KR102452931B1 - 테트라플루오로프로펜, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 및 테트라플루오로에탄을 포함하는 냉매 혼합물, 및 이의 용도 - Google Patents

테트라플루오로프로펜, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 및 테트라플루오로에탄을 포함하는 냉매 혼합물, 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

불연성 냉매 혼합물이 개시된다. 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125 (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 포함할 수 있다. 이러한 냉매 혼합물은, 비-냉매 성분 (예를 들어, 윤활제)을 또한 함유하는 조성물에서, 냉각 생성 방법에서, 냉매 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F 및/또는 R-22를 대체하는 방법에서, 그리고 냉각 장치에서 성분으로서 유용하다.

Description

테트라플루오로프로펜, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 및 테트라플루오로에탄을 포함하는 냉매 혼합물, 및 이의 용도{REFRIGERANT MIXTURES COMPRISING TETRAFLUOROPROPENE, DIFLUOROMETHANE, PENTAFLUOROETHANE, AND TETRAFLUOROETHANE, AND USES THEREOF}
본 발명은 냉각(refrigeration) 시스템에 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 특히, 이러한 조성물은 냉각 생성 방법, 냉매 대체 방법, 및 냉각 장치에서 유용하다.
냉각 산업계는 오존을 파괴하는 클로로플루오로카본 (CFC) 및 하이드로클로로플루오로카본 (HCFC)을 포함하는 기존 냉매에 대한 대체 냉매를 찾기 위하여 지난 수십년 동안 연구해 왔다. 이들 기존 냉매는 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)의 결과로 단계적으로 퇴출되고 있다. 대부분의 냉매 생산자들의 해결책은 하이드로플루오로카본 (HFC) 냉매의 상업화였다. 일부 새로운 HFC 냉매는 오존 파괴 지수(ozone depletion potential)가 0이며 따라서 현재는 몬트리올 의정서에 의한 단계적 퇴출 대상이 아니다.
그러나, 추가의 환경 규제는 지구 온난화 지수 (GWP)로 인해 이들 HFC 냉매 중 일부의 세계적인 단계적 퇴출을 결국 야기할 수 있다. 현재, 산업계는 이동식 공조 시스템(mobile air-conditioning system)에 사용되는 냉매의 GWP와 관련된 규제에 직면하고 있다. 앞으로 규제가 더욱 광범위하게, 예를 들어 고정식 공조 및 냉각 시스템에까지 적용되면, 냉각 및 공조 산업의 모든 분야에 사용할 수 있는 냉매에 대하여 더욱 더 큰 필요성이 대두될 것이다. GWP에 대한 궁극적인 규제 요건에 관한 불확실성으로 인해 산업계에서는 다수의 후보 화합물 및 혼합물을 고려하게 되었다.
HFC 냉매에 대해 이전에 제안된 대체 냉매 및 냉매 블렌드에는 HFC-152a, 순수 탄화수소, 예를 들어, 부탄 또는 프로판, 또는 "천연" 냉매, 예를 들어, CO2가 포함된다. 각각의 이러한 제안된 대체물은 독성, 가연성 및 낮은 에너지 효율을 포함하는 수많은 문제와 연관되며, 주요 장비 설계 변경을 추가로 필요로 할 수 있다. 특히, 냉매 R-22, R-134a, R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및 R-410A에 대해 새로운 대체물이 또한 제안되고 있다. 미래의 GWP 규제 요건과 관련된 불확실성으로 인해 산업계는 기존 시스템 성능 파라미터와 대등할 필요성뿐만 아니라 낮은 GWP 및 불연성에 대한 필요성의 균형을 이루는 화합물 및 혼합물을 찾게 하였다.
테트라플루오로프로펜, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄 및 테트라플루오로에탄을 포함하는 소정 조성물은, 높은 GWP를 갖는 냉매에 대한 대체물로서 이들 화합물이 사용되게 하기에 적합한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 특히, 이들 화합물을 포함하는 조성물은 기존 냉각 시스템 및 장치에서 냉매 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 R-22를 대체하는 데 사용될 수 있다. 이들 화합물을 포함하는 조성물은 또한 새로운 냉각 시스템 및 장치에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 불연성 냉매 혼합물이 제공된다. 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze를 포함할 수 있다.
추가의 실시 형태에서, 조성물은 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 이러한 조성물은, 예를 들어, 불연성 냉매 혼합물에서 사용될 수 있다.
이들 냉매 혼합물은 비-냉매 성분 (예를 들어, 윤활제)을 함유하는 조성물에 또한 포함될 수 있다. 이들 조성물은, 냉각 효과를 생성하는 방법에서, 냉매 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 R-22를 대체하는 방법에서, 및 냉각 장치 및/또는 시스템에서 사용될 수 있다.
이하에서 설명되는 실시 형태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 한다.
정의
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 열전달 유체라는 용어는 열을 열원(heat source)으로부터 열 싱크(heat sink)로 운반하는 데 사용되는 조성물을 포함한다.
열원은 그로부터 열을 부가하거나, 전달하거나, 이동시키거나, 제거하는 것이 바람직한 임의의 공간, 위치, 물건(object) 또는 물체(body)를 포함한다. 열원의 예에는 냉동 또는 냉각을 필요로 하는 (개방 또는 밀폐) 공간, 예를 들어, 슈퍼마켓의 냉장고(refrigerator) 또는 냉동고(freezer) 케이스, 운송용 냉각 컨테이너, 공조를 필요로 하는 건물 공간, 산업용수 냉각기(chiller), 및 공조를 필요로 하는 자동차의 객실이 포함된다. 일부 예에서, 열전달 유체는 전달 과정 동안 일정한 상태로 유지될 수 있다 (예를 들어, 증발하거나 응축하지 않음). 다른 예에서, 증발 냉각 공정이 또한 열전달 유체를 이용할 수 있다.
열 싱크는 열을 흡수할 수 있는 임의의 공간, 위치, 물건 또는 물체를 포함한다. 증기 압축 냉각 시스템이 그러한 열 싱크의 일례이다.
냉매는 열을 전달하는 데 사용되는 사이클 동안 액체로부터 기체로 그리고 다시 반대로의 상변화를 겪는 열전달 유체를 포함한다.
열전달 시스템은 특정 공간에서 가열 또는 냉각 효과를 생성하는 데 사용되는 시스템 또는 장치를 포함한다. 열전달 시스템은 이동식 시스템 및/또는 고정식 시스템일 수 있다.
열전달 시스템의 예에는 임의의 유형의 냉각 시스템 및/또는 공조 시스템이 포함된다. 예를 들어, 열전달 시스템에는 공조기(air conditioner), 냉동고, 냉장고, 열 펌프, 수 냉각기(water chiller), 만액식 증발 냉각기(flooded evaporator chiller), 직접 팽창식 냉각기(direct expansion chiller), 워크인 쿨러(walk-in cooler), 이동식 냉장고, 이동식 공조 유닛, 제습기 및 이들의 조합이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이동식 열전달 시스템은 도로, 철도, 해상 및/또는 항공용 운송 유닛에 포함된 임의의 냉각, 공조 및/또는 가열 장치를 포함한다. 또한, 이동식 냉각 및/또는 공조기 유닛은, 임의의 이동 캐리어(moving carrier)와 독립적이며 "복합 운송"(intermodal) 시스템으로 알려진 장치를 포함한다. 그러한 복합 운송 시스템은 "컨테이너"(해상/육지 운송 겸용) 및 "스왑 바디"(swap body; 도로/철도 운송 겸용) 운송용 화물 컨테이너를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 고정식 열전달 시스템은 작동 중에 정위치에 고정되는 시스템을 포함한다. 고정식 열전달 시스템은 임의의 다양한 건물 내에 위치되거나, 그에 부착되거나, 또는 달리 그와 연관될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 고정식 열전달 시스템은 청량음료 자판기와 같이 옥외에 위치하는 독립형(stand-alone) 장치일 수 있다. 이러한 고정식 응용은, 냉각기, 고온 열 펌프, 및 주거용, 상업용 또는 산업용 공조 시스템 (주거용 열 펌프 포함)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 고정식 공조 유닛 및 열 펌프를 포함할 수 있다. 고정식 시스템은 창문형, 무덕트형(ductless), 덕트형(ducted), 및 패키지형(packaged) 말단 시스템(terminal system)뿐만 아니라, 외장형이지만 건물에 연결되는 시스템, 예를 들어, 옥상 시스템(rooftop system)을 추가로 포함한다. 고정식 냉각 응용에서, 개시된 조성물은 상업용, 산업용 또는 주거용 냉장고 및 냉동고, 제빙기, 자립형(self-contained) 쿨러 및 냉동고, 만액식 증발 냉각기, 직접 팽창식 냉각기, 워크인 및 리치인(reach-in) 쿨러 및 냉동고, 및 조합 시스템을 포함하는, 다양한 항목의 장비에 유용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 개시된 조성물은 슈퍼마켓 냉각 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 고정식 응용은 2차 루프 시스템을 이용할 수 있는데, 2차 루프 시스템에서는, 1차 냉매에 의해 2차 유체가 냉각되고, 이어서 2차 유체가 멀리 떨어진 위치로 펌핑되어 그러한 멀리 떨어진 위치에서 냉각 효과를 제공한다.
