ES2924875T3 - Composiciones que contienen difluorometano, tetrafluoropropeno y dióxido de carbono y usos de los mismos - Google Patents

Abstract

De acuerdo con la presente invención, se describen composiciones refrigerantes. Las composiciones comprenden una mezcla refrigerante que consta esencialmente de HFC-32, HFO-1234yf y CO2. Las composiciones son útiles en procesos para producir refrigeración y calefacción, en métodos para reemplazar el refrigerante R-32 y en sistemas de refrigeración, aire acondicionado o bombas de calor. Estas composiciones inventivas igualan el rendimiento de enfriamiento para R-32 con GWP inferior a 400 o inferior a 300. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Composiciones que contienen difluorometano, tetrafluoropropeno y dióxido de carbono y usos de los mismos

Antecedentes

1. Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere a composiciones para usar en sistemas de aire acondicionado o de bomba de calor. En particular, las composiciones de la presente invención son útiles en métodos para producir refrigeración y calentamiento, y métodos para sustituir el R-32 y aparatos de aire acondicionado y bomba de calor.

2. Descripción de la técnica relacionada

La industria de la refrigeración ha estado trabajando durante las últimas décadas para encontrar refrigerantes que sustituyan a los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) que agotan la capa de ozono y que se están eliminando como resultado del Protocolo de Montreal. La solución para la mayoría de los productores de refrigerantes ha sido la comercialización de refrigerantes de hidrofluorocarbono (HFC). Estos refrigerantes HFC, incluyendo 134a, R-32 y R-410A, entre otros, tienen cero potencial de agotamiento del ozono y, por lo tanto, no se ven afectados por la eliminación reglamentaria actual como resultado del Protocolo de Montreal original. Con la implementación de la enmienda de Figali al Protocolo de Montreal, se están buscando refrigerantes sustitutos con un GWP (potencial de calentamiento global) aún más bajo. El documento US 2015/315446 A1 se refiere a composiciones de transferencia de calor de bajo GWP.

Breve sumario

Se ha descubierto que ciertas composiciones que comprenden difluorometano, tetrafluoropropeno y dióxido de carbono poseen propiedades adecuadas para permitir su uso como sustitutos de los refrigerantes actualmente comercializados, en particular R-32, con un g W p relativamente alto. Por lo tanto, los presentes inventores han descubierto gases refrigerantes que no agotan la capa de ozono y tienen un potencial de calentamiento global directo significativamente menor que el R-32 y su rendimiento es equivalente, y por lo tanto, son alternativas ambientalmente sostenibles.

De acuerdo con la presente invención, se divulgan composiciones refrigerantes. Las composiciones comprenden mezclas de refrigerantes que consisten esencialmente en difluorometano, tetrafluoropropeno y dióxido de carbono como se define en la reivindicación 1.

Los refrigerantes son útiles como componentes en composiciones que también contienen componentes no refrigerantes (por ejemplo, lubricantes y/o aditivos), en procedimientos para producir enfriamiento o calentamiento como se define en las reivindicaciones 12 y 13, respectivamente, en métodos para sustituir el refrigerante R-32 como se define en la reivindicación 14, y en sistemas de aire acondicionado y bomba de calor como se define en la reivindicación 15.

Descripción detallada

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

Definiciones

Como se utiliza en el presente documento, el término fluido de transferencia de calor (también conocido como medio de transferencia de calor) significa una composición utilizada para transportar calor desde una fuente de calor hasta un disipador de calor.

Una fuente de calor se define como 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 o el habitáculo de un automóvil que requiera aire acondicionado. En algunas realizaciones, la composición de transferencia de calor puede permanecer en un estado constante durante todo el proceso de transferencia (es decir, no evaporarse ni condensarse). En otras realizaciones, los procesos de enfriamiento evaporativo también pueden utilizar composiciones de transferencia de calor.

Un disipador de calor se define como 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 se define como un 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 es 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 o un sistema estacionario.

Los ejemplos de sistemas de transferencia de calor son cualquier tipo de sistema de refrigeración y/o sistema de aire acondicionado incluyendo, aunque no de forma limitativa, sistemas estacionarios de transferencia de calor, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, bombas de calor, enfriadores de agua, enfriadores de evaporador inundados, enfriadores de expansión directa, cámaras frigoríficas, refrigeradores móviles, sistemas móviles de transferencia de calor, unidades móviles de aire acondicionado, deshumidificadores y combinaciones de los mismos.

La capacidad de refrigeración (también conocida como capacidad de enfriamiento) es un término que define el cambio en la entalpía de un refrigerante en un evaporador por libra de refrigerante en circulación, o el calor eliminado por el refrigerante en el evaporador por unidad de volumen de vapor de refrigerante que sale del evaporador (capacidad volumétrica). La capacidad de refrigeración es una medida de la capacidad de un refrigerante o composición de transferencia de calor para producir enfriamiento. Por lo tanto, cuanto mayor sea la capacidad, mayor es el enfriamiento que se produce. La velocidad de enfriamiento se refiere al calor eliminado por el refrigerante en el evaporador por unidad de tiempo.

El coeficiente de rendimiento (COP) es la cantidad de calor eliminado dividida por la entrada de energía requerida para operar el ciclo. Cuanto mayor sea el COP, mayor es la eficiencia energética. El COP está directamente relacionado con el índice de eficiencia energética (EER), que es la calificación de eficiencia para equipos de refrigeración o aire acondicionado en un conjunto específico de temperaturas internas y externas.

El término "subenfriamiento" se refiere 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 a la que el vapor se condensa completamente a líquido, pero el subenfriamiento continúa enfriando el líquido a una temperatura más baja a la presión dada. Al enfriar un líquido por debajo de la temperatura de saturación (o temperatura del punto de burbuja), se puede aumentar la capacidad frigorífica neta. El subenfriamiento mejora de este modo la capacidad de refrigeración y la eficiencia energética de un sistema. La cantidad de subenfriamiento es la cantidad de enfriamiento por debajo de la temperatura de saturación (en grados).

