ES2876265T3

ES2876265T3 - Método que usa una mezcla refrigerante que comprende tetrafluoropropeno, difluorometano, pentafluoroetano y tetrafluoroetano

Info

Publication number: ES2876265T3
Application number: ES15747278T
Authority: ES
Inventors: Barbara Haviland Minor; Charles Clinton Allgood
Original assignee: Chemours Co FC LLC
Current assignee: Chemours Co FC LLC
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: HK1205177A1; EP3425018B1; RS62119B1; JP6109858B2; CY1122825T1; CN104105775B; AU2013221781A1; US9523027B2; KR102040768B1; KR20140124838A; US20140331697A1; MY164143A; BR112014019964B1; JP6633610B2; CN104105775A; BR112014019964A2; MX2017000020A; EP2814896B1; CA2952319C; MX385272B

Abstract

Un método para reemplazar un refrigerante R-22 en un sistema de transferencia de calor que fue diseñado para su uso con el refrigerante R-22, comprendiendo el método: cargar el sistema de transferencia de calor que fue diseñado para su uso con el refrigerante R-22 con una composición que comprende: 24,3 % en peso de difluorometano; 24,7 % en peso de pentafluoroetano; 25,7 % en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano; y 25,3 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.

Description

DESCRIPCIÓN

Método que usa una mezcla refrigerante que comprende tetrafluoropropeno, difluorometano, pentafluoroetano y tetrafluoroetano

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un método para reemplazar el R-22 en un sistema de transferencia de calor. Antecedentes

La industria de la refrigeración ha estado trabajando durante las últimas décadas para encontrar refrigerantes de reemplazo para los refrigerantes existentes, incluidos los clorofluorocarbonos (CFC) e hidroclorofluorocarbonos (HCFC) que agotan la capa de ozono. Estos refrigerantes existentes se están eliminando gradualmente como resultado del Protocolo de Montreal. La solución para la mayoría de los productores de refrigerantes ha sido la comercialización de refrigerantes de hidrofluorocarbonos (HFC). Algunos refrigerantes HFC nuevos tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono nulo y, por lo tanto, actualmente no están sujetos a la eliminación del Protocolo de Montreal.

Otras normativas medioambientales, sin embargo, en última instancia, pueden causar la eliminación global de algunos de estos refrigerantes HFC debido a su potencial de calentamiento global (GWP). Actualmente, la industria se está enfrentando a normativas relacionadas con los GWP para refrigerantes usados en sistemas acondicionadores de aire móviles. Si estas normativas se aplican de forma más amplia en el futuro, por ejemplo, a sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire fijos, serán necesarios aún más refrigerantes que se puedan usar en todas las áreas de la industria del acondicionamiento de aire y refrigeración. La incertidumbre sobre los últimos requisitos normativos relacionados con el GWP ha forzado a la industria a considerar múltiples compuestos y mezclas candidatos.

Los refrigerantes de reemplazo propuestos anteriormente para refrigerantes HFC y mezclas de refrigerantes incluyen HFC-152a, hidrocarburos puros, tales como butano o propano, o refrigerantes "naturales", tal como CO2. Cada uno de estos reemplazos sugeridos está asociado a numerosos problemas, incluidos toxicidad, inflamabilidad y baja eficiencia energética, y pueden requerir además modificaciones importantes en el diseño del equipo. También se proponen nuevos reemplazos para los refrigerantes R-22, R-134a, R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F y R-410A, entre otros. La incertidumbre con respecto a los requisitos reglamentarios futuros de GWP ha hecho que la industria busque compuestos y mezclas que equilibren la necesidad de bajo GWP y no inflamabilidad, así como la necesidad de igualar los parámetros de rendimiento del sistema existente.

Breve sumario

Ciertas composiciones que incluyen tetrafluoropropeno, difluorometano, pentafluoroetano y el tetrafluoroetano poseen propiedades adecuadas que permiten que estos compuestos se utilicen como sustitutos de refrigerantes que tienen un elevado GWP. En particular, las composiciones que incluyen estos compuestos se utilizan para reemplazar el R-22 en sistemas y aparatos de refrigeración existentes.

De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, se utiliza una mezcla de refrigerante no inflamable en un método para reemplazar el R-22 en aparatos y/o sistemas de refrigeración.

Descripción detallada

Antes de abordar los detalles de las realizaciones que se describen a continuación, se definen o aclaran algunos términos.

Definiciones

Tal como se usa en el presente documento, el término fluido de transferencia de calor incluye una composición utilizada para transportar calor desde una fuente de calor a un disipador de calor.

Una fuente de calor incluye cualquier espacio, ubicación, objeto o cuerpo desde el que es deseable añadir, transferir, mover o eliminar calor. Los ejemplos de fuentes de calor incluyen espacios (abiertos o cerrados) que requieren refrigeración o enfriamiento, tal como frigoríficos o congeladores de un supermercado, recipientes refrigerados para transporte, espacios de construcción que requieran aire acondicionado, enfriadores industriales de agua y el habitáculo de un automóvil que requiera aire acondicionado. En algunos ejemplos, el fluido de transferencia de calor puede permanecer en un estado constante durante todo el proceso de transferencia (por ejemplo, no evaporarse ni condensarse). En otros ejemplos, los procesos de enfriamiento evaporativo también pueden utilizar fluidos de transferencia de calor.

Un disipador de calor incluye cualquier espacio, ubicación, objeto o cuerpo capaz de absorber calor. Un sistema de refrigeración por compresión de vapor es un ejemplo de tal disipador de calor.

Un refrigerante incluye como fluido de transferencia de calor que sufre un cambio de fase de líquido a gas y viceversa durante un ciclo utilizado para transferir calor.

Un sistema de transferencia de calor incluye el sistema o aparato que se usa para producir un efecto de calentamiento o enfriamiento en un espacio particular. Un sistema de transferencia de calor puede ser un sistema móvil y/o un sistema fijo.

Los ejemplos de sistemas de transferencia de calor incluyen cualquier tipo de sistema de refrigeración y/o sistema de aire acondicionado. Por ejemplo, los sistemas de transferencia de calor incluyen, pero sin limitación, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, bombas de calor, enfriadores de agua, enfriadores de evaporador inundados, enfriadores de expansión directa, cámaras frigoríficas, refrigeradores móviles, unidades móviles de aire acondicionado, deshumidificadores y combinaciones de los mismos.

Tal como se usa en el presente documento, un sistema de transferencia de calor móvil incluye cualquier refrigeración, acondicionador de aire y/o aparato de calefacción incorporado en una unidad de transporte por carretera, ferrocarril, mar y/o aire. Asimismo, las unidades móviles de refrigeración y/o aire acondicionado incluyen aparatos que son independientes de cualquier vehículo móvil y se conocen como sistemas "intermodales". Dichos sistemas intermodales incluyen "contenedores" (transporte combinado marítimo/terrestre) y "cajas móviles" (transporte combinado por carretera/ferrocarril) contenedores de carga para el transporte.

Tal como se usa en el presente documento, los sistemas fijos de transferencia de calor incluyen sistemas que están fijos en su lugar durante el funcionamiento. Un sistema fijo de transferencia de calor puede estar ubicado dentro, conectado o asociado de otro modo a edificios de cualquier tipo. Adicionalmente o como alternativa, un sistema fijo de transferencia de calor puede ser un dispositivo independiente ubicado al aire libre, tal como una máquina expendedora de refrescos. Estas aplicaciones fijas pueden incluir unidades de aire acondicionado fijas y bombas de calor, incluyendo, aunque no de forma limitativa, congeladores; bombas de calor de alta temperatura; y sistemas de aire acondicionado residenciales, comerciales o industriales (incluidas las bombas de calor residenciales). Los sistemas fijos incluyen además ventanas, sistemas de terminales empaquetados, canalizados y no canalizados, así como los sistemas que son exteriores pero conectados a un edificio, tales como sistemas para azoteas. En aplicaciones de refrigeración fijas, las composiciones desveladas pueden ser útiles en varios elementos de equipos, incluyendo refrigeradores y congeladores comerciales, industriales o residenciales; máquinas de hielo; neveras y congeladores autónomos; enfriadores evaporadores inundados; enfriadores de expansión directa; cámaras frigoríficas y de congelación y de fácil acceso; y sistemas combinados. En algunas realizaciones, las composiciones desveladas se pueden usar en sistemas de refrigeración de supermercados. Adicionalmente, las aplicaciones fijas pueden utilizar un sistema de circuito secundario, donde un fluido secundario es enfriado por un refrigerante primario y el fluido secundario luego se bombea a una ubicación remota para proporcionar un efecto de enfriamiento en esa ubicación remota.

La capacidad de refrigeración (también denominada a veces "capacidad de refrigeración" o "capacidad") es un término que puede referirse al cambio en la entalpía de un refrigerante (o mezcla de refrigerantes) en un evaporador por unidad de masa de refrigerante (o mezcla de refrigerante) circulada. El término también puede referirse al calor eliminado por el refrigerante (o mezcla de refrigerante) en el evaporador por unidad de volumen de refrigerante (o mezcla de refrigerante) que sale del evaporador (capacidad volumétrica). La capacidad de refrigeración es una medida de la capacidad de un refrigerante (o mezcla de refrigerante) o composición de transferencia de calor para producir enfriamiento. Por lo tanto, una mayor capacidad corresponde a una mayor potencia frigorífica. La velocidad de enfriamiento se refiere al calor eliminado por el refrigerante (o mezcla de refrigerante) en el evaporador por unidad de tiempo.

El coeficiente de rendimiento (COP) puede corresponder a la cantidad de calor eliminado en el evaporador dividido por la entrada de energía requerida para operar el ciclo. Un COP más alto corresponde a una mayor eficiencia energética. El COP está directamente relacionado con el índice de eficiencia energética (EER), que es la clasificación de eficiencia para equipos de refrigeración o aire acondicionado a un conjunto específico de temperaturas internas y externas.

El término "subenfriamiento" puede referirse a la reducción de la temperatura de un líquido por debajo del punto de saturación de ese líquido para una presión determinada. El punto de saturación es la temperatura y la presión correspondiente a la que el vapor se condensa completamente a líquido. El subenfriamiento se refiere a enfriar el líquido a una temperatura inferior a la temperatura de saturación a una presión determinada. Al enfriar un refrigerante (o mezcla de refrigerante) líquido por debajo de la temperatura de saturación (o temperatura del punto de burbuja), se puede aumentar la capacidad neta de refrigeración del refrigerante. El subenfriamiento puede mejorar así la capacidad de refrigeración y la eficiencia energética de un sistema. Una cantidad de subenfriamiento puede referirse a la cantidad de enfriamiento por debajo de la temperatura de saturación de una composición y se mide en grados.