냉각 용량 (때때로, "쿨링 용량" 또는 "용량"으로도 지칭됨)은 순환되는 냉매 (또는 냉매 혼합물)의 단위 질량당 증발기 내의 냉매 (또는 냉매 혼합물)의 엔탈피의 변화를 지칭할 수 있는 용어이다. 이 용어는, 증발기에서 나오는 냉매 (또는 냉매 혼합물) 증기의 단위 부피당 증발기 내에서 냉매 (또는 냉매 혼합물)에 의해 제거되는 열 (부피 용량)을 또한 지칭할 수 있다. 냉각 용량은 냉매 (또는 냉매 혼합물) 또는 열전달 조성물이 냉각을 생성하는 능력의 척도이다. 그러므로, 더 높은 용량은 더 높은 냉각력에 상응한다. 냉각 속도는 단위 시간당 증발기 내에서 냉매 (또는 냉매 혼합물)에 의해 제거되는 열을 지칭한다.
성능 계수(coefficient of performance; COP)는 증발기에서 제거된 열의 양을, 사이클을 작동시키는데 필요한 에너지 투입량으로 나눈 것에 상응할 수 있다. 더 높은 COP는 더 높은 에너지 효율에 상응한다. COP는 내부 및 외부 온도의 특정 설정에서의 냉각 또는 공조 장비에 대한 효율 등급인 에너지 효율비(energy efficiency ratio; EER)와 직접 관련된다.
용어 "과냉"(subcooling)은, 액체의 온도가, 주어진 압력에 대한 그 액체의 포화점 미만으로 감소함을 지칭할 수 있다. 포화점은 증기가 액체로 완전히 응축되는 온도 및 상응하는 압력이다. 과냉은 주어진 압력에서의 포화 온도보다 낮은 온도로 액체를 냉각하는 것을 지칭한다. 냉매 (또는 냉매 혼합물) 액체를 포화 온도 (또는 기포점(bubble point) 온도) 미만으로 냉각함으로써, 냉매의 순 냉각 용량이 증가될 수 있다. 과냉은 그에 의해 시스템의 냉각 용량 및 에너지 효율을 개선할 수 있다. 과냉량(subcool amount)은 조성물에 대한 포화 온도 미만으로의 냉각의 양을 지칭할 수 있으며, 도 단위로 측정된다.
과열은 증기 조성물이 그의 포화 증기 온도 (조성물이 냉각될 경우에 액체의 첫 번째 방울이 형성되는 온도; 이 온도는 "이슬점"으로도 지칭됨)를 얼마나 초과하여 가열되는지를 설명할 수 있는 용어이다.
온도 구배(temperature glide; 때때로 단순히 "구배"로 지칭됨)는, 임의의 과냉 또는 과열을 제외한, 냉매 시스템의 구성 요소 내에서 냉매 (또는 냉매 혼합물)에 의한 상변화 과정의 출발 온도와 종료 온도 사이의 차의 절대값을 포함한다. 이러한 용어는 근사 공비혼합물(near azeotrope) 또는 비-공비 조성물 (예를 들어, 냉매 혼합물)의 응축 또는 증발을 설명하는 데 사용될 수 있다. 냉동, 공조 또는 열 펌프 시스템의 온도 구배를 지칭하는 경우, 증발기에서의 온도 구배와 응축기에서의 온도 구배의 평균인 평균 온도 구배를 제공하는 것이 일반적이다.
순 냉각 효과는, 소정 단위, 예를 들어, 1 킬로그램의 냉매가 유용한 냉각을 생성하기 위해 증발기에서 흡수하는 열의 양을 지칭할 수 있다.
질량 유량은 주어진 기간에 걸쳐 냉각, 열 펌프 또는 공조 시스템을 통해 순환하는 냉매의 질량을 지칭할 수 있다. 질량 유량은 단위 시간당 질량 단위 (예를 들어, 킬로그램)로 측정될 수 있다.
공비 조성물은 단일 물질처럼 거동하는 2가지 이상의 물질의 정비점(constant-boiling) 혼합물을 지칭할 수 있다. 공비 조성물을 특성화하기 위한 한 방법은, 액체의 부분적 증발 또는 증류에 의해 생성되는 증기가 그것이 증발 또는 증류되어 나온 그 액체와 동일한 조성을 갖는다는 것이다. 예를 들어, 혼합물은 조성 변화 없이 증류/환류된다. 정비점 조성물은 공비 혼합물로서 특성화되는데, 그 이유는 정비점 조성물이 동일 화합물의 비-공비 혼합물의 비등점과 비교했을 때 최대 또는 최소 비등점을 나타내기 때문이다. 공비 조성물은 작동 동안에 냉각 또는 공조 시스템 내에서 분별되지 않을 것이다. 부가적으로, 공비 조성물은 냉각 또는 공조 시스템으로부터의 누출 시에 분별되지 않을 것이다.
공비혼합물-유사 조성물(azeotrope-like composition; 일반적으로 "근사-공비 조성물"(near-azeotropic composition)로도 지칭됨)은 본질적으로 단일 물질처럼 거동하는 2가지 이상의 물질의 사실상 정비점의 액체 혼합물이다. 공비혼합물-유사 조성물을 특징화하기 위한 한 방법은, 액체의 부분 증발 또는 증류에 의해 생성되는 증기가 그것이 증발 또는 증류되어 나온 그 액체와 실질적으로 동일한 조성을 갖는다는 것이다. 예를 들어, 혼합물은 실질적인 조성 변화 없이 증류/환류된다. 공비혼합물-유사 조성물을 특성화하는 다른 방법은 특정 온도에서 조성물의 기포점 증기압과 이슬점 증기압이 사실상 동일하다는 것이다. 본 발명에서, 증발 또는 비등 제거에 의해서와 같이 조성물의 50 중량%를 제거한 후에, 원래 조성물과, 원래 조성물의 50 중량%를 제거한 후 남아있는 조성물 사이의 증기압 차이가 약 10 퍼센트 미만일 경우에, 조성물은 공비혼합물-유사 조성물이다.
비-공비 (조트로픽(zeotropic)으로도 지칭됨) 조성물은 단일 물질이라기보다는 오히려 단순 혼합물처럼 거동하는 2가지 이상의 물질의 혼합물을 포함한다. 비-공비 조성물을 특성화하기 위한 한 방법은, 액체의 부분적 증발 또는 증류에 의해 생성되는 증기의 조성이 그것이 증발 또는 증류되어 나온 그 액체의 조성과 실질적으로 상이하다는 것이다. 예를 들어, 혼합물은 상당한 조성 변화와 함께 증류/환류된다. 비-공비 조성물을 특성화하는 다른 방법은 특정 온도에서 조성물의 기포점 증기압과 이슬점 증기압이 실질적으로 상이하다는 것이다. 본 발명에서, 증발 또는 비등 제거에 의해서와 같이 조성물의 50 중량%를 제거한 후에, 원래 조성물과, 원래 조성물의 50 중량%를 제거한 후 남아있는 조성물 사이의 증기압 차이가 약 10 퍼센트 초과일 경우에, 조성물은 비-공비 조성물이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "윤활제"는, 부품의 고착 방지를 보조하기 위하여 압축기에 윤활을 제공하는, 조성물 또는 압축기에 첨가되는 (그리고 임의의 열전달 시스템 내에서 사용되는 임의의 열전달 조성물과 접촉되는) 임의의 재료를 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 상용화제(compatibilizer)는 열전달 시스템 윤활제에서의 개시된 조성물의 하이드로플루오로카본의 용해도를 개선하는 화합물을 포함한다. 일부 예에서, 상용화제는 압축기로의 오일 회수를 개선한다. 추가적으로, 일례로, 조성물은 오일-농후상(oil-rich phase) 점도를 저감하기 위하여 시스템 윤활제와 함께 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 오일 회수는 열전달 조성물이 열전달 시스템을 통해 윤활제를 운반하고 압축기로 회수하는 능력을 지칭할 수 있다. 즉, 사용 중에, 압축기 윤활제의 일부가 열전달 조성물에 의해 압축기로부터 시스템의 다른 부분으로 운반되어 가는 것은 드문 일이 아니다. 그러한 시스템에서, 윤활제가 압축기로 효율적으로 회수되지 않으면, 압축기가 윤활의 결여로 인해 결국 고장날 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 자외선 ("UV") 염료는 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 "근"자외선 영역의 광을 흡수하는 UV 형광 또는 인광 조성물을 포함한다. 약 10 나노미터 내지 약 775 나노미터 범위의 파장을 갖는 적어도 일부 방사선을 방출하는 UV 광에 의한 조명 하에서 UV 형광 염료에 의해 생성되는 형광이 검출될 수 있다.
