ES2882644T3 - Uso de composición refrigerante que comprende difluorometano (HFC32) y 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO1234yf) - Google Patents
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Abstract
Uso de una composición refrigerante que comprende, 35% en masa de difluorometano (HFC-32) y 65% en masa de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), en un refrigerador, en el que el refrigerador se proporciona con una contramedida (i) para evitar que la eficacia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor en el que la contramedida (i) es al menos una de - eliminar la diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante por flujo a contracorriente, y - evitar la formación de escarcha cerca de la entrada de un evaporador, y en el que el refrigerador se proporciona con una contramedida (ii) para reducir el efecto de la pérdida de presión en el que la contramedida (ii) es al menos una de - utilizar un eyector como mecanismo de expansión, y - utilizar un ciclo economizador.
Description
DESCRIPCIÓN
Uso de composición refrigerante que comprende difluorometano (HFC32) y 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO1234yf)
Campo técnico
La presente invención se refiere a una composición refrigerante que comprende difluorometano (HFC-32) y 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), que se usa en un refrigerador.
Antecedentes de la técnica
Como todo el mundo ha estado discutiendo el calentamiento global como un problema serio, ha aumentado la importancia de desarrollar una unidad de refrigeración que tenga una carga ambiental baja. Los propios refrigerantes tienen un impacto en el calentamiento global y también afectan en gran medida el rendimiento de las unidades de refrigeración. En consecuencia, la selección de un refrigerante juega un papel importante en la reducción de la generación de dióxido de carbono, que está involucrado en el calentamiento global.
En los últimos años, se han propuesto varios tipos de propenos fluorados que tienen un doble enlace en la molécula. Estos propenos fluorados tienen un potencial de calentamiento global (GWP) más bajo en comparación con los clorofluorocarbonos (CFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC) e hidrofluorocarbonos (HFC) conocidos hasta ahora.
Uno de ellos es 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) (véase p. ej. los documentos WO 2005/105947 y WO 2006/094303). Sin embargo, el HFO-1234yf tiene un inconveniente: el rendimiento del dispositivo no se puede garantizar cuando el HFO-1234yf se usa solo en dispositivos convencionales porque e1HFO-1234yf tiene un punto de ebullición más alto y una presión más baja en comparación con el HCFC-22, que se ha utilizado convencionalmente en aires acondicionados de suelo, y R407C y R410A que no agotan la capa de ozono, que posteriormente se han promocionado como alternativas.
Al seleccionar un refrigerante, aunque obviamente es importante que el refrigerante en sí mismo tenga un bajo GWP (un impacto directo en el calentamiento global), la eficacia del uso de energía (un impacto indirecto en el calentamiento global) de un dispositivo que utiliza el refrigerante es igual o mayor importante. En los últimos años, el factor de rendimiento anual (de sus siglas en inglés, APF) se ha utilizado como método para evaluar la eficacia energética de los dispositivos.
El APF es un valor numérico que se determina dividiendo la capacidad de refrigeración y calentamiento requerida en un año si se utiliza un aire acondicionado durante todo el año por la cantidad de electricidad consumida por el aire acondicionado en un año (la cantidad de consumo de electricidad durante un período específico de tiempo). La evaluación refleja de cerca el uso real. Un aire acondicionado que tiene un APF más alto logra un rendimiento de ahorro de energía más alto, y se considera que un refrigerante del mismo tiene una carga ambiental menor.
Además, el documento US 2006/243944 A1 describe composiciones para su uso en sistemas de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor en las que la composición comprende una fluoroolefina y al menos otro componente. Las composiciones de la presente invención son útiles en procesos para producir enfriamiento o calor, como fluidos de transferencia de calor, agentes de expansión de espuma, propulsores de aerosoles y agentes de supresión de incendios y extintores de incendios.
Además, el documento WO 2010/002016 A1 describe una composición refrigerante mixta que contiene difluorometano (HFC-32) y 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) para su uso en sistemas de refrigeración y aire acondicionado.
