DE202011111049U1

DE202011111049U1 - Zusammensetzung umfassend 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan, und Kälteanlagen, die diese enthalten

Info

Publication number: DE202011111049U1
Application number: DE202011111049.8U
Authority: DE
Original assignee: Chemours Co FC LLC
Current assignee: Chemours Co FC LLC
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US20130025299A1; JP2016153503A; KR102037782B1; KR20130051943A; ES2941409T3; EP3406688A1; MX346315B; ES2886149T3; FI3929265T3; EP2558544B1; PL3929265T3; MX2012012012A; WO2011130237A1; SA111320376B1; CA2796051A1; TWI540117B; PT3929265T; TW201139334A; AR084380A1; KR20190122879A

Abstract

Zusammenfassung, umfassend etwa 54 bis etwa 67 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 46 bis etwa 33 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung.
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet von Kältemitteln zur Verwendung in Klimaanlagen oder Kälteanlagen. Genauer betrifft die vorliegende Offenbarung Kältemittel zur Verwendung in Kälteanlagen (insbesondere Zentrifugalkälteanlagen) und Zusammensetzungen, die darin verwendet werden.
Beschreibung der einschlägigen Technik.
Angestrebt werden Arbeitsfluide für verschiedene Anwendungen, die einen geringeren Umwelteinfluss als derzeit verwendete Arbeitsfluide haben. Die Fluorchlorkohlenwasserstoff (HCFC) und Fluorkohlenwasserstoff (HFC) Arbeitsfluide, die als Ersatz für Fluorchlorkohlenstoff (CFC) Arbeitsfluide eingesetzt werden, haben ein geringeres oder gar kein Ozonabbaupotential (ODP), haben jedoch Bedenken hinsichtlich ihres Beitrags zur globalen Erwärmung hervorgerufen. Zudem werden die HCFCs aufgrund des ODPs letztendlich die Ausstiegsfrist erreichen, die vom Montreal-Protokoll gesetzt wurde. Mit dem baldigen Inkrafttreten von Verordnungen, die auf dem Treibhauspotential basieren, werden selbst die HFCs ohne ODP keine umweltverträglichen Arbeitsfluide mehr sein.
Daher werden Ersatzmittel für die CFCs, HCFCs und HFCs gesucht, die gegenwärtig als Kältemittel, Wärmeübertragungsfluide, Reinigungslösungsmittel, Aerosoltreibmittel, Schaumtreibmittel und Feuerlösch- oder -unterdrückungsmittel verwendet werden.
Um als Drop-in-Ersatz für Arbeitsfluide in einer bestehenden Ausrüstung zu dienen, müssen Ersatzarbeitsfluide Eigenschaften aufweisen, die eng mit den Eigenschaften der ursprünglichen Arbeitsfluide übereinstimmen, für die die Ausrüstung konzipiert wurde. Es wäre wünschenswert, Zusammensetzungen zu identifizieren, die ausgewogene Eigenschaften bereitstellen, die den Ersatz bestehender Kältemittel ermöglichen und auch als Kältemittel in einer neuen Ausrüstung dienen, die für ähnliche Anwendungen konzipiert ist.
Bei der Suche nach einem Ersatz für 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a) und Difluortrichlormethan (CFC-12), insbesondere bei Kälteanlagenanwendungen, wäre es wünschenswert, Zusammensetzungen zu berücksichtigen, die ungesättigte Fluorkohlenstoffe umfassen. Die ungesättigten Fluorkohlenstoffe haben kein ODP und ein signifikant niedrigeres GWP als die heute verwendeten Kältemittel.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es hat sich herausgestellt, dass Zusammensetzungen, die von etwa 6 bis etwa 82 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (z. B. von etwa 38 bis etwa 82 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen) und von etwa 94 bis etwa 18 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan (z. B. von etwa 62 bis etwa 18 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan) umfassen, beim Einsatz als Arbeitsfluide in Kälteanlagen eine hohe Energieeffizienz und Kühlkapazität bei niedrigem GWP und niedrigen ODP-Werten ermöglichen. Besonders zu beachten sind Ausführungsformen dieser Zusammensetzungen, die azeotrope und nahe-azeotrope Zusammensetzungen sind; und Ausführungsformen dieser Zusammensetzungen, die nicht-entflammbar sind.
Diese Erfindung stellt eine Kälteanlage bereit, die eine Zusammensetzung enthält, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.% umfasst.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzungen bereit, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 51 bis etwa 67 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 49 bis etwa 33 Gew.% umfassen.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzungen bereit, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 58,0 bis etwa 59,5 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 42,0 bis etwa 40,5 Gew.% umfassen.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzungen bereit, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54,0 bis etwa 56,0 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46,0 bis etwa 44,0 Gew.% umfassen.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzungen bereit, die ein Kältemittel umfassen, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 51 bis etwa 67 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 49 bis etwa 33 Gew.% besteht.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzung bereit, die ein Kältemittel umfassen, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 58,0 bis etwa 59,5 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 42,0 bis etwa 40,5 Gew.% besteht.
Diese Erfindung stellt ferner Zusammensetzungen bereit, die ein Kältemittel umfassen, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54,0 bis etwa 56,0 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46,0 bis etwa 44,0 Gew.% besteht.
Diese Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlung in einer Kälteanlage bereit, umfassend (a) Verdampfen eines flüssigen Kältemittels, das 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.% umfasst, in einem Verdampfer mit einem dort hindurchlaufenden Wärmeübertragungsmedium, wodurch ein Dampfkältemittel erzeugt wird; und (b) Komprimieren des Dampfkältemittels in einem Zentrifugalkompressor, wobei die volumetrische Kühlkapazität des Kältemittels größer als die einzelnen volumetrischen Kühlkapazitäten von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen allein und 1,1,1,2-Tetrafluorethan allein.
Diese Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Ersetzen eines Kältemittels in einer Kälteanlage bereit, die zur Verwendung von HFC-134a oder CFC-12 als Kältemittel ausgelegt ist, umfassend das Beladen der Kälteanlage mit einer Zusammensetzung, die ein Kältemittel umfasst, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.% besteht, sodass die Kühlkapazität der Kälteanlage erhöht wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Zentrifugalkälteanlage mit einem gefluteten Verdampfer, der eine hier beschriebene Zusammensetzung verwendet, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Zentrifugalkälteanlage mit einem Direktexpansionsverdampfer, der eine hier beschriebene Zusammensetzung verwendet, die 2,3,3,3 -Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst.
3 ist ein Schaubild der volumetrischen Kühlkapazität für verschiedene Zusammensetzungen, die HFO-1234yf und HFC-134a enthalten, relativ zu der volumetrischen Kühlkapazität von HFC-134a allein gegenüber dem Gewichtsprozentsatz von HFO-1234yf in den Zusammensetzungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor auf Details nachstehend beschriebener Ausführungsformen eingegangen wird, werden einige Begriffe definiert oder geklärt.
Das Treibhauspotential (Global Warming Potential - GWP) ist ein Index zum Schätzen des relativen globalen Erwärmungsbeitrags aufgrund einer atmosphärische Emission von einem Kilogramm eines bestimmten Treibhausgas im Vergleich zur Emission von einem Kilogramm Kohlenstoffdioxid. Das GWP kann für verschiedene Zeithorizonte berechnet werden, die die Wirkung der atmosphärischen Lebensdauer für ein bestimmtes Gas zeigen. Das GWP für den 100-Jahre-Zeithorizont ist üblicherweise der Bezugswert.
Das Ozonabbaupotential (Ozone Depletion Potential - ODP) ist definiert in: „The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, A report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project“, Abschnitt 1.4.4, Seite 1.28 bis 1.31 (siehe erster Absatz dieses Abschnitts). Das ODP repräsentiert das Ausmaß des Ozonabbaus in der Stratosphäre, die von einer Verbindung auf einer Masse-für-Masse-Basis bezogen auf Fluortrichlormethan (CFC-11) erwartet wird.
Die Kältekapazität (manchmal als Kühlkapazität bezeichnet) ist ein Ausdruck, um die Enthalpieänderung eines Kältemittels in einem Verdampfer pro Masseneinheit des zirkulierten Kältemittels zu definieren. Die volumetrische Kühlkapazität bezieht sich auf die Wärmemenge, die durch das Kältemittel in dem Verdampfer pro Volumeneinheit von Kältemitteldampf, der aus dem Verdampfer austritt, abgeleitet wird. Die Kältekapazität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Kältemittels oder einer Wärmeübertragungszusammensetzung, Kühlung zu erzeugen. Die Kühlrate bezieht sich auf die Wärme, die durch das Kältemittel in dem Verdampfer pro Zeiteinheit abgeleitet wird.
Der Leistungskoeffizient (Coefficient Of Performance - COP) ist die Wärmemenge, die in dem Verdampfer abgeleitet wird, geteilt durch den erforderlichen Energieeintrag, um den Zyklus zu betreiben. Je höher der COP, desto höher die Energieeffizienz. Der COP steht in direktem Zusammenhang mit dem Energieeffizienzverhältnis (EER), das heißt, der Effizienzbewertung für Kühl- oder Klimaanlagen bei einem spezifischen Satz interner und externer Temperaturen.