가연성은 조성물이 화염을 발화시키고/시키거나 전파시키는 능력을 지칭할 수 있는 용어이다. 냉매 및 기타 열전달 조성물의 경우, 가연성 하한(lower flammability limit; "LFL")은 미국 재료 시험 협회 (American Society of Testing and Materials; "ASTM") E681-04에 명시된 시험 조건 하에서 조성물과 공기의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는, 공기 중 열전달 조성물의 최소 농도이다. 가연성 상한(upper flammability limit; "UFL")은 동일한 시험 조건 하에서 조성물과 공기의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는, 공기 중 열전달 조성물의 최대 농도이다. 미국 냉난방 공조 기술자 협회 (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers; "ASHRAE")에 의해 불연성으로 분류되기 위해서, 냉매는, 체계화된 ASTM E681-04의 조건 하에 액체상 및 증기상에서 불연성이어야 할 뿐만 아니라 누출 시나리오(leakage scenario) 동안 생성되는 액체상 및 증기상 둘 모두에서도 불연성이어야만 한다.
지구 온난화 지수 ("GWP")는 특정 온실 가스의 상대적 지구 온난화 기여도를 평가하기 위한 지수를 지칭할 수 있다. GWP는, 1 킬로그램의 특정 온실 가스의 대기 방출로 인한 지구 온난화 기여도를 1 킬로그램의 이산화탄소의 대기 방출로 인한 지구 온난화 기여도와 비교하여 측정할 수 있다. GWP는 상이한 시평(time horizon)에 대하여 계산될 수 있는데, 그에 의해, 주어진 가스에 대한 대기중 수명(atmospheric lifetime)에 걸친 효과를 나타낸다. 100년 시평에 대한 GWP가 통상 기준이 되는 값이다. 혼합물의 경우, 각 성분에 대한 개별 GWP를 기준으로 하여 가중 평균이 계산될 수 있다.
오존 파괴 지수("ODP")는 물질에 의해 야기되는 오존 파괴량을 지칭할 수 있는 수치이다. ODP는 오존에 대한 화학물질의 영향을 오존에 대한 유사한 질량의 CFC-11 (플루오로트라이클로로메탄)의 영향과 비교한 비를 포함한다. 즉, CFC-11의 ODP가 1.0인 것으로 정의된다. 다른 CFC 및 HCFC는 ODP가 0.01 내지 1.0의 범위이다. HFC는, 오존 파괴 물질인 염소를 함유하지 않기 때문에 ODP가 0이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "함유하다", "함유하는", "포함하다", "포함하는", "갖다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 망라하고자 하는 것이다. 예를 들어, 일련의 요소들을 포함하는 조성물, 공정, 방법, 물품, 및/또는 장치는 반드시 이들 요소만으로 제한되는 것은 아니며, 명확히 열거되어 있지 않거나 그러한 조성물, 공정, 방법, 물품, 및/또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 명백히 반대로 기술되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 '또는'을 말하며 배타적인 '또는'을 말하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 어느 하나에 의해 충족된다: A는 참 (또는 존재함)이고 B는 거짓 (또는 존재하지 않음), A는 거짓 (또는 존재하지 않음)이고 B는 참 (또는 존재함), A 및 B가 모두가 참 (또는 존재함).
연결구 "~로 이루어지는"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 청구항에 사용되는 경우, 이러한 어구는 통상 그와 관련된 불순물을 제외하고는 인용된 것 이외의 재료를 포함하지 않는 것으로 청구항을 한정할 것이다. 어구 "~로 이루어진다"가 청구항 전제부(preamble)의 직후가 아닌 청구항 특징부(body)의 절에 나타날 경우, 이것은 그 절에 개시된 요소만을 제한하며; 다른 요소들이 청구항 전체에서 배제되는 것은 아니다.
연결구 "~로 본질적으로 이루어지는"은 문자 그대로 개시된 것 이외에도, 재료, 단계, 특징부(feature), 성분, 및/또는 요소를 포함하는 조성물, 방법, 물품 및/또는 장치를 정의하는 데 사용되며, 단, 이들 부가적인 재료, 단계, 특징부, 성분, 및/또는 요소는 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 용어 "~로 본질적으로 이루어지는"은 "포함하는"과 "~로 이루어지는" 사이의 중간 입장을 차지한다. 전형적으로, 냉매 혼합물의 성분들, 및 냉매 혼합물 그 자체는, 냉매 혼합물의 신규하고 기본적인 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는, (예를 들어, 냉매 성분의 제조, 또는 다른 시스템으로부터의 냉매 성분의 재사용(reclamation)에 의한) 미량 (예를 들어, 총 약 0.5 중량% 미만)의 불순물 및/또는 부산물을 함유할 수 있다. 예를 들어, HFC-134a는 미량의 HFC-134를, HFC-134a의 제조로부터의 부산물로서 함유할 수 있다. 추가적으로, HFO-1234ze는 HFO-1234yf를 제조하기 위한 소정 공정의 부산물일 수 있다 (예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2009/0278075호 참조). 그러나, 본 발명의 소정 실시 형태는 개별 성분으로서 HFO-1234ze를 언급할 수 있으며, 이 경우에 조성물은, HFO-1234ze의 존재가 냉매 혼합물의 신규하고 기본적인 특징에 실질적으로 영향을 주든 그렇지 않든, HFO-1234ze를 (단독으로, 또는 냉매 혼합물의 신규하고 기본적인 특징에 자체적으로는 실질적으로 영향을 주지 않는 다른 불순물 및/또는 부산물과 함께) 포함함에 유의한다.
본 출원인이 발명 또는 그의 일부를 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 규정한 경우, 달리 언급되지 않는 한, 그 기재는 그러한 발명을 용어 "~로 본질적으로 이루어지는" 또는 "~로 이루어지는"을 사용하여 또한 기술하는 것으로 해석되어야 함이 쉽게 이해될 것이다.
또한, 부정관사("a" 또는 "an")를 사용하여 본 명세서에서 설명되는 요소 및/또는 구성 요소를 설명한다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 범주의 일반적인 의미를 제공하기 위해 행해진다. 이러한 기재는 하나, 또는 적어도 하나의 요소 및/또는 성분을 포함하는 것으로 파악되어야 한다. 게다가, 단수형 관사는, 그것이 달리 의도된 것이 명백하지 않다면, 상응하는 복수형을 또한 포함한다.
달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료를 개시된 조성물의 실시 형태의 실시 및/또는 시험에 사용할 수 있지만, 적합한 방법 및 재료는 하기에 기재된다. 본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 다른 참조 문헌은 특정 구절이 인용되지 않으면 전체적으로 참고로 본 명세서에 포함된다. 상충되는 경우, 정의를 비롯한 본 명세서가 우선할 것이다. 또한, 재료, 방법, 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜은 또한 HFO-1234yf, HFC-1234yf, 또는 R-1234yf로서 지칭될 수 있다. HFO-1234yf는 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판 (HFC-245eb) 또는 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판 (HFC-245cb)의 탈하이드로플루오르화(dehydrofluorination)에 의해 제조될 수 있다.
다이플루오로메탄 (HFC-32 또는 R-32)은 구매가능하며, 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 메틸렌 클로라이드의 탈클로로플루오르화(dechlorofluorination)에 의해 제조될 수 있다.