Compendio de la invención
Problema técnico
En los últimos años, se han propuesto refrigerantes con menor GWP. Sin embargo, cuando tal refrigerante se utiliza en un dispositivo de ciclo de refrigerante por compresión de vapor, si el dispositivo tiene una estructura convencional, no se puede garantizar un rendimiento suficiente debido al efecto de la pérdida de presión y similares porque dicho refrigerante tiene un punto de ebullición más alto y una presión de funcionamiento más baja en comparación con los refrigerantes usados convencionalmente. Por consiguiente, se requieren contramedidas tales como aumentar el tamaño del dispositivo y similares para asegurar el rendimiento de refrigeración refrigeración y calentamiento.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición refrigerante que tenga una cantidad reducida de carga ambiental integral, en la que la composición refrigerante tenga un GWP bajo (el impacto directo sobre el calentamiento global es bajo) y logre una buena eficacia energética (impacto indirecto en el calentamiento es bajo) cuando se usa en un dispositivo.
Solución al problema
La presente invención se define mediante la reivindicación independiente 1 adjunta. Las reivindicaciones dependientes respectivas describes características opcionales y realizaciones preferidas.
Como resultado de extensos estudios en vista del problema descrito anteriormente, los presentes inventores encontraron que el problema descrito anteriormente se puede resolver empleando una composición refrigerante que comprende 35% en masa de difluorometano (HFC-32) y 65% en masa de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) en un refrigerador, en el que el refrigerador se proporciona con un contramedida i para evitar que la eficiencia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor, en el que la contramedida I es al menos uno de eliminar la diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerador mediante flujo en contracorriente, y prevenir la formación de escarcha cerca de la entrada de un evaporador, y en el que el refrigerador está provisto de una contramedida ii para reducir el efecto de la pérdida de presión, en el que la contramedida ii es al menos una de usar un eyector como mecanismo de expansión y usar un economizador ciclo. Las realizaciones preferidas del presente uso son las definidas en las reivindicaciones dependientes adjuntas y/o en la siguiente descripción detallada.
Efectos ventajosos de la invención
La composición refrigerante utilizada en la presente invención logra los siguientes efectos.
(1) La composición refrigerante tiene un GWP más bajo que el de R407C y R410A, que se han utilizado hasta ahora.
(2) La composición refrigerante tiene un potencial cero de agotamiento del ozono (ODP) y no está involucrada en la destrucción de la capa de ozono incluso cuando la composición refrigerante no se recupera completamente después de su uso.
(3) La composición refrigerante tiene un APF alto, particularmente cuando se usa en un aire acondicionado provisto de una contramedida para evitar que la eficacia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor. Específicamente, un acondicionador de aire que usa la composición refrigerante de la presente invención presenta una eficacia energética que es igual o mayor que la de un aire acondicionado que usa R407C y R410A, que se han usado hasta ahora.
Descripción de realizaciones
Los presentes inventores evaluaron, basándose en el APF, cómo cambia el rendimiento de un refrigerante mixto de HFC-32 y HFO-1234yf dependiendo de la proporción de mezcla de HFC-32. Tenga en cuenta que el APF de un aire acondicionado que utiliza R410A se utilizó como estándar para la evaluación.
Cuando se usó HFO-1234yf solo, el resultado mostró un APF que es el 80% del estándar. Por lo tanto, una razón puede ser que fue necesario aumentar la frecuencia de operación porque el HFO-1234yf tiene una baja capacidad de refrigeración por unidad de caudal, y el aumento de caudal dio como resultado un aumento en la pérdida de presión. Una razón adicional puede ser que la temperatura de evaporación del HFO-1234yf se redujo debido a un mayor efecto de la pérdida de presión causada por la presión de evaporación reducida de1HFO-1234yf, que es el resultado de su alto punto de ebullición. En este sentido, se predijo que añadir HFC-32, que tiene un punto de ebullición más bajo y una presión más alta que el HFO-1234yf, al HFO-1234yf elevaría la presión del refrigerante y aumentaría el APF.
Sin embargo, añadir HFC-32 arrojó resultados asombrosos: una adición del 10% en masa de HFC-32 en realidad resultó en un APF más bajo, en comparación con cuando se usó HFO-1234yf solo. Después, se incrementó aún más la proporción de HFC-32. Cuando se añadió el 30% en masa de HFC-32, el APF finalmente alcanzó un valor igual al obtenido cuando se usa HFO-1234yf solo. El APF aumentó cuando se añadió más HFC-32. Cuando se añadió el 60% en masa de HFC32, el APF alcanzó el 93% del estándar.