Sobrecalentamiento es un término que puede describir hasta qué punto se calienta una composición de vapor por encima de su temperatura de vapor de saturación (la temperatura a la que, si la composición se enfría, se forma la primera gota de líquido; esta temperatura también se denomina "punto de rocío").

El deslizamiento de temperatura (a veces denominado simplemente "deslizamiento") incluye el valor absoluto de la diferencia entre las temperaturas de inicio y finalización de un proceso de cambio de fase por un refrigerante (o mezcla de refrigerante) dentro de un componente de un sistema de refrigerante, excluyendo cualquier subenfriamiento o sobrecalentamiento. Este término puede usarse para describir la condensación o evaporación de una composición casi azeotrópica o no azeotrópica (por ejemplo, una mezcla refrigerante). Al referirse al deslizamiento de temperatura de un sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor, es común proporcionar el deslizamiento de temperatura promedio como el promedio del deslizamiento de temperatura en el evaporador y el deslizamiento de temperatura en el condensador.

El efecto neto de refrigeración puede referirse a la cantidad de calor que una unidad, tal como un kilogramo de refrigerante, absorbe en el evaporador para producir un enfriamiento útil.

El caudal másico puede referirse a la masa de refrigerante que circula a través del sistema de refrigeración, bomba de calor o sistema de aire acondicionado durante un período de tiempo determinado. El caudal másico se puede medir en unidades de masa (por ejemplo, kilogramos) por unidad de tiempo.

Una composición azeotrópica puede referirse a una mezcla en ebullición constante de dos o más sustancias que se comportan como una sola sustancia. Una forma de caracterizar una composición azeotrópica es que el vapor producido por evaporación parcial o destilación del líquido tenga la misma composición que el líquido del que se evapora o destila. Por ejemplo, la mezcla destila/refluye sin cambio en la composición. Las composiciones de ebullición constante se caracterizan como azeotrópicas porque presentan un punto de ebullición máximo o mínimo, en comparación con el de la mezcla no azeotrópica de los mismos compuestos. Una composición azeotrópica no se fraccionará dentro de un sistema de refrigeración o aire acondicionado durante el funcionamiento. Adicionalmente, una composición azeotrópica no se fraccionará tras una fuga de un sistema de refrigeración o aire acondicionado.

Una composición de tipo azeotrópica (también denominada habitualmente una "composición casi azeotrópica") incluye una mezcla líquida de ebullición sustancialmente constante de dos o más sustancias que se comporta esencialmente como una sola sustancia. Una forma de caracterizar una composición de tipo azeotrópica es que el vapor producido por evaporación parcial o destilación del líquido tiene sustancialmente la misma composición que el líquido del que se evaporó o destiló. Por ejemplo, la mezcla destila/refluye sin un cambio sustancial en la composición. Otra forma de caracterizar una composición de tipo azeotrópico es que la presión de vapor del punto de burbuja y la presión de vapor del punto de rocío de la composición a una temperatura particular son sustancialmente iguales. En el presente documento, una composición es de tipo azeotrópica si, después de eliminar el 50 por ciento en peso de la composición, tal como por evaporación o ebullición, la diferencia de presión de vapor entre la composición original y la composición que queda después de que se ha eliminado el 50 por ciento en peso de la composición original es inferior a aproximadamente el 10 por ciento.

Una composición no azeotrópica (también denominada azeotrópica) incluye una mezcla de dos o más sustancias que se comporta como una mezcla simple en lugar de como una sola sustancia. Una forma de caracterizar una composición no azeotrópica es que la composición del vapor producido por evaporación parcial o destilación del líquido es sustancialmente diferente de la composición del líquido del que se evaporó o destiló. Por ejemplo, la mezcla destila/refluye con un cambio sustancial en la composición. Otra forma de caracterizar una composición no azeotrópica es que la presión de vapor del punto de burbuja y la presión de vapor del punto de rocío de la composición a una temperatura particular son sustancialmente diferentes. En el presente documento, una composición es no azeotrópica si, después de eliminar el 50 por ciento en peso de la composición, tal como por evaporación o ebullición, la diferencia de presión de vapor entre la composición original y la composición que queda después de que se ha eliminado el 50 por ciento en peso de la composición original es mayor que aproximadamente el 10 por ciento.

Tal como se usa en el presente documento, el término "lubricante" puede significar cualquier material añadido a una composición o un compresor (y en contacto con cualquier composición de transferencia de calor en uso dentro de cualquier sistema de transferencia de calor) que proporciona lubricación al compresor para ayudar a evitar que las piezas se agarroten.

Tal como se usa en el presente documento, los compatibilizadores incluyen compuestos que mejoran la solubilidad del hidrofluorocarbono de las composiciones desveladas en lubricantes para sistemas de transferencia de calor. En algunos ejemplos, los compatibilizadores mejoran el retorno de aceite al compresor. Adicionalmente, en los ejemplos, la composición se usa con un lubricante del sistema para reducir la viscosidad de la fase rica en aceite.

Tal como se usa en el presente documento, el retorno de aceite puede referirse a la capacidad de una composición de transferencia de calor para transportar lubricante a través de un sistema de transferencia de calor y devolverlo al compresor. Es decir, en uso, no es raro que una parte del lubricante del compresor sea arrastrada por la composición de transferencia de calor desde el compresor a las otras partes del sistema. En dichos sistemas, si el lubricante no se devuelve de manera eficiente al compresor, el compresor eventualmente fallará debido a la falta de lubricación.

Tal como se usa en el presente documento, el pigmento ultravioleta ("UV") incluye una composición UV fluorescente o fosforescente que absorbe la luz en la región ultravioleta o "cercana" al ultravioleta del espectro electromagnético. Puede detectarse la fluorescencia producida por el pigmento fluorescente UV bajo iluminación por una luz UV que emite al menos algo de radiación con una longitud de onda en el intervalo de aproximadamente 10 nanómetros a aproximadamente 775 nanómetros.

La inflamabilidad es un término que puede referirse a la capacidad de una composición para encender y/o propagar una llama. Para refrigerantes y otras composiciones de transferencia de calor, el límite inferior de inflamabilidad ("LFL") es la concentración mínima de la composición de transferencia de calor en el aire que es capaz de propagar una llama a través de una mezcla homogénea de la composición y el aire en las condiciones de prueba especificadas en la American Society of Testing and Materials ("ASTM") E681-04. El límite superior de inflamabilidad ("UFL") es la concentración máxima de la composición de transferencia de calor en el aire que es capaz de propagar una llama a través de una mezcla homogénea de la composición y el aire en las mismas condiciones de prueba. Para ser clasificado por la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers ("ASHRAE") como no inflamable, un refrigerante no debe ser inflamable bajo las condiciones de ASTM E681-04 como está formulado en la fase líquida y de vapor, así como no inflamable tanto en la fase líquida como en la de vapor que resultan durante los escenarios de fuga.

El potencial de calentamiento global ("GWP") puede referirse a un índice para estimar la contribución relativa al calentamiento global de un gas de efecto invernadero en particular. El GWP se puede medir comparando la contribución al calentamiento global que es el resultado de la emisión a la atmósfera de un kilogramo de un gas de invernadero concreto con la contribución al calentamiento global que es el resultado de la emisión a la atmósfera de un kilogramo de dióxido de carbono. El GWP se puede calcular para diferentes horizontes de tiempo, lo que muestra así el efecto sobre la vida atmosférica para un gas dado. El GWP para el horizonte de tiempo de 100 años es comúnmente el valor referenciado. Para mezclas, se puede calcular un promedio ponderado basado en los GWP individuales para cada componente.

El potencial de agotamiento del ozono ("ODP") es un número que puede referirse a la cantidad de agotamiento del ozono causado por una sustancia. El ODP incluye la relación del impacto sobre el ozono de una sustancia química en comparación con el impacto sobre el ozono de una masa similar de CFC-11 (fluorotriclorometano). Por tanto, el ODP de CFC-11 se define que es 1,0. Otros CFC y HCFC tienen ODP que varían de 0,01 a 1,0. Los h Fc tienen cero ODP porque no contienen cloro, que es una sustancia que agota el ozono.

Tal como se usa en el presente documento, los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "tiene", "que tiene(n)", o cualquier otra variación de los mismos, están destinados a cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, una composición, proceso, método, artículo y/o aparato que comprende una lista de elementos no está necesariamente limitada a solo dichos elementos, pero pueden incluir otros elementos no expresamente relacionados o inherentes a dicha composición, proceso, método, artículo y/o aparato. Además, a menos que se indique expresamente lo contrario, "o" se refiere a una "o" inclusiva y no a una "o" exclusiva. Por ejemplo, una condición A o B se cumple mediante una cualquiera de los siguientes: A es verdadera (o está presente) y B es falsa (o no está presente), A es falsa (o no está presente) y B es verdadera (o está presente) y tanto A como B son verdaderas (o están presentes).

La expresión de transición "que consiste en" excluye cualquier elemento, etapa o ingrediente no especificado. Si se usa en una reivindicación, esta expresión cerraría la reivindicación a la inclusión de materiales distintos a los ya citados, salvo las habituales impurezas asociadas a los mismos. cuando la expresión "consiste en" aparece en una cláusula del cuerpo de una reivindicación, en lugar de seguir inmediatamente al preámbulo, limita solo el elemento expuesto en esa cláusula; no se excluyen otros elementos de la reivindicación en su conjunto.

La expresión de transición "que consiste esencialmente en" se usa para definir una composición, método, artículo y/o aparato que incluye materiales, etapas, características, componentes y/o elementos, además de los desvelados literalmente, siempre que estos materiales, etapas, características, componentes y/o elementos adicionales no afectan materialmente a la o las características básicas y nuevas de la invención reivindicada. La expresión "que consiste esencialmente en" ocupa un término medio entre "que comprende" y "que consiste en". Normalmente, los componentes de las mezclas de refrigerante y las propias mezclas de refrigerante, pueden contener cantidades menores (por ejemplo, menos de aproximadamente 0,5 por ciento en peso total) de impurezas y/o subproductos (por ejemplo, de la fabricación de los componentes refrigerantes o de la recuperación de los componentes refrigerantes de otros sistemas) que no afectan materialmente a la o las características básicas y novedosas de la mezcla refrigerante. Por ejemplo, el HFC-134a puede contener cantidades menores de HFC-134 como subproducto de la fabricación de HFC-134a. Adicionalmente, el HFO-1234ze puede ser un subproducto de ciertos procesos para producir HFO-1234yf (véase, por ejemplo, la publicación de Estados Unidos n.° 2009/0278075). Sin embargo, cabe señalar que ciertas realizaciones de la presente invención pueden mencionar HFO-1234ze como un componente separado y, en este caso, la composición incluye HFO-1234ze, si su presencia afecta o no materialmente a las características básicas y novedosas de la mezcla refrigerante (solo o junto con otras impurezas y/o subproductos que por sí mismos no afectarían materialmente a las características básicas y novedosas de la mezcla refrigerante).