펜타플루오로에탄 (HFC-125 또는 R-125)은 구매가능하며, 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,399,549호에 기재된 바와 같이, 2,2-다이클로로-1,1,1-트라이플루오로에탄의 탈클로로플루오르화에 의해 제조될 수 있다.
1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a 또는 R-134a)은 구매가능하며, 본 기술 분야에 공지된 방법에 의해, 예를 들어, 1,1-다이클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄 (예를 들어, CCl2FCF3 또는 CFC-114a)을 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 수소화하여 제조될 수 있다.
1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234ze)은 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판 (HFC-245eb 또는 CF3CHFCH2F) 또는 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판 (HFC-245fa 또는 CF3CH2CHF2)의 탈하이드로플루오르화에 의해 제조될 수 있다. 탈하이드로플루오르화 반응은 촉매의 존재 또는 부재 하에서 증기상 중에서 일어날 수 있고, 또한, 가성(caustic) 조성물, 예를 들어, NaOH 또는 KOH를 사용하는 반응에 의해서 액체상 중에서 일어날 수 있다. 이들 반응은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2006/0106263호에 더욱 상세히 기재되어 있다. HFO-1234ze는 2가지 배위 이성체, 시스- 또는 트랜스- (각각 E- 및 Z- 이성체로도 지칭됨) 중 하나로서 존재할 수 있다. 트랜스-HFO-1234ze는 소정 플루오로카본 제조사 (예를 들어, 미국 뉴저지주 모리스타운 소재의 허니웰 인터내셔널 인크.(Honeywell International Inc.))로부터 구매가능하다.
조성물
다이플루오로메탄 (HFC-32), 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함하는 조성물이 본 명세서에 기재된다. HFO-1234yf, 및 HFO-1234yf를 함유하는 혼합물이, 상대적으로 높은 GWP를 갖는 소정 냉매 및 냉매 혼합물에 대한 저 GWP 대체물로서 고려되고 있다. 특히, R-404A (44 중량%의 HFC-125, 52 중량%의 HFC-143a (1,1,1-트라이플루오로에탄), 및 4 중량%의 HFC-134a를 함유하는 혼합물에 대한 ASHRAE 표기명)는, IPCC 제4차 평가 보고서 (IPCC Fourth Assessment Report; "AR4")에 따라, GWP가 3922이며, 대체를 필요로 할 것이다.
추가로, R-404A와 사실상 동일한 특성을 가지며 따라서 다수의 R-404A 시스템에 사용될 수 있는 R-507 (50 중량%의 HFC-125 및 50 중량%의 HFC-143a를 함유하는 혼합물에 대한 ASHRAE 표기명)은 GWP가 3985이다. 따라서, R-507은 R-404A에 대한 더 낮은 GWP 대체물을 제공하지 않으며 이 역시 대체를 필요로 할 것이다.
추가로, 냉매 R-22 (HCFC-22로도 지칭됨)는 클로로다이플루오로메탄 (CHClF2)을 포함하며 GWP가 1810이다. R-22의 GWP는 R-404A 및 R-507의 GWP보다는 낮지만, 원하는 것보다는 여전히 높다. R-22의 ODP는 또한 원하는 것보다 높다. 따라서, R-22에 대한 대체 냉매가 필요하다.
다른 공지의 냉매에는, GWP가 각각 2017, 1774, 및 1825인, R-407A, R-407C, 및 R-407F가 포함된다. 이들 냉매는 또한 비교적 높은 GWP를 가지며 따라서 대체를 필요로 한다.
본 명세서에 개시된 조성물은 기존 냉각 시스템 및 장치에서 냉매 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 R-22를 대체하는 데 사용될 수 있으며, 새로운 냉각 시스템 및 장치에서 또한 사용될 수 있다.
(a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze로 본질적으로 이루어지는 불연성 냉매 혼합물이 개시된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않으면, 용어 "중량 퍼센트," "중량%," 및 "wt%"는, 조성물 및/또는 혼합물의 총 중량에 대한 그 조성물 및/또는 혼합물 내의 한 성분의 중량의, 백분율로서 표현되는, 비를 지칭한다. 예를 들어, "20 중량%의 성분 A를 포함하는 조성물"은 성분 A의 중량이 조성물의 총 중량의 20%를 차지함을 나타낸다.
(a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 트랜스-HFO-1234ze로 본질적으로 이루어지는 불연성 냉매 혼합물이 또한 개시된다.
다른 실시 형태에서, 상기 불연성 냉매 혼합물은 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze를 함유한다. 또 다른 실시 형태에서, 상기 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 함유한다.
다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 (a) 23 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 22 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 27 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 28 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 포함할 수 있다.
불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있다. 특히, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀진 일련의 냉매 혼합물은 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량% HFC-125, 및 25.5 중량% 내지 30 중량% HFC-134a를 갖는 것들을 포함한다. 추가로, 또한 트랜스-HFO-1234ze를 함유하는 냉매 혼합물은, 혼합물이 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a 및 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%의 HFO-1234ze를 포함하는 경우, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀졌다.
불연성 냉매 혼합물은 트랜스-HFO-1234ze를 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
일부 경우에, 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있으며, 트랜스-HFO-1234ze는, 존재하는 경우, 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재한다.
추가의 실시 형태에서, 조성물은 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 그러한 조성물은 냉매 혼합물, 예를 들어 불연성 냉매 혼합물에 포함될 수 있으며, 상기에 기재된 바와 같은, 공비혼합물-유사 특성을 나타낼 수 있다.
한 가지 특정 예에서, 조성물은 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 다른 특정 예에서, 조성물은 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)으로 이루어진다.
일부 실시 형태에서, 테트라플루오로프로펜, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄에 더하여, 개시된 조성물은 선택적인 비-냉매 성분을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, (i) 불연성 냉매 성분; 및 선택적으로 (ii) 비-냉매 성분으로 이루어지는 조성물이 제공되며; 여기서, 냉매 성분은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량% 트랜스-HFO-1234ze로 본질적으로 이루어지는 불연성 냉매 혼합물이다. 일부 예에서, HFO-1234ze가 존재하는 경우, 약 90% 이상이 트랜스-HFO-1234ze이거나 95% 이상이 트랜스-HFO-1234ze이다. 추가의 예에서, HFC-134a 대 HFO-1234yf의 중량비는 1:1 초과이다. 소정 조성물에서, HFO-1234yf는 조성물의 약 25 중량%일 수 있고 HFC-134a는 조성물의 약 26 중량%일 수 있다.
본 명세서에 개시된 조성물 중의 선택적인 비-냉매 성분 (본 명세서에서 "첨가제"로도 지칭됨)은 하기 성분들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 윤활제, 염료 (UV 염료 포함), 가용화제, 상용화제, 안정제, 추적자(tracer), 퍼플루오로폴리에테르, 마모방지제, 극압제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 에너지 감소제, 금속 표면 불활성화제(deactivator), 자유 라디칼 포착제(free radical scavenger), 거품 제어제(foam control agent), 점도 지수 개선제, 유동점 강하제(pour point depressant), 세제, 점도 조정제, 및 이들의 혼합물. 실제로, 다수의 이러한 선택적인 비-냉매 성분이 하나 이상의 이러한 카테고리에 들어맞으며 하나 이상의 성능 특성을 달성하는 데 적합한 품질을 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 하나 이상의 비-냉매 성분이 전체 조성물에 대해 소량으로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 개시된 조성물 중의 첨가제(들)의 농도는 전체 조성물의 약 0.1 중량% 미만 내지 약 5 중량%의 범위이다. 본 발명의 일부 실시 형태에서, 첨가제는, 전체 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로, 개시된 조성물 중에 존재한다. 일부 경우에, 조성물에 첨가되는 첨가제의 양은 전체 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 3.5 중량%이다. 개시된 조성물을 위해 선택되는 첨가제 성분(들)은 유용성, 개별 장비 구성 요소, 및/또는 시스템 요건에 기초하여 선택된다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 조성물에 포함되는 윤활제는 광유 윤활제이다. 일부 실시 형태에서, 광유 윤활제에는, 예를 들어, 하기 중 하나 이상이 포함된다: 파라핀 (예를 들어, 탄소 직쇄 포화 탄화수소, 탄소 분지쇄 포화 탄화수소, 및 이들의 혼합물), 나프텐 (예를 들어, 포화 환형 및 고리 구조체), 방향족 (예를 들어, 교번하는 탄소-탄소 이중 결합을 특징으로 하는 하나 이상의 고리를 함유하는 불포화 탄화수소를 갖는 것들) 및 비-탄화수소 (예를 들어, 황, 질소, 산소 및 이들의 조합과 같은 원자를 함유하는 분자), 및 이들의 혼합물 및 조합뿐만 아니라, 다른 광유 윤활제.