Aunque el HFC-32 tiene un GWP más bajo (675) en comparación con el R410A (2075), el GWP de1HFC-32 sigue siendo alto. Por otro lado, HFO-1234yf tiene un GWP bajo (4). En consecuencia, cuando se usa un refrigerante mixto de HFC-32 y HFO1234yf como refrigerante alternativo al R410A, en lugar de agregar 60% en masa o más de HFC-32 a la mezcla, es preferible reducir el contenido de HFC-32 tanto como sea posible. posible.
La inflamabilidad de las composiciones refrigerantes es otro aspecto a considerar. Aunque tanto e1HFC-32 como el HFO-1234yf son refrigerantes que presentan una inflamabilidad muy baja, la inflamabilidad de1HFC-32 es mayor. Cuando se indica con un número de RF, que es un índice de inflamabilidad, e1HFC-32 tiene un valor de 4,0 kJ/g y el HFO-1234yf tiene un valor de 3,4 kJ/g. Además, cuando se compara en términos de velocidad de propagación de la llama, el HFO-1234yf tiene un valor de 1,2 cm/seg, mientras que el HFC-32 tiene un valor de 6,7 cm/seg. E1HFC-32 tiene una mayor inflamabilidad. Por consiguiente, una proporción más baja de HFC-32 es ventajosa también en términos de inflamabilidad.
Añadir HFC-32 a HFO-1234yf aumenta la presión del refrigerante mezclado. Por consiguiente, el hecho de que el HFC-32 y el HFO-1234yf sean zeotrópicos puede ser la razón por la que añadir HFC-32 reduce temporalmente el
APF. Para aliviar el problema en el que el APF se reduce por el comportamiento zeotrópico, es necesario proporcionar una contramedida a una unidad de refrigeración para evitar que la eficacia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor.
Al menos uno de los siguientes se utiliza como contramedida anterior: (1) eliminar la diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante por flujo en contracorriente; (2) prevenir la formación de escarcha cerca de la entrada de un evaporador; y (3) aumentar el coeficiente de transferencia de calor de un intercambiador de calor. Los ejemplos de (1) incluyen permitir que los flujos de refrigeración y calefacción sean en contracorriente entre sí en un intercambiador de calor. Además, los ejemplos de (2) incluyen proporcionar medios de descongelación cerca de la entrada de un evaporador. Además, los ejemplos de (3) incluyen el uso de un tubo de transferencia de calor de alto rendimiento.
Cuando se utilizó una mezcla de refrigerante de HFC-32 y HFO-1234yf en una unidad de refrigeración provista de al menos una de las contramedidas descritas anteriormente, se alcanzó el 95% del APF estándar cuando se añadió 30% en masa de HFC-32 a la mezcla; se alcanzó el 100% del APF estándar cuando se añadió 40% en masa de HFC-32 a la mezcla; y se alcanzó el 102% del APF estándar cuando se añadió a la mezcla el 50% en masa de HFC-32. Específicamente, se encontró que, con el uso de una composición refrigerante que comprende 30-50% en masa de HFC-32 y 70-50% en masa de HFO-1234yf, una unidad de refrigeración provista de al menos una de las contramedidas descritas anteriormente puede alcanzar el mismo nivel de rendimiento que el obtenido cuando se utiliza R410A.
De acuerdo con la invención, una unidad de refrigeración provista de al menos una de las contramedidas descritas anteriormente se proporciona además con una contramedida para reducir el efecto de la pérdida de presión. Al menos uno de los siguientes se utiliza como contramedida anterior: (A) aumentar el diámetro del tubo de un intercambiador de calor y/o optimizar el número de caminos en un intercambiador de calor, (B) aumentar el diámetro de la tubería y/o acortar la longitud de una tubería en un aire acondicionado y una tubería de conexión para un aire acondicionado, (C) utilizar un eyector como mecanismo de expansión, y D) utilizar un ciclo economizador. Los ejemplos de (A) incluyen aumentar el tamaño de un compresor.
