KR101618597B1 - 히드로플루오로올레핀계 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히드로플루오로올레핀을 포함하는 조성물 및 열 전달 유체, 블로잉제, 용제 및 에어로졸로서의 그 용도에 관한 것이다. 더욱 구체적인 본 발명의 대상은 2 내지 55 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2 내지 55 중량% 의 HFC-152a, 및 30 내지 55 중량% 의 HFC-32 를 포함하는 조성물이다.

Description

히드로플루오로올레핀계 조성물 {HYDROFLUOROOLEFIN COMPOSITIONS}
본 발명은 히드로플루오로올레핀을 포함하는 조성물, 및 열 전달 유체, 블로잉제, 용제 및 에어로졸로서의 그 용도에 관한 것이다.
대기 오존층 (ODP: 오존 파괴 지수) 을 고갈시키는 물질로 인해 제기되는 문제점에 관해 몬트리올에서 논의하였으며, 이때 클로로플루오로카본 (CFC) 의 생산 및 사용에 대한 축소를 규제하는 협정을 합의하였다. 상기 협정에는 CFC 를 철회하고 히드로클로로플루오로카본 (HCFC) 을 비롯한 다른 생성물에 대한 규제 관리를 확대하는 내용의 수정안이 작성된 바 있다.
냉동 산업 및 그의 에어컨 생산과 관련하여 이러한 냉매의 대체물에 대한 막대한 투자가 이루어진 결과 히드로플루오로카본 (HFC) 이 시판되고 있다.
블로잉제 또는 용제로 사용되는 (히드로)클로로플루오로카본 역시 HFC 로 대체되었다.
자동차 산업에 있어서, 많은 나라에 판매된 차량용 에어컨 시스템은 클로로플루오로카본 (CFC-12) 냉매를 오존층에 덜 유해한 히드로플루오로카본 (1,1,1,2-테트라플루오로에탄: HFC-134a) 냉매로 바꾸었다. 그러나, 교토 (Kyoto) 협정에 의해 정해진 목표의 관점에서는 HFC-134a (GWP = 1300) 가 높은 화력을 갖는 것으로 여겨진다. 냉매가 온실효과에 미치는 정도는 이산화탄소를 기준값 1 로 하여 화력을 전형화한 GWP (Global Warming Potential; 지구 온난화 지수) 라는 기준에 의해 정해진다.
이산화탄소가 무독성 불연성이며 GWP 가 매우 낮다는 이유로 HFC-134a 의 대체물로서 에어컨 시스템 냉매로 제안되었다. 그러나, 이산화탄소는 특히 현존하는 장치와 기술에 있어서 이를 냉각제로 사용하는 경우 매우 높은 압력과 연관된 여러 단점이 있다.
문헌 JP 4110388 호는 열 전달 유체로서 식 C3HmFn (여기서, m 및 n 은 1 부터 5 까지의 정수를 나타내고, m+n = 6 임) 의 히드로플루오로프로펜, 특히 테트라플루오로프로펜 및 트리플루오로프로펜의 사용을 기재하고 있다.
문헌 WO 2004/037913 호는 열 전달 유체로서 하나 이상의 탄소수 3 또는 4 의 플루오로알켄, 특히 펜타플루오로프로펜 및 테트라플루오로프로펜, 바람직하게는 150 이하의 GWP 를 갖는 것을 포함하는 조성물의 사용을 개시하고 있다.
문헌 WO 2005/105947 호는 테트라플루오로프로펜, 바람직하게는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜에 공동블로잉제 (coblowing agent), 예컨대 디플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 디플루오로에탄, 헵타플루오로프로판, 헥사플루오로프로판, 펜타플루오로프로판, 펜타플루오로부탄, 물 및 이산화탄소를 첨가하는 것을 교시하고 있다.
문헌 WO 2006/094303 호는 7.4 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (1234yf) 및 92.6 중량% 의 디플루오로메탄 (HFC-32) 을 포함하는 공비 조성물을 개시하고 있다. 상기 문헌은 또한 91 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 9 중량% 의 디플루오로에탄 (HFC-152a) 을 포함하는 공비 조성물도 개시하고 있다.
출원인은 전술한 단점을 나타내지 않으며 R404A (펜타플루오로에탄 (44 중량%), 트리플루오로에탄 (52 중량%) 및 HFC-134a (4 중량%) 의 3 성분 혼합물) 및 R407C (HFC-134a (52 중량%), HFC-125 (25 중량%) 및 HFC-32 (23 중량%) 의 3 성분 혼합물) 등의 현존 열 전달 유체보다 낮은 GWP 와 제로 (0) ODP 를 모두 갖는 히드로플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 개발하였다.
본 발명에 따른 조성물은 2 내지 55 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2 내지 55 중량% 의 HFC-152a 및 30 내지 55 중량% 의 HFC-32 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조성물은 30 내지 45 중량% 의 HFC-32, 30 내지 53 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 2 내지 20 중량% 의 HFC-152a 를 포함한다.
40 중량% 의 HFC-32, 50 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 10 중량% 의 HFC-152a 를 포함하는 조성물이 특히 유리하다.
유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, HFC-152a 및 HFC-32 를 히드로플루오로카본 (포화 또는 불포화) 으로서 본질적으로 포함하는 것이다.
본 발명에 따른 조성물은 열 전달 유체로서, 바람직하게는 압축 시스템에 사용할 수 있으며, 바람직하게는 R404A 및 HCFC-22 (클로로디플루오로메탄) 의 대체물로서 냉동에 있어 특히 적절하다.