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

El deslizamiento de temperatura (a veces denominado simplemente "deslizamiento") es el valor absoluto de la diferencia entre las temperaturas de inicio y finalización de un proceso de cambio de fase por un refrigerante dentro de un componente de un sistema refrigerante, excluyendo cualquier subenfriamiento o sobrecalentamiento. Este término puede usarse para describir la condensación o evaporación de una composición casi azeotrópica o no azeotrópica. Al referirse al deslizamiento de temperatura de una refrigeración, sistema de aire acondicionado o de 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 de refrigeración neto es la cantidad de calor que cada kilogramo de refrigerante absorbe en el evaporador para producir un enfriamiento útil.

El caudal másico es la cantidad de refrigerante en kilogramos que circula a través de la refrigeración, bomba de calor o sistema de aire acondicionado durante un período de tiempo determinado.

Como se utiliza en el presente documento, el término "lubricante" significa 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.

Como se utiliza en el presente documento, los compatibilizadores son compuestos que mejoran la solubilidad del hidrofluorocarbono de las composiciones divulgadas en lubricantes para sistemas de transferencia de calor. En algunas realizaciones, los compatibilizadores mejoran el retorno de aceite al compresor. En algunas realizaciones, la composición se usa con un lubricante del sistema para reducir la viscosidad de la fase rica en aceite.

Como se utiliza en el presente documento, el retorno de aceite se refiere 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, durante el 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.

Como se utiliza en el presente documento, el pigmento "ultravioleta" se define como 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 10 nanómetros a aproximadamente 775 nanómetros.

La inflamabilidad es un término usado que hace referencia 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 ASTM (American Society of Testing and Materials) E681. 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. La determinación de si un compuesto o mezcla refrigerante es inflamable o no inflamable también se realiza mediante pruebas en las condiciones de la norma ASTM-681.

Durante una fuga de refrigerante, preferentemente los componentes de menor punto de ebullición de una mezcla son los que se fugan. Por tanto, la composición en el sistema, así como, la fuga de vapor puede variar durante el período de tiempo de la fuga. Por tanto, una mezcla no inflamable puede volverse inflamable en escenarios de fuga. Y para ser clasificado como no inflamable por la ASHRAE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado), una composición refrigerante o de transferencia de calor debe ser no solo inflamable tal como está formulada, sino también en condiciones de fuga.

El potencial de calentamiento global (GWP) es un índice para estimar la contribución relativa al calentamiento global debido a la emisión atmosférica de un kilogramo de un gas de efecto invernadero en particular en comparación con la emisión de un kilogramo de dióxido de carbono. El GWP se puede calcular para diferentes horizontes de tiempo que muestran el efecto del tiempo de vida atmosférico 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 se refiere a la cantidad de agotamiento del ozono causado por una sustancia. El ODP es la relación entre el impacto sobre el ozono de una sustancia química en comparación con el impacto 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 y HFO tienen cero ODP porque no contienen cloro u otros halógenos que agotan la capa de ozono.

Como se utiliza en el presente documento, las expresiones "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "tiene", "que tiene" o cualquier otra variación de las mismas, están destinadas a cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, una composición, proceso, método, artículo o aparato que comprende una lista de elementos no se limita necesariamente solo a aquellos elementos, sino que puede incluir otros elementos no enumerados expresamente o inherentes a tal composición, proceso, método, artículo o aparato.

La expresión de transición "que consiste en" excluye cualquier elemento, etapa o ingrediente no especificado. Si está en la reivindicación, restringirá la inclusión en la reivindicación de materiales distintos a los citados, excepto por las impurezas comúnmente 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 dicha oración; sin excluir otros elementos de la reivindicación en su conjunto.

La expresión de transición "que consiste esencialmente en" se usa para definir una composición, método o aparato que incluye materiales, etapas, características, componentes o elementos, además de los desvelados literalmente, siempre que estos materiales adicionales incluyeran, etapas, características, componentes o elementos no afectan materialmente a la característica o características básicas y novedosas 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 refrigerantes y las mismas mezclas de refrigerantes pueden contener cantidades menores (por ejemplo, menos de aproximadamente 0,5 % 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.

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) debe interpretarse que la descripción también describe dicha invención utilizando las expresiones "que consiste esencialmente en" o "que consiste en".

También, el uso de "un" o "una" se emplea para describir elementos y 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 como que incluye uno o al menos uno y el singular también incluye el plural a menos que sea obvio que se entiende de otra manera.

A menos que se defina de otra manera, todos los términos y expresiones técnicas y científicas usadas en el presente documento tienen el mismo significado que el que entiende comúnmente un experto habitual en la materia a la que pertenece la presente invención. Aunque en la práctica o el ensayo de realizaciones de las composiciones divulgadas pueden utilizarse métodos y materiales similares o equivalentes a los divulgados 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. Adicionalmente, 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 comercializado o puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica, tal como por desclorofluoración de cloruro de metileno.

El dióxido de carbono (CO2) está comercializado por muchos proveedores de suministro de gas o puede producirse mediante cualquiera de los numerosos métodos bien conocidos.

Composiciones

La industria de los refrigerantes se ha esforzado por desarrollar nuevos productos refrigerantes que proporcionen un rendimiento aceptable y sostenibilidad ambiental. Las nuevas regulaciones sobre el calentamiento global pueden poner un límite al potencial de calentamiento global (GWP) para las nuevas composiciones de refrigerantes. Por tanto, la industria debe encontrar, composiciones de bajo potencial de agotamiento del ozono (ODP) con niveles bajos de GWP y baja toxicidad, que también proporcionan un buen rendimiento para refrigeración y calefacción. Se ha observado que el difluorometano (HFC-32 o R-32) tiene propiedades deseables para un refrigerante o una composición de transferencia de calor, pero tiene un GWP moderadamente alto, 675, y por lo tanto, también se buscan sustitutos con GWP más bajos para ^h FC-32.

En una realización, las mezclas de refrigerantes tienen un GWP de 400 o menos, basado en datos AR4. En otra realización, las mezclas de refrigerantes tienen un GWP de 300 o menos, basado en datos AR4.

Los presentes inventores han identificado mezclas de refrigerantes que proporcionan propiedades de rendimiento para servir como sustitutos del R-32 en aparatos de aire acondicionado y bomba de calor. Estas composiciones comprenden mezclas de refrigerantes que consisten esencialmente en difluorometano, 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y dióxido de carbono. En una realización, las composiciones que comprenden mezclas de refrigerantes consisten en difluorometano, 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y dióxido de carbono.