일부 실시 형태는 하나 이상의 합성 윤활제를 함유할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 합성 윤활제에는, 예를 들어, 하기 중 하나 이상이 포함된다: 알킬 치환된 방향족 (예를 들어, 선형, 분지형, 또는 선형 및 분지형이 조합된 알킬 기로 치환된 벤젠 또는 나프탈렌, 종종 일반적으로 알킬벤젠으로 지칭됨), 합성 파라핀 및 나프텐, 폴리 (예를 들어, 알파 올레핀), 폴리글리콜 (예를 들어, 폴리알킬렌 글리콜), 2염기산 에스테르, 폴리에스테르, 폴리올 에스테르, 네오펜틸 에스테르, 폴리비닐 에테르 ("PVE"), 퍼플루오로폴리에테르 ("PFPE") 실리콘, 실리케이트 에스테르, 플루오르화 화합물, 포스페이트 에스테르, 폴리카르보네이트, 및 본 단락에서 전술된 임의의 윤활제들의 혼합물뿐만 아니라, 다른 합성 윤활제.
본 명세서에 개시된 바와 같은 윤활제는 구매가능한 윤활제일 수 있다. 예를 들어, 윤활제는 비브이에이 오일즈(BVA Oils)에 의해 BVM 100 N으로 판매되는 파라핀계 광유; 크롬프톤 컴퍼니(Crompton Co.)에 의해 상표명 서니소(Suniso)(등록상표) 1GS, 서니소(등록상표) 3GS 및 서니소(등록상표) 5GS로 판매되는 나프텐계 광유; 펜조일(Pennzoil)에 의해 상표명 선텍스(Sontex)(등록상표) 372LT로 판매되는 나프텐계 광유; 칼루메트 루브리컨츠(Calumet Lubricants)에 의해 상표명 칼루메트(Calumet)(등록상표) RO-30으로 판매되는 나프텐계 광유; 쉬리브 케미칼스(Shrieve Chemicals)에 의해 상표명 제롤(Zerol)(등록상표) 75, 제롤(등록상표) 150 및 제롤(등록상표) 500으로 판매되는 선형 알킬벤젠; 및 니폰 오일(Nippon Oil)에 의해 HAB 22로 판매되는 분지형 알킬벤젠; 카스트롤(Castrol)에 의해 상표명 카스트롤(등록상표) 100으로 판매되는 폴리올 에스테르 (POE); 다우 케미칼(Dow Chemical)로부터의 RL-488A와 같은 폴리알킬렌 글리콜 ("PAG"); 이. 아이. 듀폰 디 네모아(E. I. du Pont de Nemours)에 의해 상표명 크리톡스(Krytox)(등록상표)로 판매되는 퍼플루오로폴리에테르 ("PFPE"); 오지몬트(Ausimont)에 의해 상표명 폼블린(Fomblin)(등록상표)으로 판매되는 제품; 또는 다이킨 인더스트리즈(Daikin Industries)에 의해 상표명 뎀눔(Demnum)(등록상표)으로 판매되는 제품; 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 윤활제들의 혼합물을 의미함).
본 발명과 함께 사용되는 윤활제는 하이드로플루오로카본 냉매와 함께 사용하기 위해 설계될 수 있으며, 압축 냉각 및/또는 공조 장치의 작동 조건 하에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 조성물과 혼화성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 윤활제는 주어진 압축기의 요건 및 윤활제가 노출될 환경을 고려하여 선택된다.
윤활제를 포함하는 본 발명의 조성물에서, 윤활제는 전체 조성물의 15.0 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 윤활제는 또한 전체 조성물의 5.0 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 윤활제의 양은 전체 조성물의 약 0.1 내지 3.5 중량%일 수 있다. 윤활제는 또한 전체 조성물의 약 0.1 내지 5 중량%일 수 있다.
본 명세서에 개시된 조성물에 대한 상기 중량비에도 불구하고, 일부 열전달 시스템에서는, 조성물이 사용되는 동안, 그러한 열전달 시스템의 하나 이상의 장비 구성 요소로부터 추가의 윤활제가 얻어질 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 일부 냉각, 공조 및 열 펌프 시스템에서는, 압축기 및/또는 압축기 윤활제 섬프(sump)에 윤활제가 충전될 수 있다. 그러한 윤활제는, 임의의 윤활제 첨가제에 부가하여, 그러한 시스템의 냉매에 존재할 것이다. 사용 중, 압축기 내에 있을 때 냉매 조성물이 소정량의 장비 윤활제를 흡수할 수 있고, 그에 의해 냉매-윤활제 조성이 시작 비율로부터 변화될 수 있다.
그러한 열전달 시스템에서, 대부분의 윤활제가 시스템의 압축기 부분 내에 머무를 때조차도, 전체 시스템 내의 전체 조성물의 최대 약 75 중량%, 최소 약 1.0 중량%는 윤활제일 수 있다. 예를 들어, 슈퍼마켓의 냉각된 진열대 케이스(display case)와 같은 일부 시스템에서, 이 시스템은 (시스템을 충전하기 전에 냉매 조성물에 존재하는 임의의 윤활제에 부가하여) 약 3 중량%의 윤활제 및 약 97 중량%의 냉매를 수용할 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용되는 비-냉매 성분은 적어도 하나의 염료를 포함할 수 있다. 염료는 적어도 하나의 UV 염료일 수 있다. UV 염료는 형광 염료일 수 있다. 형광 염료는 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 나프탈이미드, 페릴렌, 쿠마린, 안트라센, 페난트라센, 잔텐, 티오잔텐, 나프토잔텐, 플루오레세인, 및 상기 염료의 유도체, 및 이들의 조합 (본 단락에 개시된 임의의 전술한 염료들 또는 그 유도체들의 혼합물을 의미함). 염료는 다른 UV 염료를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 개시된 조성물은 약 0.001 중량% 내지 약 1.0 중량%의 UV 염료를 함유한다. 다른 실시 형태에서, UV 염료는 전체 조성물의 약 0.005 중량% 내지 약 0.5 중량%의 범위의 양으로 존재할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, UV 염료는 전체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 0.25 중량%의 범위의 양으로 존재할 수 있다.
UV 염료는 장치 (예를 들어, 냉각 유닛, 공조기 및/또는 열 펌프)의 누출 지점에서 및/또는 누출 지점의 근처에서 염료의 형광을 관찰할 수 있게 함으로써 조성물의 누출을 검출하는 데 유용한 성분이다. 염료로부터의 UV 방출, 예를 들어, 형광은 자외광 하에서 관찰될 수 있다. 그러므로, 그러한 UV 염료를 함유하는 조성물이 장치의 소정 지점으로부터 누출되고 있다면, 누출 지점에서 및/또는 누출 지점의 근처에서 형광이 검출될 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용될 수 있는 다른 비-냉매 성분은, 개시된 조성물에서의 하나 이상의 염료의 용해도를 개선하도록 선택되는 적어도 하나의 가용화제를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 염료 대 가용화제의 중량비는 약 99:1 내지 약 1:1의 범위이다. 가용화제는 하기 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 탄화수소, 탄화수소 에테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜 에테르 (예를 들어, 다이프로필렌 글리콜 다이메틸 에테르), 아미드, 니트릴, 케톤, 클로로카본 (예를 들어, 메틸렌 클로라이드, 트라이클로로에틸렌, 클로로포름, 또는 이들의 혼합물), 에스테르, 락톤, 방향족 에테르, 플루오로에테르 및 1,1,1-트라이플루오로알칸, 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 가용화제들의 혼합물을 의미함). 다른 가용화제가 또한 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 비-냉매 성분은, 하나 이상의 윤활제와 개시된 조성물과의 상용성을 개선하도록 적어도 하나의 상용화제를 포함한다. 상용화제에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 탄화수소, 탄화수소 에테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜 에테르 (예를 들어, 다이프로필렌 글리콜 다이메틸 에테르), 아미드, 니트릴, 케톤, 클로로카본 (예를 들어, 메틸렌 클로라이드, 트라이클로로에틸렌, 클로로포름, 또는 이들의 혼합물), 에스테르, 락톤, 방향족 에테르, 플루오로에테르, 1,1,1-트라이플루오로알칸, 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 상용화제들의 혼합물을 의미함). 다른 상용화제가 또한 포함될 수 있다.
