KR101685729B1 - Ｃｉｓ-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 칠러 장치, 및 그 안에서 냉각을 생성하는 방법 - Google Patents

Ｃｉｓ-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 칠러 장치, 및 그 안에서 냉각을 생성하는 방법 Download PDF

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Abstract

cis-HFO-1336mzz을 함유하는 칠러 장치가 본원에서 개시된다. 이들 칠러는 원심식 칠러 또는 용적형(예를 들어, 나사식) 칠러일 수 있고, 만액식 증발기 또는 직팽식 증발기를 포함할 수 있다. 또한, 냉각될 본체의 주변에서 cis-HFO-1336mzz을 증발시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성하는 방법이 본원에서 개시된다.

Description

ＣＩＳ-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 칠러 장치, 및 그 안에서 냉각을 생성하는 방법{CHILLER APPARATUS CONTAINING CIS-1,1,1,4,4,4-HEXAFLUORO-2-BUTENE AND METHODS OF PRODUCING COOLING THEREIN}
본 개시문헌은 공조 또는 냉동 장비에서 사용되는 냉매 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시문헌은 만액식 증발기 칠러(flooded evaporator chiller) 또는 직팽식 칠러 시스템(direct expansion chiller system)을 포함한 칠러에 사용되는 냉매에 관한 것이다.
환경 영향이 있다고 하더라도 조금 밖에 없는, 다양한 응용을 위한 작동 유체가 모색되고 있다. 클로로플루오로카본(CFC) 작동 유체에 대한 대체물로서 채택된 하이드로클로로플루오로카본(HCFC) 및 하이드로플루오로카본(HFC) 작동 유체는 오존 파괴 지수(ODP)를 더 낮게 갖거나 아예 가지지 않지만, 지구 온난화에 기여하는 것으로 밝혀졌다. 추가로, HCFC는 최종적으로, ODP로 인해 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)에 의해 설정된 폐지 최종 기한(phase out deadline)에 도달할 것이다. 지구 온난화 지수를 기준으로 곧 시행될 규제때문에, ODP가 0인 HFC조차도 환경적으로 허용가능한 작동 유체가 되지 않을 것이다.
따라서, 냉매, 열전달 유체, 세정 용매, 에어로졸 추진제, 발포제(foam blowing agent) 및 소화제 또는 진화제로서 현재 사용되는 CFC, HCFC, 및 HFC에 대한 대체물이 모색되고 있다.
기존의 장비에서 드롭-인(drop-in) 대체물로서의 역할을 하기 위해서, 대체물이 원래의 작동 유체 - 이를 위하여 장비가 설계됨 - 의 특성에 가깝거나 또는 이에 매칭되어야 한다. 기존 냉매의 대체를 허용할 특성들의 균형을 제공하는 조성물임을 규명하고 또한 유사한 적용을 위해 설계된 신규 장비에서 냉매로서의 역할을 하는 것이 바람직할 것이다.
특히 칠러 적용에서의 2,2-다이클로로-1,1,1-트라이플루오로에탄(HCFC-123)에 대한 대체물을 연구하는데 있어서, 불포화 플루오로카본을 고려하는 것이 바람직할 것이다. 불포화 플루오로카본은 0인 ODP를 갖고, 오늘날 사용되는 기존의 냉매보다 GWP를 유의하게 저하시킨다.
cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 필요한 파라미터(양호한 에너지 효율 및 적정한 냉각 용량) 내에서 냉각 성능을 제공하고, 낮은 GWP를 갖고 ODP가 0이며, 불연성인 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 한 실시 양태에 따르면, cis-HFO-1336mzz을 함유하는 칠러 장치가 본원에서 개시된다.
또다른 실시 양태에서, 냉각될 본체 주변에서 cis-HFO-1336mzz을 증발시키는 단계, 및 이후에 상기 cis-HFO-1336mzz을 응축시키는 단계를 포함하는 냉각을 생성하는 방법이 개시된다.
또다른 실시 양태에서, 증발기를 통해 냉각 매질을 통과시키는 단계, 증발기 내에서 cis-HFO-1336mzz을 증발시켜 증기를 형성시키고 그리하여 냉각 매질을 냉각시키는 단계, 및 증발기로부터 나오는 냉각 매질을 냉각될 본체로 통과시키는 단계를 포함하는, 칠러 내에서 냉각을 생성하는 방법이 개시된다.
또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz 액체를 증발시켜 냉각될 본체 주변에서 cis-HFO-1336mzz 증기를 생성하는 단계; 상기 cis-HFO-1336mzz 증기를 압축시켜 더 높은 압력의 cis-HFO-1336mzz 증기를 생성하는 단계; 및 그후 상기 더 높은 압력의 cis-HFO-1336mzz 증기를 압축시켜 cis-HFO-1336mzz 액체를 생성하는 단계를 포함하는 냉각을 생성하는 방법이 개시되며, 여기서, 상기 압축은 원심식 및 나사식 압축기로 이루어진 군으로부터 선택되는 압축기에서 달성된다.
또다른 실시 양태에서, 칠러 내에서 HCFC-123을 대체하는 방법이 개시되며, 여기서 상기 칠러는 용적형 압축기 또는 원심식 압축기를 포함하며, 상기 방법은 HCFC-123 대신에 cis-HFO-1336mzz을 상기 만액식 증발기 칠러 또는 직팽식 칠러에 제공하는 단계를 포함한다.
또다른 실시 양태에서, 칠러 내에서 CFC-11을 대체하는 방법이 개시되며, 여기서 상기 칠러는 용적형 압축기 또는 원심식 압축기를 포함하며, 상기 방법은 CFC-11 대신에 cis-HFO-1336mzz을 상기 만액식 증발기 칠러, 직팽식 칠러 또는 폐쇄형 루프 열전달 시스템에 제공하는 단계를 포함한다.
<도 1>
도 1은 cis-HFO-1336mzz을 이용하는 만액식 증발기 칠러의 하나의 실시 양태의 개략도이다.
<도 2>
도 2는 cis-HFO-1336mzz을 이용하는 직팽식 증발기 칠러의 하나의 실시 양태의 개략도이다.
하기 기재되는 실시 양태의 상세 사항을 다루기 전에, 일부 용어가 정의 또는 해설된다.
지구 온난화 지수(GWP)는 1 킬로그램의 이산화탄소의 방출과 비교하여, 1 킬로그램의 특정 온실 가스의 대기 방출로 인한 상대 지구 온난화 기여도를 평가하기 위한 지수이다. GWP는 주어진 가스에 대하여 대기 수명의 효과를 보여주는 상이한 시평(time horizon)에 대하여 계산될 수 있다. 100년 시평(year time horizon)에 대한 GWP가 통상 기준이 되는 값이다.
오존 파괴 지수(ODP)는 문헌["The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, A report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project," section 1.4.4, pages 1.28 to 1.31 (본 구획의 첫번째 단락을 참조)]에서 정의된다. ODP는 플루오로트라이클로로메탄(CFC-11)에 관하여 질량-대-질량(mass-for-mass) 기준으로 화합물로부터 예상되는 성층권에서의 오존 파괴의 정도를 나타낸다.
냉동 용량(종종 냉각 용량이라고 함)은 순환되는 냉매의 파운드 당 증발기 내에서의 냉매의 엔탈피 변화, 또는 단위 부피 당 증발기 내에서 냉매에 의해 제거되는 열(체적 용량)을 정의하는 용어이다. 냉동 용량은 냉각을 생성하는 냉매 또는 열전달 조성물의 능력의 척도이다. 그러므로, 용량이 높을수록 생성되는 냉각이 더 크다. 냉각 속도는 단위 시간 당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열을 말한다.
성능 계수(COP: coefficient of performance)는 제거된 열의 양을 주기를 작동시키기 위해서 필요한 에너지 입력으로 나눈 값이다. COP가 더 높을수록 에너지 효율도 더 높다. COP는 직접적으로 에너지 효율비(EER), 즉, 특정 세트의 내부 및 외부 온도에서 냉동 또는 공조 장비에 대한 효율 등급에 관계된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 열전달 시스템은 열전달 조성물을 이용하는 임의의 냉동 시스템, 냉장고, 공조 시스템, 에어 컨디셔너, 열 펌프, 칠러 등일 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 열전달 조성물, 열전달 유체 또는 냉각 매질은 열원으로부터 히트 싱크(heat sink)로 열을 이동시키거나 칠러로부터 냉각될 본체로 냉각을 전달하는데 사용되는 조성물을 포함한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 냉매는 주기 내에서 열전달 조성물로서 작용하는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 포함하며, 여기서 조성물은 액체로부터 기체로의 상변화를 겪고 다시 반복 주기에서 되돌아간다.