Identificar sustitutos de refrigerantes con el equilibrio correcto de propiedades necesarias para ciertas aplicaciones no es una tarea trivial. La industria se ha esforzado por encontrar refrigerantes de alta capacidad con un deslizamiento de temperatura razonable. En particular, se desea un refrigerante para sustituir a R-32 que pueda igualar la capacidad de enfriamiento del R-32 con un deslizamiento de temperatura aceptable y con un ^g W ^p de 400 o menos, o incluso 300 o menos.

En el presente documento se divulgan composiciones que comprenden mezclas de refrigerantes para sustituir al R-32, consistiendo esencialmente dichas mezclas de refrigerantes en aproximadamente 42 % a aproximadamente 59 % en peso de difluorometano (HFC-32), de aproximadamente 28 % a aproximadamente 53 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), y de 4 % aproximadamente a aproximadamente 17 % en peso de dióxido de carbono (CO2).

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a aproximadamente 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 31 % a 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 4 % a aproximadamente 17 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a aproximadamente 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 33 % a aproximadamente 48 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 6 % a aproximadamente 15 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 33 % a 46 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 6 % a 17 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 47 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 32 % a 47 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 8 % a 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 47 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 28 % a 46 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 4 % a 16 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 47 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 31 % a 44 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 6 % a 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 47 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 32 % a 42 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 8 % a 12 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 32 % a 45 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 6 % a 15 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 44 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 32 % a 45 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 6 % a 15 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 44 % a 47 % en peso de difluorometano, aproximadamente 45 % a 50 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 6 % a 15 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 45 % a 50 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 6 % a 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 42 % a 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 48 % a 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 7 % a 10 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 43 % a 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 48 % a 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 6 % a 8 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 7 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 43 % a 45 % en peso de difluorometano, aproximadamente 42 % a 46 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 9 % a 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 43 % a 45 % en peso de difluorometano, aproximadamente 43 % a 45 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 11 % a 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 44 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 12 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 44 % en peso de difluorometano, aproximadamente 43 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 13 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 55 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 33 % a 35 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 7 % a 12 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 57 % a 59 % en peso de difluorometano, aproximadamente 33 % a 34 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y aproximadamente 7 % a 9 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 58 % en peso de difluorometano, aproximadamente 34 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 8 % en peso de dióxido de carbono.

En otra realización, dicha mezcla refrigerante consiste esencialmente en aproximadamente 58 % en peso de difluorometano, aproximadamente 33 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente 9 % en peso de dióxido de carbono.

En cualquiera de las realizaciones anteriores, el total de la mezcla refrigerante, debe sumar 100 %.

En una realización, las mezclas de refrigerantes sustituyen al R-32 con una capacidad de enfriamiento dentro del 10 % de la capacidad de enfriamiento del R-32. En otra realización, las mezclas de refrigerantes sustituyen al R-32 con una capacidad de enfriamiento dentro del 5 % de la capacidad de enfriamiento del R-32. En otra realización, las mezclas de refrigerantes sustituyen al R-32 con una capacidad de enfriamiento dentro del 2 % de la capacidad de enfriamiento del R-32. En otra realización, las mezclas de refrigerantes sustituyen al R-32 con una capacidad de enfriamiento que iguala o mejora la capacidad de enfriamiento del R-32.

De interés particular, como sustitutos del R-32, son las composiciones que se enumeran en la Tabla A.

Tabla A

continuación

En algunas realizaciones, además de difluorometano, 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y dióxido de carbono, las composiciones divulgadas pueden comprender componentes opcionales no refrigerantes. Por tanto, en el presente documento se divulgan composiciones que comprenden una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en difluorometano, 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y dióxido de carbono, que comprenden además uno o más componentes no refrigerantes opcionales seleccionados del grupo que consiste en lubricantes, pigmentos (incluidos pigmentos UV), agentes solubilizantes, compatibilizadores, estabilizantes, trazadores, 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. En algunas realizaciones, los componentes no refrigerantes opcionales pueden denominarse aditivos. De hecho, muchos de estos componentes no refrigerantes opcionales 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 cantidad de concentración de aditivo(s) en las composiciones divulgadas varía desde menos de aproximadamente 0,1 % en peso hasta aproximadamente 5 % en peso de la composición total. En algunas realizaciones de la presente invención, los aditivos están presentes en las composiciones divulgadas en una cantidad entre aproximadamente el 0,1 % en peso y aproximadamente el 5 % en peso de la composición total o en una cantidad entre aproximadamente el 0,1 % en peso y aproximadamente el 3,5 % en peso. El(los) componente(s) aditivo(s) seleccionado(s) para la composición divulgada se selecciona(n) basándose en la utilidad y/o los componentes del equipo individual o los requisitos del sistema.

En una realización, el lubricante se selecciona del grupo que consiste en aceites minerales, alquilbenceno, ésteres de poliol, polialquilenglicoles, éteres de polivinilo, policarbonatos, perfluoropoliéteres, siliconas, ésteres de silicato, ésteres de fosfato, parafinas, naftenos, polialfa-olefinas y combinaciones de los mismos.

Los lubricantes como se divulgan en el presente documento pueden ser lubricantes comercializados. 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 registrada Sontex® 372LT, aceite mineral nafténico vendido por Calumet Lubricants como la marca registrada Calumet® RO-30, alquilbencenos lineales vendidos por Shrieve Chemicals como las marcas registradas 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 registrada Castrol® 100 por Castrol, Reino Unido, polialquilenglicoles (PAG) tal como RL-488A de Dow (Dow Chemical, Midland, Michigan), y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los lubricantes divulgados en este párrafo.

En las composiciones de la presente invención que incluyen un lubricante, el lubricante está presente en una cantidad inferior al 40,0 % en peso de la composición total. En otras realizaciones, la cantidad de lubricante es inferior al 20 % en peso de la composición total. En otras realizaciones, la cantidad de lubricante es inferior al 10 % en peso de la composición total. En otras realizaciones, la cantidad de lubricante está entre aproximadamente 0,1 y 5,0 % en peso de la composición total.

A pesar de las relaciones en peso anteriores para las composiciones divulgadas 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 sería adicional a cualquier aditivo lubricante presente en el refrigerante en tal sistema. Durante el uso, la composición refrigerante cuando está en el compresor puede recoger una cantidad del lubricante del equipo para cambiar la composición refrigerante-lubricante de la relación inicial.

