备含有50重量%的R-466a制冷剂和50重量%的所指示的润滑剂的密封管来进行实验,制冷剂和润滑剂中的每一者已被脱气。每个管含有钢、铜、铝和青铜的试样块。通过将密封管置于保持在约175℃的烘箱中14天来测试稳定性。结果如下:
润滑剂目视-黄色至棕色
TAN-4.0mgKOH/g
R-23–1.157重量%
实施例10-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复比较例1的测试,不同的是添加基于润滑剂的重量计2重量%的烷基化萘(AN4)。结果(指定为E10)与得自比较例1的结果(指定为CE1)一起报告于下表10中。
表10
CE1(无AN) | E10(2%AN) | |
润滑剂目视 | 黄色至棕色 | 澄清 |
TAN mgKOH/g | 4.0 | 0.15 |
R-23-重量% | 1.157 | 0.135 |
如由以上数据可见,不含根据本发明的烷基化萘稳定剂的制冷剂/润滑剂流体表现出不太理想的视觉外观、4的TAN以及相对高的R-23浓度。尽管包含BHT稳定剂,但仍可达成该结果。相比之下,添加根据本发明的2%烷基化萘在所有测试的稳定性结果中产生显著且出乎意料的改善,包括TAN和R-23浓度的显著数量级改善。
实施例11-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例10的测试,不同的是添加基于润滑剂的重量计4重量%的烷基化萘(AN4)。结果类似于实施例10的结果。
实施例12-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例10的测试,不同的是添加基于润滑剂的重量计6重量%的烷基化萘(AN4)。结果类似于实施例10的结果。
实施例13-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例10的测试,不同的是添加基于润滑剂的重量计8重量%的烷基化萘(AN4)。结果类似于实施例10的结果。
实施例14-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复比较例1的测试,不同的是添加基于润滑剂的重量计10重量%的烷基化萘(AN4)。结果(指定为E14)与得自比较例1(指定为CE1)和实施例10的结果(指定为E10)一起报告于下表11中。
表11
CE1(无AN) | E10(2%AN) | E14(10%AN) | |
润滑剂目视 | 黄色至棕色 | 澄清 | 深棕色至黑色 |
TAN mgKOH/g | 4.0 | 0.15 | 18.2 |
R-23-重量% | 1.157 | 0.135 | 1.602 |
如由以上数据可见,与具有2%含量的AN的流体相比,就每个测试标准而言,具有10%烷基化萘稳定剂(并且无ADM)的制冷剂/润滑剂流体出乎意料地表现出稳定性能的实质劣化。
实施例15-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例14的测试,不同的是除了添加基于润滑剂的重量计10重量%的烷基化萘(AN4)以外,还添加按重量计1000ppm(0.1重量%)的ADM(ADM4)。结果(指定为E15)与得自比较例1(指定为CE1)、实施例10(指定为E10)和实施例14(指定为E14)的结果一起报告于下表12中。
表12
如由以上数据可见,具有10重量%烷基化萘稳定剂和0.1重量%(1000ppm)ADM的制冷剂/润滑剂流体出乎意料地表现出最佳性能,其中R-23值甚至优于得自实施例10的优异结果两个数量级。
实施例16-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例15的测试,不同的是润滑剂为ISO 74POE,其具有在40℃下约74cSt的粘度并且具有300ppm或更低的含水量(润滑剂B)。结果如下:
润滑剂目视-澄清至浅黄色
TAN-<0.1mgKOH/g
R-23–<0.012重量%
实施例17-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例15的测试,不同的是润滑剂为ISO 68PVE,其具有在40℃下约68cSt的粘度并且具有300ppm或更低的含水量(润滑剂C)。结果如下:
润滑剂目视-完全澄清
TAN-<0.1mgKOH/g
R-23–0.028重量%
实施例18-用于包含制冷剂和润滑剂的热传递组合物的稳定剂
重复实施例15的测试,不同的是润滑剂为ISO 32PVE,其具有在40℃下约32cSt的粘度并且具有300ppm或更低的含水量(润滑剂C)。结果类似于实施例17的结果。
实施例19-与POE油的混溶性
如针对上文实施例1的表1中所指示的,对不同的润滑剂和制冷剂重量比以及不同的R-410A制冷剂和制冷剂A温度,测试与ISO POE-32油(在40℃温度下粘度为约32cSt)的混溶性。该测试的结果报告于下表11中:
表13
从上表可以看出,R-410A在低于约-22℃时与POE油不混溶,并且因此在没有采取措施以克服POE油在蒸发器中积聚的情况下,R-410A不能用于低温制冷应用。此外,R-410A在高于50℃时与POE油不混溶,这将在高于环境温度的条件下使用R-410A时在冷凝器和液体管线中产生问题(例如,分离的POE油将被截留和积聚)。相反,申请人惊奇地和意外地发现本发明的制冷剂在-40℃至80℃的温度范围内与POE油完全混溶,因此当用于此类系统中时提供显著和出乎意料的优点。
编号实施方案
现在将通过参考下列编号实施方案来说明本发明。编号实施方案的主题可附加地与来自说明书或一个或多个权利要求的主题组合。