인화성은 조성물이 화염을 발화시키고/시키거나 전파시키는 능력을 의미하기 위해 사용되는 용어이다. 냉매 및 다른 열전달 조성물에 대해, 연소하한(lower flammability limit, "LFL")은 조성물의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는 공기 내, 및 ASTM(미국 재료 시험 학회(American Society of Testing and Materials)) E681-2001에서 명시된 시험 조건 하의 공기 내에서 열전달 조성물의 최소 농도이다. 시험 데이타는, 조성물이 특정 온도에서 액체 위의 밀폐된 용기 내에 존재하는 증기상 내에서 또는 액체상 내에서 인화성인지를 지시한다(ASHRAE 표준 34-2007에서 ASHRAE(미국 냉난방 공조 기술자 학회(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers))에 의해 정의된 바와 같이). ASHRAE에 의해 불연성인 것으로서 분류되기 위해, 냉매는 누출 시나리오 동안에, 더불어 액체 및 증기상 둘다에서 제형되는 바와 같은 ASTM E681-2001의 조건 하에 불연성이어야 한다. 단일 성분 냉매에 있어서, 누출 시나리오는 조성물을 변화시킬 수 없고, 따라서 인화성을 측정하는데 있어서 인자가 되지 않을 것이다. 많은 냉동 및 공조 적용에 있어서, 냉매 또는 작동 유체는 불연성인 것이 요구된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "~을 포함하다(comprise)", "~을 포함하는(comprising)", "~을 수반하다(include)", "~을 수반하는(including)", "~을 함유하는(containing)", "~을 갖다(has)", "~을 갖는(having)" 또는 그의 임의의 다른 변형은 비-배타적인 포함을 망라하고자 한다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 과정, 방법, 용품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소에만 제한되지는 않고, 명시적으로 열거되지 않거나 그러한 과정, 방법, 용품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 더욱이, 명백히 반대로 언급되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 임의의 하나에 의해 충족된다: A는 참이고(또는 존재하고) B는 거짓임(또는 존재하지 않음), A는 거짓이고(또는 존재하지 않고) B는 참임(또는 존재함), 및 A 및 B 둘다 참임(또는 존재함).
본원에 사용되는 바와 같이, 구 "~으로 본질적으로 이루어진"은 부분적으로 배타적인 포함을 망라하고자 한다. 예를 들어, 본질적으로 요소로 이루어진 조성물, 방법, 과정 또는 장치는 단지 그러한 요소에만 제한되지 않으며, 조성물, 방법, 과정 또는 장치의 의도되는 유리한 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 다른 요소를 포함할 수 있다.
또한, 부정관사("a" 또는 "an")의 사용은 본원에서 기재되는 요소 및 성분을 기재하기 위해 적용된다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 범주의 전반적인 의미를 제공하기 위해 행해진다. 이러한 기재는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 파악되어야 하며, 단수형은 그 수가 명백하게 단수임을 의미하는 것이 아니라면 복수형을 또한 포함한다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 기재되는 것과 유사하거나 균등한 방법 및 물질이 본 발명의 실시 양태의 실행 또는 시험에서 사용될 수 있더라도, 적합한 방법 및 물질은 하기에 기재된다. 본원에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참조 문헌은 특정 구절이 인용되지 않으면 전체적으로 참고로 본 명세서에 삽입된다. 상충되는 경우에는, 정의를 비롯하여 본 명세서가 좌우할 것이다. 또한, 물질, 방법, 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 개시문헌은 cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 칠러 장치를 제공한다.
본 개시문헌은 추가로, cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 냉매로서 이용하는 그러한 칠러 시스템에서 냉각을 생성하는 방법을 제공한다. Cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 필요한 파라미터(양호한 에너지 효율 및 적정한 냉각 용량을 의미함) 내에서 칠러에 냉각 성능을 제공하고, 낮은 GWP를 갖고 ODP가 0이며, 불연성인 것으로 밝혀졌다.
cis-HFO-1336mzz이라고도 알려진 cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 미국 특허 출원 공개 제 US 2009/0012335 A1 호에서 기재된 바와 같이 당업계에서 알려진 방법에 의해 2,3-다이클로로-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 탈염소수소화에 의해 제조될 수 있다.
HFO-1336mzz은 2개의 배위 이성질체인 cis- 및 trans- 중 하나로서 존재한다. 어떤 "순수한" 이성질체의 시료에서, 어느 정도의 수준으로 다른 이성질체가 존재할 것이다. 본원에 사용되는 바와 같이, cis-HFO-1336mzz은 순수한 cis- 이성질체, 및 주로 cis-HFO-1336mzz인 2개의 배위 이성질체의 임의의 혼합물을 말하고자 하며, 조성물의 나머지의 주요부분은 trans-HFO-1336mzz을 포함한다. 주로 cis-HFO-1336mzz인 혼합물이란, cis-HFO-1336mzz이 조성물의 적어도 50중량%로서 존재하는 cis-HFO-1336mzz 및 trans-HFO-1336mzz의 혼합물을 의미한다.
추가로, 칠러 장치에서 사용되는 cis-HFO-1336mzz은 추가로 윤활제, 트레이서(tracer), 안정화제, 융화제, 염료, 용해제, 퍼플루오로폴리에테르 등과 같은 비-냉매 첨가제, 또는 상기 비-냉매 첨가제의 혼합물을 함유할 수 있다. 따라서, 본질적으로 cis-HFO-1336mzz으로 이루어진 냉매를 함유하는 칠러 내에서 냉각을 생성하는 방법이 제공된다.
cis-HFO-1336mzz에 대한 GWP는 100년 시평(time horizon) 동안 대기중 잔류 기간으로부터 <10인 것으로 평가되었다. 따라서, cis-HFO-1336mzz은 칠러 장비 내에서 HCFC-123 또는 CFC-11에 대한 대체물로서 낮은 GWP 냉매를 제공한다(비교를 위해 실시예를 참조함).
한 실시 양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 cis-HFO-1336mzz은 냉동, 공조, 또는 열 펌프 시스템에서 건조제와 함께 사용되어 수분의 제거를 도울 수 있다. 건조제는 활성 알루미나, 실리카 겔, 또는 제올라이트-기재 분자체로 구성될 수 있다. 대표적인 분자체는 MOLSIV XH-7, XH-6, XH-9 및 XH-11(미국, 일리노이주, 데스 플레인즈, 유오피 엘엘씨(UOP LLC, Des Plaines, IL))을 포함한다.
한 실시 양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 cis-HFO-1336mzz은 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르, 폴리비닐에테르, 광유, 알킬벤젠, 합성 파라핀, 합성 나프텐, 및 폴리(알파)올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 윤활제와 함께 사용될 수 있다.
한 실시 양태에서, 윤활제는 냉동 또는 공조 장치와 함께 사용하기에 적합한 것들을 포함할 수 있다. 이러한 윤활제들 중에서도 클로로플루오로카본 냉매를 이용하는 증기 압축 냉동 장치에서 통상적으로 사용되는 것들이다. 한 실시 양태에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활의 분야에서 "광유"로서 흔히 알려진 것들을 포함한다. 광유는 파라핀(즉, 직쇄 및 분지형-탄소-사슬, 포화된 탄화수소), 나프텐(즉, 사이클릭 파라핀) 및 방향족(즉, 교대 이중 결합을 특징으로 하는 하나 이상의 고리를 함유하는 불포화, 사이클릭 탄화수소)을 포함한다. 한 실시 양태에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활의 분야에서 "합성유"로서 흔히 알려진 것들을 포함한다. 합성유는 알킬아릴(즉, 선형 및 분지형 알킬 알킬벤젠), 합성 파라핀 및 나프텐, 및 폴리(알파올레핀)을 포함한다. 대표적인 통상의 윤활제는 시판의 BVM 100 N(BVA 오일즈(BVA Oils)에 의해 판매되는 파라핀계 광유), 상표명 수니소(Suniso)? 3GS 및 수니소? 5GS 하에 크롬프톤 컴퍼니(Crompton Co.)로부터 시판되는 나프텐계 광유, 상표명 손텍스(Sontex)? 372LT 하에 펜조일(Pennzoil)로부터 시판되는 나프텐계 광유, 상표명 칼루메트(Calumet)? RO-30 하에 칼루메트 루브리컨츠(Calumet Lubricants)로부터 시판되는 나프텐계 광유, 상표명 제롤(Zerol)? 75, 제롤? 150 및 제롤? 500 하에 쉬리브 케미칼즈(Shrieve Chemicals)로부터 시판되는 선형 알킬벤젠, 및 HAB 22(니뽄 오일(Nippon Oil)에 의해 판매되는 분지형 알킬벤젠)이다.