Cuando los solicitantes hayan definido una invención o una parte de la misma con un término abierto tal como "que comprende", debe entenderse fácilmente que, a menos que se indique lo contrario, la descripción debe interpretarse que también describe dicha invención utilizando las expresiones "que consiste esencialmente en o" que consiste en".

Asimismo, los artículos "un" o "una" se emplean para describir elementos y/o componentes descritos en el presente documento. Esto se hace simplemente por conveniencia y para dar un sentido general del alcance de la invención. Esta descripción debe leerse de modo que incluya uno, o al menos uno, de un elemento y/o componente. Es más, un artículo singular, tal como "un" y/o "una", también incluye el plural correspondiente, a menos que sea obvio que se quiere decir otra cosa.

Salvo que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comúnmente por un experto habitual en la materia a la que pertenece la presente invención. Aunque en la práctica y/o el ensayo de realizaciones de las composiciones desveladas pueden utilizarse métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento, a continuación, se describen métodos y materiales adecuados. Todas las publicaciones, solicitudes de patente, patentes y otras referencias mencionadas en el presente documento se incorporan por referencia en su totalidad, a menos que se cite un pasaje en particular. En caso de conflicto, la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones, prevalecerá. Asimismo, los materiales, métodos y ejemplos son solamente ilustrativos y no se pretende que sean limitantes.

El 2,3,3,3-tetrafluoropropeno también puede denominarse HFO-1234yf, HFC-1234yf o R-1234yf. HFO-1234yf se puede preparar mediante métodos conocidos en la técnica, tal como por deshidrofluoración de 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (HFC-245eb) o 1,1,1,2,2-pentafluoropropano (HFC-245cb).

El difluorometano (HFC-32 o R-32) está disponible comercialmente y puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica, tal como por desclorofluoración de cloruro de metileno.

El pentafluoroetano (HFC-125 o R-125) está disponible comercialmente y puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica, tal como desclorofluoración de 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoroetano, como se describe en la Patente de Estados Unidos n.° 5.399.549, incorporada en el presente documento como referencia.

El 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a o R-134a) está disponible comercialmente y puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica, tal como mediante hidrogenación de 1,1-dicloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano (por ejemplo, CChFCFa o CFC-114a) a 1,1,1,2-tetrafluoroetano.

El 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze) se puede preparar mediante deshidrofluoración de 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (HFC-245eb o CF3CHFCH2F) o 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa o CF3CH2CHF2). La reacción de deshidrofluoración puede tener lugar en fase vapor en presencia o ausencia de catalizador, y también en fase líquida por reacción con una composición cáustica, tal como NaOH o KOH. Estas reacciones se describen con más detalle en la publicación de patente de Estados Unidos n.° 2006/0106263, incorporada en el presente documento como referencia. HFO-1234ze puede existir como uno de dos isómeros configuracionales, cis- o trans- (también denominados isómeros E y Z, respectivamente). El Trans-HFO-1234ze está disponible comercialmente de ciertos fabricantes de fluorocarbonos (por ejemplo, Honeywell International Inc., Morristown, NJ).

Composiciones

En el presente documento se describen composiciones que incluyen difluorometano (HFC-32), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf). E1HFO-1234yf y las mezclas que contienen HFO-1234yf se consideran reemplazos de bajo GWP para ciertos refrigerantes y mezclas de refrigerantes que tienen un GWP relativamente alto. En particular, R-404A (designación ASHRAE para una mezcla que contiene 44 % en peso de HFC-125, 52 % en peso de HFC-143a (1,1,1-trifluoroetano) y 4 % en peso de HFC-134a) tiene un GWP de 3922, de acuerdo con el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC ("AR4"), y será necesario reemplazarlo.

Además, R-507 (designación ASHRAE para una mezcla que contiene 50 % en peso de HFC-125 y 50 % en peso de HFC-143a), que tiene propiedades prácticamente idénticas al R-404A y, por lo tanto, se puede utilizar en muchos sistemas de R-404A, tiene un GWP igual a 3985. Por tanto, el R-507 no proporciona un reemplazo de GWP más bajo para el R-404A y será necesario reemplazarlo, también.

Adicionalmente, el refrigerante R-22 (también denominado HCFC-22) incluye clorodifluorometano (CHCF2) y tiene un GWP de 1810. Mientras que el GWP de R-22 es menor que el de R-404A y R-507, todavía es más alto de lo deseado. El ODP de R-22 también es más alto de lo deseado. Por tanto, se necesita un refrigerante de reemplazo para R-22.

Otros refrigerantes conocidos incluyen R-407A, R-407C y R-407F, que tienen GWP de 2017, 1774 y 1825, respectivamente. Estos refrigerantes también tienen un GWP relativamente alto y, por lo tanto, necesitan ser reemplazados.

Las composiciones desveladas en el presente documento se utilizan para reemplazar al R-22 en sistemas y aparatos de refrigeración existentes.

Las mezclas de refrigerantes no inflamables pueden ser de tipo azeotrópicas.

La composición comprende 24,3 por ciento en peso de difluorometano (HFC-32), 24,7 por ciento en peso de pentafluoroetano (HFC-125), 25,7 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 25,3 por ciento en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf). En un ejemplo, la composición consiste en 24,3 por ciento en peso de difluorometano (HFC-32), 24,7 por ciento en peso de pentafluoroetano (HFC-125), 25,7 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 25,3 por ciento en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf).

En algunas realizaciones, además de tetrafluoropropeno, difluorometano, pentafluoroetano, tetrafluoroetano, las composiciones desveladas pueden comprender componentes opcionales no refrigerantes.

Los componentes opcionales no refrigerantes (también denominados en el presente documento como "aditivos") en las composiciones desveladas en el presente documento pueden incluir uno o más de los siguientes componentes: lubricantes, pigmentos (incluidos pigmentos UV), agentes solubilizantes, compatibilizadores, estabilizantes, trazadores, perfluoropoliéteres, agentes antidesgaste, agentes para presión extrema, inhibidores de la corrosión y la oxidación, reductores de energía de superficie metálica, desactivadores de superficies metálicas, secuestrantes de radicales libres, agentes reguladores de espuma, mejoradores del índice de viscosidad, depresores del punto de vertido, detergentes, ajustadores de la viscosidad y mezclas de los mismos. De hecho, muchos de estos componentes opcionales no refrigerantes encajan en una o más de estas categorías y pueden tener cualidades que se presten para lograr una o más características de rendimiento.

En algunas realizaciones, uno o más componentes no refrigerantes están presentes en pequeñas cantidades en relación con la composición general. En algunas realizaciones, la concentración de aditivo(s) en las composiciones desveladas varía desde menos de aproximadamente 0,1 por ciento en peso hasta aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición total. En algunas realizaciones de la presente invención, los aditivos están presentes en las composiciones desveladas en una cantidad entre aproximadamente 0,1 por ciento en peso y aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición total. En algunos casos, la cantidad de aditivos incluidos en una composición está entre aproximadamente 0,1 por ciento en peso y aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición total. El componente o componentes aditivos seleccionados para la composición desvelada se selecciona sobre la base de la utilidad., los componentes individuales del equipo y/o los requisitos del sistema.

En algunas realizaciones, un lubricante incluido en la composición desvelada en el presente documento es un lubricante de aceite mineral. En algunas realizaciones, el lubricante de aceite mineral incluye, por ejemplo, uno o más de los siguientes: parafinas (por ejemplo, hidrocarburos saturados de cadena lineal de carbono, hidrocarburos saturados de cadena ramificada de carbono y mezclas de los mismos), naftenos (por ejemplo, estructuras cíclicas y anulares saturadas), aromáticos (por ejemplo, aquellos con hidrocarburos insaturados que contienen uno o más anillos, en donde uno o más anillos se caracterizan por alternar dobles enlaces carbono-carbono) y no hidrocarburos (por ejemplo, aquellas moléculas que contienen átomos tales como azufre, nitrógeno, oxígeno y mezclas de los mismos), y mezclas y combinaciones de los mismos, así como otros lubricantes de aceite mineral.

Algunas realizaciones pueden contener uno o más lubricantes sintéticos. En algunas realizaciones, el lubricante sintético incluye, por ejemplo, uno o más de los siguientes: aromáticos sustituidos con alquilo (por ejemplo, benceno o naftaleno sustituido con lineal, ramificados, o mezclas de grupos alquilo lineales ramificados, a menudo denominados genéricamente alquilbencenos), parafinas sintéticas y naftenos, poli (por ejemplo, alfa olefinas), poliglicoles (por ejemplo, polialquilenglicoles), ésteres de ácido dibásico, poliésteres, ésteres de poliol, ésteres de neopentilo, éteres de polivinilo ("PVE"), perfluoropoliéteres ("PFPE") siliconas, ésteres de silicato, compuestos fluorados, ésteres de fosfato, policarbonatos y mezclas de cualquiera de los lubricantes mencionados anteriormente en este párrafo, así como otros lubricantes sintéticos.

Los lubricantes como se desvelan en el presente documento pueden ser lubricantes disponibles comercialmente. Por ejemplo, el lubricante puede ser aceite mineral parafínico, vendido por BVA Oils como BVM 100 N; aceites minerales nafténicos vendidos por Crompton Co. como las marcas comerciales Suniso® 1GS, Suniso® 3GS y Suniso® 5GS; aceite mineral nafténico vendido por Pennzoil® como la marca comercial Sontex® 372LT; aceite mineral nafténico vendido por Calumet Lubricants como la marca comercial Calumet® RO-30; alquilbencenos lineales vendidos por Shrieve Chemicals como las marcas comerciales Zerol® 75, Zerol® 150 y Zerol® 500; y alquilbenceno ramificado vendido por Nippon Oil como HAB 22; ésteres de poliol (POE) vendidos como la marca comercial Castrol® 100 por Castrol; polialquilenglicoles ("PAG") tal como RL-488A de Dow Chemical; perfluoropoliéteres ("PFPE") vendidos como la marca comercial Krytox® por E. I. du Pont de Nemours; un producto vendido como la marca comercial Fomblin® por Ausimont; o un producto vendido como la marca comercial Demnum® por Daikin Industries; y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los lubricantes desvelados en este párrafo.