Wie hierin verwendet, umfasst ein Wärmeübertragungsmedium eine Zusammensetzung, die verwendet wird, um Wärme von einem zu kühlenden Körper zu dem Kälteanlagenverdampfer oder von dem Kälteanlagenkondensator zu einem Kühlturm oder einer anderen Konfiguration zu leiten, wo Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann.
Wie hierin verwendet, umfasst ein Kältemittel eine Verbindung oder eine Mischung von Verbindungen, die dazu dient, Wärme in einem Zyklus zu übertragen, wobei die Zusammensetzung einen Phasenwechsel von einer Flüssigkeit zu einem Gas und zurück zu einer Flüssigkeit in einem sich wiederholenden Zyklus durchläuft.
Entflammbarkeit ist ein Begriff, der verwendet wird, um die Fähigkeit einer Zusammensetzung anzuzeigen, eine Flamme zu entzünden und/oder auszubreiten. Für Kältemittel und andere Wärmeübertragungszusammensetzungen ist die untere Entflammbarkeitsgrenze („LFL“) die minimale Konzentration der Wärmeübertragungszusammensetzung in Luft, die in der Lage ist, eine Flamme durch eine homogene Mischung aus der Zusammensetzung und Luft unter Testbedingungen auszubreiten, die in ASTM (American Society of Testing and Materials) E681-2001 spezifiziert sind. Die obere Entflammbarkeitsgrenze („UFL“) ist die maximale Konzentration der Wärmeübertragungszusammensetzung in Luft, die in der Lage ist, eine Flamme durch eine homogene Mischung aus der Zusammensetzung und Luft auszubreiten, wie durch ASTM E-681 bestimmt. Die LFL und UFL einer Mischung, die eine entflammbare Komponente und eine nicht-entflammbare Komponente umfasst, nähern sich einander, wenn der Anteil der nicht-entflammbaren Komponente in der Mischung zunimmt und schließlich bei einem Grenzanteil der nicht-entflammbaren Komponente zusammenfällt. Zusammensetzungen, die mehr entflammbare Komponente als den Grenzanteil enthalten, sind nicht-entflammbar. Für ein Einzelkomponenten-Kältemittel oder eine azeotrope Kältemittelmischung ändert sich die Zusammensetzung während eines Lecks nicht, und daher ist eine Zusammensetzungsänderung während Lecks kein Faktor bei der Entflammbarkeitsbestimmung. Für viele Kühl- und Klimaanlagenanwendungen muss das Kältemittel oder Arbeitsfluid nicht-entflammbar sein.
Eine azeotrope Zusammensetzung ist eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Komponenten, die in flüssiger Form unter einem gegebenen Druck bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur siedet, wobei die Temperatur höher oder niedriger als die Siedetemperaturen der einzelnen Komponenten sein kann, und eine Dampfzusammensetzung bereitstellt, die im Wesentlichen identisch zu der gesamten flüssigen Zusammensetzung ist, die dem Sieden unterzogen wird. (Siehe z. B. M. F. Doherty und M. F. Malone, Conceptual Design of Distillation Systems, McGraw-Hill (New York), 2001, 185-186, 351-359).
Dementsprechend sind die wesentlichen Merkmale einer azeotropen Zusammensetzung, dass bei einem gegebenen Druck der Siedepunkt der flüssigen Zusammensetzung fest ist und dass die Zusammensetzung des Dampfes über der siedenden Zusammensetzung im Wesentlichen die der gesamten siedenden flüssigen Zusammensetzung ist (d. h., es findet keine Fraktionierung der Komponenten der flüssigen Zusammensetzung statt). Es ist anerkannt, dass sich sowohl der Siedepunkt als auch die Gewichtsprozentanteile jedes Bestandteils der azeotropen Zusammensetzung verändern können, wenn die azeotrope Zusammensetzung dem Sieden bei unterschiedlichen Drücken unterzogen wird. Somit kann eine azeotrope Zusammensetzung im Hinblick auf die Gewichtsprozentanteile jedes Bestandteils der Zusammensetzung definiert werden, die durch eine festgelegte Siedetemperatur bei einem spezifizierten Druck gekennzeichnet ist.
Wie hierin verwendet, bedeutet eine nahe-azeotrope Zusammensetzung eine Zusammensetzung, die sich im Wesentlichen wie eine azeotrope Zusammensetzung verhält (d. h. konstante Siedeeigenschaften oder eine Tendenz hat, beim Sieden oder Verdampfen nicht zu fraktionieren). Während des Siedens oder Verdampfens ändern sich die Dampf- und Flüssigkeitszusammensetzungen, wenn sie sich überhaupt verändern, nur in einem minimalen oder vernachlässigbaren Ausmaß. Dies steht im Gegensatz zu nicht azeotropen Zusammensetzungen, bei denen sich während des Siedens oder Verdampfens die Dampf- und Flüssigkeitszusammensetzungen in einem wesentlichen Ausmaß verändern.
Außerdem zeigen nahe-azeotrope Zusammensetzungen praktisch gleiche Taupunkt- und Blasenpunktdrücke. Das heißt, dass die Differenz zwischen Taupunktdruck und Blasenpunktdruck bei einer gegebenen Temperatur klein ist. Die hierin beschriebenen Zusammensetzungen mit Taupunkt- und Blasendrücken, die sich um 5 % oder weniger unterscheiden (basierend auf dem Blasenpunktdruck), werden als nahe-azeotrop betrachtet. Von besonderer Bedeutung sind Zusammensetzungen, die einen Unterschied im Taupunktdruck und Blasenpunktdruck von 0,01 % oder weniger zeigen.
Eine nicht azeotrope Zusammensetzung oder eine nicht nahe-azeotrope Zusammensetzung ist eine Mischung aus zwei oder mehr Stoffen, die bei teilweiser Verdampfung oder Destillation aus einem flüssigen Zustand einen Dampf erzeugt, der eine wesentlich andere Zusammensetzung als die Flüssigkeit aufweist, aus der er verdampft oder destilliert wurde. Ein anderer Weg zur Charakterisierung einer nicht-azeotropen Zusammensetzung ist, dass der Blasenpunktdampfdruck und der Taupunktdampfdruck der Zusammensetzung bei einer bestimmten Temperatur im Wesentlichen verschieden sind. Hier ist eine Zusammensetzung nicht azeotrop, wenn die Differenz zwischen Taupunktdruck und Blasenpunktdruck größer als 5 Prozent (basierend auf dem Blasenpunktdruck) ist.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „weist auf“, „aufweisend“, „hat“, „mit“ oder eine beliebige andere Variationen davon einen nicht ausschließenden Einschluss abdecken. Zum Beispiel ist ein Prozess, Verfahren, Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht notwendigerweise auf nur diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder Vorrichtung inhärent sind. Außerdem bezieht sich, sofern nicht ausdrücklich gegenteilig angegeben, „oder“ auf ein einschließendes Oder und nicht auf ein ausschließendes Oder. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine beliebige der folgenden erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Der Übergangsausdruck „bestehend aus“ schließt jedes/jeden nicht spezifizierte(n) Element, Schritt, oder Bestandteil aus. Falls in dem Anspruch vorhanden, würde dieser für den Anspruch den Einschluss von Materialien, die anders als die angeführten sind, ausschließen, mit Ausnahme von Verunreinigungen, die gewöhnlich damit in Zusammenhang gebracht werden. Wenn der Ausdruck „besteht aus“ in einem Teilsatz des Textkörpers eines Anspruchs erscheint und nicht unmittelbar auf den Oberbegriff folgt, begrenzt er nur das Element, das in diesem Teilsatz dargelegt ist; andere Elemente sind nicht aus dem Anspruch als Ganzes ausgeschlossen.
Der Übergangsausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ wird verwendet, um eine Zusammensetzung, ein Verfahren oder eine Vorrichtung zu definieren, die/das Materialien, Schritte, Merkmale, Bestandteile oder Elemente zusätzlich zu den wörtlich offenbarten einschließt, mit der Maßgabe, dass diese zusätzlichen aufgenommenen Materialien, Schritte, Merkmale, Komponenten oder Elemente das/die grundlegende(n) und neue(n) Eigenschaft(en) der beanspruchten Erfindung wesentlich beeinflussen. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ stellt einen Mittelweg zwischen „umfassend“ und „bestehend aus“ dar.
Wo die Anmelder eine Erfindung oder einen Teil davon mit einem Ausdruck mit offenem Ende wie „umfassend“ definiert haben, wird man verstehen, dass (sofern nicht anderweitig angegeben) die Beschreibung so interpretiert werden sollte, dass sie eine solche Erfindung auch unter Verwendung der Ausdrücke „im Wesentlichen bestehend aus“ oder „bestehend aus“ beschreibt.
Auch wird die Verwendung von „ein“, „einer“, „eines“ eingesetzt, um Elemente und Komponenten zu beschreiben, die hierin beschrieben sind. Dies geschieht lediglich aus Zweckmäßigkeitsgründen und um einen allgemeinen Sinn des Schutzumfangs der Erfindung zu vermitteln. Diese Beschreibung sollte so gelesen werden, dass sie eines (1) oder mindestens eines (1) einschließt und der Singular auch den Plural einschließt, es sei denn, es ist offensichtlich, dass er anderweitig gemeint ist.
Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke, die hierin verwendet werden, die gleiche Bedeutung wie sie üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem diese Erfindung gehört. Wenngleich Verfahren und Materialien, die ähnlich oder äquivalent zu den hierin beschriebenen sind, in der Praxis oder beim Testen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden geeignete Verfahren und Materialien nachstehend beschrieben. Alle Veröffentlichungen, Patentanmeldungen, Patente und andere hierin erwähnte Quellen sind in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen, sofern nicht eine bestimmte Passage zitiert wird. Im Falle eines Konflikts gilt die vorliegende Anmeldung einschließlich der Definitionen. Außerdem sind die Materialien, Verfahren und Beispiele nur veranschaulichend und sollen nicht einschränkend sein.