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 ultravioleta (UV). El pigmento Uv puede ser un pigmento fluorescente. El pigmento fluorescente se puede seleccionar del grupo que consiste en 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 divulgados en este párrafo.

En algunas realizaciones, las composiciones divulgadas contienen de aproximadamente 0,001 % en peso a aproximadamente 1,0 % en peso de pigmento UV. En otras realizaciones, el pigmento UV está presente en una cantidad de aproximadamente 0,005 % en peso a aproximadamente 0,5 % en peso; y en otras realizaciones, el pigmento UV está presente en una cantidad de aproximadamente 0,01 % en peso a aproximadamente 0,25 % 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 o en las proximidades de un punto de fuga en un aparato (por ejemplo, unidad de refrigeración, acondicionador de aire o bomba de calor). La emisión de UV, p. ej., la fluorescencia del pigmento puede observarse bajo una luz ultravioleta. Por lo tanto, si una composición que contiene un pigmento UV de este tipo se fuga desde un punto dado en un aparato, la fluorescencia se puede detectar en el punto de fuga 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 divulgadas. 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 incluyen al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en hidrocarburos, éteres de hidrocarburos, éteres de polioxialquilenglicol (como éter dimetílico de dipropilenglicol), amidas, nitrilos, cetonas, clorocarbonos (como 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 divulgados en este párrafo.

En algunas realizaciones, el componente no refrigerante comprende al menos un compatibilizador para mejorar la compatibilidad de uno o más lubricantes con las composiciones divulgadas. El compatibilizador se puede seleccionar del grupo que consiste en hidrocarburos, éteres de hidrocarburos, éteres de polioxialquilenglicol (por ejemplo, dipropilenglicol dimetil éter), amidas, nitrilos, cetonas, clorocarbonos (como 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 divulgados en este párrafo.

El agente solubilizante y/o compatibilizador puede seleccionarse del grupo que consiste en éteres de hidrocarburos que consisten en 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 divulgados en este párrafo.

El compatibilizador puede ser un compatibilizador hidrocarburo cíclico, alifático y/o aromático que contiene de 3 a 15 átomos de carbono. El compatibilizador puede ser al menos un hidrocarburo, que puede ser seleccionado del grupo que consiste en al menos propanos, incluyendo propileno y propano, butanos, incluyendo n-butano e isobuteno, pentanos, incluyendo n-pentano, isopentano, neopentano y ciclopentano, hexanos, octanos, nonanos y decanos, entre otros. Los compatibilizadores de hidrocarburos comercializados incluyen, pero sin limitación, los de Exxon Chemical (EE. UU.) vendidos bajo las marcas registradas Isopar® H, una mezcla de undecano (C11) y dodecano (C12) (un isoparafínico de C11 a C12 de gran 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 divulgados en este párrafo.

Como alternativa, el compatibilizador puede 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 del grupo que consiste en los radicales H y alquilo C1-C4; y R2, R4 y R6 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en radicales basados en cadenas de carbono que contienen C y F, y pueden contener además H, CI, éter, oxígeno, o azufre en forma de tioéter, grupos sulfóxido o sulfona y mezclas de los mismos. Los ejemplos de tales compatibilizadores poliméricos incluyen los comercializados por E. I. du Pont de Nemours and Company, (Wilmington, DE, 19898, EE. ^u U.) como la marca registrada Zonyl® PHS. Zonyl® PHS es un copolímero aleatorio fabricado por polimerización del 40 % en peso de CH2=C(CH3)CO2CH2CH2(CF2CF2)mF (también denominado fluorometacrilato de Zonyl®, o ZFM) en donde m es de 1 a 12, principalmente de 2 a 8, y 60 % 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 30 % en peso (basado en la cantidad total de compatibilizador) de un aditivo que reduce la energía superficial del cobre metálico, aluminio, acero u otros metales y sus aleaciones metálicas que se encuentran en los intercambiadores de calor de una manera que reduce la adherencia de los lubricantes al metal. Los ejemplos de aditivos reductores de la energía superficial del metal incluyen los comercializados por DuPont como las marcas registradas Zonyl® FSA, Zonyl® FSP y Zonyl® FSJ.

Otro componente no refrigerante opcional que puede usarse con las composiciones de la presente invención puede ser un desactivador de superficies metálicas. El desactivador de superficies metálicas se selecciona del grupo que consiste en hidrazida de areoxalil bis (bencilideno) (n.° de registro CAS 6629-10-3), N,N'-bis(3,5-di-ferc-butil-4-hidroxihidrocinamoil)hidrazina (n.° de registro CAS 32687-78-8), 2,2'-oxamidobis-etil-(3,5-di-ferc-butil-4-hidroxihidrocinamato) (n.° de registro CAS 70331-94-1), N,N'-(disaliciclideno)-1,2-diaminopropano (n.° de registro CAS 94-91-7) y ácido etilendiaminotetraacético (n.° 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 divulgados en este párrafo.

El componente no refrigerante opcional utilizado con las composiciones de la presente invención puede ser, como alternativa, un estabilizador seleccionado del grupo que consiste en fenoles impedidos, tiofosfatos, trifenilfosforotionatos butilados, organofosforados, o 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 divulgados en este párrafo.