Los lubricantes usados con la presente invención pueden diseñarse para su uso con refrigerantes de hidrofluorocarbono y pueden ser miscibles con composiciones como se desvela en el presente documento en condiciones de funcionamiento para aparatos de refrigeración por compresión y/o aire acondicionado. En algunas realizaciones, los lubricantes se seleccionan teniendo en cuenta los requisitos de un compresor dado y el entorno al que estará expuesto el lubricante.

En las composiciones de la presente invención que incluyen un lubricante, el lubricante puede estar presente en una cantidad inferior al 15,0 por ciento en peso de la composición total. Además, el lubricante puede estar presente en una cantidad inferior al 5,0 por ciento en peso de la composición total. En otras realizaciones, la cantidad de lubricante puede estar entre aproximadamente 0,1 y 3,5 por ciento en peso de la composición total. El lubricante también puede estar entre aproximadamente 0,1 y 5 por ciento en peso de la composición total.

A pesar de las relaciones en peso anteriores para las composiciones desveladas en el presente documento, se entiende que en algunos sistemas de transferencia de calor, mientras se usa la composición, puede adquirir lubricante adicional de uno o más componentes del equipo de dicho sistema de transferencia de calor. Por ejemplo, en algunos sistemas de refrigeración, aire acondicionado y bomba de calor, los lubricantes pueden cargarse en el compresor y/o el cárter de lubricante del compresor. Dicho lubricante puede ser adicional a cualquier aditivo lubricante presente en el refrigerante en tal sistema. En uso, la composición del refrigerante, cuando está en el compresor, puede recoger una cantidad de lubricante del equipo, cambiando así la composición refrigerante-lubricante de la relación inicial.

En tales sistemas de transferencia de calor, incluso cuando la mayor parte del lubricante reside dentro de la parte del compresor del sistema, tanto como aproximadamente 75 por ciento en peso hasta tan poco como aproximadamente 1,0 por ciento en peso de la composición total en todo el sistema puede ser lubricante. En algunos sistemas, tal como vitrinas refrigeradas de supermercados, por ejemplo, el sistema puede contener aproximadamente un 3 por ciento en peso de lubricante (por encima de cualquier lubricante presente en la composición refrigerante antes de cargar el sistema) y aproximadamente un 97 por ciento en peso de refrigerante.

El componente no refrigerante usado con las composiciones de la presente invención puede incluir al menos un pigmento. El pigmento puede ser al menos un pigmento UV. El pigmento UV puede ser un pigmento fluorescente. El pigmento fluorescente puede incluir uno o más de los siguientes: naftalimidas, perilenos, cumarinas, antracenos, fenantracenos, xantenos, tioxantenos, naftoxantenos, fluoresceínas y derivados de dichos pigmentos, y combinaciones de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los pigmentos anteriores o sus derivados desvelados ^{en este párrafo. El pigmento puede incluir además otros pigmentos}Uv.

En algunas realizaciones, las composiciones desveladas contienen de aproximadamente 0,001 por ciento en peso a aproximadamente 1,0 por ciento en peso de pigmento UV. En otras realizaciones, el pigmento UV puede estar presente en una cantidad que varía desde aproximadamente 0,005 por ciento en peso hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición total. En otras realizaciones más aún, el pigmento UV puede estar presente en una cantidad que varía desde aproximadamente 0,01 por ciento en peso hasta aproximadamente 0,25 por ciento en peso de la composición total.

El pigmento UV es un componente útil para detectar fugas de la composición al permitir que se observe la fluorescencia del pigmento en y/o en las proximidades de un punto de fuga en un aparato (por ejemplo, unidad de refrigeración, acondicionador de aire y/o bomba de calor). La emisión de UV, por ejemplo, fluorescencia del pigmento, puede observarse bajo luz ultravioleta. Por lo tanto, si una composición que contiene un pigmento UV de este tipo se filtra desde un punto dado en un aparato, la fluorescencia se puede detectar en el punto de fuga y/o en las proximidades del punto de fuga.

Otro componente no refrigerante que puede usarse con las composiciones de la presente invención puede incluir al menos un agente solubilizante seleccionado para mejorar la solubilidad de uno o más pigmentos en las composiciones desveladas. En algunas realizaciones, la relación en peso del pigmento y el agente solubilizante varía de aproximadamente 99:1 a aproximadamente 1:1. Los agentes solubilizantes pueden incluir al menos uno de los siguientes compuestos: hidrocarburos, éteres de hidrocarburos, éteres de polioxialquilenglicol (por ejemplo, dimetiléter de dipropilenglicol), amidas, nitrilos, cetonas, clorocarbonos (por ejemplo, cloruro de metileno, tricloroetileno, cloroformo o mezclas de los mismos), ésteres, lactonas, éteres aromáticos, fluoroéteres y 1,1,1-trifluoroalcanos, y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los agentes solubilizantes desvelados en este párrafo. También se pueden incluir otros agentes solubilizantes dentro del alcance de la presente.

En algunas realizaciones, el componente no refrigerante comprende al menos un compatibilizador para mejorar la compatibilidad de uno o más lubricantes con las composiciones desveladas. El compatibilizador puede incluir uno o más de los siguientes: hidrocarburos, éteres de hidrocarburos, éteres de polioxialquilenglicol (por ejemplo, dimetiléter de dipropilenglicol), amidas, nitrilos, cetonas, clorocarbonos (por ejemplo, cloruro de metileno, tricloroetileno, cloroformo o mezclas de los mismos), ésteres, lactonas, éteres aromáticos, fluoroéteres, 1,1,1-trifluoroalcanos y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los compatibilizadores desvelados en este párrafo. También pueden incluirse otros compatibilizadores.

El agente solubilizante y/o compatibilizador puede incluir además éteres de hidrocarburos, que incluyen éteres que contienen solo carbono, hidrógeno y oxígeno, tales como éter dimetílico (DME) y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los éteres de hidrocarburos desvelados en este párrafo. También pueden incluirse otros éteres de hidrocarburos.

El compatibilizador puede ser un compatibilizador hidrocarburo cíclico, alifático y/o aromático que contiene de 6 a 15 átomos de carbono. El compatibilizador puede ser al menos un hidrocarburo, incluyendo uno o más de los siguientes: hexanos, octanos, nonanos y decanos, entre otros. Los compatibilizadores de hidrocarburos disponibles comercialmente incluyen, pero sin limitación, los de ExxonMobil® Chemical (EE. UU.) vendidos como las marcas comerciales Isopar® H, una mezcla de undecano (C11) y dodecano (C12) (un isoparafínico de C11 a C12 de alta pureza), Aromatic 150 (un aromático de Cg a C11), Aromatic 200 (un aromático de Cg a C15) y Naphtha 140 (una mezcla de parafinas de C5 a C11, naftenos e hidrocarburos aromáticos) y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los hidrocarburos desvelados en este párrafo. También se pueden incluir otros hidrocarburos.

El compatibilizador puede, adicionalmente o como alternativa, ser al menos un compatibilizador polimérico. El compatibilizador polimérico puede ser un copolímero aleatorio de acrilatos fluorados y no fluorados, en donde el polímero comprende unidades repetidas de al menos un monómero representado por las fórmulas CH2=C(R1)CO2R2, CH2=C(R3)C6H4R4 y CH2=C(R5)C6H4XR6, en donde X es oxígeno o azufre; R1, R3 y R5 se seleccionan independientemente de entre el grupo que consiste en los radicales H y alquilo C1-C4; y R2, R4 y R6 se seleccionan independientemente del grupo que incluye radicales basadosen cadenas de carbono que contienen C y F, y pueden contener además H, Cl, éter, oxígeno y/o azufre en forma de grupos tioéter, sulfóxido o sulfona y mezclas de los mismos. Los ejemplos de tales compatibilizadores poliméricos incluyen los disponibles comercialmente de E. I. du Pont de Nemours and Company, como la marca comercial Zonyl® PHS. Zonyl® PHS es un copolímero aleatorio elaborado mediante la polimerización del 40 por ciento en peso de CH2=C(CH3)CO2CH2CH2(CF2CF2)mF (también denominado fluorometacrilato de Zonyl®, o ZFM) en donde m puede ser de 1 a 12, tal como de 2 a 8, y 60 por ciento en peso de metacrilato de laurilo (CH2=C(CH3)CO2(CH2)nCH3, también denominado LMA).

En algunas realizaciones, el componente compatibilizador contiene de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 30 por ciento en peso (basado en la cantidad total de compatibilizador) de un aditivo que reduce la energía superficial del cobre metálico, aluminio, acero y/u otros metales y aleaciones metálicas de los mismos que se encuentran en los intercambiadores de calor. Esta reducción de la energía superficial puede reducir la adherencia de los lubricantes al metal. Los ejemplos de aditivos reductores de la energía superficial del metal incluyen los disponibles comercialmente en DuPont como las marcas comerciales Zonyl® FSA, Zonyl® FSP y Zonyl® FSJ.

Otro componente no refrigerante que puede usarse con las composiciones de la presente invención es un desactivador de superficies metálicas. El desactivador de superficies metálicas puede incluir uno o más de los siguientes: areoxalil bis(bencilideno)hidrazida (número de registro c As 6629-10-3), N,N'-bis(3,5-di-ferc-butil-4-hidroxihidrocinamoil)hidrazina (número de registro CAS 32687-78-8), 2,2'-oxamidobis-etil-(3,5-di-ferc-butil-4-hidroxihidrocinamato) (número de registro CAS 70331-94-1), N,N'-(disaliciclideno)-1,2-diaminopropano (número de registro CAS 94-91-7) y ácido etilendiaminotetraacético (número de registro CAS 60-00-4) y sus sales, y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los desactivadores de superficies metálicas develados en este párrafo. También pueden incluirse otros desactivadores de superficies metálicas.