Zusammensetzungen
2,3,3,3-Tetrafluorpropen, auch bekannt als HFO-1234yf, kann durch Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, wie in dem US-Patent Nr. 6,252,099 beschrieben, durch eine Reaktion von Propylen mit Silberfluorid oder, wie in der US-Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2007-0179324 A1 beschrieben, durch Dehydrofluorierung von 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan (HFC-245eb) hergestellt werden.
1,1,1,2-Tetrafluorethan (auch bekannt als HFC-134a oder R-134a) ist im Handel von vielen Kältemittelherstellern und -lieferanten erhältlich.
In einer Ausführungsform umfassen Zusammensetzungen zur Verwendung in Kälteanlagen HFO-1234yf und HFC-134a. In einigen Ausführungsformen sind die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, die in Kälteanlagen, entweder Geflutete-Verdampfer- oder Direktexpansions-Kälteanlagen geeignet sind, azeotrop oder nahe-azeotrop. In einer Ausführungsform sind azeotrope und nahe-azeotrope Zusammensetzungen besonders nützlich in Geflutete-Verdampfer-Kälteanlagen, da sich die Leistung von gefluteten verdampften Kälteanlagen verschlechtert, wenn Kältemittelzusammensetzungen, die fraktionieren, verwendet werden. Kältemittelmischungen, die nicht azeotrop oder nahe-azeotrop sind, fraktionieren bis zu einem gewissen Grad, während sie in einer Kälteanlage verwendet werden. Es ist oft schwierig, Kältemittel aus einem einzigen Bestandteil zu identifizieren, die einigermaßen mit den Eigenschaften existierender Kältemittel übereinstimmen und somit als angemessener Ersatz für existierende Kältemittel dienen können. Daher sind Zusammensetzungen, die azeotrop oder nahe-azeotrop sind und Eigenschaften aufweisen, die mit den Eigenschaften derzeit verwendeter Kältemittel übereinstimmen, besonders vorteilhaft.
Es hat sich herausgestellt, dass Zusammensetzungen umfassend 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 82 Gew.% (z. B. 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 38 bis etwa 82 Gew.%) und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 94 bis etwa 18 Gew.% (z. B. 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 62 bis etwa 18 Gew.%) beim Einsatz als Arbeitsfluide in Kälteanlagen eine hohe Energieeffizienz und Kühlkapazität bei niedrigen GWP- und niedrigen ODP-Werten ermöglichen.
In einer Ausführungsform umfassen die azeotropen oder nahe-azeotropen Zusammensetzungen 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 38 bis etwa 82 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 62 bis etwa 18 Gew.%. Diese azeotropen und nahe-azeotropen Zusammensetzungen schließen die Zusammensetzungen ein, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan mit minimalem Unterschied zwischen Blasenpunktdampfdruck und Taupunktdampfdruck und daher minimaler Verschiebung von einer Temperatur von etwa 0 °C bis etwa 40 °C (der ungefähre praktische Arbeitstemperaturbereich von Kälteanlagen) umfassen. Daher ermöglichen diese Zusammensetzungen eine optimale Leistung sowohl des Verdampfers als auch des Kondensators einer Kälteanlage.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die Zusammensetzungen zur Verwendung in einer Kälteanlage 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.%. Es wurde überraschend festgestellt, dass Zusammensetzungen in diesem Bereich eine volumetrische Kühlkapazität aufweisen, die größer als die einzelnen volumetrischen Kühlkapazitäten von sowohl 2,3,3,3-Tetrafluorpropen allein als auch 1,1,1,2-Tetrafluorethan allein unter typischen Kälteanlagebetriebsbedingungen sind.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die hierin offenbarten Zusammensetzungen, die eine Optimierung der Kondensationsbedingungen für eine Kälteanlage ermöglichen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 38 bis etwa 67 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 62 bis etwa 33 Gew.%. Diese Zusammensetzungen ermöglichen eine minimale Fraktionierung in dem Kondensator bei einer ungefähren Temperatur von 40 °C.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die hier offenbarten Zusammensetzungen, die eine Optimierung der Verdampferbedingungen für eine Kälteanlage ermöglichen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54 bis etwa 82 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46 bis etwa 18 Gew.%. Diese Zusammensetzungen ermöglichen eine minimale Fraktionierung im Verdampfer mit einer ungefähren Temperatur von 0 °C.
In einer anderen Ausführungsform sind die Zusammensetzungen, wie hierin offenbart, die eine minimale Verschiebung sowohl im Verdampfer als auch im Kondensator einer Kälteanlage bereitstellen, jene Zusammensetzungen, die Azeotrope sind. Daher umfassen in dieser Ausführungsform die Zusammensetzungen 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 51 bis etwa 67 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 49 bis etwa 33 Gew.%, die zwischen 0 und 40 °C azeotrop sind.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die hier offenbarten Zusammensetzungen, die eine Optimierung der Verdampferbedingungen für eine Kälteanlage ermöglichen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54 bis etwa 67 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46 bis etwa 33 Gew.%.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die hier offenbarten Zusammensetzungen 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54 bis etwa 56 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46 bis etwa 44 Gew.%. Besonders bemerkenswert ist eine Zusammensetzung, die etwa 55 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 45 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst.
Es ist wünschenswert, Kältemittel zu haben, die in einigen Anwendungen nicht-entflammbar sind. In einigen Ausführungsformen sind die hierin offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, nicht-entflammbar. In einer Ausführungsform sind die in Kälteanlagen nützlichen Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, nicht-entflammbare Zusammensetzungen, die mehr als oder gleich etwa 41 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen.
Von besonderer Bedeutung sind Ausführungsformen, die sowohl azeotrop als auch nahe-azeotrop und nicht-entflammbar sind, wie Zusammensetzungen umfassend 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 58,0 bis 59,5 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 42,0 bis etwa 40,5 Gew.%. Eine Ausführungsform der hier offenbarten Zusammensetzungen, die azeotrop oder nahe-azeotrop und nicht-entflammbar ist, ist eine Zusammensetzung umfassend etwa 59 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 41 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Eine weitere Ausführungsform der hier offenbarten Zusammensetzungen, die azeotrop oder nahe-azeotrop und nicht-entflammbar ist, ist eine Zusammensetzung umfassend etwa 53 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 47 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan. Weitere Zusammensetzungen umfassen ein Kältemittel, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 58,0 bis etwa 59,5 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 42,0 bis etwa 40,5 Gew.% besteht. Von besonderer Bedeutung ist eine Ausführungsform umfassend ein Kältemittel im Wesentlichen bestehend aus etwa 59 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 41 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Ebenfalls zu berücksichtigen sind Zusammensetzungen umfassend ein Kältemittel im Wesentlichen bestehend aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 54,0 bis etwa 56,0 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 46,0 bis etwa 44,0 Gew.%. Besonders bemerkenswert ist eine Zusammensetzung, die ein Kältemittel umfasst, das im Wesentlichen aus etwa 55 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 45 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan besteht.
Und in einer anderen Ausführungsform umfasst eine Zusammensetzung ein Kältemittel, das im Wesentlichen aus etwa 53 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 47 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan besteht.
In einer Ausführungsform können die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, in Kombination mit einem Trocknungsmittel in einer Kälteanlage verwendet werden, um die Entfernung von Feuchtigkeit zu unterstützen. Trocknungsmittel können aus aktiviertem Aluminiumoxid, Silicagel oder auf Zeolith basierten Molekularsieben zusammengesetzt sein. Repräsentative Molekularsiebe sind u.a. MOLSIV XH-7, XH-6, XH-9 und XH-11 (UOP LLC, Des Plaines, IL).
In einer Ausführungsform können die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan wie hier offenbart umfassen, in Kombination mit mindestens einem Schmiermittel verwendet werden, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyalkylenglykolen, Polyolestern, Polyvinylethern, Mineralölen, Alkylbenzolen, synthetischen Paraffinen, synthetischen Naphthenen und Poly(alpha)-olefinen.