Se describen ejemplos específicos de estas contramedidas (modificaciones) en, por ejemplo, los documentos JP-A-2009-222362, JP-A-2009-222360 y JP-A-2009-222359.
Al mismo tiempo, incluso cuando se usa HFO-1234yf solo, el APF del mismo puede aumentarse modificando una unidad de refrigeración de la manera descrita anteriormente. Por ejemplo, el APF se incrementó en aproximadamente un 10% por la contramedida que reduce el efecto de la pérdida de presión, y aumentó aún más en aproximadamente un 5% por la contramedida que ajusta apropiadamente el compresor. De esta manera, se alcanza aproximadamente el 95% del APF estándar incluso cuando se usa solo HFO-1234yf; sin embargo, el alcance de estas modificaciones no es práctico en el caso de que el HFO-1234yf se utilice solo.
La presente invención propone utilizar una composición refrigerante que comprende 35% en masa de HFC-32 y 65% en masa de HFO-1234yf como refrigerante para obtener, en un intervalo de modificaciones prácticas, un APF equivalente al obtenido mediante el uso de R410A. Cuando la proporción de mezcla está dentro de los intervalos descritos anteriormente, es posible reducir la inflamabilidad y el GWP mientras se mantiene un APF equivalente al obtenido mediante el uso de R410A.
La composición refrigerante utilizada en la presente invención presenta una alta estabilidad. Cuando se requiere un alto nivel de estabilidad en condiciones severas, se puede añadir un estabilizante, si es necesario, a la composición refrigerante.
Los ejemplos de estabilizantes incluyen (i) compuestos nitro alifáticos tales como nitrometano y nitroetano; compuestos nitro aromáticos tales como nitrobenceno y nitroestireno; (ii) éteres tales como 1,4-dioxano; aminas tales como 2,2,3,3,3-pentafluoropropilamina y difenilamina; y butilhidroxixileno y benzotriazol. Los estabilizantes pueden utilizarse solos o en combinación de dos o más.
Aunque la cantidad de estabilizante utilizada varía de acuerdo con el tipo utilizado, está dentro de un intervalo que no perjudica las propiedades de la composición refrigerante. La cantidad de estabilizante usada es normalmente preferiblemente de 0,01 a 5 partes en peso (pep), más preferiblemente de 0,05 a 2 pep, con respecto a 100 pep de una mezcla de HFC-32 y HFO-1234yf.
La composición refrigerante utilizada en la presente invención puede comprender además un inhibidor de polimerización. Los ejemplos de inhibidores de polimerización incluyen 4-metoxi-1-naftol, hidroquinona, hidroquinona metil éter, dimetil-t-butilfenol, 2,6-di-terc-butil-p-cresol y benzotriazol.
La cantidad de inhibidores de polimerización utilizados es normalmente preferiblemente de 0,01 a 5 partes en peso, más preferiblemente de 0,05 a 2 partes en peso, con respecto a 100 partes en peso de una mezcla de HFC-32 y HFO-1234yf.
La composición refrigerante utilizada en la presente invención puede contener además aceite refrigerante. Los ejemplos de aceite refrigerante incluyen, pero no se limitan a, polialquilenglicol, éster de poliol, éter polivinílico, alquilbenceno y aceite mineral.
Los ejemplos de unidades de refrigeración en las que se usa la composición refrigerante incluyen, pero no se limitan a, aires acondicionados para uso industrial y doméstico (que no solo se limitan a aires acondicionados de tipo separado en los que se encuentran una o varias unidades interiores y unidades exteriores). interconectados por una tubería de refrigerante, pero también pueden incluir aires acondicionados de tipo ventana y portátiles en los que una carcasa aloja integralmente un circuito de refrigerante, y aires acondicionados de tipo azotea y de tipo central en los que el aire frío y el aire caliente se transportan a través de un conducto), aires acondicionados para coches, bombas de calor para máquinas expendedoras automáticas, refrigeradores, máquinas de refrigeración para enfriar el interior de contenedores para, por ejemplo, envío marítimo, unidades de enfriamiento y máquinas turbo de refrigeración.
