ES2098444T5 - Composiciones refrigerantes. - Google Patents

Abstract

UN REFRIGERANTE QUE CONTIENE UNA MEZCLA TERNARIA O MAYOR DE: (A) TETRAFLUORETANO Y/O HEPTAFLUOROPROPANO; (B) DIFLUOROMETANO Y/O 1,1,1-TRIFLUORETANO; Y OPCIONALMENTE (C) PENTAFLUORETANO

Description

Composiciones refrigerantes.

Esta invención se relaciona con composiciones refrigerantes para aplicaciones de enfriamiento y calentamiento y con el uso de dichas composiciones refrigerantes en dispositivos de transferencia de calor, en particular sistemas de refrigeración. La invención se relaciona, en particular, con composiciones refrigerantes que contienen refrigerantes de baja temperatura, por los cuales se quiere dar a entender refrigerantes destinados a conseguir y mantener temperaturas del orden de -30ºC e inferiores, por ejemplo -50ºC e incluso -65ºC.

Los sistemas de refrigeración mecánicos (y dispositivos de transferencia de calor relacionados, tales como bombas de calor y sistemas de acondicionamiento de aire) son ya bien conocidos. En dichos sistemas, un líquido refrigerante se evapora a baja presión tomando calor de la zona circundante. El vapor resultante se comprime entonces y se pasa a un condensador en donde se condensa y desprende calor a una segunda zona, siendo retornado el condensado a través de una válvula de expansión hacia el evaporador, para completar así el ciclo. La energía mecánica requerida para comprimir el vapor y bombear el líquido es proporcionada, por ejemplo, por un motor eléctrico o por un motor de combustión interna.

Además de tener un punto de ebullición adecuado y un alto calor latente de vaporización, las propiedades preferidas en un refrigerante incluyen baja toxicidad, no inflamabilidad, no corrosividad, alta estabilidad y libre de olores objetables. Otras propiedades deseables, particularmente en los refrigerantes de baja temperatura y sistemas de refrigeración que utilizan a los mismos, son la fácil capacidad de compresión a temperaturas por debajo de 20 bares, la baja temperatura de descarga tras la compresión, la alta capacidad de refrigeración, la alta eficacia (elevado coeficiente de comportamiento) y una presión del evaporador superior a 1 bar.

El diclorodifluormetano (Refrigerante R-12) posee una combinación adecuada de propiedades y, durante muchos años, ha sido el refrigerante más ampliamente usado.

Sin embargo, el diclorodifluormetano resulta inadecuado para aplicaciones de refrigeración a baja temperatura, y en tales aplicaciones se emplean normalmente el clorodifluormetano (Refrigerante R-22) o el azeótropo del mismo con cloropentafluoretano (consistiendo el azeótropo en Refrigerante R 502).

Sin embargo, en los últimos años, ha surgido una preocupación internacional cada vez mayor en el sentido de que los clorofluorcarburos total y parcialmente halogenados, tales como diclorodifluormetano y clorodifluormetano, pueden dañar la capa de ozono que protege a la tierra, como consecuencia de lo cual ha surgido un acuerdo general para que su fabricación y uso queden restringidos de manera seria y de forma eventual eliminados de forma completa.

Aunque los dispositivos de transferencia de calor del tipo al cual se refiere la presente invención son sistema esencialmente cerrados, se puede producir pérdida de refrigerante a la atmósfera debido a fugas durante la operación del equipo o durante las operaciones de mantenimiento. Por tanto, es importante reemplazar los refrigerantes clorofluorcarbonados total y parcialmente halogenados por materiales que tengan potenciales nulos en cuanto al agotamiento de la capa de ozono.

Además de la posibilidad de agotamiento de la capa de ozono, se ha sugerido que la presencia de concentraciones importantes de refrigerantes halocarbonados en la atmósfera podría contribuir a un calentamiento general (el llamado efecto invernadero). Por tanto, sería deseable usar refrigerantes que tengan un tiempo de vida en la atmósfera relativamente corto como resultado de su capacidad para reaccionar con otros constituyentes atmosféricos, tal como los radicales hidroxilo.

De acuerdo con la presente invención se proporciona una composición refrigerante que comprende:

(I) un refrigerante que comprende una mezcla ternaria de:

(a)

1,1,1,2-tetrafluoretano;

(b)

difluormetano (HFC-32); y

(c)

pentafluoretano (HFC-125); y

(II) un éster lubricante, conteniendo el refrigerante (I) de 5 a 95% en peso del 1,1,1,2-tetrafluoretano y de 95 a 5% en peso del otro compuesto.