또다른 실시 양태에서, 윤활제는 또한, 하이드로플루오로카본 냉매와 함께 사용되도록 설계되었던 것들을 포함할 수 있고, 압축 냉동 및 공조 장치의 작동 조건 하에 본 발명의 냉매와 혼화가능하다. 그러한 윤활제에는 폴리올 에스테르(POE) 예컨대 캐스트롤(Castrol)? 100(영국, 캐스트롤(Castrol, United Kingdom)), 폴리알킬렌 글리콜(PAG) 예컨대 다우(Dow)(미국, 미시간주, 미들랜드, 다우 케미칼(Dow Chemical, Midland, Michigan))로부터의 RL-488A, 폴리비닐 에테르(PVE), 및 폴리카르보네이트(PC)가 포함되나 이에 제한되지 않는다.
cis-HFO-1336mzz과 함께 사용되는 윤활제는, 윤활제가 노출될 환경 및 주어진 압축기의 요건을 고려함으로써 선택된다.
한 실시 양태에서, 본원에 개시된 바와 같은 cis-HFO-1336mzz은 추가로, 융화제, UV 염료, 용해제, 트레이서, 안정화제, 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 및 관능화된 퍼플루오로폴리에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 포함할 수 있다.
한 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 약 0.01중량% 내지 약 5중량%의 안정화제, 자유 라디칼 포착제(free radical scavenger) 또는 항산화제와 함께 사용될 수 있다. 그러한 기타 첨가제는 니트로메탄, 힌더드 페놀(hindered phenol), 하이드록실아민, 티올, 포스파이트, 또는 락톤을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 단일 첨가제 또는 조합물이 사용될 수 있다.
임의로, 또다른 실시 양태에서, 특정 냉동 또는 공조 시스템 첨가제는 필요하다면 cis-HFO-1336mzz에 첨가되어, 성능 및 시스템 안정성을 증진시킬 수 있다. 이들 첨가제는 냉동 및 공조 분야에 알려져 있으며, 이에는 내마모제, 극압 윤활제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 불활성화제, 자유 라디칼 포착제, 및 폼 조절제가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 일반적으로, 이들 첨가제는 본 발명의 조성물에서, 전체 조성물에 관하여 소량으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 각각의 첨가제는 약 0.1중량% 미만 내지 약 3중량%만큼의 농도로 사용된다. 이들 첨가제는 개별 시스템 요건에 기초하여 선택된다. 이들 첨가제는 EP(극압) 윤활 첨가제의 트라이아릴 포스페이트 패밀리(family)의 구성원(member), 예컨대 부틸화된 트라이페닐 포스페이트(BTPP), 또는 기타 알킬화된 트라이아릴 포스페이트 에스테르, 예를 들어, 아크조 케미칼즈(Akzo Chemicals)로부터의 Syn-0-Ad 8478, 트라이크레실 포스페이트 및 관련 화합물을 포함한다. 추가로, 금속 다이알킬 다이티오포스페이트(예를 들어, 아연 다이알킬 다이티오포스페이트(또는 ZDDP)), 루브리졸(Lubrizol) 1375 및 이러한 패밀리의 화학물질의 기타 구성원들이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 다른 내마모 첨가제는 천연 생성물 오일 및 비대칭 폴리하이드록실 윤활 첨가제, 예컨대 시너골(Synergol) TMS(인터내셔널 루브리컨츠(International Lubricants))를 포함한다. 유사하게는, 항산화제, 자유 라디칼 포착제, 및 물 포착제와 같은 안정화제가 사용될 수 있다. 이러한 범주 내 화합물에는 부틸화된 하이드록시 톨루엔(BHT), 에폭사이드, 및 그의 혼합물이 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 부식 억제제는 도데세일 석신산(DDSA), 아민 포스페이트(AP), 올레오일 사코신, 이미다존 유도체 및 치환된 설포네이트를 포함한다. 금속 표면 불활성화제에는 아레옥살릴 비스(벤질리덴) 하이드라자이드(CAS 등록 번호 6629-10-3), N,N'-비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일하이드라진(CAS 등록 번호 32687-78-8), 2,2,'-옥사미도비스-에틸-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트(CAS 등록 번호 70331-94-1), N,N'-(다이살리사이클리덴)-1,2-다이아미노프로판(CAS 등록 번호 94-91-7) 및 에틸렌다이아민테트라-아세트산(CAS 등록 번호 60-00-4) 및 그의 염, 및 그의 혼합물이 포함된다.
추가의 첨가제에는 힌더드 페놀, 티오포스페이트, 부틸화된 트라이페닐포스포로티오네이트, 유기 포스페이트, 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 터펜, 터페노이드, 에폭사이드, 플루오르화된 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 안정화제가 포함된다. 대표적인 안정화제 화합물에는, 토코페롤; 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 및 상표명 이르갈루베(Irgalube)? 63 하에 스위스, 바젤, 시바 스페셜티 케미칼즈(이후, "시바(Ciba)"라고 함)(Ciba Specialty Chemicals, Basel, Switzerland)로부터 시판되는 다이티오포스페이트; 각자 상표명 이르갈루베? 353 및 이르갈루베? 350 하에 시바로부터 시판되는 다이알킬티오포스페이트 에스테르; 상표명 이르갈루베? 232 하에 시바로부터 시판되는 부틸화된 트라이페닐포스포로티오네이트; 상표명 이르갈루베? 349 (시바) 하에 시바로부터 시판되는 아민 포스페이트; 이르가포스(Irgafos)? 168로서 시바로부터 시판되는 힌더드 포스파이트; 포스페이트 예컨대 상표명 이르가포스? OPH 하에 시바로부터 시판되는 (트리스-(다이-tert-부틸페닐); (다이-n-옥틸 포스파이트); 및 상표명 이르가포스? DDPP 하에 시바로부터 시판되는 아이소-데실 다이페닐 포스파이트; 아니솔; 1,4-다이메톡시벤젠; 1,4-다이에톡시벤젠; 1,3,5-트라이메톡시벤젠; d-리모넨; 레티날; 피넨; 멘톨; 비타민 A; 테르피넨; 다이펜텐; 라이코펜; 베타 카로틴; 보르난; 1,2-프로필렌 옥사이드; 1,2-부틸렌 옥사이드; n-부틸 글리시딜 에테르; 트라이플루오로메틸옥시란; 1,1-비스(트라이플루오로메틸)옥시란; 3-에틸-3-하이드록시메틸-옥세탄, 예컨대 OXT-101(토아고세이 컴퍼니, 리미티드(Toagosei Co., Ltd)); 3-에틸-3-((페녹시)메틸)-옥세탄, 예컨대 OXT-211(토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 3-에틸-3-((2-에틸-헥실옥시)메틸)-옥세탄, 예컨대 OXT-212(토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 아스코르브산; 메탄티올 (메틸 머캅탄); 에탄티올 (에틸 머캅탄); 코엔자임 A; 다이머캅토석신산(DMSA); 포도(grapefruit) 머캅탄 ((R)-2-(4-메틸사이클로헥스-3-에닐)프로판-2-티올)); 시스테인 ((R)-2-아미노-3-설파닐-프로판산); 리포아미드 (1,2-다이티올란-3-펜탄아미드); 상표명 이르가녹스(Irganox)? HP-136 하에 시바로부터 시판되는 5,7-비스(1,1-다이메틸에틸)-3-[2,3(또는 3,4)-다이메틸페닐]-2(3H)-벤조푸라논; 벤질 페닐 설파이드; 다이페닐 설파이드; 다이아이소프로필아민; 상표명 이르가녹스? PS 802 (시바) 하에 시바로부터 시판되는 다이옥타데실 3,3'-티오다이프로피오네이트; 상표명 이르가녹스? PS 800 하에 시바로부터 시판되는 다이도데실 3,3'-티오프로피오네이트; 상표명 티누빈(Tinuvin)? 770 하에 시바로부터 시판되는 다이-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트; 상표명 티누빈? 622LD (시바) 하에 시바로부터 시판되는 폴리-(N-하이드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-하이드록시-피페리딜 석시네이트; 메틸 비스 탈로우 아민; 비스 탈로우 아민; 페놀-알파-나프틸아민; 비스(다이메틸아미노)메틸실란(DMAMS); 트리스(트라이메틸실릴)실란(TTMSS); 비닐트라이에톡시실란; 비닐트라이메톡시실란; 2,5-다이플루오로벤조페논; 2',5'-다이하이드록시아세토페논; 2-아미노벤조페논; 2-클로로벤조페논; 벤질 페닐 설파이드; 다이페닐 설파이드; 다이벤질 설파이드; 이온성 액체; 및 다른 것들이 포함되나, 이에 제한되지 않는다.