In einigen Ausführungsformen können Schmiermittel, die in Kombination mit den hierin offenbarten Zusammensetzungen nützlich sind, solche umfassen, die zur Verwendung mit Kälteanlagen geeignet sind. Unter diesen Schmiermitteln sind jene, die herkömmlicherweise in Dampfkompressionskältemaschinen verwendet werden, die Fluorchlorkohlenstoff-Kältemittel verwenden. In einer Ausführungsform umfassen Schmiermittel jene, die auf dem Gebiet der Kompressionskälteschmierung allgemein als „Mineralöle“ bekannt sind. Mineralöle umfassen Paraffine (d. h. gesättigte Kohlenwasserstoffe mit gerader und verzweigter Kohlenstoffkette), Naphthene (d. h. cyclische Paraffine) und Aromaten (d. h. ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffe, die einen oder mehrere Ringe enthalten, die durch alternierende Doppelbindungen gekennzeichnet sind). In einer Ausführungsform umfassen Schmiermittel jene, die auf dem Gebiet der Kompressionskälteschmierung allgemein als „synthetische Öle“ bekannt sind. Synthetische Öle umfassen Alkylaryle (d. h. lineare und verzweigte Alkylbenzole), synthetische Paraffine und Naphthene und Poly(alphaolefine). Repräsentative herkömmliche Schmiermittel sind das im Handel erhältliche BVM 100 N (paraffinisches Mineralöl, vertrieben von BVA Oils), naphthenisches Mineralöl, im Handel erhältlich von Crompton Co. unter den Handelsmarken Suniso® 3GS und Suniso® 5GS, naphthenisches Mineralöl, im Handel erhältlich von Pennzoil unter der Handelsmarke Sontex® 372LT, naphthenisches Mineralöl, im Handel erhältlich von Calumet Lubricants unter der Handelsmarke Calumet® RO-30, lineare Alkylbenzole, im Handel erhältlich von Shrieve Chemicals unter der Handelsmarke Zerol® 75, Zerol® 150 und Zerol® 500 und HAB 22 (verzweigtes Alkylbenzol, vertrieben von Nippon Öl).
In anderen Ausführungsformen können Schmiermittel auch solche umfassen, die zur Verwendung mit Fluorkohlenwasserstoffkältemitteln konzipiert sind und mit Kältemitteln der vorliegenden Erfindung unter Kompressionskälte- und Klimaanlagen-Betriebsbedingungen mischbar sind. Solche Schmiermittel schließen Polyolester (POEs) wie Castrol® 100 (Castrol, Großbritannien), Polyalkylenglykole (PAG) wie RL 488A von Dow (Dow Chemical, Midland, Michigan), Polyvinylether (PVEs) und Polycarbonate (PCs) ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bevorzugte Schmiermittel sind Polyolester.
Schmiermittel, die mit den hierin offenbarten Kältemitteln verwendet werden, werden unter Berücksichtigung der Anforderungen eines gegebenen Kompressors und der Umgebung, der das Schmiermittel ausgesetzt sein wird, ausgewählt.
In einer Ausführungsform können die hier offenbarten Kältemittel ferner ein Additiv umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Verträglichkeitsvermittlern, UV-Farbstoffen, Solubilisierungsmitteln, Tracern, Stabilisatoren, Perfluorpolyethern (PFPE) und funktionalisierten Perfluorpolyethern.
In einer Ausführungsform können die Zusammensetzungen mit etwa 0,01 Gew.% bis etwa 5 Gew.% eines Stabilisators, Radikalfängers oder Antioxidationsmittels verwendet werden. Solche anderen Additive schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Nitromethan, gehinderte Phenole, Hydroxylamine, Thiole, Phosphite oder Lactone. Einfache Additive oder Kombinationen können verwendet werden.
Wahlweise können in einer anderen Ausführungsform nach Bedarf bestimmte Kälte- oder Klimaanlagenadditive hinzugefügt werden, um die Leistung und Systemstabilität zu verbessern. Diese Additive sind auf dem Gebiet der Kältetechnik und Klimatisierung bekannt und schließen Antiverschleißmittel, Extremdruckschmiermittel, Korrosions- und Oxidationsinhibitoren, Metalloberflächendesaktivatoren, Radikalfänger und Schaumregulierungsmittel ein. Im Allgemeinen können diese Additive in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in kleinen Mengen in Bezug auf die gesamte Zusammensetzung vorhanden sein. Typischerweise werden Konzentrationen von weniger als etwa 0,1 Gew.% bis etwa 3 Gew.% jedes Additivs verwendet. Diese Additive werden basierend auf der individuellen Systemanforderungen ausgewählt. Zu diesen Additiven gehören Mitglieder der Triarylphosphatfamilie von EP(Extreme Pressure)-Schmieradditiven wie butylierte Triphenylphosphate (BTPP) oder andere alkylierte Triarylphosphatester, z. B. Syn-0-Ad 8478 von Akzo Chemicals, Tricresylphosphate und verwandte Verbindungen. Außerdem können die Metalldialkyldithiophosphate (Zinkdialkyldithiophosphat (oder ZDDP), Lubrizol 1375 und andere Mitglieder dieser Chemikalienfamilie in Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Andere Antiverschleißadditive schließen natürliche Produktöle und asymmetrische Polyhydroxylschmieradditive wie Synergol TMS (International Lubricants) ein. Ebenso können Stabilisatoren wie Antioxidantien, Radikalfänger und Wasserfänger eingesetzt werden. Verbindungen in dieser Kategorie können, ohne darauf beschränkt zu sein, butyliertes Hydroxytoluol (BHT), Epoxide und Mischungen davon einschließen. Korrosionsinhibitoren schließen Dodecylbernsteinsäure (DDSA), Aminphosphat (AP), Oleoylsarcosin, Imidazonenderivate und substituierte Sulfonate ein.
Anlage
In einer Ausführungsform ist eine Kälteanlage enthaltend eine Zusammensetzung bestehend aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis 94 Gew.% bereitgestellt. Eine Kälteanlage kann von verschiedenen Typen sein, einschließlich einer Zentrifugalanlage und einer Anlage mit positiver Verdrängung. Eine Kälteanlage weist typischerweise einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und eine Druckreduzierungsvorrichtung wie ein Ventil auf. Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis 94 Gew.% umfassen, stellen volumetrische Kühlkapazitäten bereit, die höher sind als die von entweder reinem 1,1,1,2-Tetrafluorethan oder reinem 2,3,3,3-Tetrafluorpropen allein.
In einer anderen Ausführungsform ist eine Kälteanlage enthaltend eine Zusammensetzung umfassend 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 38 bis 82 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 62 bis 18 Gew.% bereitgestellt.
Eine Kälteanlage ist eine Art von Klimaanlage-/Kältevorrichtung. Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Dampfkompressions-Kälteanlage. Solche Dampfkompressions-Kälteanlagen können entweder geflutete Verdampferkälteanlagen sein, von denen eine Ausführungsform in 1 dargestellt ist, oder Direktexpansions-Kälteanlagen, von denen eine Ausführungsform in 2 dargestellt ist. Sowohl eine geflutete Verdampferkälteanlage als auch eine Direktexpansions-Kälteanlage können luftgekühlt oder wassergekühlt sein. In der Ausführungsform, in der Kälteanlagen wassergekühlt sind, sind solche Kälteanlagen im Allgemeinen mit Kühltürmen zur Wärmeabstoßung aus dem System verbunden. In der Ausführungsform, in der Kälteanlage luftgekühlt sind, sind die Kälteanlagen mit Kältemittelzu-Luft-Rippenrohr-Kondensatorspulen und -gebläsen versehen, um Wärme aus dem System auszustoßen. Luftgekühlte Kälteanlagesysteme sind im Allgemeinen weniger kostspielig als wassergekühlte Kälteanlagesysteme mit äquivalenter Kapazität, die Kühlturm und Wasserpumpe aufweisen. Jedoch können wassergekühlte Systeme unter vielen Betriebsbedingungen aufgrund niedrigerer Kondensationstemperaturen effizienter sein.
Kälteanlagen, die sowohl geflutete Verdampfer- als auch Direktexpansions-Kälteanlagen aufweisen, können mit einem Luftbehandlungs- und Verteilungssystem gekoppelt sein, um eine Komfortklimatisierung (Kühlung und Entfeuchtung der Luft) für große Wirtschaftsgebäude, einschließlich Hotels, Bürogebäuden, Krankenhäusern, Universitäten und dergleichen bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform haben Kälteanlagen, am häufigsten luftgekühlte Direktexpansions-Kälteanlagen, eine zusätzliche Brauchbarkeit in Marine-Unterseebooten und Überwasserschiffen gefunden.
Um zu veranschaulichen, wie Kälteanlagen arbeiten, wird auf die Figuren Bezug genommen. Eine wassergekühlte, Geflutete-Verdampfer-Kälteanlage ist in 1 dargestellt. In dieser Kälteanlage tritt ein erstes Wärmeübertragungsmedium, das eine warme Flüssigkeit ist, die Wasser und in einigen Ausführungsformen Additive wie ein Glykol (z. B. Ethylenglykol oder Propylenglykol) umfasst, in die Kälteanlage von einem Kühlsystem wie einem Gebäudekühlsystem, das bei Pfeil 3 eintretend dargestellt ist, durch eine Spule oder ein Rohrbündel 9 in einen Verdampfer 6 ein, der einen Einlass und einen Auslass aufweist. Das warme erste Wärmeübertragungsmedium wird dem Verdampfer zugeführt, wo es durch flüssiges Kältemittel gekühlt wird, das in dem unteren Abschnitt des Verdampfers dargestellt ist. Das flüssige Kältemittel verdampft bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des warmen ersten Wärmeübertragungsmediums, das durch die Spule 9 strömt. Das gekühlte erste Wärmeübertragungsmedium zirkuliert über einen Rückführabschnitt der Spule 9 zurück zu dem Gebäudekühlsystem, wie durch den Pfeil 4 dargestellt. Das flüssige Kältemittel, das in dem unteren Abschnitt des Verdampfers 6 in 1 dargestellt ist, verdampft und wird in einen Kompressor 7 gesaugt, der den Druck und die Temperatur des Kältemitteldampfes erhöht. Der Kompressor komprimiert diesen Dampf, sodass er in einem Kondensator 5 bei einem höheren Druck und einer höheren Temperatur als dem Druck und der Temperatur des Kältemitteldampfes kondensiert werden kann, wenn er aus dem Verdampfer austritt. Ein zweites Wärmeübertragungsmedium, bei dem es sich im Falle einer wassergekühlten Kälteanlage um eine Flüssigkeit handelt, tritt über eine Spule oder Rohrbündel 10 im Kondensator 5 aus einem Kühlturm bei Pfeil 1 in 1 in den Kondensator ein. Das zweite Wärmeübertragungsmedium wird dabei erwärmt und über eine Rücklaufschleife von Spule 10 und Pfeil 2 einem Kühlturm oder der Umgebung zurückgeführt. Dieses zweite Wärmeübertragungsmedium kühlt den Dampf in dem Kondensator und bewirkt, dass der Dampf zu flüssigem Kältemittel kondensiert, sodass flüssiges Kältemittel in dem unteren Abschnitt des Kondensators vorhanden ist, wie in 1 dargestellt. Das kondensierte flüssige Kältemittel in dem Kondensator strömt zurück zu dem Verdampfer durch eine Expansionsvorrichtung 8, die eine Öffnung, ein Kapillarrohr oder ein Expansionsventil sein kann. Die Expansionsvorrichtung 8 reduziert den Druck des flüssigen Kältemittels und wandelt das flüssige Kältemittel teilweise in Dampf um, das heißt, das flüssige Kältemittel flasht mit Druckabfall zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer. Das Flashing kühlt das Kältemittel, d. h. sowohl das flüssige Kältemittel als auch den Kältemitteldampf, auf die Sättigungstemperatur bei Verdampferdruck, sodass sowohl flüssiges Kältemittel als auch Kältemitteldampf im Verdampfer vorhanden sind.