编号实施方案1.一种包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),和约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),所述润滑剂包括多元醇酯(POE)润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,并且所述稳定剂包括烷基化萘。
编号实施方案2.根据编号实施方案1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以1%至小于10%的量存在于组合物中。
编号实施方案3.根据编号实施方案1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以1.5%至小于10%的量存在于组合物中。
编号实施方案4.根据编号实施方案1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以1.5%至小于8%的量存在于组合物中。
编号实施方案5.根据编号实施方案1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以1.5%至小于6%的量存在于组合物中。
编号实施方案6.根据编号实施方案1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以1.5%至小于5%的量存在于组合物中。
编号实施方案7.根据编号实施方案1-6中任一项所述的热传递组合物,其中所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
49重量%+/-0.3重量%的二氟甲烷(HFC-32)、11.5重量%+/-0.3重量%的五氟乙烷(HFC-125)、和39.5重量%+/-0.3重量%的三氟碘甲烷(CF3I)。
编号实施方案8.根据编号实施方案1至7中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘选自AN1、或AN2、或AN3、或AN4、或AN5、或AN6、或AN7、或AN8、或AN9或AN10。
编号实施方案9.根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘包含AN5。
编号实施方案10.根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘基本上由AN5组成。
编号实施方案11.根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘由AN5组成。
编号实施方案12.根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘包含AN10。
编号实施方案13根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘基本上由AN10组成。
编号实施方案14.根据编号实施方案1至8中任一项所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘由AN10组成。
编号实施方案15.根据编号实施方案1至14中任一项所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含ADM。
编号实施方案16.根据编号实施方案1至15中任一项所述的热传递组合物,其中所述ADM包含ADM4。
编号实施方案17根据编号实施方案1至15中任一项所述的热传递组合物,其中所述ADM基本上由ADM4组成。
编号实施方案18.根据编号实施方案1至15中任一项所述的热传递组合物,其中所述ADM由ADM4组成。
编号实施方案19.根据编号实施方案1至9中任一项所述的热传递组合物,其中所述稳定剂选自稳定剂1、稳定剂2、稳定剂3、稳定剂4、稳定剂5、稳定剂6、稳定剂7、稳定剂8、稳定剂9、稳定剂10、稳定剂11、稳定剂12、稳定剂13、稳定剂14、稳定剂15、稳定剂16、稳定剂17、稳定剂18、稳定剂19、稳定剂20。
编号实施方案20根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂包含POE。
编号实施方案21.根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂基本上由POE组成。
编号实施方案22.根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂由POE组成。
编号实施方案23.根据编号实施方案1至22中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂包含润滑剂1。
编号实施方案24.根据编号实施方案1至22中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂基本上由润滑剂1组成。
编号实施方案25.根据编号实施方案1至22中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂由润滑剂1组成。
编号实施方案26.根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂包含PVE。
编号实施方案27.根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂基本上由PVE组成。
编号实施方案28.根据编号实施方案1至19中任一项所述的热传递组合物,其中所述润滑剂由PVE组成。