El componente no refrigerante usado con las composiciones de la presente invención puede, adicionalmente o como alternativa, ser un estabilizador que puede incluir uno o más de los siguientes: fenoles impedidos, tiofosfatos, trifenilfosforotionatos butilados, organofosfatos, fosfitos, éteres de arilalquilo, terpenos, terpenoides, epóxidos, epóxidos fluorados, oxetanos, ácido ascórbico, tioles, lactonas, tioéteres, aminas, nitrometano, alquilsilanos, derivados de benzofenona, sulfuros de arilo, ácido diviniltereftálico, ácido difeniltereftálico, líquidos iónicos y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los estabilizadores desvelados en este párrafo. También se pueden incluir otros estabilizantes.

El estabilizante puede incluir además uno o más de los siguientes: tocoferol; hidroquinona; hidroquinona f-butílica; monotiofosfatos; ditiofosfatos, disponibles comercialmente en Ciba Specialty Chemicals ("Ciba") como la marca comercial Irgalube® 63; ésteres de dialquiltiofosfato, disponible comercialmente en Ciba como las marcas comerciales Irgalube® 353 e Irgalube® 350; trifenilfosforotionatos butilados, disponibles comercialmente en Ciba como la marca comercial Irgalube® 232; fosfatos de amina, disponibles comercialmente en Ciba como la marca comercial Irgalube® 349; fosfitos impedidos, disponibles comercialmente en Ciba como Irgafos® 168; tris(di-ferc-butilfenil)fosfito, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Irgafos® OPH; fosfito de di-n-octilo; fosfito de iso-decildifenilo, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Irgafos® DDPP; fosfatos de trialquilo, tal como fosfato de trimetilo, fosfato de trietilo, fosfato de tributilo, fosfato de trioctilo y fosfato de tri(2-etilhexilo); fosfatos de triarilo, incluidos fosfato de trifenilo, fosfato de tricresilo y fosfato de trixilenilo; fosfatos mixtos de alquil-arilo, incluidos fosfato de isopropilfenilo (IPPP) y fosfato de bis(t-butilfenil)fenilo (TBPP); trifenilfosfatos butilados, tales como los disponibles comercialmente como la marca comercial Syn-O-Ad®, incluido Syn-O-Ad® 8784; trifenilfosfatos ferc-butilados, tales como los disponibles comercialmente como la marca comercial Durad® 620; fosfatos de trifenilo isopropilado, tales como los disponibles comercialmente como las marcas comerciales Durad® 220 y Durad®110; anisol; 1,4-dimetoxibenceno; 1,4-dietoxibenceno; 1,3,5-trimetoxibenceno; mirceno; aloocimeno; limoneno (por ejemplo, dlimoneno); retinal; pineno; mentol; geraniol; farnesol; fitol; vitamina A; terpineno; delta-3-careno; terpinoleno; felandreno; fencheno; dipenteno; caratenoides, tales como licopeno, betacaroteno y xantofilas, tal como zeaxantina; retinoides, tales como hepaxantina e isotretinoína; bornano; óxido de 1,2-propileno; óxido de 1,2-butileno; éter de nbutilglicidilo; trifluorometiloxirano; 1,1 -bis (trifluorometil)oxirano; 3-etil-3-hidroximetil-oxetano, tal como OXT-101 (Toagosei Co., Ltd); 3-etil-3-((fenoxi)metil)-oxetano, tal como OXT-211 (Toagosei Co., Ltd); 3-etil-3-((2-etilhexiloxi)metil)-oxetano, tal como OXT-212 (Toagosei Co., Ltd); ácido ascórbico; metanotiol (metil mercaptano); etanotiol (etilmercaptano); coenzima A; ácido dimercaptosuccínico (DMSA); mercaptano de pomelo ((R)-2-(4-metilciclohex-3-enil)propano-2-tiol)); cisteína (ácido (R)-2-amino-3-sulfanil-propanoico); lipoamida (1,2-ditiolano-3-pentanamida); 5,7-bis(1,1-dimetiletil)-3-[2,3- o 3,4-dimetilfenil]-2(3H)-benzofuranona, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Irganox® HP-136; sulfuro de bencilfenilo; sulfuro de difenilo; diisopropilamina; 3,3'-tiodipropionato de dioctadecilo, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Irganox® PS 802; 3,3'-tiopropionato de didodecilo, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Irganox® PS 800; di-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)sebacato, disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Tinuvin® 770; poli-(N-hidroxietil-2,2,6,6-tetrametil-4-hidroxi-piperidilsuccinato), disponible comercialmente en Ciba como la marca comercial Tinuvin® 622LD; bis amina de sebo de metilo; bis amina de sebo; fenol-alfa-naftilamina; bis(dimetilamino)metilsilano (DMAMS); tris(trimetilsilil)silano (TTMSS); viniltrietoxisilano; viniltrimetoxisilano; 2,5-difluorobenzofenona; 2',5'-dihidroxiacetofenona; 2-aminobenzofenona; 2-clorobenzofenona; sulfuro de bencilfenilo; sulfuro de difenilo; disulfuro de dibencilo; líquidos iónicos; y mezclas y combinaciones de los mismos. También se pueden incluir otros estabilizantes.

El aditivo usado con las composiciones de la presente invención puede, adicionalmente o como alternativa, ser un estabilizador líquido iónico. El estabilizador líquido iónico puede incluir uno o más de los siguientes: sales orgánicas que son líquidas a temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C); sales que contienen cationes, incluidos piridinio, piridazinio, pirimidinio, pirazinio, imidazolio, pirazolio, tiazolio, oxazolio y triazolio, así como mezclas de los mismos; y aniones, incluyendo [BF4]-, [PF6]-, [SbFa]-, [CF3SO3]-, [HCF2CF2SO3]-, [CF3HFCCF2SO3]-, [HCCFCF2SO3]-[(CF3SO2)2N]-, [(CF3c F2SO2)2N]-, [(CF3SO2)3C]- [CF3CO2]- y F-, así como mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, los estabilizadores líquidos iónicos pueden incluir uno o más de los siguientes: emim BF4 (tetrafluoroborato de 1 -etil-3-metilimidazolio); bmim BF4 (tetraborato de 1 -butil-3-metilimidazolio); emim PF6 (hexafluorofosfato de 1 -etil-3-metilimidazolio); y bmim PF6 (hexafluorofosfato de 1 -butil-3-metilimidazolio), todos los cuales están disponibles en Fluka™ (Sigma-Aldrich).

En algunas realizaciones, el estabilizador puede ser un fenol impedido, que incluye cualquier compuesto fenólico sustituido, incluidos fenoles que tienen uno o más grupos sustituyentes cíclico sustituido, alifático de cadena lineal o ramificada, tales como: monofenoles alquilados, incluidos 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol, 2,6-di-terc-butil-4-etilfenol, 2,4-dimetil-6-terc-butilfenol, tocoferol y similares; hidroquinonas e hidroquinonas alquiladas, incluyendo hidroquinona tbutílica, otros derivados de hidroquinona y similares; éteres de tiodifenilo hidroxilados, incluidos 4,4'-tio-bis(2-metil-6-terc-butilfenol), 4,4'-tiobis (3-metil-6-terc-butilfenol), 2,2'-tiobis (4-metil-6-terc-butilfenol) y similares; alquilidenbisfenoles, incluidos 4,4'-metilenbis(2,6-di-terc-butilfenol), 4,4'-bis(2,6-di-terc-butilfenol), derivados de 2,2'- o 4,4-bifenoldioles, 2,2'-metilenbis(4-etil-6-terc-butilfenol), 2,2'-metilenbis(4-metil-6-terc-butilfenol), 4,4-butilidenbis(3-metil-6-terc-butilfenol), 4,4-isopropilidenbis(2,6-di-terc-butilfenol), 2,2'-metilenbis(4-metil-6-nonilfenol), 2,2'-isobutilidenbis(4,6-dimetilfenol), 2,2'-metilenbis(4-metil-6-ciclohexilfenol), 2,2- o 4,4-bifenildioles, incluidos 2,2'-metilenbis(4-etil-6-terc-butilfenol); hidroxitolueno butilado (BHT o 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol); bisfenoles, incluidos heteroátomos, tales como 2,6-di-terc-alfa-dimetilamino-p-cresol, 4,4-tiobis(6-terc-butil-m-cresol) y similares; acilaminofenoles; 2,6-di-terc-butil-4(N,N'-dimetilaminometilfenol); sulfuros, incluidos bis(3-metil-4-hidroxi-5-tercbutilbencil)sulfuro, bis(3,5-di-terc-butil-4-hidroxibencil)sulfuro; y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los fenoles desvelados en este párrafo. También se pueden incluir otros fenoles.

El componente no refrigerante que se usa con las composiciones de la presente invención puede, adicionalmente o como alternativa, incluir un trazador. El trazador puede ser dos o más compuestos trazadores de la misma clase de compuestos y/o de diferentes clases de compuestos. En algunas realizaciones, el trazador está presente en las composiciones a una concentración total de aproximadamente 50 partes por millón en peso (ppm) a aproximadamente 1000 ppm, según el peso de la composición total. En otras realizaciones, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 50 ppm a aproximadamente 500 ppm. Adicionalmente o como alternativa, el trazador puede estar presente en una concentración total de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 300 ppm.

El trazador puede incluir uno o más de los siguientes: hidrofluorocarbonos (HFC), hidrofluorocarbonos deuterados, perfluorocarbonos, fluoroéteres, compuestos bromados, compuestos yodados, alcoholes, aldehídos y cetonas, óxido nitroso y combinaciones de los mismos. Adicionalmente o como alternativa, el trazador puede incluir uno o más de los siguientes: fluoroetano, 1,1-difluoroetano, 1,1,1-trifluoroetano, 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano, 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano, 1,1,1,3,3-pentafluoropropano, 1,1,1,3,3-pentafluorobutano, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentano, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,6,7,7,7-tetradecafluoroheptano, yodotrifluorometano, hidrocarburos deuterados, hidrofluorocarbonos deuterados, perfluorocarbonos, fluoroéteres, compuestos bromados, compuestos yodados, alcoholes, aldehídos, cetonas, óxido nitroso (N2O) y mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, el trazador es una mezcla que contiene dos o más hidrofluorocarbonos y/o un hidrofluorocarbono en combinación con uno o más perfluorocarbonos. También se pueden incluir otros trazadores.

El trazador se puede añadir a las composiciones de la presente invención en cantidades predeterminadas para permitir la detección de cualquier dilución, contaminación u otra alteración de la composición.

El aditivo que se puede usar con las composiciones de la presente invención puede, adicionalmente o como alternativa, ser un perfluoropoliéter, como se describe con detalle en la publicación de Estados Unidos N.° 2007/0284555, incorporada en el presente documento como referencia.