La composición refrigerante de la invención puede comprender uno o más aditivos del tipo que tradicionalmente se emplean en composiciones refrigerantes. Las composiciones refrigerantes de la invención son particularmente adecuadas para usarse en sistemas de refrigeración a baja temperatura.

La mezcla puede ser un azeótropo, pero normalmente es azeotrópica.

El refrigerante puede comprender otros compuestos refrigerantes adecuados, por ejemplo, otros hidrofluoralcanos y/o éteres fluorados. En general, sin embargo, el refrigerante solo contendrá los hidrofluorcarburos especificados anteriormente.

Las cantidades de los diversos componentes en el refrigerante pueden variar dentro de amplios límites y se pueden seleccionar de manera que proporcionen una composición que reúna los requisitos de diseño de cualquier sistema de refrigeración particular. Así, por ejemplo, la variación de las proporciones relativas de los componentes de una mezcla particular en un sistema de refrigeración particular afecta a parámetros tales como punto de ebullición de la mezcla, presión del condensador, presión del evaporador, temperatura de descarga, eficacia del sistema (coeficiente de rendimiento, por lo cual se quiere dar a entender la relación del rendimiento de enfriamiento conseguido a la potencia mecánica suministrada al compresor) y capacidad de refrigeración (volumen barrido del compresor por unidad de rendimiento de enfriamiento). En general, el aumento de la proporción de difluormetano en una composición disminuye la temperatura conseguida y mantenida por el sistema de refrigeración, mientras que el incremento de la proporción de 1,1,1,2-tetrafluoretano reduce la temperatura de descarga.

Las siguientes Tablas muestran los parámetros de un número de refrigerantes de acuerdo con la invención y los compara con los parámetros de los refrigerantes R-22 y R-502 actualmente usados. Todos los refrigerantes examinados fueron mezclas ternarias de difluormetano (HFC-32), 1,1,1,2-tetrafluoretano (HFC-134a) y pentafluoretano (HFC--125). El porcentaje en peso de cada uno de los componentes en el refrigerante se ofrecen en la fila superior de cada Tabla. Por ejemplo, 30/50/20 significa un refrigerante que contiene 30% en peso de HFC-32, 50% en peso de HFC-134a y 20% en peso de HFC-125. En las Tablas, el deslizamiento en el evaporador representa la gama de temperatura en la cual el refrigerante hierve en el evaporador.

Las Tablas muestran que los refrigerantes de acuerdo con la invención pueden exhibir parámetros similares a los de R-22 y R-502 a los cuales podría reemplazar. Puede apreciarse que para cualquier aplicación y sistema de refrigeración particular, se puede diseñar un refrigerante de acuerdo con la invención para conseguir los criterios de comportamiento de presión del condensador no superior a 20 bares, presión del evaporador superior a 1 bar y temperatura de descarga del compresor por debajo de la temperatura operativa máxima de cualquier lubricante contenido en una composición refrigerante en donde se incorpore el refrigerante de la invención.

La presente invención está particularmente relacionada con la provisión de refrigerantes sustitutos para los Refrigerantes R-22 y R-502, especialmente para este último, los cuales están siendo ampliamente utilizados hoy día en dispositivos de transferencia de calor comerciales, tal como sistemas de refrigeración.

El refrigerante para sustituir al Refrigerante R-22 es una mezcla como la definida en la reivindicación 1.

Un refrigerante especialmente preferido para reemplazar al Refrigerante R-22 es una mezcla ternaria consistente esencialmente en:

(a)

55 a 65% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoretano (HFC-134a);

(b)

25 a 35% en peso de difluormetano (HFC-32); y

(c)

5 a 15% en peso de pentafluoretano (HFC-125).

El refrigerante para sustituir al Refrigerante R-502 es una mezcla como la definida en la reivindicación 1.

Un sustituto adecuado para el Refrigerante R-502 puede ser una mezcla que comprende una relación molar 1:1:1 de los componentes anteriores.

Un refrigerante particularmente preferido para sustituir al Refrigerante R-502 es una mezcla ternaria consistente esencialmente en:

(a)

25 a 55% en peso, preferentemente 26 a 55% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoretano (HFC-134a);

(b)

25 a 55% en peso, preferentemente 26 a 55% en peso de difluormetano (HFC-32); y

(c)

5 a 45% en peso de pentafluoretano (HFC-125).