Es ist zu beachten, dass für eine Einkomponenten-Kältemittelzusammensetzung die Zusammensetzung des Dampfkältemittels in dem Verdampfer die gleiche wie die Zusammensetzung des flüssigen Kältemittels in dem Verdampfer ist. In diesem Fall erfolgt die Verdampfung bei einer konstanten Temperatur. Wenn jedoch wie in der vorliegenden Erfindung ein Kältemittelgemisch (oder eine Mischung) verwendet wird, können das flüssige Kältemittel und der Kältemitteldampf in dem Verdampfer (oder in dem Kondensator) unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Dies kann zu ineffizienten Systemen und Schwierigkeiten bei der Wartung der Ausrüstung führen, sodass ein Einkomponenten-Kältemittel wünschenswerter ist. Eine azeotrope oder nahe-azeotrope Zusammensetzung funktioniert im Wesentlichen als ein Einkomponenten-Kältemittel in einer Kälteanlage, sodass die flüssige Zusammensetzung und die Dampfzusammensetzung im Wesentlichen dieselben sind, was jegliche Ineffizienzen reduziert, die aus der Verwendung einer nicht azeotropen oder nicht nahe-azeotropen Zusammensetzung entstehen könnten.
Kälteanlagen mit Kühlkapazitäten oberhalb von 700 kW verwenden im Allgemeinen geflutete Verdampfer, wobei das Kältemittel in dem Verdampfer und dem Kondensator eine Spule oder Rohrbündel oder eine andere Leitung für das Wärmeübertragungsmedium umgibt (d. h. das Kältemittel befindet sich auf der Hüllenseite). Geflutete Verdampfer erfordern größere Mengen an Kältemittel, lassen jedoch engere Annäherungstemperaturen und höhere Effizienzen zu. Kälteanlagen mit Kapazitäten unter 700 kW verwenden üblicherweise Verdampfer mit im Inneren der Rohre strömendem Kältemittel und Wärmeübertragungsmedium im Verdampfer und dem die Rohre umgebenden Kondensator, d. h. das Wärmeübertragungsmedium befindet sich auf der Hüllenseite. Solche Kälteanlagen werden Direktexpansions(DX)-Kälteanlagen genannt. Eine Ausführungsform einer wassergekühlten Direktexpansions-Kälteanlage ist in 2 veranschaulicht. In der in 2 dargestellten Kälteanlage tritt ein erstes flüssiges Wärmeübertragungsmedium, das eine warme Flüssigkeit wie Warmwasser ist, in einen Verdampfer 6' am Einlass 14 ein. Hauptsächlich flüssiges Kältemittel (mit einer geringen Menge an Kältemitteldampf) tritt in eine Spule oder ein Rohrbündel 9 im Verdampfer bei Pfeil 3' ein und verdampft. Infolgedessen wird das erste flüssige Wärmeübertragungsmedium in dem Verdampfer gekühlt, und ein gekühltes erstes flüssiges Wärmeübertragungsmedium verlässt den Verdampfer am Auslass 16 und wird zu einem zu kühlenden Körper wie einem Gebäude gesendet. In dieser Ausführungsform von 2 kühlt dieses gekühlte erste flüssige Wärmeübertragungsmedium das Gebäude oder einen anderen zu kühlenden Körper. Der Kältemitteldampf tritt bei Pfeil 4' aus dem Verdampfer aus und wird zu einem Kompressor 7' gesendet, wo er komprimiert wird und als Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemitteldampf austritt. Dieser Kältemitteldampf tritt in einen Kondensator 5' durch eine Kondensatorspule 10' oder ein Rohrbündel bei 1' ein. Der Kältemitteldampf wird durch ein zweites flüssiges Wärmeübertragungsmedium wie Wasser in dem Kondensator gekühlt und wird zu einer Flüssigkeit. Das zweite flüssige Wärmeübertragungsmedium tritt durch einen Kondensator-Wärmeübertragungsmediumeinlass 20 in den Kondensator ein. Das zweite flüssige Wärmeübertragungsmedium extrahiert Wärme aus dem kondensierenden Kältemitteldampf, der zu flüssigem Kältemittel wird, und dies erwärmt das zweite flüssige Wärmeübertragungsmedium in dem Kondensator. Das zweite flüssige Wärmeübertragungsmedium tritt durch den Kondensator-Wärmeübertragungsmediumauslass 18 aus. Die kondensierte Kältemittelflüssigkeit verlässt den Kondensator durch die untere Spule 10', wie in 2 dargestellt, und strömt durch eine Expansionsvorrichtung 12, die eine Öffnung, ein Kapillarrohr oder ein Expansionsventil sein kann. Die Expansionsvorrichtung 12 reduziert den Druck des flüssigen Kältemittels. Eine kleine Menge Dampf, die infolge der Expansion erzeugt wird, tritt mit flüssigem Kältemittel durch die Spule 9' in den Verdampfer ein und der Zyklus wiederholt sich.
Dampfkompressions-Kälteanlagen können durch die Art des Kompressors, den sie verwenden, identifiziert werden. Die vorliegende Erfindung schließt Kälteanlagen ein, die Zentrifugalkompressoren sowie Kompressoren mit positiver Verdrängung verwenden. In einer Ausführungsform sind die hierin offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, in Kälteanlagen verwendbar, die einen Zentrifugalkompressor verwenden, welche hier als Zentrifugalkälteanlage bezeichnet werden.
Ein Zentrifugalkompressor verwendet rotierende Elemente, um das Kältemittel radial zu beschleunigen, und weist typischerweise ein Laufrad und einen Diffusor auf, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Zentrifugalkompressoren lassen in der Regel ein Fluid bei einem Laufradauge oder zentralen Einlass eines zirkulierenden Laufrads ein und beschleunigen dieses radial nach außen. In dem Laufrad findet ein statischer Druckanstieg statt, jedoch findet der größte Teil des Druckanstiegs in dem Diffusorabschnitt des Gehäuses statt, wo die Geschwindigkeit in statischen Druck umgewandelt wird. Jeder Laufrad-Diffusor-Satz ist eine Stufe des Kompressors. Zentrifugalkompressoren werden abhängig von dem gewünschten Enddruck und dem Volumen des zu handhabenden Kältemittels mit 1 bis 12 oder mehr Stufen gebaut.
Das Druckverhältnis oder Kompressionsverhältnis eines Kompressors ist das Verhältnis des absoluten Auslassdrucks zum absoluten Einlassdruck. Der Druck, der von einem Zentrifugalkompressor geliefert wird, ist über einen relativ großen Bereich von Kapazitäten praktisch konstant. Der Druck, den ein Zentrifugalkompressor entwickeln kann, hängt von der Spitzengeschwindigkeit des Laufrades ab. Die Spitzengeschwindigkeit ist die Drehzahl des Laufrades, die an seiner äußersten Spitze gemessen wird, und wird mit dem Durchmesser des Laufrades und seinen Umdrehungen pro Minute in Beziehung gesetzt. Die Kapazität des Zentrifugalkompressors wird durch die Größe der Durchgänge durch das Laufrad bestimmt. Dies macht die Größe des Kompressors mehr von dem erforderlichen Druck als der Kapazität abhängig.
In einer anderen Ausführungsform sind die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, bei Kälteanlagen mit positiver Verdrängung geeignet, die Kompressoren mit positiver Verdrängung, nämlich entweder Kolben-, Schrauben- oder Spiralkompressoren verwenden. Eine Kälteanlage, die einen Schraubenkompressor verwendet, wird nachstehend als Schraubenkälteanlage bezeichnet.
Kompressoren mit positiver Verdrängung ziehen Dampf in eine Kammer, und die Kammer verringert ihr Volumen, um den Dampf zu komprimieren. Nach dem Komprimieren wird der Dampf aus der Kammer durch weiteres Verringern des Volumens der Kammer auf Null oder nahezu Null gezwungen.
Kolbenkompressoren verwenden Kolben, die von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Sie können entweder stationär oder tragbar sein, können einzeln oder mehrstufig sein und können von Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Kleine Kolbenkompressoren von 5 bis 30 PS sind in Kraftfahrzeuganwendungen zu sehen und sind typisch für einen intermittierenden Betrieb. Große Kolbenkompressoren bis zu 100 PS finden sich in großen industriellen Anwendungen. Die Auslassdrücke können von niedrigem Druck bis zu sehr hohem Druck (>35 mPa oder 5000 psi) reichen.
Schraubenkompressoren verwenden zwei verzahnte Drehschrauben mit positiver Verdrängung, um das Gas in einen kleineren Raum zu pressen. Schraubenkompressoren sind für einen kontinuierlichen Betrieb in kommerziellen und industriellen Anwendung üblich und können entweder stationär oder tragbar sein. Die Anwendung kann von 5 PS (3,7 kW) bis über 500 PS (375 kW) und von niedrigem Druck bis zu sehr hohem Druck (>1200 psi oder 8,3 MPa) reichen.
Spiralkompressoren sind Schraubenkompressoren ähnlich und weisen zwei verschachtelte spiralförmige Spiralen auf, um das Gas zu komprimieren. Der Ausgang ist gepulster als der eines Drehschraubenkompressors.