Se reconocerá que algunos de los aditivos mencionados anteriormente adecuados para el componente no refrigerante se han identificado como refrigerantes potenciales. Sin embargo, de acuerdo con realizaciones de la presente invención, cuando estos aditivos se utilizan en el componente no refrigerante, no están presentes en una cantidad que pudiera afectar las características básicas y novedosas de las mezclas refrigerantes de esta invención. En realizaciones, las mezclas de refrigerante no inflamables, así como las composiciones de la presente invención que las contienen, contienen no más de aproximadamente 0,5 por ciento en peso de refrigerantes distintos de HFO-1234yf, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, y cuando está presente, HFO-1234ze.

En una realización, las composiciones desveladas en el presente documento pueden prepararse mediante cualquier método conveniente para combinar las cantidades deseadas de los componentes individuales. En un ejemplo, se pesan las cantidades deseadas del componente y luego se combinan en un recipiente apropiado. Se puede usar agitación, en algunos casos.

Las composiciones de la presente invención pueden tener un potencial de agotamiento del ozono cero y un GWP bajo. Adicionalmente, las composiciones de la presente invención pueden tener potenciales de calentamiento global menores que muchos refrigerantes de hidrofluorocarbonos actualmente en uso. En aspectos de la presente invención, se puede proporcionar un refrigerante que tenga un GWP inferior a 1400 según el AR4. Otros refrigerantes proporcionados de acuerdo con la presente invención pueden tener un GWP de menos de 1000, menos de 700, menos de 500, menos de 400, menos de 300, menos de 150, menos de 100 y/o menos de 50.

Método

Las composiciones desveladas en el presente documento son útiles como composiciones de transferencia de calor, tales como refrigerantes.

Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor pueden incluir un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión. Un ciclo de refrigeración puede reutilizar refrigerante en múltiples etapas para producir un efecto de enfriamiento en una etapa y un efecto de calentamiento en una etapa diferente. Un ciclo de ejemplo se puede describir simplemente como sigue. El refrigerante líquido puede entrar en un evaporador a través de un dispositivo de expansión, y el refrigerante líquido puede hervir a baja temperatura en el evaporador extrayendo calor del ambiente, formando así un gas y produciendo enfriamiento. El aire o un fluido de transferencia de calor puede fluir sobre y/o alrededor del evaporador para transferir el efecto de enfriamiento causado por la evaporación del refrigerante en el evaporador a un cuerpo a enfriar. El gas a baja presión puede entrar en un compresor, donde se comprime el gas para elevar su presión y temperatura. El refrigerante gaseoso de mayor presión (comprimido) puede entrar en el condensador en el que el refrigerante se condensa y descarga su calor al medio ambiente. El refrigerante puede regresar al dispositivo de expansión a través del cual el líquido se expande desde el nivel de presión más alto en el condensador hasta el nivel de presión más bajo en el evaporador, repitiendo así el ciclo.

Un proceso para producir enfriamiento descrito adicionalmente en el presente documento incluye condensar una mezcla refrigerante como se desvela en el presente documento y luego evaporar dicha composición en las proximidades de un cuerpo a enfriar.

Un cuerpo a enfriar puede definirse como cualquier espacio, ubicación, objeto y/o cuerpo que se desea enfriar. Los ejemplos incluyen espacios (abiertos o cerrados) que requieren refrigeración o enfriamiento, tal como frigoríficos y/o congeladores de un supermercado.

Por "proximidad", se entiende que el evaporador del sistema que contiene la mezcla refrigerante puede estar ubicado dentro y/o adyacente al cuerpo a enfriar, de tal manera que el aire que se mueve sobre el evaporador entraría y/o alrededor del cuerpo para ser enfriado.

En algunas realizaciones, las mezclas de refrigerante que se desvelan en el presente documento pueden ser útiles en aplicaciones de refrigeración, incluida la refrigeración de temperatura media o baja. Los sistemas de refrigeración de temperatura media incluyen cajas refrigeradas de supermercados y tiendas de conveniencia, tales como cajas para bebidas, lácteos, alimentos frescos y otros artículos refrigerados. Los sistemas de refrigeración de temperatura media también pueden incluir sistemas de transporte de alimentos frescos. Los sistemas de refrigeración de baja temperatura incluyen cámaras y vitrinas congeladores de supermercados y tiendas de conveniencia, máquinas de hielo y sistemas de transporte de alimentos congelados. Otros usos específicos pueden ser refrigeradores y congeladores comerciales, industriales y/o residenciales, máquinas de hielo, neveras y congeladores autónomos, estanterías de supermercados y sistemas distribuidos, cámaras frigoríficas y de congelación y de fácil acceso, y sistemas combinados.

Adicionalmente, en algunas realizaciones, las composiciones desveladas pueden funcionar como refrigerantes primarios en sistemas de circuito secundario que proporcionan enfriamiento a ubicaciones remotas mediante el uso de un fluido de transferencia de calor secundario, que puede comprender agua, un glicol, dióxido de carbono y/o un fluido hidrocarbonado fluorado. En este caso, el fluido de transferencia de calor secundario es el cuerpo a enfriar, ya que el fluido secundario está adyacente al evaporador y se enfría antes de pasar a un cuerpo remoto para ser enfriado.

Las composiciones desveladas se utilizan como reemplazos de bajo GWP para R-22 (también denominado HCFC-22), que incluye clorodifluorometano.

Los refrigerantes de reemplazo pueden ser especialmente útiles si se pueden usar en equipos de refrigeración existentes que fueron diseñados originalmente para un refrigerante diferente. Las composiciones desveladas en el presente documento se utilizan como refrigerantes en sistemas y/o aparatos que fueron diseñados para su uso con el refrigerante R-22. En algunos aspectos, las composiciones desveladas en el presente documento pueden sustituir estos refrigerantes conocidos sin necesidad de modificar el equipo existente diseñado para su uso con estos refrigerantes conocidos. En otros aspectos, el equipo puede modificarse para optimizar el rendimiento de las composiciones desveladas en el presente documento.

Las composiciones desveladas pueden ser útiles como refrigerantes y pueden proporcionar un rendimiento de enfriamiento al menos comparable (por ejemplo, capacidad de enfriamiento y eficiencia energética) al rendimiento de enfriamiento proporcionado por el R-22.

En el presente documento, se proporciona un método para reemplazar un refrigerante. El método incluye cargar un aparato de refrigeración con una mezcla de refrigerante, siendo el aparato de refrigeración adecuado para su uso con R-22. El aparato de refrigeración puede incluir sistemas con temperaturas de evaporación que oscilan entre aproximadamente -40 °C y aproximadamente 0 °C. En particular, el aparato de refrigeración puede incluir sistemas con temperaturas de evaporación que oscilan entre aproximadamente -40 °C y aproximadamente -20 °C. Adicional o alternativamente, el aparato de refrigeración puede incluir sistemas con temperaturas de evaporación que oscilan entre aproximadamente -20 °C y aproximadamente 0 °C

El método para reemplazar un refrigerante es un método para reemplazar el refrigerante R-22 en un sistema de transferencia de calor que fue diseñado para usarse con el refrigerante R-22. De forma notable, un sistema de transferencia de calor que actualmente usa R-22 puede pasar inmediatamente a su uso con esta composición. En otras palabras, un intermediario, tal como un refrigerante como el R-404A, no es necesario utilizarlo para realizar la transición.

El método para reemplazar puede incluir además evaporar la composición utilizada para reemplazar el refrigerante existente en un evaporador del sistema de transferencia de calor. El evaporador puede funcionar a temperatura media. Una temperatura media del evaporador puede incluir temperaturas en el intervalo de -20 °C a 0 °C. En otra realización, la refrigeración a temperatura media incluye sistemas con temperaturas de evaporador en el intervalo de - 20 °C a -5 °C; o de -15 °C a 0 °C; o de -20 °C a -10 °C; o de -15 °C a 5 °C; o de -20 °C a -15 °C; o de -15 °C a -10 °C; o de -20 °C a -15 °C. Dicho evaporador puede incluirse en un sistema de transferencia de calor para una exhibición de alimentos refrigerados, tal como una exhibición de productos agrícolas o una vitrina de alimentos refrigerados en una tienda de comestibles. En algunos casos, cuando la composición se utiliza en un sistema de transferencia de calor que incluye un evaporador que funciona a temperatura media, la composición tiene una capacidad de refrigeración que está dentro del 7 % de la capacidad de refrigeración que resulta del uso de R-22 como refrigerante en el sistema de transferencia de calor cuando el evaporador funciona a una temperatura media.

El método también puede incluir comprimir la composición que reemplaza el refrigerante existente en un compresor del sistema de transferencia de calor. El compresor puede estar asociado a una temperatura de descarga inferior a la temperatura de descarga que resulta del uso de R-22 como refrigerante en el sistema de transferencia de calor. Por ejemplo, el sistema puede cargarse inicialmente con R-22, y el compresor puede estar asociado a una determinada temperatura de descarga. Cuando el R-22 se reemplaza por una de las composiciones descritas en el presente documento, la temperatura de descarga del compresor puede ser más baja que la temperatura de descarga asociada al uso de R-22. Esto se tratará con más detalle en los ejemplos siguientes.

Otra realización proporciona un método para recargar un sistema de transferencia de calor que contiene tanto un refrigerante a reemplazar como un lubricante. El método puede incluir retirar el refrigerante a reemplazar del sistema de transferencia de calor mientras se retiene una parte sustancial del lubricante en dicho sistema e introducir una de las composiciones desveladas en el presente documento en el sistema de transferencia de calor.

Se describe adicionalmente en el presente documento un sistema de intercambio de calor que incluye una composición desvelada en el presente documento, en donde dicho sistema se selecciona de un grupo que incluye congeladores, refrigeradores, cámaras frigoríficas, sistemas de refrigeración y/o congelación de supermercados, refrigeradores móviles y sistemas que tengan combinaciones de los mismos.

En una realización, un sistema de transferencia de calor utilizado en el método desvelado es un aparato de refrigeración, tal como un aparato de refrigeración móvil y/o fijo. En particular, un aparato de refrigeración de temperatura media puede contener una composición desvelada en el presente documento. En otra realización, un aparato de refrigeración de baja temperatura puede contener una composición descrita en el presente documento. El sistema de transferencia de calor y/o el aparato de refrigeración pueden incluir un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión.