가용화제 및/또는 상용화제는, 오직 탄소, 수소 및 산소만을 함유하는 에테르, 예를 들어, 다이메틸 에테르 (DME), 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 탄화수소 에테르들의 혼합물을 의미함)을 포함하는, 탄화수소 에테르를 추가로 포함할 수 있다. 다른 탄화수소 에테르가 포함될 수 있다.
상용화제는 6 내지 15개의 탄소 원자를 함유하는 선형, 환형, 지방족, 및/또는 방향족 탄화수소 상용화제일 수 있다. 상용화제는 하기 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 탄화수소일 수 있다: 특히, 헥산, 옥탄, 노난, 및 데칸. 구매가능한 탄화수소 상용화제에는 엑손모빌(등록상표) 케미칼 (ExxonMobil® Chemical; 미국 소재)로부터 상표명 아이소파(Isopar)(등록상표) H로 판매되는 것, 운데칸 (C11)과 도데칸 (C12)의 혼합물 (고순도 C11 내지 C12 아이소-파라핀), 아로마틱(Aromatic) 150 (C9 내지 C11 방향족), 아로마틱 200 (C9 내지 C15 방향족) 및 나프타(Naphtha) 140 (C5 내지 C11 파라핀, 나프텐, 및 방향족 탄화수소의 혼합물), 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 탄화수소들의 혼합물을 의미함)이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 다른 탄화수소가 또한 포함될 수 있다.
상용화제는, 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 중합체 상용화제일 수 있다. 중합체 상용화제는 플루오르화 및 비플루오르화 아크릴레이트의 랜덤 공중합체일 수 있으며, 여기서, 중합체는 화학식 CH2=C(R1)CO2R2, 화학식 CH2=C(R3)C6H4R4, 및 화학식 CH2=C(R5)C6H4XR6 (상기 식에서, X는 산소 또는 황이고; R1, R3, 및 R5는 독립적으로 H 및 C1-C4 알킬 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택되고; R2, R4, 및 R6은 독립적으로, C 및 F를 함유하는 탄소 사슬계 라디칼을 포함하는 군으로부터 선택되고, H, Cl, 에테르 산소, 및/또는 티오에테르, 설폭사이드, 또는 설폰 기의 형태의 황을 추가로 함유할 수 있음)으로 나타내어지는 적어도 하나의 단량체의 반복 단위, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 그러한 중합체 상용화제의 예에는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 조닐(Zonyl)(등록상표) PHS로 구매가능한 것이 포함된다. 조닐(등록상표) PHS는 40 중량%의 CH2=C(CH3)CO2CH2CH2(CF2CF2)mF (조닐(등록상표) 플루오로메타크릴레이트 또는 ZFM으로도 지칭됨)(여기서, m은 1 내지 12, 예를 들어 2 내지 8일 수 있음)와, 60 중량%의 라우릴 메타크릴레이트 (CH2=C(CH3)CO2(CH2)11CH3, LMA로도 지칭됨)를 중합함으로써 제조되는 랜덤 공중합체이다.
일부 실시 형태에서, 상용화제 성분은 열교환기에서 발견되는 금속 구리, 알루미늄, 강, 및/또는 기타 금속 및 이들의 금속 합금의 표면 에너지를 감소시키는 첨가제를 (상용화제의 총량을 기준으로) 약 0.01 내지 30 중량%로 함유한다. 표면 에너지의 이러한 감소는 금속에 대한 윤활제의 부착을 감소시킬 수 있다. 금속 표면 에너지 감소 첨가제의 예에는, 듀폰으로부터 상표명 조닐(등록상표) FSA, 조닐(등록상표) FSP, 및 조닐(등록상표) FSJ로 구매가능한 것들이 포함된다.
본 발명의 조성물과 함께 사용될 수 있는 다른 비-냉매 성분은 금속 표면 불활성화제이다. 금속 표면 불활성화제에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 아레옥살릴 비스(벤질리덴) 하이드라지드 (CAS 등록 번호: 6629-10-3), N,N'-비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일)하이드라진 (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'-(다이살리시클리덴)-1,2-다이아미노프로판 (CAS 등록 번호: 94-91-7), 및 에틸렌다이아민테트라-아세트산 (CAS 등록 번호: 60-00-4) 및 그 염, 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 금속 표면 불활성화제들의 혼합물을 의미함). 다른 금속 표면 불활성화제가 또한 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용되는 비-냉매 성분은, 추가적으로 또는 대안적으로, 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있는 안정제일 수 있다: 장애 페놀, 티오포스페이트, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 오르가노 포스페이트, 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 테르펜, 테르페노이드, 에폭사이드, 플루오르화 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 안정제들의 혼합물을 의미함). 다른 안정제가 또한 포함될 수 있다.
안정제에는 하기 중 하나 이상이 추가로 포함될 수 있다: 토코페롤; 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals; "시바")로부터 상표명 이르가루베(Irgalube)(등록상표) 63으로 구매가능한, 다이티오포스페이트; 시바로부터 상표명 이르가루베(등록상표) 353 및 이르가루베(등록상표) 350으로 구매가능한, 다이알킬티오포스페이트 에스테르; 시바로부터 상표명 이루가루베(등록상표) 232로 구매가능한, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트; 시바로부터 상표명 이루가루베(등록상표) 349로 구매가능한, 아민 포스페이트; 시바로부터 이르가포스(Irgafos)(등록상표) 168로 구매가능한, 장애 포스파이트; 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) OPH로 구매가능한, 트리스-(다이-tert-부틸페닐)포스파이트; 다이-n-옥틸 포스파이트; 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) DDPP로 구매가능한, 아이소-데실 다이페닐 포스파이트; 트라이알킬 포스페이트, 예를 들어 트라이메틸 포스페이트, 트라이에틸포스페이트, 트라이부틸 포스페이트, 트라이옥틸 포스페이트, 및 트라이(2-에틸헥실)포스페이트; 트라이페닐 포스페이트, 트라이크레실 포스페이트, 및 트라이자일레닐 포스페이트를 포함하는 트라이아릴 포스페이트; 아이소프로필페닐 포스페이트 (IPPP) 및 비스(t-부틸페닐)페닐 포스페이트 (TBPP)를 포함하는, 혼합된 알킬-아릴 포스페이트; 부틸화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어, Syn-O-Ad(등록상표) 8784를 포함하는 상표명 Syn-O-Ad(등록상표)로 구매가능한 것; tert-부틸화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어 상표명 듀라드(Durad)(등록상표) 620으로 구매가능한 것; 아이소프로필화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어 상표명 듀라드(등록상표) 220 및 듀라드(등록상표) 110으로 구매가능한 것; 아니솔; 1,4-다이메톡시벤젠; 1,4-다이에톡시벤젠; 1,3,5-트라이메톡시벤젠; 미르센; 알로오시멘, 리모넨 (예를 들어, d-리모넨); 레티날; 피넨; 멘톨; 제라니올; 파네솔; 피톨; 비타민 A; 테르피넨; 델타-3-카렌; 테르피놀렌; 펠란드렌; 펜첸; 다이펜텐; 카라테노이드, 예를 들어 라이코펜, 베타 카로틴, 및 잔토필, 예를 들어 제아잔틴; 레티노이드, 예를 들어 헤파잔틴 및 아이소트레티노인; 보르난; 1,2-프로필렌 옥사이드; 1,2-부틸렌 옥사이드; n-부틸 글리시딜 에테르; 트라이플루오로메틸옥시란; 1,1-비스(트라이플루오로메틸)옥시란; 3-에틸-3-하이드록시메틸-옥세탄, 예를 들어, OXT-101 (토아고세이 컴퍼니, 리미티드(Toagosei Co., Ltd)); 3-에틸-3-((페녹시)메틸)-옥세탄, 예를 들어, OXT-211 (토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 3-에틸-3-((2-에틸-헥실옥시)메틸)-옥세탄, 예컨대, OXT-212 (토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 아스코르브산; 메탄티올 (메틸 메르캅탄); 에탄티올 (에틸 메르캅탄); 조효소 A; 다이메르캅토석신산 (DMSA); 그레이프프루트 메르캅탄 ((R)-2-(4-메틸사이클로헥스-3-엔일)프로판-2-티올)); 시스테인 ((R)-2-아미노-3-설파닐-프로판산); 리포아미드 (1,2-다이티올란-3-펜탄아미드); 시바로부터 상표명 이르가녹스(Irganox)(등록상표) HP-136으로 구매가능한, 5,7-비스(1,1-다이메틸에틸)-3-[2,3- 또는 3,4-다이메틸페닐]-2(3H)-벤조푸라논; 벤질 페닐 설파이드; 다이페닐 설파이드; 다이아이소프로필아민; 시바로부터 상표명 이르가녹스(등록상표) PS 802로 구매가능한, 다이옥타데실 3,3'-티오다이프로피오네이트; 시바로부터 상표명 이르가녹스(등록상표) PS 800으로 구매가능한, 다이도데실 3,3'-티오프로피오네이트; 시바로부터 상표명 티누빈(Tinuvin)(등록상표) 770으로 구매가능한, 다이-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트; 시바로부터 상표명 티누빈(등록상표) 622LD로 구매가능한, 폴리-(N-하이드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-하이드록시-피페리딜 석시네이트; 메틸 비스 탤로우 아민; 비스 탤로우 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 이들의 혼합물 및 조합. 다른 안정제가 또한 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용되는 첨가제는, 추가적으로 또는 대안적으로, 이온성 액체 안정제일 수 있다. 이온성 액체 안정제에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 실온 (대략 25℃)에서 액체인 유기염; 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨 및 트라이아졸륨을 포함하는 양이온뿐만 아니라 이들의 혼합물을 함유하는 염; [BF4]-, [PF6]-, [SbF6]-, [CF3SO3]-, [HCF2CF2SO3]-, [CF3HFCCF2SO3]-, [HCClFCF2SO3]- [(CF3SO2)2N]-, [(CF3CF2SO2)2N]-, [(CF3SO2)3C]- [CF3CO2]-, 및 F-를 포함하는 음이온뿐만 아니라 이들의 혼합물을 함유하는 염. 일부 실시 형태에서, 이온성 액체 안정제에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 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), 이들 모두는 플루카(Fluka™) (시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))로부터 입수가능함.