Bei Kälteanlagen, die Spiralkompressoren oder Kolbenkompressoren mit Kapazitäten unter 150 kW verwenden, werden häufig Lötplattenwärmetauscher für Verdampfer anstelle der in größeren Kälteanlagen eingesetzten Mantel- und Rohrwärmetauscher verwendet. Lötplattenwärmetauscher reduzieren das Systemvolumen und die Kältemittelladung.
Verfahren
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlung in einer Kälteanlage bereitgestellt, umfassend (a) Verdampfen eines flüssigen Kältemittels, das 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.% umfasst, in einem Verdampfer mit einem Wärmeübertragungsmedium, das dort hindurch geht, wodurch ein Dampfkältemittel erzeugt wird; und (b) Komprimieren des Dampfkältemittels in einem Kompressor, wobei die volumetrische Kühlkapazität des Kältemittels größer ist als die individuellen volumetrischen Kühlkapazitäten von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen allein und 1,1,1,2-Tetrafluorethan allein. Das Verfahren zur Erzeugung von Kühlung stellt eine Kühlung an einer externen Stelle bereit, wobei das Wärmeübertragungsmedium aus dem Verdampfer zu einem zu kühlenden Körper strömt.
Von besonderem Nutzen im Verfahren zur Erzeugung von Kühlung sind solche Zusammensetzungen, bei denen das Gewichtsverhältnis von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen zu 1,1,1,2-Tetrafluorethan im flüssigen Kältemittel im Wesentlichen das gleiche ist wie das Gewichtsverhältnis von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen zu 1,1,1,2-Tetrafluorethan im Dampfkältemittel. Mit anderen Worten sind die besonders geeigneten Zusammensetzungen solche, die azeotrop oder nahe-azeotrop sind.
In einer Ausführungsform kann ein zu kühlender Körper ein beliebiger/s Raum, Gegenstand oder Fluid sein, der/das gekühlt werden kann. In einer Ausführungsform kann ein zu kühlender Körper ein Raum, ein Gebäude, ein Fahrgastraum eines Automobils, ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank oder ein Supermarkt- oder Lebensmittelgeschäft-Präsentationsmöbel sein. Alternativ kann in einer anderen Ausführungsform ein zu kühlender Körper ein Wärmeübertragungsmedium oder Wärmeübertragungsfluid sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Erzeugen von Kühlung das Erzeugen von Kühlung in einer Geflutete-Verdampfer-Kälteanlage, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, verdampft, um Kältemitteldampf in der Nähe eines ersten Wärmeübertragungsmediums zu bilden. Das Wärmeübertragungsmedium ist eine warme Flüssigkeit wie Wasser, die über ein Rohr aus einem Kühlsystem in den Verdampfer transportiert wird. Die warme Flüssigkeit wird abgekühlt und einem zu kühlenden Körper, beispielsweise einem Gebäude, zugeführt. Der Kältemitteldampf wird dann in der Nähe eines zweiten Wärmeübertragungsmediums kondensiert, das eine gekühlte Flüssigkeit ist, die beispielsweise von einem Kühlturm eingespeist wird. Das zweite Wärmeübertragungsmedium kühlt den Kältemitteldampf derart, dass er kondensiert wird, um ein flüssiges Kältemittel zu bilden. Bei diesem Verfahren kann eine Geflutete-Verdampfer-Kälteanlage auch zum Kühlen von Hotels, Bürogebäuden, Krankenhäusern und Universitäten verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Erzeugen von Kühlung das Erzeugen von Kühlung in einer Direktexpansions-Kälteanlage, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die hier offenbarte Zusammensetzung, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst, durch einen Verdampfer geleitet und verdampft, um einen Kältemitteldampf zu erzeugen. Ein erstes flüssiges Wärmeübertragungsmedium wird durch das verdampfende Kältemittel gekühlt. Das erste flüssige Wärmeübertragungsmedium wird aus dem Verdampfer zu einem zu kühlenden Körper geleitet. Bei diesem Verfahren kann die Direktexpansions-Kälteanlage auch zum Kühlen von Hotels, Bürogebäuden, Krankenhäusern, Universitäten sowie Marine-Unterwasserbooten oder Marine-Überwasserschiffen verwendet werden.
Bei beiden Verfahren zur Erzeugung von Kühlung entweder in einer Geflutete-Verdampfer-Kälteanlage oder in einer Direktexpansions-Kälteanlage umfasst die Kälteanlage einen Zentrifugalkompressor.
Kältemittel und Wärmeübertragungsfluide, die basierend auf ihren GWP-Werten ersetzt werden müssen, die vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) veröffentlicht werden, schließen HFC-134a ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ersetzen von HFC-134a in einer Kälteanlage bereitgestellt. Das Verfahren zum Ersetzen eines Kältemittels in einer Kälteanlage, die zur Verwendung von HFC-134a als Kältemittel ausgelegt ist, umfasst das Beladen der Kälteanlage mit einer Zusammensetzung, die ein Kältemittel umfasst, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 38 bis 82 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 62 bis 18 Gew.% besteht.
In diesem Verfahren zum Ersetzen von HFC-134a sind die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, in Zentrifugalkälteanlagen verwendbar, die ursprünglich konzipiert und hergestellt wurden, um mit HFC-134a betrieben zu werden.
Beim Ersetzen von HFC-134a durch die hierin offenbarten Zusammensetzungen in bestehenden Anlagen können zusätzliche Vorteile realisiert werden, indem Anpassungen an Ausrüstung oder Betriebsbedingungen oder beidem vorgenommen werden. Beispielsweise können der Laufraddurchmesser und die Laufradgeschwindigkeit in einer Zentrifugalkälteanlage eingestellt werden, wo eine Zusammensetzung als ein Ersatzarbeitsfluid verwendet wird.
Ein anderes Kältemittel, das aufgrund von ODP (ODP = 1) und GWP (GWP = 10.890) ersetzt werden muss, ist CFC-12. HFC-134a wurde ursprünglich in Kälteanlagen als Ersatz für CFC-12 verwendet. CFC-12 kann jedoch immer noch in bestimmten Gebieten der Welt in Gebrauch sein. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ersetzen von CFC-12 in einer Kälteanlage bereitgestellt. Das Verfahren zum Ersetzen eines Kältemittels in einer Kälteanlage, die zur Verwendung von CFC-12 als Kältemittel ausgelegt ist, umfasst das Beladen der Kälteanlage mit einer Zusammensetzung, die ein Kältemittel umfasst, das im Wesentlichen aus 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von etwa 6 bis etwa 70 Gew.% und 1,1,1,2-Tetrafluorethan von etwa 30 bis etwa 94 Gew.% besteht.
In diesem Verfahren zum Ersetzen von CFC-12 sind die hier offenbarten Zusammensetzungen, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfassen, in Kälteanlagen verwendbar, die ursprünglich konzipiert und hergestellt wurden, um mit CFC-12 betrieben zu werden.
Beim Ersetzen von CFC-12 durch die hierin offenbarten Zusammensetzungen in bestehenden Anlagen können zusätzliche Vorteile realisiert werden, indem Anpassungen an Ausrüstung oder Betriebsbedingungen oder beidem vorgenommen werden. Beispielsweise können der Laufraddurchmesser und die Laufradgeschwindigkeit in einer Zentrifugalkälteanlage eingestellt werden, wo eine Zusammensetzung als ein Ersatzarbeitsfluid verwendet wird.
Alternativ können in den Verfahren zum Ersetzen von HFC-134a oder CFC-12 die hier offenbarte Zusammensetzung, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und 1,1,1,2-Tetrafluorethan umfasst, in neuer Ausrüstung nützlich sein wie wie einer neuen Kälteanlage, die einen gefluteten Verdampfer umfasst, oder einem neuen Kompressor, der einen Direktexpansionsverdampfer umfasst.
Beispiele
Die hierin beschriebenen Konzepte werden in den folgenden Beispielen weiter beschrieben, die den Schutzumfang der Erfindung, der in den Ansprüchen beschrieben ist, nicht einschränken.
Beispiel 1
Thermische Stabilität und Kompatibilität mit Metallen und POE-Schmiermittel
Die Stabilität einer Mischung aus 59 Gew.% HFO-1234yf und 41 Gew.% HFC-134a in Gegenwart von Stahl, Kupfer und Aluminium wurde gemäß der Siegelröhrchen-Prüfmethodik von ANSI/ASHRAE Standard 97-2007 bestimmt. Siegelglasröhrchen, die Stahl-, Kupfer- und Aluminiumproben enthielten, die in die Mischung eingetaucht waren, wurden zwei Wochen bei 175 °C gealtert und mit ähnlich hergestellten und gealterten Probenröhrchen, die reines HFC-134a enthielten, verglichen. Eine Sichtprüfung der Röhrchen zeigte keine Farbänderung, Reste oder sonstige Verschlechterung des Kältemittels an. Darüber hinaus zeigte eine chemische Analyse nach der thermischen Alterung keine nachweisbare Fluorid- oder Säuregenerierung. Unter den Prüfbedingungen zeigt eine Mischung aus 59 Gew.% HFO-1234yf und 41 Gew.% HFC-134a eine ähnliche Stabilität wie HFC-134a.
Die Stabilität einer Mischung von 59 Gew.% HFO-1234yf und 41 Gew.% HFC-134a in Gegenwart von POE-Schmiermittel wurde ebenfalls bewertet. Gemische, die 50 Gew.% der Mischung von HFO-1234yf/HFC-134a und 50 Gew.% POE-Schmiermittel enthielten, wurden in Siegelröhrchen mit eingetauchten Stahl-, Kupfer- und Aluminiumproben zwei Wochen lang bei 175 °C gealtert und mit ähnlich hergestellten und gealterten Gemischen, die HFC-134a enthielten, verglichen. Keine Verschlechterung entweder der Kältemittel-Öl-Gemische oder der Metallproben wurde beobachtet. Eine chemische Analyse nach Exposition zeigte keine nachweisbare Fluorid- oder Säuregenerierung oder signifikante Veränderung der GC-Analyse, wie mittels Gaschromatographie-Massenspektroskopie bestimmt.
Beispiel 2