이온성 액체 안정제화는 적어도 하나의 이온성 액체를 포함한다. 이온성 액체는 실온(대략 25℃)에서 액체인 유기염이다. 또다른 실시 양태에서, 이온성 액체 안정화제는 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨 및 트라이아졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양이온; 및 [BF4]-, [PF6]-, [SbF6]-, [CF3SO3]-, [HCF2CF2SO3]-, [CF3HFCCF2SO3]-, [HCClFCF2SO3]-, [(CF3SO2)2N]-, [(CF3CF2SO2)2N]-, [(CF3SO2)3C]-, [CF3CO2]-, 및 F- 로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온을 함유하는 염을 포함한다. 대표적인 이온성 액체 안정화제에는 emim BF4 (1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트); bmim BF4 (1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라보레이트); emim PF6 (1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트); 및 bmim PF6 (1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트)가 포함되며, 이 모두는 플루카(Fluka)(시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))로부터 입수가능하다.
한 실시 양태에서, 본원에서 개시된 바와 같은 cis-HFO-1336mzz은 퍼플루오로폴리에테르 첨가제와 함께 사용될 수 있다. 퍼플루오로폴리에테르의 공통적인 특징은 퍼플루오로알킬 에테르 부분이 존재한다는 것이다. 퍼플루오로폴리에테르는 퍼플루오로폴리알킬에테르와 동의어이다. 빈번하게 사용되는 다른 동의어 용어는 "PFPE", "PFAE", "PFPE 오일", "PFPE 유체", 및 "PFPAE"를 포함한다. 예를 들어, CF3-(CF2)2-O-[CF(CF3)-CF2-O]j'-R'f 의 화학식을 갖는 퍼플루오로폴리에테르는 상표명 크라이톡스(Krytox)? 하에 듀퐁(DuPont)으로부터 시판된다. 화학식에서, j' 는 2 내지 100(종점 포함)이고, R'f 는 CF2CF3, C3 내지 C6 퍼플루오로알킬기, 또는 그의 조합이다.
상표명 폼블린(Fomblin)? 및 갈덴(Galden)? 하에 이탈리아, 밀란(Milan, Italy)의 오시몽트(Ausimont)로부터 시판되고 퍼플루오로올레핀 광산화에 의해 생성되는 다른 PFPE가 또한 사용될 수 있다. 상표명 폼블린?-Y 하에 시판되는 PFPE는 화학식 CF3O(CF2CF(CF3)-O-)m'(CF2-O-)n'-R1f를 가질 수 있다. 또한, CF3O[CF2CF(CF3)O]m'(CF2CF2O)o'(CF2O)n'-R1f가 적합하다. 화학식에서, R1f는 CF3, C2F5, C3F7, 또는 그의 2개 이상의 조합이고; (m' + n')는 8 내지 45(종점 포함)이고; m/n은 20 내지 1000(종점 포함)이고; o'는 1이고; (m'+n'+o')는 8 내지 45(종점 포함)이고; m'/n'는 20 내지 1000(종점 포함)이다.
상표명 폼블린?-Z 하에 시판되는 PFPE는 화학식 CF3O(CF2CF2-O-)p'(CF2-O)q'CF3를 가질 수 있으며, 여기서, (p' + q')는 40 내지 180이고, p'/q'는 0.5 내지 2(종점 포함)이다.
일본, 다이킨 인더스트리즈(Daikin Industries)로부터 상표명 뎀넘(Demnum)™ 하에 시판되는 또다른 패밀리의 PFPE가 또한 사용될 수 있다. 이는 2,2,3,3-테트라플루오로옥세탄의 순차적 올리고머화 및 플루오르화에 의해, 화학식 F-[(CF2)3-O]t'-R2f를 산출함으로써 생성될 수 있으며, 여기서, R2f는 CF3, C2F5, 또는 그의 조합이고, t'는 2 내지 200(종점 포함)이다.
퍼플루오로폴리에테르의 2개의 말단기는 독립적으로 관능화 또는 비관능화될 수 있다. 비관능화된 퍼플루오로폴리에테르에서, 말단기는 분지쇄 또는 직쇄 퍼플루오로알킬 라디칼 말단기일 수 있다. 그러한 퍼플루오로폴리에테르의 예는 화학식 Cr'F(2r'+1)-A-Cr'F(2r'+1)(여기서, 각각의 r'는 독립적으로 3 내지 6이고; A는 O-(CF(CF3)CF2-O)w', O-(CF2-O)x'(CF2CF2-O)y', O-(C2F4-O)w', O-(C2F4-O)x'(C3F6-O)y', O-(CF(CF3)CF2-O)x'(CF2-O)y', O-(CF2CF2CF2-O)w', O-(CF(CF3)CF2-O)x'(CF2CF2-O)y'-(CF2-O)z', 또는 그의 2개 이상의 조합일 수 있고; 바람직하게는 A는 O-(CF(CF3)CF2-O)w', O-(C2F4-O)w', O-(C2F4-O)x'(C3F6-O)y', O-(CF2CF2CF2-O)w', 또는 그의 2개 이상의 조합이고; w'는 4 내지 100이고; x' 및 y'는 각각 독립적으로 1 내지 100임)을 가질 수 있다. 구체적인 예에는 F(CF(CF3)-CF2-O)9-CF2CF3, F(CF(CF3)-CF2-O)9-CF(CF3)2, 및 그의 조합이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 그러한 PFPE에서, 30%이하의 할로겐 원자는 예를 들어, 염소 원자와 같이, 불소가 아닌 할로겐일 수 있다.
퍼플루오로폴리에테르의 2개의 말단기 또한 독립적으로 관능화될 수 있다. 전형적인 관능화된 말단기는 에스테르, 하이드록실, 아민, 아미드, 시아노, 카르복실산 및 설폰산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
대표적인 에스테르 말단기는 -COOCH3, -COOCH2CH3, -CF2COOCH3, -CF2COOCH2CH3, -CF2CF2COOCH3, -CF2CF2COOCH2CH3, -CF2CH2COOCH3, -CF2CF2CH2COOCH3, -CF2CH2CH2COOCH3, -CF2CF2CH2CH2COOCH3를 포함한다.
대표적인 하이드록실 말단기는 -CF2OH, -CF2CF2OH, -CF2CH2OH, -CF2CF2CH2OH, -CF2CH2CH2OH, -CF2CF2CH2CH2OH를 포함한다.
대표적인 아민 말단기는 -CF2NR1R2, -CF2CF2NR1R2, -CF2CH2NR1R2, -CF2CF2CH2NR1R2, -CF2CH2CH2NR1R2, -CF2CF2CH2CH2NR1R2를 포함하며, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 H, CH3, 또는 CH2CH3이다.