일부 실시 형태에서, 안정제는, 하나 이상의 치환, 환형, 직쇄, 또는 분지형 지방족 치환기를 갖는 페놀을 포함하는 임의의 치환된 페놀 화합물을 포함하는 장애 페놀, 예를 들어, 2,6-다이-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,6-다이-tert-부틸-4-에틸페놀, 2,4-다이메틸-6-tert-부틸페놀, 토코페롤 등을 포함하는 알킬화 모노페놀; t-부틸하이드로퀴논, 하이드로퀴논의 다른 유도체 등을 포함하는 하이드로퀴논 및 알킬화 하이드로퀴논; 4,4'-티오-비스(2-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-티오비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀) 등을 포함하는 하이드록실화 티오다이페닐 에테르; 4,4'-메틸렌비스(2,6-다이-tert-부틸페놀), 4,4'-비스(2,6-다이-tert-부틸페놀), 2,2'- 또는 4,4-바이페놀다이올의 유도체, 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4-부틸리덴비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4-아이소프로필리덴비스(2,6-다이-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-노닐페놀), 2,2'-아이소부틸리덴비스(4,6-다이메틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-사이클로헥실페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-tert-부틸페놀)을 포함하는 2,2- 또는 4,4-바이페닐다이올을 포함하는, 알킬리덴-비스페놀; 부틸화하이드록시톨루엔 (BHT, 또는 2,6-다이-tert-부틸-4-메틸페놀); 2,6-다이-tert-알파-다이메틸아미노-p-크레졸, 4,4-티오비스(6-tert-부틸-m-크레졸) 등과 같은, 헤테로원자를 포함하는 비스페놀; 아실아미노페놀; 2,6-다이-tert-부틸-4(N,N'-다이메틸아미노메틸페놀); 비스(3-메틸-4-하이드록시-5-tert-부틸벤질)설파이드, 비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)설파이드를 포함하는 설파이드; 및 이들의 혼합물 (본 단락에 개시된 임의의 페놀들의 혼합물을 의미함)일 수 있다. 다른 페놀이 또한 포함될 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용되는 비-냉매 성분은, 추가적으로 또는 대안적으로, 추적자를 포함할 수 있다. 추적자는 동일한 화합물 부류 및/또는 상이한 화합물 부류로부터의 둘 이상의 추적자 화합물일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 추적자는, 전체 조성물의 중량을 기준으로, 약 50 ppm (part per million) 내지 약 1000 ppm의 총 농도로 조성물에 존재한다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 약 50 ppm 내지 약 500 ppm의 총 농도로 존재한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적자는 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 총 농도로 존재할 수 있다.
추적자에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 하이드로플루오로카본 (HFC), 중수소화 하이드로플루오로카본, 퍼플루오로카본, 플루오로에테르, 브롬화 화합물, 요오드화 화합물, 알코올, 알데히드 및 케톤, 아산화질소, 및 이들의 조합. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적자에는 하기 중 하나 이상이 포함될 수 있다: 플루오로에탄, 1,1,-다이플루오로에탄, 1,1,1-트라이플루오로에탄, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,6,7,7,7-테트라데카플루오로헵탄, 요오도트라이플루오로메탄, 중수소화 탄화수소, 중수소화 하이드로플루오로카본, 퍼플루오로카본, 플루오로에테르, 브롬화 화합물, 요오드화 화합물, 알코올, 알데히드, 케톤, 아산화질소 (N2O) 및 이들의 혼합물. 일부 실시 형태에서, 추적자는 둘 이상의 하이드로플루오로카본을 함유하고/하거나, 하나의 하이드로플루오로카본과 하나 이상의 퍼플루오로카본의 조합을 함유하는 블렌드이다. 다른 추적자가 또한 포함될 수 있다.
추적자는 본 발명의 조성물의 임의의 희석, 오염, 또는 다른 변화의 검출이 가능하도록 미리 결정된 양으로 조성물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 조성물과 함께 사용될 수 있는 첨가제는, 추가적으로 또는 대안적으로, 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2007/0284555호에 상세하게 기재된 바와 같은, 퍼플루오로폴리에테르일 수 있다.
비-냉매 성분에 적합한 것으로 상기에 언급된 첨가제들 중 몇몇은 잠재적인 냉매로서 확인되었음을 알 것이다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 이들 첨가제가 비-냉매 성분에 사용될 때, 이들은 본 발명의 냉매 혼합물의 신규하고 기본적인 특징에 영향을 주는 양으로 존재하지 않는다. 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물뿐만 아니라, 그를 함유하는 본 발명의 조성물은 HFO-1234yf, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, 및 존재하는 경우 HFO-1234ze 이외의 냉매를 약 0.5 중량% 이하로 함유한다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 조성물은 원하는 양의 개별 성분들을 조합하기 위한 임의의 편리한 방법에 의해 제조될 수 있다. 일례로, 원하는 성분의 양을 칭량하고, 이어서 적절한 용기에서 조합한다. 일부 경우에, 교반이 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물은 오존 파괴 지수가 0일 수 있으며 GWP가 낮을 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 조성물은 현재 사용 중인 많은 하이드로플루오로카본 냉매보다 낮은 지구 온난화 지수를 가질 수 있다. 본 발명의 태양에서, AR4에 기초하여 GWP가 1400 미만인 냉매가 제공될 수 있다. 본 발명에 따라 제공되는 다른 냉매는 GWP가 1000 미만, 700 미만, 500 미만, 400 미만, 300 미만, 150 미만, 100 미만, 및/또는 50 미만일 수 있다.
장치, 방법, 및 사용 방법
본 명세서에 개시된 조성물은 열전달 조성물, 예를 들어 냉매로서 유용하다.