El estabilizador se puede seleccionar del grupo que consiste en tocoferol; hidroquinona; hidroquinona f-butílica; monotiofosfatos; y ditiofosfatos, comercializados por Ciba Specialty Chemicals, Basilea, Suiza, a continuación en el presente documento “Ciba”, como la marca Irgalube® 63; ésteres de dialquiltiofosfato, comercializados por Ciba como las marcas registradas Irgalube® 353 e Irgalube® 350, respectivamente; trifenilfosforotionatos butilados, comercializados por Ciba como la marca registrada Irgalube® 232; fosfatos de amina, comercializados por Ciba como la marca registrada Irgalube® 349 (Ciba); fosfitos impedidos, comercializados por Ciba como Irgafos® 168 y Tris-(diferc-butilfenil)fosfito, comercializados por Ciba como la marca registrada Irgafos® OPH; (fosfito de di-n-octilo); y fosfito de iso-decildifenilo, comercializados por Ciba como la marca registrada 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; y fosfatos de alquil-arilo mixtos incluidos fosfato de isopropilfenilo (IPPP) y fosfato de bis(t-butilfenil)fenilo (TBPP); trifenilfosfatos butilados, como los comercializados como la marca registrada Syn-O-Ad® incluyendo Syn-O-Ad® 8784; ferc-fosfatos de trifenilo butilados tales como los comercializados como la marca registrada Durad®620; fosfatos de trifenilo isopropilados tales como los comercializados como las marcas registradas Durad® 220 y Durad®110; anisol; 1,4-dimetoxibenceno; 1,4-dietoxibenceno; 1,3,5-trimetoxibenceno; mirceno, aloocimeno, limoneno (en particular, d-limoneno); retinal; pineno; mentol; geraniol; farnesol; fitol; vitamina A; terpineno; delta-3-careno; terpinoleno; felandreno; fencheno; dipenteno; carotenoides, 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 n-butilglicidilo; trifluorometiloxirano; 1,1-bis (trifluorometil)oxirano; 3-etil-3-hidroximetiloxetano, tal como OXT-101 (Toagosei Co., Ltd); 3-etil-3-((fenoxi)metil)-oxetano, tal como OXT-211 (Toagosei Co., Ltd); 3-etil-3-((2-etil-hexiloxi)metil)-oxetano, tal como OXT-212 (Toagosei Co., Ltd); ácido ascórbico; metanotiol (metil mercaptano); etanotiol (etil mercaptano); coenzima A; ácido dimercaptosuccínico (DMSA); mercaptano de pomelo (®-2-(4-metilciclohex-3-enil)propano-2-tiol)); cisteína (áci®(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, comercializado por Ciba como la marca registrada Irganox® HP-136; sulfuro de bencilfenilo; sulfuro de difenilo; diisopropilamin'; 3,3'-tiodipropionato de dioctadecilo, comercializado por Ciba como la marca registrada Irganox® PS 802 (Ciba'; 3,3'-tiopropionato de didodecilo, comercializado por Ciba como la marca registrada Irganox® PS 800; di-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)sebacato, comercializado por Ciba como la marca registrada Tinuvin® 770; poli-(N-hidroxietil-2,2,6,6-tetrametil-4-hidroxi-piperidilsuccinato, comercializado por Ciba como la marca registrada Tinuvin® 622LD (Ciba); 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-difluorobenzofen'na' 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.

El componente no refrigerante opcional usado con las composiciones de la presente invención puede ser como alternativa un estabilizador líquido iónico. El estabilizador líquido iónico se puede seleccionar del grupo que consiste en sales orgánicas que son líquidas a temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C), aquellas sales que contienen cationes seleccionados del grupo que consiste en piridinio, piridazinio, pirimidinio, pirazinio, imidazolio, pirazolio, tiazolio, oxazolio y triazolio y mezclas de los mismos; y aniones seleccionados del grupo formado por [BF4]-, [PF6]-, [SbF6]-, [CF3SO3]-, [HCF2CF2SO3]-, [CF3HFCCF2SO3]-, [HCCFCF2SO3]-, [(CF3SO2)2N]-, [(CF3CF2SO2)2N]-, [(CF3SO2)3C]-, [FC3CO2]-, y F- y mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, los estabilizadores de líquidos iónicos se seleccionan del grupo formado por 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 comercializados por Fluka (Sigma-Aldrich).

En algunas realizaciones, el estabilizador puede ser un fenol impedido, que incluye cualquier compuesto fenólico sustituido, incluyendo fenoles que comprenden uno o más grupos sustituyente alifáticos de cadena lineal o ramificada sustituidos o cíclicos, tal como, monofenoles alquilados incluyendo 2,6-di-ferc-butil-4-metilfenol; 2,6-di-ferc-butil-4-etilfenol; 2,4-dimetil-6-terc-butilfenol; tocoferol; y similares, hidroquinona e hidroquinonas alquiladas, incluida la t-butilhidroquinona, otros derivados de la hidroquinona; y similares, éteres de tiodifenilo hidroxilados, incluid's 4,4'-tio-bis(2-metil-6-ferc-butilfenol'; 4,4'-tiobis(3-metil-6-ferc-butilfenol'; 2,2'-tiobis(4-metil-6-ferc-butilfenol); y similares, alquilideno bisfenoles incluido': 4,4'-metilenbis(2,6-di-ferc-butilfenor; 4,4'-bis(2,6-di-ferc-butilfenol); derivados 'e 2,2'- o 4,4-bifenoldiole'; 2,2'-metilenbis(4-etil-6-ferc-butilfenor; 2,2'-metilenbis(4-metil-6-ferc-butilfenol); 4,4-butilidenbis(3-metil-6-ferc-butilfenol); 4,4-isopropilidenbis(2,6-di-ferc-butilfenor; 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, incluido 'l 2,2'-metilenbis(4-etil-6-fercbutilfenol); hidroxitolueno butilado (BHT o 2,6-di-ferc-butil-4-metilfenol), bisfenoles que comprenden heteroátomos incluido 2,6-di-ferc-alfa-dimetilamino-p-creso', 4,4'-tiobis(6-ferc-butil-m-cresol); y similares; acilaminofenoles; 2,6-diferc-butir4(N,N'-dimetilaminometilfenol); sulfuros incluidos; bis(3-metil-4-hidroxi-5-ferc-butilbencil)sulfuro; bis(3,5-diferc-butil-4-hidroxibencil)sulfuro y mezclas de los mismos, es decir, mezclas de cualquiera de los fenoles divulgados en este párrafo.

En algunas realizaciones, un estabilizador puede ser un solo compuesto estabilizador como se describe en detalle anteriormente. En otras realizaciones, un estabilizador puede ser una mezcla de dos o más de los compuestos estabilizadores, ya sea de la misma clase de compuestos o de diferentes clases de compuestos, habiéndose descrito dichas clases en detalle anteriormente.

El componente no refrigerante opcional, que se utiliza con las composiciones de la presente invención, puede ser como alternativa un trazador. El trazador puede ser dos o más compuestos trazadores de la misma clase de compuestos o de diferentes clases de compuestos. En algunas realizaciones, el trazador está presente en las composiciones a una concentración total de aproximadamente 1 partes por millón en peso (ppm) a aproximadamente 5000 ppm, basado en el peso de la composición total. En otras realizaciones, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 10 ppm a aproximadamente 1000 ppm. En otras realizaciones, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 20 ppm a aproximadamente 500 ppm. En otras realizaciones, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 25 ppm a aproximadamente 500 ppm. En otras realizaciones, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 50 ppm a aproximadamente 500 ppm. Como alternativa, el trazador está presente en una concentración total de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 300 ppm.