대표적인 아미드 말단기는 -CF2C(O)NR1R2, -CF2CF2C(O)NR1R2, -CF2CH2C(O)NR1R2, -CF2CF2CH2C(O)NR1R2, -CF2CH2CH2C(O)NR1R2, -CF2CF2CH2CH2C(O)NR1R2를 포함하며, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 H, CH3, 또는 CH2CH3이다.
대표적인 시아노 말단기는 -CF2CN, -CF2CF2CN, -CF2CH2CN, -CF2CF2CH2CN, -CF2CH2CH2CN, -CF2CF2CH2CH2CN을 포함한다.
대표적인 카르복실산 말단기는 -CF2COOH, -CF2CF2COOH, -CF2CH2COOH, -CF2CF2CH2COOH, -CF2CH2CH2COOH, -CF2CF2CH2CH2COOH를 포함한다.
대표적인 설폰산 말단기는 -S(O)(O)OR3, -S(O)(O)R4, -CF2O S(O)(O)OR3, -CF2CF2O S(O)(O)OR3, -CF2CH2O S(O)(O)OR3, -CF2CF2CH2O S(O)(O)OR3, -CF2CH2CH2O S(O)(O)OR3, -CF2CF2CH2CH2O S(O)(O)OR3, -CF2 S(O)(O)OR3, -CF2CF2 S(O)(O)OR3, -CF2CH2 S(O)(O)OR3, -CF2CF2CH2 S(O)(O)OR3, -CF2CH2CH2 S(O)(O)OR3, -CF2CF2CH2CH2 S(O)(O)OR3, -CF2O S(O)(O)R4, -CF2CF2O S(O)(O)R4, -CF2CH2O S(O)(O)R4, -CF2CF2CH2O S(O)(O)R4, -CF2CH2CH2O S(O)(O)R4, -CF2CF2CH2CH2O S(O)(O)R4를 포함하며, 여기서, R3는 H, CH3, CH2CH3, CH2CF3, CF3, 또는 CF2CF3이고, R4는 CH3, CH2CH3, CH2CF3, CF3이다.
칠러
한 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz을 함유하는 칠러 장치가 제공된다. 한 실시 양태에서, 칠러 장치는 만액식 증발기 칠러이다. 한 실시 양태에서, 칠러 장치는 직팽식 칠러이다.
한 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 칠러 내에서 냉매로서 사용될 수 있다. 칠러는 공조/냉동 장치의 한 유형이다. 본 개시문헌은 증기 압축 칠러에 관한 것이다. 그러한 증기 압축 칠러는 만액식 증발기 칠러(이는 도 1에 제시되어 있음), 또는 직팽식 칠러(이는 도 2에 제시되어 있음)일 수 있다. 만액식 증발기 칠러 및 직팽식 칠러 둘다는 공냉식(air-cooled) 또는 수냉식(water-cooled)일 수 있다. 칠러가 수냉식인 실시 양태에서, 그러한 칠러는 일반적으로 시스템으로부터 열 배출을 위해 냉각탑과 연결된다. 칠러가 공냉식인 실시 양태에서, 칠러에는 시스템으로부터 열을 배출하기 위해 냉매-대-공기 핀형-튜브(finned-tube) 응축기 코일 및 팬(fan)이 장착된다. 공냉식 칠러 시스템은 일반적으로 냉각탑 및 급수 펌프를 포함하는 등가-용량의 수냉식 칠러 시스템보다 덜 고가이다. 그러나, 수냉식 시스템은 더 낮은 응축 온도로 인해 많은 작동 조건 하에서 더욱 효율적일 수 있다.
만액식 증발기 및 직팽식 칠러 둘다를 포함하는 칠러는 공기 조화 및 분배 시스템(air handling and distribution system)과 결합되어, 호텔, 사무용 건물, 병원, 대학교 등을 포함한 큰 시중 건물에 쾌적한 공조(공기를 냉각 및 제습시킴)를 제공할 수 있다. 또다른 실시 양태에서, 칠러, 아마도 공냉식 직팽식 칠러는 해군 잠수함 및 해군 함정에서 추가의 유용성을 발견하였다.
칠러의 작동 방법을 예시하기 위해서 도면을 참조한다. 수냉식, 만액식 증발기 칠러는 도 1에서 예시되어 제시된다. 이러한 칠러 내에서, 물을 포함하는 따뜻한 액체인 제 1 냉각 매질, 및 일부 실시 양태에서, 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)과 같은 첨가제는 입구 및 출구를 갖는 증발기(6) 내에서 코일 또는 튜브 다발(9)을 통해 화살표(3)에서 들어가는 것으로 제시된 것처럼, 건물 냉각 시스템과 같은 냉각 시스템으로부터 칠러로 들어간다. 따뜻한 제 1 냉각 매질은 증발기로 전달되고, 여기서 이는 증발기의 하위 부분에서 제시되는 액체 냉매에 의해 냉각된다. 액체 냉매는 코일 또는 튜브 다발(9)을 통해 유동하는 따뜻한 제 1 냉각 매질보다 더 낮은 온도에서 증발한다. 냉각된 제 1 냉각 매질은 화살표(4)에 의해 제시된 바와 같이 코일 또는 튜브 다발(9)의 귀환 부분(return portion)을 통해 다시 건물 냉각 시스템으로 재순환된다. 도 1의 증발기(6)의 더 낮은 부분에서 제시되는 액체 냉매는 증발하고 압축기(7) 내로 들어가서, 냉매 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 압축기는 이 증기를 압축시켜, 냉매 증기가 증발기로부터 나올 때의 이 냉매 증기의 압력 및 온도보다 더 높은 압력 및 온도에서 응축기(5)에서 응축될 수 있게 된다. 수냉식 칠러의 경우 액체인 제 2 냉각 매질은 도 1의 화살표(1)에서 냉각탑으로부터 응축기(5) 내에 있는 코일 (또는 튜브 다발)(10)을 통해 응축기로 들어간다. 제 2 냉각 매질은 과정에서 가온되고, 코일 (또는 튜브 다발)(10)의 귀환 루프 및 화살표(2)를 통해 냉각탑으로 또는 주변으로 되돌아간다. 이러한 제 2 냉각 매질은 응축기에서 증기를 냉각시키고, 증기를 액체 냉매로 응축되게 야기하여, 도 1에서 제시된 바와 같이 응축기의 더 낮은 부분에서 액체 냉매가 존재한다. 응축기 내의 응축된 액체 냉매는 구멍, 모세관 또는 팽창 밸브일 수 있는 팽창 디바이스(8)를 통해 증발기로 다시 유동한다. 팽창 디바이스(8)는 액체 냉매의 압력을 감소시키고, 액체 냉매를 증기로 부분적으로 전환시키는데, 즉, 액체 냉매는 압력이 응축기 및 증발기 사이에서 떨어짐에 따라 플래싱(flashing)한다. 플래싱은 냉매, 즉, 액체 냉매 및 냉매 증기 둘다를 증발기 압력에서 포화 온도로 냉각시켜, 액체 냉매 및 냉매 증기 둘다가 증발기 내에 존재한다.
cis-HFO-1336mzz과 같은 단일 성분 냉매 조성물에 대해, 증발기 내 증기 냉매의 조성물은 증발기 내 액체 냉매의 조성물과 동일함을 주지해야 할 것이다. 이 경우, 증발은 일정한 온도에서 일어날 것이다. 그러나, 비-공비(azeotropic) 냉매 블렌드가 사용된다면, 증발기 내 (또는 응축기 내) 액체 냉매 및 냉매 증기는 상이한 조성을 가질 수 있다. 이는 장비를 서비스하는데 있어서의 어려움 및 비효율적인 시스템을 초래할 수 있고, 따라서 단일 성분 냉매는 비-공비 냉매 블렌드보다 더욱 바람직하다.