La composición refrigerante también se puede utilizar en aparatos utilizados exclusivamente para el ciclo de calentamiento, tales como dispositivos de calentamiento de agua, dispositivos de calentamiento de suelo, dispositivos para derretir nieve y similares. La composición refrigerante es particularmente útil como composición refrigerante en dispositivos para los que se requiere una reducción de tamaño, tales como aires acondicionados para uso industrial y doméstico, aires acondicionados para coches, bombas de calor para máquinas expendedoras automáticas, refrigeradores y unidades de enfriamiento. Como se describió anteriormente, estas unidades de refrigeración están provistas de una contramedida para evitar que la eficacia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor.
Los ejemplos específicos de unidades de refrigeración e intercambiadores de calor incluyen dispositivos descritos en las Reivindicaciones 1 y 6 del documento JP-A-2009-222362. Los ejemplos de intercambiadores de calor incluyen un intercambiador de calor descrito en la reivindicación 1 del documento JP-A-2009-222360. Además, los ejemplos de unidades de refrigeración incluyen una unidad de refrigeración descrita en la reivindicación 1 del documento JP-A-2009-222359, y una unidad de refrigeración descrita en la reivindicación 1 del documento JP-A-2009-222357.
Ejemplos
A continuación, la presente invención se describe usando ejemplos, pero no se limita a ellos.
Se realizó una prueba de rendimiento de acuerdo con JIS-C9612 mediante la instalación de un aire acondicionado en una cámara de prueba de calorímetro aprobada por JIS. Específicamente, se midieron los siguientes valores: (1) cantidad de intercambio de calor del lado del aire en una unidad interior, (2) potencia de entrada de un compresor, (3) potencia de entrada de ventiladores en unidades interiores y exteriores, (4) corriente de entrada de una válvula de conmutación de cuatro vías, (5) corriente de entrada de una válvula de expansión eléctrica y (6) corriente de entrada de un compresor. Después, se determinó el coeficiente de rendimiento (COP) durante cada una de las siguientes operaciones: operación de refrigeración nominal (4 kW), operación de refrigeración de capacidad media (2 kW), operación de calefacción nominal (5 kW) y operación de calefacción de capacidad media (2,5 kW). Además, se determinó el APF.
La tabla 1 muestra las composiciones refrigerantes utilizadas, las especificaciones de los acondicionadores de aire utilizados y los valores de APF obtenidos. La Tabla 1 también muestra las relaciones obtenidas al comparar cada APF con el APF del Ejemplo Comparativo 1.
Tabla 1
Especificaciones que incluyen una contramedida para el deslizamiento de temperatura: especificaciones modificadas en las que una válvula de conmutación está provista de una unidad estándar para R410A para permitir que el refrigerante y el aire fluyan completamente a contracorriente en intercambiadores de calor interiores y exteriores durante un modo de operación de refrigeración y un modo de funcionamiento de calefacción.
Especificaciones que incluyen una contramedida para la pérdida de presión: especificaciones en las que se elimina una válvula seca de un intercambiador de calor interior de una unidad estándar para R410A, y el tamaño de una tubería de conexión del lado del gas se cambia de 3/8 de pulgada a 4/8 -pulgada.
Aplicabilidad industrial
La presente invención es útil como composición refrigerante para refrigeradores.
Claims (4)
1. Uso de una composición refrigerante que comprende, 35% en masa de difluorometano (HFC-32) y 65% en masa de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), en un refrigerador, en el que el refrigerador se proporciona con una contramedida (i) para evitar que la eficacia del intercambio de calor disminuya debido al deslizamiento de temperatura en un intercambiador de calor en el que la contramedida (i) es al menos una de
- eliminar la diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante por flujo a contracorriente, y
- evitar la formación de escarcha cerca de la entrada de un evaporador, y
en el que el refrigerador se proporciona con una contramedida (ii) para reducir el efecto de la pérdida de presión en el que la contramedida (ii) es al menos una de
- utilizar un eyector como mecanismo de expansión, y
- utilizar un ciclo economizador.
2. El uso de la reivindicación 1, en el que la composición refrigerante comprende además un inhibidor de polimerización.
3. El uso de la reivindicación 1, en el que la composición refrigerante comprende además un estabilizante.
4. El uso de la reivindicación 1, en el que la composición refrigerante comprende además aceite refrigerante.
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