El aparato del sistema de transferencia de calor puede haber sido diseñado para usarse con el refrigerante R-22. Por ejemplo, el sistema puede incluir un dispositivo de expansión diseñado para usarse con el refrigerante R-22. Si el sistema se usó anteriormente con R-22,, El refrigerante R-22 se puede eliminar y reemplazar con una de las composiciones desveladas en el presente documento.

El sistema puede, como se ha mencionado, incluir un compresor. Cuando el sistema y/o aparato se carga con una de las composiciones desveladas en el presente documento, al contrario que con R-22, la temperatura de descarga del compresor puede ser inferior a la temperatura de descarga que resulta en el compresor cuando el sistema y/o aparato está cargado con R-22.

Ejemplos

Los conceptos desvelados en el presente documento se describirán adicionalmente en los ejemplos siguientes, que no limitan el alcance de la invención descrita en las reivindicaciones.

EJEMPLO 1

Impacto de la fuga de vapor

Se carga un recipiente al 90 % de su capacidad con una composición inicial a la temperatura indicada y se mide la presión de vapor inicial de la composición. Se deja que la composición se filtre del recipiente, mientras la temperatura se mantiene constante, hasta que se elimine el 50 por ciento en peso de la composición inicial, en cuyo momento se mide la presión de vapor de la composición que permanece en el recipiente. Los cambios de presión de vapor se enumeran en la Tabla 1.

continuación

Se encuentra que las composiciones definidas por la presente invención son de tipo azeotrópico con menos del 10 % de cambio en la presión de vapor después de la fuga del 50 % de la composición.

EJEMPLO 2

Inflamabilidad

Las mezclas inflamables pueden identificarse mediante pruebas según la ASTM (American Society of Testing and Materials) E681-04, con una fuente de ignición electrónica. Estas pruebas de inflamabilidad se realizaron en mezclas de refrigerantes al 50 por ciento de humedad relativa.

Para determinar un límite de inflamabilidad, se determinó la inflamabilidad de dos mezclas de refrigerantes para las fases líquida y de vapor a -36 °C (10 grados por encima del punto de burbuja, como se indica en la Norma 34 de ASHRAE) para un recipiente que tiene un 90 % de líquido. Las composiciones contenían HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/HFC-134a a las concentraciones dadas en la Tabla 2.

TABLA 2

Basadas en los datos anteriores de la tabla 2, las composiciones con más de aproximadamente 24,5 por ciento en peso de HFC-32 y menos de aproximadamente 24,5 por ciento en peso de HFC-125 se clasificarían como refrigerantes inflamables.

Se han realizado análisis adicionales de la fuga de vapor y pruebas de inflamabilidad para determinar si las composiciones desveladas en el presente documento cumplen los requisitos para la Clase 1 ASHRAE de no inflamabilidad conforme a la norma ASHRAE 34-2013, titulada "Designation and Safety Classification of Refrigerants". De acuerdo con estas normas, se desarrollan formulaciones nominales para una composición. A continuación, se asignan tolerancias de fabricación para contar las variaciones en la fabricación. Las composiciones que incluyen la formulación nominal y las composiciones que entran dentro de los intervalos definidos por las tolerancias de fabricación se analizan de acuerdo con realizaciones de la presente invención. Estas composiciones se exponen en la Tabla 2.1, a continuación.

Una vez que se han seleccionado las tolerancias de fabricación, se selecciona la formulación en el peor de los casos (WCF). Esto representa la formulación que podría ser más inflamable según las tolerancias de fabricación. A continuación, la WCF se modela para la fuga de vapor del refrigerante utilizando NIST Refleak 3.2 en las condiciones en el peor de los casos para varios escenarios de fuga de la norma 34 de ASHRAE. Según este modelo, se identifica la formulación fraccionada en el peor de los casos (WCFF), donde el WCFF corresponde al escenario en el que se observa la mayor concentración de componentes inflamables en la fase líquida refrigerante o en la fase de vapor del refrigerante. Para las composiciones de la presente invención, así como las composiciones seleccionadas con fines comparativos, se determinó que la WCFF era la composición de vapor inicial a 10 °C por encima de la temperatura del punto de burbuja cuando un cilindro se llena inicialmente al 90 % de su capacidad con la composición a una temperatura inicial de 54,4 °C. Las composiciones de WCFF luego se prueban para determinar su inflamabilidad de acuerdo con ASTM E681-04 a 60 °C y a una humedad relativa del 50 %, de acuerdo con las normas de ASHRAE. Cuando se produce la ignición, el ángulo de llama para la WCFF en un matraz esférico de 12 litros debe presentar un arco de menos de 90° para que la composición se considere no inflamable. La Tabla 2.2 incluye los resultados de las pruebas para una realización de ejemplo de una composición de acuerdo con la presente invención. Estos resultados se proporcionan en la tabla de la "Realización de ejemplo". La tabla 2.2 también incluye dos ejemplos comparativos, que se espera que sean inflamables según la cantidad de R-32, un componente inflamable, presente en las composiciones que tienen las fórmulas expuestas en los ejemplos comparativos (C) y (D). Por ejemplo, los escenarios de la WCFF para el ejemplo comparativo (C) ("Comparativo (C)") incluyen 40,2 y 40,4 por ciento en peso de R-32. Los escenarios de la WCFF para el ejemplo comparativo (D) ("Comparativo (D)") incluyen cantidades incluso mayores de R-32. Según estos niveles de R-32, se espera que los resultados de las pruebas para los ejemplos comparativos (C) y (D) tengan un mayor potencial de inflamabilidad. Cabe señalar que los ejemplos comparativos (C) y (D) son ejemplos proféticos y que los resultados acompañados de un asterisco (*) son resultados esperados. Las pruebas aún no se han realizado.

Como se ha mostrado anteriormente, la realización de ejemplo, que está de acuerdo con una realización de la presente invención, es no inflamable conforme a las guías de la norma 34 de ASHRAE. Por el contrario, se espera que los ejemplos comparativos (C) y (D) sean inflamables y, por lo tanto, se espera que no cumplan los criterios de no inflamabilidad de ASHrAe Clase 1.

EJEMPLO 5

Rendimiento de refrigeración

Los ejemplos 5-7 incluyen datos de rendimiento para una realización de ejemplo de una composición de acuerdo con la presente invención. En particular, la realización de ejemplo ("Realización de ejemplo") descrita en estos ejemplos y las tablas correspondientes es una composición que incluye 24,3 por ciento en peso de difluorometano (HFC-32), 24,7 por ciento en peso de pentafluoroetano (HFC-125), 25,7 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 25,3 por ciento en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf). La Tabla 5.1 enumera esta composición.

En los Ejemplos 5-7, el término "COP" se incluye en las tablas correspondientes. Como se usa en estos ejemplos y tablas correspondientes, "COP" se refiere al coeficiente de rendimiento.

Pasando ahora a las Tablas 5.2 y 5.3a-5.3b, se proporcionan datos de rendimiento para la realización de ejemplo. Con fines comparativos, se proporcionan datos de rendimiento para R-22. Adicionalmente, se proporcionan datos de rendimiento para R-407A, R-407C y R-407F. Como lo demuestran los datos de rendimiento y la discusión que los acompaña, la realización de ejemplo proporciona varias ventajas sobre los refrigerantes conocidos R-22, R-407A, R-407C y R-407F. Adicionalmente, los datos de rendimiento para la realización de ejemplo son comparables, o mejores que, los datos de rendimiento de los refrigerantes conocidos, lo que indica que la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para estos refrigerantes conocidos.

La Tabla 5.2 proporciona los GWP para estas composiciones. Como se muestra en la Tabla 5.2, el GWP para la realización de ejemplo es significativamente más bajo que los GWP para R-22, R-407A, R-407C y R-407F. Por tanto, desde la perspectiva del GWP, la realización de ejemplo es un refrigerante de reemplazo deseable para R-22, R-407A, R-407C y/o R-407F.

TABLA .2

Las tablas 5.3a-5.3b proporcionan datos de rendimiento para R-22, la realización de ejemplo, R-407A, R-407C y R-407F. Cabe señalar que la Tabla 5.3b es una continuación, o una extensión, de la Tabla 5.3a y proporciona columnas verticales adicionales para la Tabla 5.3a. Por ejemplo, la primera fila horizontal de la Tabla 5.3a incluye datos de rendimiento para R-22 a una cantidad de subenfriamiento de 6 K y una temperatura del evaporador de -35 °C. La primera fila horizontal de la Tabla 5.3b incluye datos de rendimiento adicionales para R-22 en estas mismas condiciones, es decir, a una cantidad de subenfriamiento de 6 K y una temperatura del evaporador de -35 °C. De forma similar, las segundas filas horizontales de las tablas 5.3a-5.3b proporcionan datos de rendimiento para la realización de ejemplo a una cantidad de subenfriamiento de 6 K y una temperatura del evaporador de -35 °C. De este modo, cada fila en la Tabla 5.3b proporciona datos adicionales para la composición citada en las condiciones de operación establecidas en la fila correspondiente de la Tabla 5.3a.

Como algunos sistemas funcionan con una cantidad de subenfriamiento de 6 K y algunos sistemas funcionan con una cantidad de subenfriamiento de 0 K, por ejemplo, los datos para ambas condiciones se proporcionan a continuación en las Tablas 5.3a-5.3b. Adicionalmente, los datos incluidos en estas tablas se basan en las siguientes condiciones:

Temperatura del condensador 40 °C

Eficiencia del compresor 70 %

Tal como se muestra en las Tablas 5.3a-5.3b, la realización de ejemplo proporciona varias ventajas sobre los refrigerantes conocidos R-22, R-407A, R-407C y R-407F. Por ejemplo, la realización de ejemplo tiene una temperatura de descarga significativamente más baja que la mayoría de las otras composiciones. De hecho, R-407A es la única composición enumerada anteriormente que tiene, en determinadas condiciones, una temperatura de descarga tan baja como la temperatura de descarga para la realización de ejemplo. La temperatura de descarga se refiere a la temperatura de salida en un compresor de un sistema de transferencia de calor. Una temperatura de descarga alta puede requerir enfriamiento, tal como refrigeración interna y/o externa, en el compresor. Una temperatura de descarga alta también puede acortar la vida útil del compresor. Por ejemplo, un compresor que funciona a una temperatura de descarga alta puede no durar tanto como un compresor que funciona a una temperatura de descarga baja. Por tanto, la baja temperatura de descarga asociada a la realización de ejemplo proporciona ventajas sobre los otros refrigerantes conocidos.