700㎾ 초과의 냉각 용량을 갖는 칠러는 일반적으로 만액식 증발기를 적용하며, 여기서 증발기 및 응축기 내 냉매는 냉각 매질용 코일 또는 다른 도관을 둘러싼다(즉, 냉매는 셸면(shell side) 상에 존재함). 만액식 증발기는 더 높은 냉매 충전을 필요로 하지만, 더 근접한 접근 온도 및 더 높은 효율을 가능하게 한다. 700㎾ 미만의 용량을 갖는 칠러는 흔히 튜브 내에서 유동하는 냉매, 및 튜브를 둘러싼 응축기 및 증발기 내 냉각 매질과 함께 증발기를 적용한다(즉, 냉각 매질은 셸면 상에 존재함). 그러한 칠러를 직팽식(DX) 칠러라고 한다. 수냉식 직팽식 칠러는 도 2에서 예시된다. 도 2에서 예시된 바와 같은 칠러에서, 따뜻한 물과 같은 따뜻한 액체인 제 1 액체 냉각 매질은 주입구(14)에서 증발기(6')로 들어간다. 대부분의 액체 냉매(소량의 냉매 증기가 있음)는 화살표(3')에서 증발기 내 코일 (또는 튜브 다발)(9')로 들어가고 증발되어 증기로 바뀐다. 그 결과, 제 1 액체 냉각 매질은 증발기 내에서 냉각되고, 냉각된 제 1 액체 냉각 매질은 출구(16)에서 증발기를 빠져 나오고, 건물과 같이 냉각될 본체로 보내진다. 도 2의 이러한 실시 양태에서, 이는 냉각될 건물 또는 다른 본체를 냉각시키는 이러한 냉각된 제 1 액체 냉각 매질이다. 냉매 증기는 화살표(4')에서 증발기를 빠져 나오고 압축기(7')로 보내져서, 여기서 이는 압축되고 고온, 고압 냉매 증기로서 빠져 나온다. 이러한 냉매 증기는 1'에서 응축기 코일(10')을 통해 응축기(5')로 들어간다. 냉매 증기는 응축기 내에서 물과 같은 제 2 액체 냉각 매질에 의해 냉각되고 액체로 된다. 제 2 액체 냉각 매질은 응축기 냉각 매질 주입구(20)를 통해 응축기로 들어간다. 제 2 액체 냉각 매질은 응축 냉매 증기로부터 열을 추출하고, 응축 냉매 증기는 액체 냉매로 되며, 이는 응축기 내에서 제 2 액체 냉각 매질을 가온시킨다. 제 2 액체 냉각 매질은 응축기 냉각 매질 출구(18)를 통해 응축기를 통해 빠져 나간다. 응축된 냉매 액체는 도 2에서 제시된 것과 같은 더 낮은 코일 (또는 튜브 다발)(10')을 통해 응축기를 빠져 나가고, 구멍, 모세관 또는 팽창 밸브일 수 있는 팽창 디바이스(12)를 통해 유동한다. 팽창 디바이스(12)는 액체 냉매의 압력을 감소시킨다. 팽창의 결과로서 생성되는 소량의 증기는 코일(9')을 통해 액체 냉매와 함께 증발기로 들어가고 주기가 반복된다. 직팽식 칠러는 또한 공냉될 수 있다.
증기-압축 칠러는 이들이 적용하는 압축기의 유형에 의해 규명될 수 있다. 한 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 원심식 칠러 내에서 유용하며, 이는 하기 기재될 바와 같이 원심식 압축기를 이용한다. 또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 용적형 압축기, 왕복동식(reciprocating), 나사식, 또는 스크롤 압축기를 이용하는 용적형 칠러에서 유용하다.
한 실시 양태에서, cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 원심식 칠러가 제공된다. 또다른 실시 양태에서, cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 용적형 칠러가 제공된다. 또다른 실시 양태에서, cis-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 나사식 칠러가 제공된다.
원심식 압축기는 냉매 증기를 방사상으로(radially) 가속화시키기 위해 회전 요소를 사용하고, 전형적으로 캐스팅(casing) 내에 위치한 확산기(diffuser) 및 임펠러를 포함한다. 원심식 압축기는 보통 임펠러 아이(eye), 또는 회전 임펠러의 중심 주입구에서 유체를 취하고, 이를 방사상으로 외부로 가속화시킨다. 일부 정압 상승은 임펠러 구획에서 발생하나, 대부분의 압력 상승은 캐스팅의 확산기 구획에서 발생하며, 여기서 운동량(momentum)은 정압으로 전환된다. 각각의 임펠러-확산기 세트는 압축기의 한 단계이다. 원심식 압축기는 취급되는 냉매의 부피 및 목적하는 최종 압력에 따라 1 내지 12 또는 그 이상의 단계를 이용해 건설된다.
압축기의 압력비 또는 압축비는 절대 배출 압력 대 절대 주입구 압력의 비이다. 원심식 압축기에 의해 전달된 압력은 상대적으로 넓은 범위의 용량에 걸쳐 실제적으로 일정하다. 원심식 압축기가 발현시킬 수 있는 압력은 임펠러의 선단 속도에 좌우된다. 선단 속도는 임펠러의 선단에서 측정되는 임펠러의 속도이며, 임펠러의 직경 및 임펠러의 분당 회전수와 관계가 있다. 원심식 압축기의 용량은 임펠러 구획을 통한 통로의 크기에 의해 측정된다. 이에 의해 압축기의 크기는 용량보다 요구되는 압력에 더 많이 좌우된다. 큰 원심식 칠러, 즉, 약 100 냉동톤(refrigeration ton, RT) 이상의 냉각 용량을 갖는 원심식 칠러에서의 cis-HFO-1336mzz의 용도가 주목된다. 예에는 약 500RT 내지 3000RT(예를 들어, 1000RT)의 냉각 용량을 갖는 원심식 칠러가 포함된다.
용적형 압축기는 증기를 챔버 내로 가져가고, 챔버는 부피를 감소시켜 증기를 압축시킨다. 압축된 후, 증기는 챔버의 부피를 영(0) 또는 거의 영(0)으로 더욱 감소시킴으로써 챔버로부터 밀려난다.
왕복동식 압축기는 크랭크샤프트(crankshaft)에 의해 구동되는 피스톤을 사용한다. 왕복동식 압축기는 고정용 또는 휴대용일 수 있으며, 단일 또는 다중 단계형일 수 있고, 전기 모터 또는 내연 엔진에 의해 구동될 수 있다. 5hp 내지 30hp의 소형 왕복동식 압축기는 자동차 적용에서 나타나고 전형적으로 단속 사용(intermittent duty)을 위한 것이다. 100hp 이하의 대형 왕복동식 압축기는 대규모 산업 적용에서 발견된다. 배출 압력의 범위는 저압 내지 매우 고압(>5000psi (또는 35㎫))일 수 있다.
나사식 압축기는 2개의 메쉬형(meshed) 회전 용적형 나선 스크류를 사용하여 기체를 보다 작은 공간 내로 밀어낸다. 나사식 압축기는 통상적으로 상업적 및 산업적 적용에서 연속 작동을 위한 것이며, 고정형 또는 휴대용일 수 있다. 그의 적용은 5hp(3.7㎾) 내지 500hp(375㎾), 및 저압 내지 매우 고압(>1200psi (또는 8.3㎫))일 수 있다.
스크롤 압축기는 나사식 압축기와 유사하며, 2개의 삽입형 나선형 스크롤을 포함하여 기체를 압축시킨다.출력은 회전 나사식 압축기의 출력보다 더 큰 펄스형으로 발생된다.
150㎾ 미만의 용량을 갖는 스크롤 압축기 또는 왕복동식 압축기를 사용하는 칠러의 경우, 대형 칠러에 적용되는 셸-및-튜브형 열 교환기 대신에 브레이징된-판 열 교환기가 증발기용으로 통상 사용된다. 브레이징된-판 열 교환기는 시스템 부피 및 냉매 충전을 감소시킨다.
방법
한 실시 양태에서, 냉각을 생성하는 방법은 냉각될 본체 주변에서 cis-HFO-1336mzz을 증발시키고 그런 후, 상기 cis-HFO-1336mzz을 응축시키는 단계를 포함한다.
한 실시 양태에서, 냉각을 생성하는 방법은 냉각 매질 주변에서 cis-HFO-1336mzz을 증발시키고; 상기 cis-HFO-1336mzz을 압축시키고; 그런 후 상기 cis-HFO-1336mzz을 응축시키는 단계를 포함한다.