El trazador puede seleccionarse del grupo que consiste en hidrofluorocarbonos (HFC), hidrofluorocarbonos deuterados, clorofluorocarbonos (CFC), hidrofluoroclorocarbonos (HCFC), clorocarbonos, perfluorocarbonos, fluoroéteres, compuestos bromados, compuestos yodados, alcoholes, aldehídos y cetonas, óxido nitroso y combinaciones de los mismos. Como alternativa, el trazador puede seleccionarse del grupo que consiste en trifluorometano (HFC-23), diclorodifluorometano (CFC-12), clorodifluorometano HCFC-22), cloruro de metilo (R-40), clorofluorometano (HCFC-31), fluoroetano (HFC-161), 1,1,-difluoroetano (HaC-152a), 1,1,1-trifluoroetano (HaC-143a), cloropentafluoroetano (CFC-115), 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano (CFC-114), 1,1-dicloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano (CaC-114a), 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCFC-124), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (HFC-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HaC-134a), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano (HFC-236fa), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea), 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1,1,1,2,2-pentafluoropropano (HFC-245cb), 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (HFC-245eb), 1,1,2,2-tetrafluoropropano (HFC-254cb), 1,1,1,2-tetrafluoropropano (HFC-254eb), 1,1,1-trifluoropropano (HFC-263fb), 1,1-difluoro-2-cloroetileno (HCFC-1122), 2-cloro-1,1,2-trifluoroetileno (CFC-1113), 1,1,1,3,3-pentafluorobutano (HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentano (HFC-43-10mee), 1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,6,7,7,7-tetradecafluoroheptano, hexafluorobutadieno, 3,3,3-trifluoropropino, 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 o un hidrofluorocarbono en combinación con uno o más perfluorocarbonos. En otras realizaciones, el trazador es una mezcla de al menos un CFC y al menos un HCFC.

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. De forma adicional, los trazadores pueden permitir la detección de productos que infringen los derechos de patente existentes, mediante la identificación del producto del titular de la patente frente al producto infractor de la competencia. Además, en una realización, los compuestos trazadores pueden permitir la detección de un proceso de fabricación mediante el cual se produce un producto, por tanto, permitiendo la detección de la infracción de una patente a la química específica del proceso de fabricación.

El aditivo que puede usarse con las composiciones de la presente invención puede ser como alternativa un perfluoropoliéter como se describe en detalle en el documento US2007-0284555, incorporado como referencia en el presente documento.

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 la presente invención, cuando se utilizan estos aditivos, no están presentes en una cantidad que pudiera afectar a las características básicas y novedosas de las mezclas de refrigerantes de esta invención. Preferentemente, las mezclas de refrigerantes y las composiciones de esta invención que las contienen, contienen no más de aproximadamente 0,5 % en peso de refrigerantes distintos de HFC-32, HFO-1234yf y CO2.

En una realización, las composiciones divulgadas en el presente documento pueden prepararse mediante cualquier método conveniente para combinar las cantidades deseadas de los componentes individuales. Un método preferido es pesar las cantidades de los componentes deseados y, a continuación, combinar los componentes en un recipiente apropiado. Se puede usar agitación, si se desea.

Las composiciones de la presente invención tienen cero potencial de agotamiento del ozono y bajo potencial de calentamiento global (GWP). De forma adicional, las composiciones de la presente invención tendrán potenciales de calentamiento global menores que muchos refrigerantes de hidrofluorocarbonos actualmente en uso.

Aparatos y métodos de uso

Las composiciones divulgadas en el presente documento son útiles como composiciones de transferencia de calor o refrigerantes. En particular, las composiciones que comprenden HFC-32, HFO-1234yf y CO2 son útiles como refrigerantes. También, las composiciones que comprenden HFC-32, HFO-1234yf y CO2 son útiles como sustitutos deaR-410A en sistemas de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor. En particular, las composiciones que comprenden una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 son útiles como sustitutos del R-32 en sistemas y aparatos de aire acondicionado y bomba de calor. Como alternativa, las composiciones que comprenden una mezcla refrigerante que consiste en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 son útiles como sustitutos del R-32 en sistemas y aparatos de aire acondicionado y bomba de calor.

Por tanto, en el presente documento se divulga un proceso para producir enfriamiento que comprende evaporar una composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2, en la proximidad de un cuerpo a enfriar, y después condensar dicha composición. Como alternativa, el proceso para producir enfriamiento comprende evaporar una composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 en la proximidad de un cuerpo a enfriar y después condensar dicha composición.

En otra realización, en el presente documento se divulga un proceso para producir calentamiento que comprende evaporar una composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 y después condensar dicha composición en la proximidad de un cuerpo a calentar. Como alternativa, el proceso para producir calentamiento comprende evaporar una composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 y después condensar dicha composición en la proximidad de un cuerpo a calentar

Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor, aire acondicionado y bomba de calor incluyen un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión. Un ciclo de refrigeración reutiliza refrigerante en múltiples etapas produciendo un efecto de enfriamiento en una etapa y un efecto de calentamiento en una etapa diferente. El ciclo se puede describir simplemente como sigue. El refrigerante líquido entra un evaporador a través de un dispositivo de expansión y el refrigerante líquido hierve en el evaporador, extrayendo calor del ambiente, a baja temperatura para formar un gas y producir enfriamiento. Con frecuencia, el aire o un fluido de transferencia de calor fluye sobre 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 entra en un compresor donde se comprime el gas para elevar su presión y temperatura. El refrigerante gaseoso de mayor presión (comprimido) entra en el condensador en el que el refrigerante se condensa y descarga su calor al medio ambiente. El refrigerante regresa 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 bajo en el evaporador, repitiendo así el ciclo.

Un cuerpo a enfriar o calentar puede definirse como cualquier espacio, ubicación, objeto o cuerpo al que se desea proporcionar refrigeración o calefacción. Los ejemplos incluyen espacios (abiertos o cerrados) que requieren aire acondicionado, refrigeración o calefacción, como una habitación, un apartamento, o edificio, como un edificio de apartamentos, dormitorio universitario, casa adosada u otra casa anexa o casa unifamiliar, hospitales, edificios de oficinas, supermercados, aulas de colegios o universidades o edificios administrativos y compartimientos de pasajeros de automóviles o camiones."