Entflammbarkeit, GWP und ODP von 1234yf/134a-Mischung verglichen mit CFC-12, HFC-134a und HFO-1234yf Tabelle 1

Eigenschaft	CFC-12	HFC-134a	HFO-1234yf	1234yf/134a (55/45 Gew.%)	1234yf/134a (59/41 Gew.%)
Entflammbarkeitsklasse (ASHRAE IEEE Std 34)	1 (nicht-entflammbar)	1 (nicht-entflammbar)	2L (gering entflammbar)	1 (nicht-entflammbar)	1 (nicht-entflammbar)
ODP	1,00	0,00	0,00	0,00	0,00
GWP₁₀₀(100-Jahre-Zeithorizont)	10.890	1430	4	644	589
Kälteanlagenverdampfer oder Kondensator-Temperaturverschiebung [°C]	N/A	N/A	N/A	Nicht mehr als 0,01	Nicht mehr als 0,01

Tabelle 1 zeigt, dass nicht-entflammbare Mischungen von HFO-1234yf und HFC-134a mit wesentlich niedrigeren GWPs als entweder CFC-12 oder HFC-134a und vernachlässigbarer Temperaturverschiebung sowohl in typischen Kälteanlageverdampfern als auch in Kondensatoren formuliert werden können.
Beispiel 3
Thermodynamische Zyklusleistung

Die Leistung einer Mischung von 59 Gew.% HFO-1234yf und 41 Gew.% HFC-134a und reinem HFO 1234yf relativ zu reinem HFC-134a in einem für den Kälteanlagebetrieb typischen Kühlzyklus wurde geschätzt. Schlüsselzustandsvariablen und Leistungsmetriken relativ zu den gegenwärtig und zuvor verwendeten Mitteldruck-Kälteanlagekältemitteln, nämlich HFC-134a und CFC-12, sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Die relative Leistung wurde unter den folgenden Bedingungen bestimmt:

Verdampfertemperatur	4,4 °C
Kondensatortemperatur	37,8 °C
Dampfüberhitzung an Kompressoreinlass:	0 °C
Flüssigkeitsunterkühlung an Kondensatorauslass:	0 °C
Kompressoreffizienz	70 %

Tabelle 2

	1234yf/134a (59/41 Gew.%) vs. HFC-134a %	1234yf/134a (59/41 Gew.%) vs. CFC-12 %	HFO-1234yf vs. HFC-134a %	HFC-134a vs. CFC-12 %	HFO-1234yf vs. CFC-12 %
Kompressionsverhältnis	-3,5	5,6	-5,8	9,5	3,2
Kompressorenthalpieanstieg	-11,7	14,4	-19,1	29,5	4,8
Kompressorlaufrad-Spitzengeschwindigkeit	-6,0	7,0	-10,1	13,8	2,4
Kompressorauslasstemperatur	-9,8	-13,8	-15,9	-4,5	-19,7
Nettokühlwirkung pro Masseneinheit Kältemittel	-13,9	9,7	-22,8	27,4	-1,6
Dampfdichte bei Kompressoransaugung	17,8	-4,7	21,2	-19,1	-2,0
Kühlkapazität pro Volumeneinheit Kältemittel	1,5	4,6	-6,5	3,1	-3,6
Leistungskoeffizient zum Kühlen	-2,5	-4,1	-4,5	-1,7	-6,1
Kompressorlaufraddurchmesser	2,4	-5,4	9,0	-7,7	0,7