본 발명에 따른 조성물은 또한 바람직하게는 R407C 및 HFC-134a 의 대체물로서 에어컨 및 난방 (heating), 특히 열 펌프의 압축 시스템에 적절하다.
본 발명에 따른 조성물은 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 위한 안정화제를 포함할 수 있다. 상기 안정화제는 전체 조성물에 대해 5 중량% 이하를 차지한다.
특히 안정화제로서는 니트로메탄, 아스코르브산, 테레프탈산, 아졸, 예컨대 톨루트리아졸 또는 벤조트리아졸, 페놀성 화합물, 예컨대 토코페놀, 히드로퀴논, t-부틸히드로퀴논 또는 2,6-디(tert-부틸)-4-메틸페놀, 에폭사이드 (알킬, 임의적으로는 불화 또는 과불화된 것, 또는 알케닐 또는 방향족), 예컨대 n-부틸 글리시딜 에테르, 헥산디올 디글리시딜 에테르, 알릴 글리시딜 에테르 또는 부틸페닐 글리시딜 에테르, 포스파이트, 포스페이트, 포스포네이트 또는 티올 및 락톤을 들 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 윤활제, 예컨대 광유, 알킬벤젠, 폴리알킬렌 글리콜 및 폴리비닐 에테르를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 또한 블로잉제, 에어로졸 및 용제로서 사용할 수 있다.
실험 부분
본 발명에 따른 조성물의 냉동 조작 조건하에서의 성능은 하기 표 1 에 제시되어 있다. 각 조성물의 구성성분 (1234yf, 32 및 152a) 의 값은 중량% 로서 주어진다.
R404A 의 경우, 아래의 조작 조건 하에서 공칭 조작 압력은 1829 kPa, 용량은 1471 kJ/m3, COP 는 1.8 이다:
증발 온도: -20℃
응축 온도: 40℃
압축기 입구 온도: -5℃
차(次)냉각액 온도: 35℃
압축기의 등엔트로피 효율: 70%
Evap P: 증발기 내 압력
Cond P: 응축기 내 압력
Ratio: 압축율
T comp outlet: 압축기 출구 온도
COP: 성능 계수이며, 냉동이 고려되는 경우, 시스템에 의해 도입되거나 소비된 전력에 대한 시스템에 의해 공급된 유용한 냉방 (cold) 전력의 비로 정의된다.
COP 값 및 용량은 R404A 에 의해 제공된 값과 동등하거나 훨씬 크다.
Figure 112010080850848-pct00001
본 발명에 따른 조성물의 에어컨 및 열 펌프 조작 조건에서의 성능은 표 2 에 제시되어 있다. 각 조성물에 대한 구성성분 (1234yf, 32 및 152a) 의 값은 중량% 로서 주어진다.
R407C 의 경우, 하기 조작 조건 하에서의 공칭 조작 압력은 3442 kPa, 용량은 1461 kJ/m3, COP 는 2.1 이다.
증발 온도: -5℃
응축 온도: 70℃
압축기 입구 온도: 5℃
차냉각액 온도: 65℃
압축기의 등엔트로피 효율: 70%
Evap P: 증발기 내 압력
Cond P: 응축기 내 압력
Ratio: 압축율
T comp outlet: 압축기 출구 온도
COP: 성능 계수이며, 열 펌프가 고려되는 경우, 시스템에 의해 도입되거나 소비된 전력에 대한 시스템에 의해 공급된 유용한 난방 (hot) 전력의 비로 정의된다.
동일 조건 하에서, 본 발명에 따른 조성물은 R407C 의 용량보다 큰 용량을 제공하고, 소형화 장치의 사용, 냉매 사용량의 저감, 또한 장치 비용의 저감을 가능하게 한다.
Figure 112010080850848-pct00002

Claims (12)

  1. 2 내지 55 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2 내지 55 중량% 의 HFC-152a, 및 30 내지 55 중량% 의 HFC-32 를 포함하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 30 내지 45 중량% 의 HFC-32, 30 내지 53 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 2 내지 20 중량% 의 HFC-152a 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 40 중량% 의 HFC-32, 50 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 10 중량% 의 HFC-152a 를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, HFC-152a 및 HFC-32 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성물을 포함하는 열 전달 유체.
  6. 제 5 항에 있어서, R404A 및 HCFC-22 의 대체물로서 냉동에 사용되는 것을 특징으로 하는 열 전달 유체.
  7. 제 5 항에 있어서, R407C 및 HFC-134a 의 대체물로서 에어컨 및 난방에 사용되는 것을 특징으로 하는 열 전달 유체.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성물을 포함하는 블로잉제.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성물을 포함하는 에어로졸.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조성물을 포함하는 용제.
  11. 삭제
  12. 40 중량% 의 HFC-32, 50 중량% 의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 10 중량% 의 HFC-152a 를 포함하는 조성물을 포함하는 열 전달 유체.
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