Por "en las proximida”es de" se entiende que el evaporador del sistema que contiene la composición refrigerante está ubicado dentro o junto al cuerpo a enfriar, de tal manera que el aire que se mueve sobre el evaporador entraría en o alrededor del cuerpo para ser enfriado. En el proceso de producción de c"lor, "en las proximida”es de" significa que el condensador del sistema que contiene la composición refrigerante está ubicado dentro o junto al cuerpo que se va a calentar, de tal manera que el aire que se mueve sobre el evaporador entraría en o alrededor del cuerpo para ser calentado.

Se proporciona un método para reemplazar el R-32 en sistemas de aire acondicionado o de bomba de calor que comprende reemplazar dicho R-32 con una composición que comprende un refrigerante, en un sistema de aire acondicionado o de bomba de calor en lugar de R-32. Como alternativa, el método para reemplazar el R-32 en sistemas de aire acondicionado o de bomba de calor comprende reemplazar dicho R-32 por una composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 en dicho sistema de aire acondicionado o de bomba de calor en lugar del R-32.

A menudo, los refrigerantes de sustitución son los más útiles si se pueden usar en el equipo de refrigeración original diseñado para un refrigerante diferente. De forma adicional, las composiciones que se divulgan en el presente documento pueden ser útiles como sustitutos del R-32 en equipos diseñados para el R-32 con modificaciones mínimas o nulas del sistema. Además, las composiciones pueden ser útiles para sustituir el R-32 en equipos específicamente modificados o producidos totalmente para estas nuevas composiciones que comprenden HFC-32, HFO-1234yf y CO2.

En muchas aplicaciones, algunas realizaciones de las composiciones divulgadas son útiles como refrigerantes y proporcionan un rendimiento de refrigeración (es decir, capacidad de refrigeración) al menos comparable al del refrigerante para el que se busca un sustituto.

En una realización, se proporciona un método para reemplazar el R-32 que comprende cargar un sistema de aire acondicionado o de bomba de calor con una composición que comprende HFC-32, HFO-1234yf y CO2 como sustituto de dicho R-32.

En una realización del método, la capacidad de enfriamiento proporcionada por la composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 está dentro de aproximadamente un ±10 % de la producida por el R-32 en las mismas condiciones de funcionamiento. En otra realización del método, la capacidad de enfriamiento proporcionada por la composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 está dentro de aproximadamente un ±5 % de la producida por el R-32 en las mismas condiciones de funcionamiento. En otra realización del método, la capacidad de enfriamiento proporcionada por la composición que comprende una mezcla refrigerante que consiste esencialmente en HFC-32, HFO-1234yf y CO2 está dentro de aproximadamente un ±2 % de la producida por el R-32 en las mismas condiciones de funcionamiento.

De forma adicional, en el presente documento se divulga un sistema de aire acondicionado o de bomba de calor que comprende un evaporador, compresor, condensador y un dispositivo de expansión caracterizado por contener una composición que comprende HFC-32, HFO-1234yf y CO2.

Se ha observado que las composiciones de la presente invención tendrán cierto deslizamiento de temperatura en los intercambiadores de calor. Por tanto, los sistemas operarán más eficientemente si los intercambiadores de calor funcionan en modo de contracorriente o en modo de corriente cruzada con tendencia a contracorriente. La tendencia a contracorriente significa que cuanto más se acerque el intercambiador de calor al modo de contracorriente, más eficiente será la transferencia de calor. Por tanto, los intercambiadores de calor del aire acondicionado, en particular, los evaporadores, están diseñados para proporcionar algún aspecto de tendencia contracorriente. Por lo tanto, en el presente documento se proporciona un sistema de aire acondicionado o de bomba de calor en donde dicho sistema incluye uno o más intercambiadores de calor (evaporadores, condensadores o ambos) que funcionan en modo de contracorriente o modo de corriente cruzada con tendencia a contracorriente.

De forma adicional, las composiciones de la presente invención se pueden usar en sistemas con intercambiadores de calor que funcionan en modo de corriente cruzada.

En otra realización, en el presente documento se proporciona un sistema de refrigeración en donde dicho sistema incluye uno o más intercambiadores de calor (ya sean evaporadores, condensadores o ambos) que funcionan en modo de contracorriente, modo de corriente cruzada, o modo de corriente cruzada con tendencia a contracorriente.

En una realización, el sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor es un sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor estacionario. En otra realización, el sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor es un sistema de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor móvil.

De forma adicional, en algunas realizaciones, las composiciones divulgadas 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, una solución acuosa de sal (por ejemplo, cloruro de calcio), un glicol, dióxido de carbono, o un fluido de hidrocarburo fluorado. En este caso el fluido de transferencia de calor secundario es el cuerpo a enfriar ya que se encuentra junto al evaporador y se enfría antes de pasar a un segundo cuerpo remoto a enfriar.

Los ejemplos de sistemas de aire acondicionado o de bomba de calor incluyen, entre otros, acondicionadores de aire, bombas de calor residenciales, enfriadores, incluyendo enfriadores de evaporador inundado y enfriadores de expansión directa, unidades móviles de aire acondicionado, deshumidificadores y combinaciones de los mismos.

Como se utiliza en el presente documento, los sistemas de refrigeración, aire acondicionado o bomba de calor móviles se refieren a cualquier aparato de refrigeración, acondicionador de aire o bomba de calor incorporado en una unidad de transporte por carretera, ferrocarril, mar o aire. Los sistemas móviles de aire acondicionado o bombas de calor pueden usarse en automóviles, camiones, vagones u otros sistemas de transporte. La refrigeración móvil puede incluir refrigeración de transporte en camiones, aviones o vagones de ferrocarril. Adicionalmente, los aparatos destinados a proporcionar refrigeración a un sistema independiente de cualquier vehículo en movimiento, conocidos como sis“emas "intenri”dales", están incluidos en las presentes invenciones. Dichos sistemas intermodales inc“uyen "conten”dores" (transporte combinado marítimo/terrestre) así“como "cajas m”viles" (transporte combinado por carretera y ferrocarril).