Die Kompressionsarbeit (d. h. isentropischer Kompressionsenthalpieanstieg), die erforderlich ist, um eine Masseneinheit der 1234yf/134a-Mischung von Verdampfer- zu Kondensatorbedingungen anzuheben, wird als 11,7 % niedriger als HFC-134a geschätzt.
Wenn ein Zentrifugalkompressor verwendet würde, würde eine 6 % geringere Flügelradspitzengeschwindigkeit für die 1234yf/134a-Mischung relativ zu HFC-134a ausreichen. Die Kompressorauslasstemperatur wäre mit der 1234yf/134a-Mischung relativ zu HFC-134a allein 9,8 % niedriger. Die Nettokühlwirkung über den Verdampfer pro Masseneinheit der 1234yf/134a-Mischung wäre 13,9 % niedriger als bei HFC-134a allein. Jedoch ist die Dampfdichte der 1234yf/134a-Mischung unter Kompressoransaugbedingungen 17,8 % höher als bei HFC-134a allein. Die höhere Dampfdichte kompensiert ihre geringere Nettokühlwirkung und führt zu einer 1,5 % höheren volumetrischen Kühlkapazität für die 1234yf/134a-Mischung im Vergleich zu HFC-134a allein. Die Verwendung der 1234yf/134a-Mischung führt zu einem höheren COP als die Verwendung von HFO-1234yf allein, da die Mischung eine 11,6 % größere Kühlwirkung als HFO-1234yf allein liefert. Die volumetrische Kühlkapazität der 1234yf/134a-Mischung ist 8,5 % höher als bei reinem HFO-1234yf allein.
Die Ergebnisse in Tabelle 2 legen nahe, dass Kälteanlagen mit großer Tonnage unter Verwendung der 1234yf/134a-Mischung mit einer Leistung entwickelt werden könnten, die mit derjenigen von gegenwärtig verwendeten HFC-134a-Kälteanlagen vergleichbar ist. Das Ersetzen von HFC-134a mit der 1234yf/134a-Mischung in bestehenden Kälteanlagen ist ebenfalls machbar.
Tabelle 2 zeigt die relativen Werte der berechneten Laufraddurchmesser. Das für die 1234yf/134a-Mischung erforderliche Laufrad wäre 2,4 % größer als für HFC-134a allein. Zum Vergleich würde reines HFO-1234yf einen Laufraddurchmesser erfordern, der 9 % größer ist als HFC-134a allein.
Beispiel 4
Thermodynamische Zyklusleistung

Tabelle 3 zeigt die Kühlleistung verschiedener Kältemittelzusammensetzungen, wie hierin offenbart, im Vergleich zu HFC-134a und HFO-1234yf. In der Tabelle ist Verd.-Druck der Verdampferdruck, Kond.-Druck ist der Kondensatordruck, Kompr.-Austrittstemp. ist die Kompressoraustrittstemperatur, COP ist der Leistungskoeffizient (analog zu Energieeffizienz) und Cap ist die volumetrische Kühlkapazität. Die Daten werden auf der Grundlage der folgenden Bedingungen geschätzt:

Tabelle 3

Zusammensetzung	134a	1234yf	1234yf/134a (20/80 Gew.%)	1234yf/134a (40/60 Gew.%)	1234yf/134a (55/45 Gew.%)	1234yf/134a (60/40 Gew.%)	1234yf/134a (80/20 Gew.%)
GWP	1430	4	1041	782	644	522	263
KondensatorDruck (kPa)	958	960	988	1007	1008	1009	994
Auslasstemp.	50,3	42,3	48,7	47,0	45,8	45,4	43,8
Verd.-Druck (kPa)	343	364	358	369	374	375	373
Kond.-Verschiebung (°C)	0,00	0,00	0,08	0,02	0,01	0,01	0,07
Verdampf.-Verschiebung (°C)	0,00	0,00	0,12	0,07	0,01	0,00	0,01
Volumetrische Kühlkapazität [kJ/m³]	2482	2322	2531	2545	2532	2517	2442
COP	4,846	4,626	4,808	4,766	4,734	4,723	4,677
Kapazität relativ zu 134a	1,000	0,936	1,020	1,025	1,018	1,014	0,984
COP relativ zu 134a	1,000	0,955	0,992	0,983	0,977	0,975	0,965
Spitzengeschwindigkeit (m/s)	176,4	158,7	172,9	169	166,5	165,6	162,1
Spitzengeschwindigkeit relativ zu 134a	1,000	0,899	0,980	0,960	0,944	0,939	0,919

Die Daten in Tabelle 3 zeigen die besonders enge Übereinstimmung der vorliegenden Zusammensetzungen mit HFC-134a. 3 zeigt die volumetrische Kühlkapazität von 1234yf/134a-Mischungen relativ zu der volumetrischen Kühlkapazität für reines HFC-134a, aufgetragen gegenüber Gewichtsprozent HFO-1234yf. 3 zeigt, dass 1234yf/134a-Zusammensetzungen mit gerade über Null bis etwa 70 Gew.% HFO-1234yf volumetrische Kühlkapazitätswerte haben, die höher sind als die von HFC-134a allein, trotz der Tatsache, dass HFO-1234yf an sich eine niedrigere volumetrische Kühlkapazität als HFC-134a allein aufweist. Außerdem stellen für Zentrifugalsysteme die Spitzengeschwindigkeiten für die in der Tabelle aufgelisteten 1234yf/134a-Mischungen eine engere Übereinstimmung mit reinem HFC-134a als HFO-1234yf allein bereit.
Beispiel 5
Mischbarkeit mit Schmiermitteln
Die Mischbarkeit der Mischung von 59 Gew.% HFO-1234yf und 41 Gew.% HFC-134a mit drei im Handel erhältlichen Kälteanlage-POE-Schmiermitteln (York H, York K und York L, geliefert von Johnson Controls) wurde über einen weiten Bereich von Konzentrationen und Temperaturen geprüft, der die Betriebsbereiche abdeckt, die typischerweise bei Kälteanlagen anzutreffen sind. Siegelglasröhrchen, die die 1234yf/134a-Mischung und Schmiermittel in verschiedenen Anteilen enthielten, wurden vorbereitet und nacheinander zuerst in einem kalten und dann in einem warmgerührten Konstanttemperaturbad eingetaucht, das bei den angestrebten Temperaturpegeln reguliert wurde. Die Mischbarkeitseigenschaften jedes 1234yf/134a/Schmiermittel-Gemischs wurden einer Sichtprüfung unterzogen und nach Temperaturausgleich bei einer Temperatur in Schritten von 5 °C aufgezeichnet. Gemische mit einem homogenen, transluzenten Lösungserscheinungsbild wurden bei der Beobachtungstemperatur als „mischbares“ Gel qualifiziert. Gemische, die sich in verschiedene Phasen trennten, die durch einen Meniskus geteilt waren oder eine Turbidität (d. h. Trübung oder Verschwommenheit) aufwiesen, die auf die Bildung einzelner Teilchen hinwies, wurden als „nicht-mischbar“ bezeichnet. Mischungen von 1234yf/134a mit 5 bis 70 Gew.% der ausgewählten POE-Schmiermittel waren über den Temperaturbereich, der für den Kälteanlagebetrieb repräsentativ ist, vollständig mischbar.
Beispiel 6
Thermodynamische Zyklusleistung

Die Leistung einer Mischung von 55 Gew.% HFO-1234yf und 45 Gew.% HFC-134a und relativ zu HFC-134a allein und CFC-12 allein in einem für den Kälteanlagebetrieb typischen Kühlzyklus wurde wie in Beispiel 3 oben für die Mischung von 59/41 Gew.% geschätzt. Schlüsselzustandsvariablen und Leistungsmetriken relativ zu den gegenwärtig und zuvor verwendeten Mitteldruck-Kälteanlagekältemitteln, nämlich HFC-134a und CFC-12, sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Die relative Leistung wurde unter den folgenden Bedingungen bestimmt:

Tabelle 4

	1234yf/134a (55/45 Gew.%) vs. HFC-134a %	1234yf/134a (55/45 Gew.%) vs. CFC-12 %
Kompressionsverhältnis	-3,5	5,7
Kompressorenthalpieanstieg	-11,1	15,2
Kompressorlaufrad-Spitzengeschwindigkeit	-5,7	7,3
Kompressorauslasstemperatur	-9,2	-13,3
Nettokühlwirkung pro Masseneinheit Kältemittel	-12,9	10,9
Dampfdichte bei Kompressoransaugung	17,1	-5,2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6252099 [0035]

Claims

Zusammenfassung, umfassend etwa 54 bis etwa 67 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 46 bis etwa 33 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend etwa 54 bis etwa 56 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 46 bis etwa 44 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, umfassend etwa 55 bis etwa 56 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 45 bis etwa 44 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, umfassend etwa 56 Gew.% 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und etwa 44 Gew.% 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
Kälteanlage, die eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 enthält.
Kälteanlage nach Anspruch 5, wobei die Kälteanlage eine Zentrifugalkälteanlage ist.