한 실시 양태에서, 냉각을 생성하는 방법은 cis-HFO-1336mzz 액체를 증발시켜 냉각될 본체 주변에서 cis-HFO-1336mzz 증기를 생성하고; 상기 cis-HFO-1336mzz 증기를 압축시켜 더 높은 압력의 cis-HFO-1336mzz 증기를 생성하고; 그런 후 상기 더 높은 압력의 cis-HFO-1336mzz 증기를 응축시켜 cis-HFO-1336mzz 액체를 생성하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 압축은 원심식 및 용적형 압축기로 이루어진 군으로부터 선택되는 압축기 내에서 달성된다. 또다른 실시 양태에서, 압축은 원심식, 왕복동식, 나사식, 및 스크롤 압축기로 이루어진 군으로부터 선택되는 압축기 내에서 달성된다. 또다른 실시 양태에서, 압축은 원심식 및 나사식 압축기로 이루어진 군으로부터 선택되는 압축기 내에서 달성된다. 더욱 또다른 실시 양태에서, 압축은 원심식 압축기 내에서 달성된다. 또다른 실시 양태에서, 압축은 나사식 압축기 내에서 달성된다.
한 실시 양태에서, 냉각될 본체는 냉각될 수 있는 임의의 공간, 물체 또는 유체일 수 있다. 한 실시 양태에서, 냉각될 본체는 방, 건물, 자동차 통로 구획, 냉장고, 냉동기, 또는 슈퍼마켓이나 편의점의 디스플레이 케이스(display case)일 수 있다. 대안적으로, 또다른 실시 양태에서, 냉각될 본체는 냉각 매질 또는 열전달 유체일 수 있다.
한 실시 양태에서, 냉각을 생성하는 방법은 도 1에 대해 상기에서 기재된 바와 같이 만액식 증발기 칠러 내에서 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에서, cis-HFO-1336mzz은 증발되어 제 1 냉각 매질 주변에서 냉매 증기를 형성한다. 냉각 매질은 물과 같은 따뜻한 액체이고, 이는 냉각 시스템으로부터 파이프를 통해 증발기 내로 수송된다.따뜻한 액체는 냉각되고 건물과 같이 냉각될 본체로 통과된다. 다음, 냉매 증기는 제 2 냉각 매질 주변에서 응축되고, 이는 예를 들어 냉각탑으로부터 가져오는 냉각된 액체이다. 제 2 냉각 매질은 냉매 증기를 냉각시켜서, 이는 응축되어 액체 냉매를 형성한다. 이러한 방법에서, 만액식 증발기 칠러가 또한 사용되어, 호텔, 사무용 건물, 병원 및 대학교를 냉각시킬 수 있다.
또다른 실시 양태에서, 냉각을 생성하는 방법은 도 2에 대해 상기 기재된 바와 같이 직팽식 칠러 내에서 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에서, cis-HFO-1336mzz은 증발기를 통과하고, 증발되어 냉매 증기를 생성한다. 제 1 액체 냉각 매질은 증발 냉매에 의해 냉각된다. 제 1 액체 냉각 매질은 증발기로부터 나와서 냉각될 본체로 수송된다. 이러한 방법에서, 직팽식 칠러가 또한 사용되어, 호텔, 사무용 건물, 병원, 대학교 뿐만 아니라 해군 잠수함 또는 해군 함정을 냉각시킬 수 있다.
기후 변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)에 의해 출간된 GWP 계산법을 기준으로, 대체물이 필요한 냉매 및 열전달 유체에는 HCFC-123이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 만액식 증발기 칠러 또는 직팽식 칠러 내에서 HCFC-123을 대체하는 방법이 제공된다. 방법은 HCFC-123 대신에 만액식 증발기 칠러 또는 직팽식 칠러에 cis-HFO-1336mzz을 제공하는 단계를 포함한다.
HCFC-123을 대체하는 이러한 방법에서, cis-HFO-1336mzz은 HCFC-123을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 원심식 칠러에서 유용하다. 또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 HCFC-123을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 용적형(예를 들어, 나사식) 칠러에서 유용하다. 또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 HCFC-123을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 용적형 칠러에서 유용하다. ODP(ODP=1) 및 GWP(GWP=4750)로 인해 대체물이 필요한 또다른 냉매는 CFC-11이다. HCFC-123은 본래 CFC-11에 대한 대체물로서 칠러 내에서 사용되었다. 그러나, CFC-11은 여전히 세계의 특정 영역에서 사용 중에 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 만액식 증발기 칠러 또는 직팽식 칠러 내에서 CFC-11을 대체하는 방법이 제공된다. 방법은 CFC-11 대신에 만액식 증발기 칠러 또는 직팽식 칠러에 cis-HFO-1336mzz을 제공하는 단계를 포함한다.
CFC-11을 대체하는 이러한 방법에서, cis-HFO-1336mzz은 CFC-11을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 원심식 칠러에서 유용하다. 또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336mzz은 CFC-11을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 용적형 칠러에서 유용하다. 또다른 실시 양태에서, cis-HFO-1336은 CFC-11을 이용해 작동시키도록 본래 설계 및 제조될 수 있는 나사식 칠러에서 유용하다.
대안적으로, HCFC-123 또는 CFC-11을 대체하는 이러한 방법에서, 본원에서 개시된 바와 같은 cis-HFO-1336mzz은 신규 만액식 증발기 칠러 또는 신규 직팽식 칠러와 같은 신규 장비에서 유용할 수 있다. 그러한 신규 장비에서, 원심식 압축기 또는 용적형 압축기, 예컨대 나사식 압축기, 및 이와 함께 사용되는 열 교환기가 사용될 수 있다.
한 실시 양태에서, 본 발명에 따르면, 공조 장치에서의 cis-HFO-1336mzz의 용도가 제공된다.또다른 실시 양태에서, 칠러 장치에서의 cis-HFO-1336mzz의 용도가 제공된다. 일부 실시 양태에서, 칠러 장치는 원심식 압축기를 포함한다. 다른 실시 양태에서, 칠러 장치는 용적형 압축기를 포함하고, 더욱 다른 실시 양태에서, 칠러 장치는 나사식 압축기를 포함한다. 칠러 장치에서의 cis-HFO-1336mzz의 용도는 호텔, 사무용 건물, 병원, 대학교 등 뿐만 아니라 잠수함 및 해군 함정을 비롯한 큰 시중 건물에 쾌적한 공조(공기를 냉각 및 제습시킴)를 제공할 수 있다.
실시예
실시예 1
원심식 칠러에서의 cis-HFO-1336mzz에 대한 냉각 성능
원심식 칠러에서의 cis-HFO-1336mzz의 성능을 측정하고, HCFC-123의 성능과 비교한다. 데이타를 표 1에 제시한다.
이러한 실시예는 공조 적용이 명목상으로 3,517kJ/s(1,000RT)의 냉각을 필요로 함을 가정한다. 증발기 온도는 4.44℃(40℉)의 평균값에서 유지시켜, 건물 냉각수에 대한 요건을 충족시킨다. 응축기에 이용가능한 냉각수는 37.78℃(100℉)의 평균 응축기 온도를 유지시킨다.
상기 적용의 요건은 냉매로서 HCFC-123을 이용해 작동시키는 원심식 칠러에 의해 충족된다. 액체 과냉도 그리고 증기 과열도 그러한 칠러에 의해 적용되지 않는다면, 칠러 성능은 칼럼 "HCFC-123" 하에 표 1에서 요약된 성능과 비슷하다. 7.36의 성능 등엔트로피 계수가 달성된다. 0.70의 적정한 압축기 등엔트로피 효율에 대해, 압축기는 393.74kJ/㎥의 체적 용량에 상응하는 8.93㎥/sec(압축기 주입구에서 우세한 조건에서 측정됨)의 냉매 체적 유동 속도를 순환시키기 위한 용량을 가져야 한다. 0.55(2008 ASHRAE Handbook-HVAC 시스템 및 장비 페이지 37.31(2008 ASHRAE Handbook-HVAC Systems and Equipment pg 37.31)에 의해 권고된 바와 같이)의 일 계수(work coefficient)를 갖는 적정한 압축기 설계는 증발기 조건으로부터 응축기 조건으로 냉매 증기를 리프팅하는데 필요한 190.28m/s의 임펠러 선단 속도를 요구하여, 냉매 증기에 압축일(compression work)을 제공한다. 다음, 0.25의 임펠러 유동 계수가 가정되면, 임펠러는 0.762m(2.5ft)의 직경을 갖고 79.49의 초 당 회전수(4,769.67의 분 당 회전수)로 회전하여, 필요한 리프트 및 필요한 냉매 체적 유동 속도 둘다를 제공해야 한다.