Como se utiliza en el presente documento, los sistemas estacionarios de aire acondicionado o de bomba de calor son sistemas que se fijan durante el funcionamiento. Un sistema estacionario de aire acondicionado o de bomba de calor puede asociarse dentro o adjuntarse a edificios de cualquier tipo. Estas aplicaciones estacionarias pueden ser unidades de aire acondicionado y bombas de calor estacionarias, incluyendo, pero sin limitación, enfriadores, bombas de calor, incluyendo bombas de calor residenciales y de alta temperatura, sistemas de aire acondicionado residenciales, comerciales o industriales, e incluyendo ventanas, sin conductos, con conductos, terminal empaquetado, y los exteriores pero conectados al edificio, como los sistemas de techo.

Los ejemplos de sistemas de refrigeración en los que pueden ser útiles las composiciones divulgadas son equipos incluyendo refrigeradores y congeladores comerciales, industriales o residenciales, máquinas de hielo, neveras y congeladores autónomos, enfriadores de evaporador inundados, enfriadores de expansión directa, cámaras frigoríficas y de congelación y de fácil acceso, y sistemas combinados. En algunas realizaciones, las composiciones divulgadas se pueden usar en sistemas de refrigeración de supermercados. De forma adicional, las aplicaciones estacionarias pueden utilizar un sistema de circuito secundario que usa un refrigerante primario para producir enfriamiento en una ubicación que se transfiere a una ubicación remota a través de un fluido de transferencia de calor secundario.

En el sistema de aire acondicionado y bomba de calor de la presente invención, los intercambiadores de calor operarán dentro de ciertas limitaciones de temperatura. Para aire acondicionado, en una realización, el evaporador funcionará a una temperatura de punto medio de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 20 °C. En otra realización, el evaporador funcionará a una temperatura de punto medio de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 15 °C. En otra realización más, el evaporador funcionará a una temperatura de punto medio de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 10 °C. En una realización, el condensador funcionará a una temperatura de punto medio de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 60 °C. En otra realización, el condensador funcionará a una temperatura de punto medio de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 60 °C.

Ejemplos

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

EJEMPLO

Rendimiento de refrigeración

El rendimiento de refrigeración en condiciones típicas para aparatos de aire acondicionado y bomba de calor para las composiciones de la presente invención se determina y muestra en la Tabla 1 en comparación con R-32. Los valores de GWP son del Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), Grupo de Trabajo I, 2007 (AR4). Deslizamiento de temperatura promedio (Deslizamiento temp promedio: el promedio del deslizamiento de temperatura en el evaporador y el deslizamiento de temperatura en el condensador), la capacidad de enfriamiento (Capacidad) y las temperaturas de descarga del compresor (Temp Desc Compr) se calculan a partir de mediciones de propiedades físicas para las composiciones de la presente invención en las sigui14ondicióndiciones específicas:

Temperatura del evaporador 10 °C (50 °F)

Temperatura del condensador 46.1 °C (115 °F)

Cantidad de sobrecalentamiento 11.1 K (20 °F)

Cantidad de subenfriamiento 8,3 K(15 °F)

Eficiencia del compresor 70 %

T l 1

continuación

continuación

Todas las composiciones de la presente invención proporcionadas en la Tabla 1 proporcionan una capacidad volumétrica dentro de ±10% de la del R-32, al mismo tiempo que proporciona un deslizamiento de temperatura promedio de menos de 8 °C y tiene temperaturas de descarga del compresor razonables en comparación con el R-32. Muchas de las composiciones de la Tabla 1 proporcionan una capacidad volumétrica dentro del ±5 % de la del R-32. De forma adicional, algunas de las composiciones de la Tabla 1 proporcionan una capacidad volumétrica dentro del ±2 % de la del R-32. Y todas las composiciones muestran una eficiencia energética razonable (como COP en relación con el R-32).

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una composición que comprende una mezcla refrigerante para sustituir el R-32, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en de aproximadamente el 42 % a aproximadamente el 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 28 % a aproximadamente el 53 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 4 % a aproximadamente el 17 % en peso de dióxido de carbono.

2. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en de aproximadamente el 42 % a aproximadamente el 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 33 % a aproximadamente el 48 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 6 % a aproximadamente el 15 % en peso de dióxido de carbono.

3. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 47 % al 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 32 % al 47 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 8 % al 13 % en peso de dióxido de carbono.

4. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 47 % al 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 28 % al 46 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 4 % al 16 % en peso de dióxido de carbono.

5. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 47 % al 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 31 % al 44 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y aproximadamente del 6 % al 13 % en peso de dióxido de carbono.

6. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 42 % al 44 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 48 % al 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno, y de aproximadamente el 7 % al 10 % en peso de dióxido de carbono.

7. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 43 % al 44 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 48 % al 49 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 6 % al 8 % en peso de dióxido de carbono.

8. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 55 % a 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 33 % al 35 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 7 % al 12 % en peso de dióxido de carbono.

9. La composición de la reivindicación 1, consistiendo dicha mezcla refrigerante esencialmente en aproximadamente del 57 % al 59 % en peso de difluorometano, de aproximadamente el 33 % al 34 % en peso de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno y de aproximadamente el 7 % al 9 % en peso de dióxido de carbono.

10. La composición de la reivindicación 1, que comprende además uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en: lubricantes, pigmentos, agentes solubilizantes, compatibilizadores, estabilizantes, trazadores, agentes antidesgaste, agentes para presión extrema, inhibidores de la corrosión y de 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.

11. La composición de la reivindicación 10, en la que dicho lubricante se selecciona del grupo que consiste en: aceite mineral, alquilbenceno, ésteres de poliol, polialquilenglicoles, éteres de polivinilo, policarbonatos, perfluoropoliéteres, parafinas sintéticas, naftenos sintéticos, polialfa-olefinas y combinaciones de los mismos.

12. Un proceso para producir enfriamiento que comprende condensar la composición de la reivindicación 1 y luego evaporar dicha composición en las proximidades de un cuerpo que hay que enfriar.

13. Un proceso para producir calentamiento que comprende evaporar la composición de la reivindicación 1 y luego condensar dicha composición en la proximidad de un cuerpo que hay que calentar.

14. Un método para reemplazar el R-32 en sistemas de refrigeración, de aire acondicionado o de bomba de calor, que comprende proporcionar la composición de la reivindicación 1 como sustituto de dicho R-32.

15. Un sistema de aire acondicionado o de bomba de calor que comprende: un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión caracterizado por contener la composición de la reivindicación 1.