编号实施方案29.根据编号实施方案1至28中任一项所述的热传递组合物,其中组合物还包含选自以下的一种或多种组分:染料、增溶剂、增容剂、缓蚀剂、极压添加剂和抗磨添加剂。
编号实施方案30.根据编号实施方案1至29所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含基于酚的化合物。
编号实施方案31.根据编号实施方案1至30所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含磷化合物和/或氮化合物。
编号实施方案32.根据编号实施方案1至8和15至31中任一项所述的热传递组合物,其中烷基化萘为以下中的一者或多者:NA-LUBE KR-007A;KR-008、KR-009;KR-0105、KR-019和KR-005FG。
编号实施方案33.根据编号实施方案1至8和15至31中任一项的热传递组合物,其中烷基化萘为以下中的一者或多者:NA-LUBE KR-007A、KR-008、KR-009和KR-005FG。
编号实施方案34.根据编号实施方案1至33中任一项所述的热传递组合物,其中烷基化萘为NA-LUBE KR-008。
编号实施方案35.根据编号实施方案1至34中任一项所述的热传递组合物,其中稳定剂包含选自以下的基于酚的化合物:4,4’-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚);4,4'-双(2,6-二叔丁基苯酚);2,2-或4,4-联苯二醇,包括4,4'-双(2-甲基-6-叔丁基苯酚);2,2-或4,4-联苯二醇的衍生物;2,2'-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4-异亚丙基双(2,6-二叔丁基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-壬基苯酚);2,2'-异亚丁基双(4,6-二甲基苯酚);2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-环己基苯酚);2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT);2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚:2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚;2,6-二-叔-α-二甲基氨基-对甲酚;2,6-二叔丁基-4(N,N'-二甲氨基甲基苯酚);4,4'-硫代双(2-甲基-6-叔丁基苯酚);4,4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚);2,2'-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);双(3-甲基-4-羟基-5-叔丁基苄基)硫化物;双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫化物、生育酚、对苯二酚、2,2',6,6'-四叔丁基-4,4'-亚甲基二酚和叔丁基对苯二酚。
编号实施方案36.根据编号实施方案30至34中任一项所述的热传递组合物,其中稳定剂包含BHT。
编号实施方案37.根据编号实施方案30至34中任一项所述的热传递组合物,其中苯酚基本上由BHT组成。
编号实施方案38.根据编号实施方案30至34中任一项所述的热传递组合物,其中苯酚由BHT组成。
编号实施方案39.根据编号实施方案30至35所述的热传递组合物,其中所述苯酚以大于0重量%并且优选地0.0001重量%至约5重量%、优选地0.001重量%至约2.5重量%、并且更优选地0.01重量%至约1重量%的量存在于热传递组合物中,其中重量百分比是指热传递组合物的重量。
编号实施方案40.根据编号实施方案30至35所述的热传递组合物,其中所述苯酚以大于0重量%并且优选地0.0001重量%至约5重量%、优选地0.001重量%至约4重量%、并且更优选地1重量%至约4重量%的量存在于热传递组合物中,其中重量百分比是指热传递组合物的重量。
编号实施方案41.一种热传递系统,包括彼此流体连通的压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀装置以及如编号实施方案1至40中任一项所定义的热传递组合物。
编号实施方案42.根据编号实施方案41所述的热传递系统并且还包括螯合材料,其中所述螯合材料包含:i.铜或铜合金,或ii.活性氧化铝,或iii.包含铜、银、铅或它们的组合的沸石分子筛,或iv.阴离子交换树脂,或v.除湿材料,优选地为除湿分子筛,或vi.上述中两者或更多者的组合。
编号实施方案43.如编号实施方案41和42中任一项所定义的热传递系统,其中所述系统为住宅空调系统、或工业空调系统、或商业空调系统。
编号实施方案44.一种在包括蒸发器、冷凝器和压缩机的热传递系统中冷却的方法,该方法包括:i)冷凝根据编号实施方案1至33中任一项所述的热传递组合物所需的制冷剂;以及ii)在待冷却的主体或制品附近蒸发该制冷剂;
其中热传递系统的蒸发器温度在约-40℃至约+10℃的范围内。
编号实施方案45.一种在包括蒸发器、冷凝器和压缩机的热传递系统中冷却的方法,该方法包括:i)冷凝根据编号实施方案1至33中任一项所述的热传递组合物所需的制冷剂;以及ii)蒸发该组合物;其中热传递系统的蒸发器温度在约-30℃至约5℃的范围内。
编号实施方案46.如根据编号实施方案1至33中任一项所述的热传递组合物所需的任一种所定义的热传递组合物用于空调的用途。