Una comparación de la capacidad y el COP para la realización de ejemplo con la capacidad y el COP para R-22, R-407A, R-407C y R-407F indican que la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para estos refrigerantes conocidos. La capacidad y el COP son indicadores útiles a este respecto, porque la capacidad mide la cantidad de enfriamiento que proporciona un refrigerante y COP mide la cantidad de energía requerida para proporcionar ese enfriamiento. Por tanto, si un reemplazo propuesto para un refrigerante conocido tiene una capacidad y un COP que es similar, o mayor que, la capacidad y el c Op del refrigerante conocido, esto indica que el refrigerante propuesto es, probablemente, un reemplazo adecuado para el refrigerante conocido. En este punto, las Tablas 5.3a-5.3b muestran que la realización de ejemplo tiene una capacidad y COP que son similares o mayores que, la capacidad y el COP de los otros refrigerantes conocidos. En particular, el COP para la realización de ejemplo está dentro del 7 % del COP para los refrigerantes conocidos. Por tanto, la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para R-22, R-407A, R-407C y/o R-407F.

Finalmente, el caudal másico para la realización de ejemplo es similar a los caudales másicos para R-22, R-407A, R-407C y R-407F. Esta similitud en el caudal másico puede indicar que la realización de ejemplo es adecuada para reemplazar estos refrigerantes conocidos en sistemas diseñados para su uso con los refrigerantes conocidos. Por ejemplo, una válvula de expansión térmica incluida en un sistema de transferencia de calor puede ser compatible tanto con los refrigerantes conocidos como con la realización de ejemplo debido a la similitud en los caudales másicos. En otras palabras, la realización de ejemplo puede ser un buen candidato para una actualización de campo en un sistema que fue diseñado para su uso con los refrigerantes conocidos u otros refrigerantes similares, ya que es posible que no sea necesario reemplazar y/o modificar el dispositivo de expansión incluido en el sistema.

EJEMPLO 6

Rendimiento de refrigeración

Los ejemplos 6-7 incluyen datos de rendimiento para el refrigerante R-22 y datos de rendimiento para dos ejemplos comparativos. Como lo demuestran los datos de rendimiento y la discusión que los acompaña, la realización de ejemplo proporciona varias ventajas sobre R-22 y los ejemplos comparativos. Adicionalmente, la realización de ejemplo es más adecuada para reemplazar R-22 que el ejemplo comparativo (C) o el ejemplo comparativo (D).

El ejemplo comparativo (C) es una composición que incluye un 25 por ciento en peso de difluorometano (HFC-32), 25 por ciento en peso de pentafluoroetano (HFC-125), 25 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 25 por ciento en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf). El ejemplo comparativo (D) es una composición que incluye un 25 por ciento en peso de difluorometano (HFC-32), 25 por ciento en peso de pentafluoroetano (HFC-125), 20 por ciento en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a) y 30 por ciento en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf).

La Tabla 6.1 resume las composiciones correspondientes a las notaciones abreviadas utilizadas en las tablas que siguen en los Ejemplos 6-7.

La Tabla 6.2 proporciona los GWP para R-22, la realización de ejemplo y los ejemplos comparativos (C) y (D).

TABLA .2

Como se muestra en la Tabla 6.2, la realización de ejemplo tiene un GWP inferior a 1400. Esto es más bajo que los GWP tanto para R-22 como para el ejemplo comparativo (C). Este GWP convierte a la realización de ejemplo en un reemplazo deseable para R-22 o un refrigerante similar que tenga un GWP alto. También hace que la realización de ejemplo sea un refrigerante deseable para un nuevo sistema de transferencia de calor.

Las tablas 6.3a-6.3b incluyen datos de rendimiento para R-22, la realización de ejemplo y los ejemplos comparativos (C) y (D). Al igual que con las tablas 5.3a-5.3b, la tabla 6.3b es una continuación o una extensión, de la Tabla 6.3a y proporciona columnas verticales adicionales para la Tabla 6.3a. Por ejemplo, las primeras filas horizontales de las Tablas 6.3a-6.3b proporcionan datos de rendimiento para R-22 a una temperatura del evaporador de -20 °C. Las segundas filas horizontales de estas tablas proporcionan datos de rendimiento para la realización de ejemplo a una temperatura del evaporador de -20 °C. De este modo, cada fila en la Tabla 6.3b proporciona datos adicionales para la composición citada en las condiciones de operación establecidas en la fila correspondiente de la Tabla 6.3a.

Las tablas 6.3a-6.3b incluyen datos para una temperatura media del evaporador, que va desde -20 °C a 0 °C. Los datos se basan en las siguientes condiciones:

Temperatura del condensador 40 °C

Cantidad de subenfriamiento 6 K

Eficiencia del compresor 70 %

TABLA . B

Tal como se muestra en las Tablas 6.3 a-6.3b, la realización de ejemplo proporciona varias ventajas sobre R-22 y los ejemplos comparativos. Por ejemplo, la realización de ejemplo está asociada a una temperatura de descarga que es significativamente más baja que la temperatura de descarga asociada a R-22. En algunas condiciones, la temperatura de descarga para la realización de ejemplo es más baja que la de los ejemplos comparativos (C) y (D). Como se ha mencionado, es deseable una temperatura de descarga baja, porque alivia la necesidad de enfriamiento en el compresor y potencialmente extiende la vida útil del compresor.

Si bien las presiones de succión y descarga para la realización de ejemplo son más altas que las de R-22, las presiones asociadas con la realización de ejemplo están más cerca de las presiones de R-22 que las presiones asociadas a cualquiera de los ejemplos comparativos. Las presiones de la realización de ejemplo están lo suficientemente cerca de las presiones de R-22 que la realización de ejemplo es un candidato viable para una modificación de campo en un sistema diseñado para su uso con R-22 o un refrigerante similar. En otras palabras, debido a la similitud de presiones, el equipo diseñado para usarse con R-22 también puede ser compatible con la realización de ejemplo. Esto puede no ser cierto para los ejemplos comparativos.

Adicionalmente, la capacidad de la realización de ejemplo coincide estrechamente con la capacidad de R-22. La realización de ejemplo también tiene un COP cercano al COP de R-22. En particular, el COP de la realización de ejemplo está más cerca del COP de R-22 que el COP de cualquiera de los ejemplos comparativos. Como se ha explicado anteriormente, esta similitud en capacidad y COP indica que la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para R-22, y que es un mejor reemplazo para R-22 que cualquiera de los ejemplos comparativos.

Finalmente, el caudal másico para la realización de ejemplo está más cerca del caudal másico para R-22 que el caudal másico para cualquiera de los ejemplos comparativos. Como se ha mencionado anteriormente, esto significa que la realización de ejemplo puede ser compatible con un dispositivo de expansión incluido en un sistema de transferencia de calor diseñado para su uso con R-22 o un refrigerante similar.

EJEMPLO 7

Rendimiento de refrigeración

En los ejemplos 6, los datos de rendimiento para R-22, la realización de ejemplo y los ejemplos comparativos se basaron en una cantidad de subenfriamiento de 6 K. Algunos sistemas operan a 0 K. Por lo tanto, Las Tablas 7a-7b proporcionan datos de rendimiento para estas composiciones basados en una cantidad de subenfriamiento de 0 K. Al igual que con las Tablas 5.3a-5.3b y 6.3a-6.3b, la tabla 7b es una continuación o una extensión, de la Tabla 7 a y proporciona columnas verticales adicionales para la Tabla 7 a. Por ejemplo, las primeras filas horizontales de las Tablas 7a-7b proporcionan datos de rendimiento para R-22 a una temperatura del evaporador de -10 °C. Las segundas filas horizontales de estas tablas proporcionan datos de rendimiento para la realización de ejemplo a una temperatura del evaporador de -10 °C, cada fila en la Tabla 7b proporciona datos adicionales para la composición citada en las condiciones de operación establecidas en la fila correspondiente de la Tabla 7 a.

Adicionalmente, los datos incluidos en las Tablas 7a-7b se basan en las siguientes condiciones:

Temperatura del condensador 40 °C

Cantidad de subenfriamiento 0 K

Eficiencia del compresor 70 %

Las tablas 7a-7b muestran que la realización de ejemplo proporciona ventajas sobre R-22 y los ejemplos comparativos y las tablas también muestran que la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para R-22 en una cantidad de subenfriamiento de 0 K. En particular, la realización de ejemplo está asociada a una temperatura de descarga que es significativamente más baja que la temperatura de descarga asociada a R-22, que proporciona las ventajas discutidas anteriormente. Es más, las presiones de succión y descarga para la realización de ejemplo están más cerca de las presiones de R-22 que las presiones asociadas a cualquiera de los ejemplos comparativos. Como se ha explicado anteriormente, esta similitud en las presiones hace que la realización de ejemplo sea un candidato viable para una modificación de campo en un sistema diseñado para su uso con R-22 o un refrigerante similar.

Adicionalmente, la capacidad de la realización de ejemplo coincide estrechamente con la capacidad de R-22. La realización de ejemplo también tiene un COP cercano al COP de R-22. En particular, el COP de la realización de ejemplo está más cerca del COP de R-22 que el COP de cualquiera de los ejemplos comparativos. Esta similitud en los datos de rendimiento indica que la realización de ejemplo es un reemplazo adecuado para R-22, como se ha explicado anteriormente.

Como se indica en los datos y la discusión incluidos en los ejemplos anteriores, la realización de ejemplo proporciona varias ventajas sobre los refrigerantes conocidos y es un sustituto adecuado de varios refrigerantes conocidos. Por ejemplo, como se analiza en el ejemplo 5, la realización de ejemplo es un remplazo adecuado para R-22. Es más, como se analiza en los ejemplos 6-7, la realización de ejemplo es más adecuada para reemplazar R-22 u otros refrigerantes similares, que los ejemplos comparativos (C) y (D). La realización de ejemplo es también un refrigerante deseable para su uso en nuevos sistemas de transferencia de calor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para reemplazar un refrigerante R-22 en un sistema de transferencia de calor que fue diseñado para su uso con el refrigerante R-22, comprendiendo el método:

cargar el sistema de transferencia de calor que fue diseñado para su uso con el refrigerante R-22 con una composición que comprende:

24.3 % en peso de difluorometano;

24,7 % en peso de pentafluoroetano;

25,7 % en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano; y

25.3 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, evaporar la composición en un evaporador del sistema de transferencia de calor, en donde el evaporador opera a una temperatura media.

3. El método de la reivindicación 2, en donde la temperatura media comprende una temperatura de -20 °C a 0 °C.

4. El método de la reivindicación 1, en donde la composición comprende, además, un componente no refrigerante.