Dicho refrigerante puede proporcionar un buen compromiso entre los diversos criterios de rendimiento que son deseables para un refrigerante destinado a sustituir al Refrigerante R-502. Sin embargo, y de manera conveniente, dicho refrigerante puede proporcionar una mayor capacidad de refrigeración, es decir, un mayor rendimiento de enfriamiento por unidad de volumen barrido, en comparación con el Refrigerante R-502. Dicho refrigerante puede proporcionar también una mejor eficacia de energía que el Refrigerante R-502 tal y como viene indicado por un mayor volumen del coeficiente de rendimiento. Estos efectos se ilustran en las Tablas 2 y 3 por medio de los refrigerantes 5 a 8.

Otro refrigerante particularmente preferido para sustituir al Refrigerante R-502 es una mezcla ternaria que consiste esencialmente en:

(a)

5 a 25% en peso, preferentemente 5 a 24% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoretano (HFC-134a);

(b)

25 a 75% en peso, preferentemente 26 a 75% en peso de difluormetano (HFC-32); y

(c)

15 a 65% en peso de pentafluoretano (HFC-125).

Dicho refrigerante puede proporcionar una capacidad de refrigeración considerablemente mayor, es decir, un rendimiento de enfriamiento por unidad de volumen barrido considerablemente mayor, en comparación con el Refrigerante R-502. Este efecto viene ilustrado en las Tablas 3, 4 y 5 por los refrigerantes 9 a 12, 13 y 15.

Un refrigerante especialmente preferido para sustituir al Refrigerante R-502 es una mezcla ternaria que consiste esencialmente en:

(a)

5 a 45% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoretano (HFC-134a);

(b)

15 a 25% en peso, preferentemente 15 a 24% en peso de difluormetano (HFC-32); y

(c)

35 a 75% en peso de pentafluoretano (HFC--125).

Dicho refrigerante puede proporcionar un buen equilibrio entre los diversos criterios de rendimiento que son deseables para un refrigerante destinado a sustituir al Refrigerante R-502. En otras palabras, las características de rendimiento del Refrigerante R-502 pueden ser igualadas de un modo razonablemente estrecho por un refrigerante que tiene la composición anteriormente especificada. Este efecto viene ilustrado en las Tablas 1 y 2 por los refrigerantes 2 a 4.

Todos los porcentajes en peso indicados anteriormente están basados en el peso total de la mezcla refrigerante.

Los refrigerantes y las composiciones que los contienen se pueden preparar mediante un simple proceso de mezcla.

Como se ha indicado anteriormente, el refrigerante se formulará a una composición refrigerante junto con un lubricante. Los polialquilenglicoles y, en especial, los ésteres son los lubricantes usados en las composiciones refrigerantes de la invención. Mediante la selección de un lubricante con una elevada estabilidad térmica, es posible operar con una temperatura de descarga en el compresor mayor de la actualmente posible utilizando lubricantes hidrocarbonados convencionales y ello puede mejorar la eficacia termodinámica del sistema de refrigeración.

Los refrigerantes son útiles en todos los tipos de dispositivos de transferencia de calor con ciclo de compresión. De este modo, se pueden emplear para proporcionar enfriamiento mediante un método que comprende condensar el refrigerante y a continuación evaporarlo en una relación de intercambio térmico con un cuerpo a enfriar. También se pueden utilizar para proporcionar calentamiento mediante un método que comprende condensar el refrigerante en una relación de intercambio térmico con un cuerpo a calentar y posteriormente evaporarlo. Los refrigerantes son también útiles en intercambiadores de calor en contracorriente para aumentar la eficacia de tales intercambiadores.

Los refrigerantes de la invención proporcionan un buen compromiso entre eficacia y bajo tiempo de vida atmosférica junto con propiedades de no-inflamabilidad y de agotamiento nulo de la capa de ozono. En especial, son adecuados para las aplicaciones actualmente satisfechas por los Refrigerantes R-22 y R-502.

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

2

3

4

5

Claims (2)

1. Procedimiento para producir calor o frío, que comprende usar una composición refrigerante que incluye:

(I) un refrigerante que comprende una mezcla ternaria de:

(a)

1,1,1,2-tetrafluorpropano;

(b)

difluormetano; y

(c)

pentafluoretano; y

(II) un éster lubricante,

conteniendo el refrigerante (I) de 5 a 95% en peso del 1,1,1,2-tetrafluoretano y de 95 a 5% en peso de los otros componentes.

2. Dispositivo de transferencia de calor en donde el fluido de trabajo comprende una composición refrigerante que incluye:

(I) un refrigerante que comprende una mezcla ternaria de:

(a)

1,1,1,2-tetrafluorpropano;

(b)

difluormetano; y

(c)

pentafluoretano; y

(II) un éster lubricante,

conteniendo el refrigerante (I) de 5 a 95% en peso del 1,1,1,2-tetrafluoretano y de 95 a 5% en peso de los otros componentes.