제안된 냉매인 cis-HFO-1336mzz의, 상기 적용에서의 성능 또한 표 1에 요약된다. 신규 냉매는 약간 더 낮은(1.35%) 성능 계수(COP 또는 에너지 효율)를 이용한 적용의 냉각 듀티(cooling duty)를 충족시킬 수 있다. HCFC-123의 체적 냉각 용량에 관한 cis-HFO-1336mzz의 더 낮은 체적 냉각 용량때문에, 신규 냉매를 이용해 작동시키도록 설계된 신규 압축기는 HCFC-123 압축기의 것보다 약 13.4%(동일한 일 및 유동 계수를 가정함)만큼 더 큰 임펠러 직경을 갖는다.
[표 1]
Figure 112012000238088-pct00001
표 1의 데이타는 cis-HFO-1336mzz이 HCFC-123의 것과 유사한 에너지 효율(COP)을 제공함을 나타낸다. 임펠러의 크기 및 cis-HFO-1336mzz 순환 속도를 증가시킴으로써, HCFC-123에 관한 cis-HFO-1336mzz의 더 낮은 체적 냉각 용량에도 불구하고 필요한 명목상 냉각 속도가 달성된다. 일부 경우에, HCFC-123에 대해 설계된 기존의 원심식 칠러의 보강은, 단지 임펠러를 더 큰 직경 중 하나로 대체함으로써 cis-HFO-1336mzz을 사용하여 가능할 수 있었다. 다른 경우에, 증발기로부터 응축기 조건으로 냉매를 리프팅하는데 필요한 임펠러 선단 속도, 및 요구되는 냉각 속도를 달성하는데 필요한 냉매 순환 속도 둘다를 충족시키기 위해서는, 주입구 베인(vane)으로 또는 임펠러 회전 속도로의 조정과 같은 추가의 변화가 필요할 것이다.
실시예 2
HCFC-123을 사용한 칠러의 보강(retrofit)
이러한 실시예는 보강 시나리오(표 2)를 기재하고, 여기서 cis-HFO-1336mzz은 HCFC-123에 대해 본래 설계되었던 칠러 내에서 HCFC-123을 대체한다. 이러한 실시예에서, 임펠러 회전 속도는 HCFC-123 대신에 HFO-1336mzz을 사용하는 경우 79.49rps에서 78.32rps로 1.48%만큼 감소되어, 증발기로부터 응축기 조건으로 신규 냉매를 리프팅하는데 필요한 187.46m/s의 임펠러 선단 속도를 달성한다. 임펠러 회전 속도에서의 요구되는 감소는 임펠러 구동 박스에서 기어를 조정함으로써 또는 모터 작동 주파수를 조정함으로써 달성된다. 보강 조건 하에 임펠러 유동 계수는 본래의 HCFC-123 설계에 대한 그의 값과 대략 동일한 채로 있음을 가정하는 것이 적정하다. 다음, 78.32의 초 당 회전수(rps)의 신규 속도에서 회전하는, 직경이 0.762m인 기존의 임펠러는 8.80㎥/sec의 냉매 증기 체적 유동 속도를 제공한다. 이러한 냉매 유동 속도는 명목상으로 요구되는 냉각 속도보다 22.22% 더 낮은, 또는 2,735.37kJ/s(777.76RT)의 냉각 속도를 제공한다.
[표 2]
Figure 112012000238088-pct00002
표 2의 데이타는, HCFC-123에 대해 설계된 기존의 원심식 칠러의 보강(retrofit)이 cis-HFO-1336mzz을 사용하고 임펠러 회전 속도를 약간 조정하여, 요구되는 증발기 및 응축기 온도를 충족시킬 수 있음을 나타낸다. 달성가능한 냉각 속도는 HCFC-123에 대한 냉각 속도에 매칭하기에 부족한 반면, 이는 에너지 효율, GWP, ODP 및 인화성의 결함과 같은 cis-HFO-1336mzz의 다른 바람직한 특성에 대해 무게가 두어져야 한다. 일부 적용에서, 냉각 속도의 손실은 허용가능할 수 있거나(예를 들어, 명목상 칠러 냉각 속도는 실제로 필요한 것보다 더 높음), 다른 수단(예를 들어, 다른 칠러로부터의 추가의 냉각된 물)에 의해 추가의 냉각 속도를 제공함으로써 또는 냉각 로드(load)를 감소시킴으로써 보상될 수 있다.
실시예 3
불연성 시험
cis-HFO-1336mzz의 인화성 결함은 ASHRAE 표준 34-2007에서 요구되고 Addendum p 내지 ASHRAE 표준 34-2007에서 기재된 바와 같은 ASTM E681- 2001 시험 절차에 따라 측정한다. 시험 조건은 60℃ 내지 100℃였고, 23℃에서 제조되는 바와 같이 50% 상대 습도였다.
Cis-HFO-1336mzz은 60℃ 내지 100℃에서 불연성인 것으로 밝혀졌다. 이는 공조 및 냉동 산업에 또다른 중요성을 제시한다. 불연성 냉매는 많은 적용에 의해 요구된다. 따라서, cis-HFO-1336mzz의 불연성 등급은 cis-HFO-1336mzz의 광범위한 용도를 허용할 것이다.

Claims (15)

  1. cis-HFO-1336mzz로 이루어진 냉매를 함유하는, HCFC-123과 함께 사용하기에 적합한 원심식 칠러 장치(centrifugal chiller apparatus).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 칠러가 만액식 증발기 칠러(flooded evaporator chiller)인, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 칠러가 직팽식 칠러(direct expansion chiller)인, 장치.
  4. 제 1 항의 원심식 칠러 장치 내에서 냉각을 생성하는 방법으로서,
    냉각 매질을 증발기에 통과시키는 단계;
    증발기 내에서 cis-HFO-1336mzz로 이루어진 냉매를 증발시켜 증기를 형성하여 냉각 매질을 냉각시키는 단계; 및
    증발기에서 나오는 냉각 매질을 냉각될 본체에 통과시키는 단계를 포함하며,
    여기서, 원심식 칠러 장치는 증발기를 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 칠러가 1000 RT(refrigeration ton)의 냉각 용량을 갖는 원심식 칠러인, 방법.
  6. 냉각될 본체의 주변에서 cis-HFO-1336mzz로 이루어진 냉매를 증발시키는 단계;
    원심식 압축기 내에서 상기 cis-HFO-1336mzz를 압축시키는 단계; 및
    그런 다음, 상기 cis-HFO-1336mzz를 응축시키는 단계를 포함하는, HCFC-123과 함께 사용하기에 적합한 원심식 칠러 장치에서 냉각을 생성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 액체 cis-HFO-1336mzz가 증발되어 냉각될 본체의 주변에서 cis-HFO-1336mzz 증기를 생성하고; 증발에 의해 생성되는 cis-HFO-1336mzz 증기는 압축되어 원심식 압축기(centrifugal compressor)를 사용해 고압 증기를 생성하고; 상기 고압 cis-HFO-1336mzz 증기는 응축되어 cis-HFO-1336mzz 액체를 생성하는, 방법.
  8. CFC-11 및 HCFC-123으로 이루어진 군으로부터 선택되는 냉매를 원심식 칠러 내에서 대체하는 방법으로서, 여기서 상기 원심식 칠러는 원심식 압축기를 포함하고, cis-HFO-1336mzz로 이루어진 냉매를 상기 CFC-11 및 HCFC-123 대신에 상기 원심식 칠러에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉매가 HCFC-123인, 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 칠러가 만액식 증발기 칠러인, 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 칠러가 직팽식 칠러인, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 원심식 칠러 장치가 원심식 압축기를 포함하는, 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020127000052A 2009-06-03 2010-06-03 Ｃｉｓ-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 칠러 장치, 및 그 안에서 냉각을 생성하는 방법 KR101685729B1 (ko)

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