编号实施方案47.如编号实施方案46中所定义的热传递组合物的用途,其中所述在空调中的用途选自用于住宅空调系统、工业空调系统或商业空调系统中、或为屋顶系统的商业空调系统、或为可变制冷剂流动系统的商业空调系统、或为冷却器系统的商业空调系统、或运输空调系统、或固定式空调系统。
编号实施方案48.如根据编号实施方案1至33中任一项所述的热传递组合物所需的任一项所定义的热传递组合物的用途,其用于移动式热泵或正位移冷却器中,或用于空气冷却或水冷却的直接膨胀式冷却器中,或用于住宅热泵、住宅空气-水热泵/循环加热系统中,或商业空气源、水源或地面源热泵系统,或用于制冷系统、低温制冷系统中,或用于中温制冷系统中,或用于商业冰箱中,或用于商业冷冻机中,或用于制冰机中,或用于运输制冷系统中,或用于家用冷冻机中,或用于家用冰箱中,或用于工业冷冻机中,或用于工业冰箱中,或用于冷却器中。
编号实施方案49.如编号实施方案46中所定义的热传递组合物的用途,其中在空调中的所述用途选自用于具有往复式、回转式(旋转活塞式或回转叶片式)或涡旋式压缩机的住宅空调系统中,或用于分体式住宅空调系统中、或用于管式住宅空调系统中、或用于窗式住宅空调系统中、或用于便携式住宅空调系统中、或用于中温制冷系统中。
编号实施方案50.编号实施方案1至33中任一项所需的热传递组合物用于替代R410A的用途。
编号实施方案51.一种改进被设计成包含或含有R-410A制冷剂或适于与R-410A制冷剂一起使用的现有热传递系统的方法,所述方法包括用如编号实施方案1至33中所定义的热传递组合物替代现有R-410A制冷剂的至少一部分。
编号实施方案52.根据编号实施方案51所述的方法,其中使用如编号实施方案1至33中所定义的热传递组合物替代R410A不需要改造热传递系统中的冷凝器、蒸发器和/或膨胀阀。
编号实施方案53.根据编号实施方案51所述的方法,其中提供如编号实施方案1至33中所定义的热传递组合物作为以下中的R-410A的替代物的用途:冷却器系统、或住宅空调系统、或工业空调系统、或商业空调系统、或为屋顶系统的商业空调系统、或为可变制冷剂流动系统的商业空调系统、或为冷却器系统的商业空调系统。
编号实施方案54.根据编号实施方案51至53所述的方法,其包括从系统移除至少约5重量%的R-410A,并用如编号实施方案1至33中所定义的热传递组合物将其替代。
Claims (20)
1.一种包含制冷剂、润滑剂和稳定剂的热传递组合物,所述制冷剂基本上由下列三种化合物组成,其中每种化合物以下列相对百分比存在:
约49重量%的二氟甲烷(HFC-32),
约11.5重量%的五氟乙烷(HFC-125),以及
约39.5重量%的三氟碘甲烷(CF3I),其中(i)所述润滑剂包含多元醇酯(POE)润滑剂和/或聚乙烯醚(PVE)润滑剂,(ii)所述稳定剂包含烷基化萘,并且(iii)所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至小于10重量%的量存在于所述组合物中。
2.根据权利要求1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1重量%至8重量%的量存在于所述组合物中。
3.根据权利要求1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至8重量%的量存在于所述组合物中。
4.根据权利要求1所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘以基于所述烷基化萘和所述润滑剂的重量计1.5重量%至6重量%的量存在于所述组合物中。
5.根据权利要求4所述的热传递组合物,其中所述润滑剂为PVE润滑剂。
6.根据权利要求5所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含酸耗尽部分(ADM)。
7.根据权利要求6所述的热传递组合物,其中所述稳定剂包含基于所述稳定剂的重量计约40重量%至约99.9重量%的烷基化萘和0.05重量%至约50重量%的ADM。
8.根据权利要求7所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘包含AN5。
9.根据权利要求8所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含酚。
10.根据权利要求9所述的热传递组合物,其中所述酚包含BHT。
11.根据权利要求7所述的热传递组合物,其中所述稳定剂烷基化萘包含AN10。
12.根据权利要求8所述的热传递组合物,其中所述稳定剂还包含酚。
13.根据权利要求12所述的热传递组合物,其中所述酚包含BHT并且所述ADM包含ADM4。
14.根据权利要求13所述的热传递组合物,其中所述ADM基本上由ADM4组成。
15.根据权利要求14所述的热传递组合物,其中所述润滑剂为POE。
16.根据权利要求15所述的热传递组合物,其中所述POE润滑剂为新戊基POE。
17.根据权利要求15所述的热传递组合物,其中所述POE润滑剂具有根据ASTM D445在40℃下测量的约30cSt至约70cSt的粘度。
18.根据权利要求17所述的热传递组合物,其中所述POE润滑剂具有根据ASTM D445在100℃下测量的约5cSt至约10cSt的粘度。
19.根据权利要求18所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘基本上由AN5组成。
20.根据权利要求18所述的热传递组合物,其中所述烷基化萘由AN5组成。
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