증기-압축 냉각 시스템은 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함할 수 있다. 냉각 사이클은 다수의 단계에서 냉매를 재사용하여, 한 단계에서는 냉각 효과를, 그리고 다른 단계에서는 가열 효과를 생성할 수 있다. 예시적인 사이클은 간단히 하기와 같이 기재될 수 있다. 액체 냉매가 팽창 장치를 통해 증발기로 들어갈 수 있고, 액체 냉매는 주위 환경으로부터 열을 빼앗음으로써 증발기 내에서 저온에서 비등할 수 있고, 그에 의해 기체를 형성하고 냉각을 생성할 수 있다. 공기 또는 열전달 유체가 증발기 위로 및/또는 주위로 유동하여, 증발기 내에서의 냉매의 증발에 의해 야기되는 냉각 효과를 냉각될 물체로 전달할 수 있다. 저압 기체는 압축기로 들어가서 압축되어 그의 압력과 온도가 상승될 수 있다. 이어서, 더 고압의 (압축된) 기체 냉매는 응축기로 들어갈 수 있으며, 여기서 냉매는 응축되고 그의 열을 주위 환경으로 배출한다. 냉매는 팽창 장치로 복귀될 수 있으며, 이를 통해 액체는 응축기에서의 더 고압의 수준으로부터 증발기에서의 더 저압의 수준으로 팽창하고, 따라서 사이클을 반복한다.
일 실시 형태에서, 냉각 생성 방법은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 혼합물을 응축시키고, 그 후에 상기 조성물을 냉각될 물체의 근처에서 증발시키는 단계를 포함한다.
냉각될 물체는 냉각하기 원하는 임의의 공간, 위치, 물건, 및/또는 물체로서 정의될 수 있다. 예에는 냉각 또는 쿨링을 필요로 하는 (개방 또는 밀폐된) 공간, 예를 들어, 슈퍼마켓의 냉장고 및/또는 냉동고 케이스가 포함된다.
"근처"란, 냉매 혼합물을 수용하는 시스템의 증발기 위로 이동하는 공기가 냉각될 물체 내로 및/또는 그 주위로 이동하도록, 상기 증발기가 냉각될 물체 내에 및/또는 그에 인접하게 위치될 수 있음을 의미한다.
냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze로 본질적으로 이루어질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 트랜스-HFO-1234ze로 본질적으로 이루어질 수 있다.
추가적으로, 냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 다른 태양에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 함유한다.
실시 형태에서, 냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 23 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 22 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 27 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 28 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있다. 특히, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀진 일련의 냉매 혼합물에는 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 및 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a를 갖는 것들이 포함된다. 또한 트랜스-HFO-1234ze를 함유하는 냉매 혼합물은, 혼합물이, 예를 들어, 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%의 HFO-1234ze를 포함하는 경우, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀졌다.
냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 트랜스-HFO-1234ze를 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 양으로 함유할 수 있다. 추가적으로, 냉각 생성 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있으며, 트랜스-HFO-1234ze는, 존재하는 경우, 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
실시 형태에서, 냉각 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물과 같은 조성물은, 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 그러한 조성물은 냉매 혼합물, 예를 들어 불연성 냉매 혼합물에 포함될 수 있으며, 상기에 기재된 바와 같은, 공비혼합물-유사 특성을 나타낼 수 있다.
한 가지 특정 예에서, 냉각 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 혼합물은 중온 또는 저온 냉각을 포함하는 냉각 응용에서 유용할 수 있다. 중온 냉각 시스템은 슈퍼마켓 및 편의점의 냉각 케이스, 예를 들어, 음료, 유제품, 신선 식품, 및 기타 냉각 품목을 위한 케이스를 포함한다. 중온 냉각 시스템은 또한 신선 식품 운송 시스템을 포함할 수 있다. 저온 냉각 시스템은 슈퍼마켓 및 편의점의 냉동고 캐비닛 및 진열대, 제빙기, 및 냉동 식품 운송 시스템을 포함한다. 다른 특정 용도는 상업용, 산업용 및/또는 주거용 냉장고 및 냉동고, 제빙기, 자립형 쿨러 및 냉동고, 슈퍼마켓 랙(rack) 및 분산 시스템(distributed system), 워크인 및 리치인 쿨러 및 냉동고, 및 조합 시스템에서의 사용일 수 있다.
추가적으로, 일부 실시 형태에서, 개시된 조성물은, 물, 글리콜, 이산화탄소, 및/또는 플루오르화 탄화수소 유체를 포함할 수 있는 2차 열전달 유체를 사용하여 멀리 떨어진 위치에 냉각을 제공하는 2차 루프 시스템에서 1차 냉매로서 기능할 수 있다. 이러한 경우에는, 2차 열전달 유체가 냉각될 물체가 되는데, 2차 유체는 증발기에 인접하며, 냉각될 멀리 떨어진 물체로 이동하기 전에 냉각되기 때문이다.
본 명세서에 개시된 조성물은, R-404A (44 중량%의 R-125, 52 중량%의 R-143a (1,1,1-트라이플루오로에탄), 및 4.0 중량%의 R-134a의 블렌드에 대한 ASHRAE 표기명) 및 R-507 (50 중량%의 R-125 및 50 중량%의 R-143a의 블렌드에 대한 ASHRAE 표기명)을 포함하는, 현재 사용되는 냉매에 대한 저 GWP 대체물로서 유용할 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 포함되는 조성물은, 클로로다이플루오로메탄을 포함하는, R-22 (HCFC-22로도 지칭됨)에 대한 저 GWP 대체물로서 유용할 수 있다. 이들 조성물은 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F에 대한 저 GWP 대체물로서 또한 유용할 수 있다.
대체 냉매는 원래 상이한 냉매를 위해 설계된 기존 냉각 장비에서 사용될 수 있는 경우에 특히 유용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 조성물은 각각 R-404A, R507, R-407A, R-407C, R-407F, 및 R-22 냉매를 위해 설계된 장비에서 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및 R-22에 대한 대체물로서 유용할 수 있다. 예를 들어, 상기에 기재된 조성물은 냉매 R-22와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템 및/또는 장치에서 냉매로서 사용될 수 있다. 유사하게는, 본 명세서에 개시된 조성물은 R-407A, R-407C, 및 R-407F를 위해 설계된 장비에서 R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 대체물로서 유용할 수 있다. 일부 태양에서, 본 명세서에 개시된 조성물은 이들 공지의 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 기존 장비를 변경할 필요 없이 이들 공지의 냉매를 대신할 수 있다. 다른 태양에서, 본 명세서에 개시된 조성물의 성능을 최적화하도록 장비를 변경할 수 있다. 추가적으로, 본 명세서에 개시된 조성물은 새로운 시스템에서 사용될 수 있다. 실시 형태에서, 그러한 새로운 시스템은 본 명세서에 개시된 조성물을 위해 특별히 설계될 수 있다.
개시된 조성물은 냉매로서 유용할 수 있으며, 적어도 R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및 R-22와 같은 냉매에 의해 제공되는 냉각 성능에 필적하는 냉각 성능 (예를 들어, 냉각 용량 및 에너지 효율)을 제공할 수 있다.
실시 형태에서, R-404A 및 R-507로 이루어진 군으로부터 선택되는 냉매를 대체하는 방법이 제공된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 대체를 위해 선택되는 냉매에는 R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 R-22가 포함될 수 있다. 상기 방법은, 본 명세서에 기재된 바와 같은 HFO-1234yf, HFC-32, HFC-125, HFC-134a, 및 선택적으로 HFO-1234ze를 포함하는 냉매 혼합물로 냉각 장치를 충전하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 장치는 R-404A 및/또는 R-507과 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 냉각 장치는 R-22와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 냉각 장치는 또한 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 냉각 장치는 약 -40℃ 내지 약 0℃의 범위인 증발 온도를 갖는 시스템을 포함할 수 있다. 특히, 냉각 장치는 약 -40℃ 내지 약 -20℃의 범위인 증발 온도를 갖는 시스템을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 냉각 장치는 약 -20℃ 내지 약 0℃의 범위인 증발 온도를 갖는 시스템을 포함할 수 있다.
냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze로 본질적으로 이루어질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 트랜스-HFO-1234ze로 본질적으로 이루어진다.
다른 실시 형태에서, 냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 함유할 수 있다.
냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 23 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 22 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 27 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 28 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 또한 포함할 수 있다.
냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있다. 특히, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀진 일련의 냉매 혼합물에는 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 및 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a를 갖는 것들이 포함된다. 추가적으로, 또한 트랜스-HFO-1234ze를 함유하는 냉매 혼합물은, 혼합물이 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a 및 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%의 HFO-1234ze를 포함하는 경우, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀졌다.
냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 트랜스-HFO-1234ze를 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 범위인 양으로 함유할 수 있다.
냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있으며, 혼합물이 트랜스-HFO-1234ze를 포함하는 경우, HFO-1234ze는 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 범위인 양으로 존재할 수 있다.
실시 형태에서, 냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물과 같은 조성물은, 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 그러한 조성물은, 냉매 혼합물, 예를 들어, 냉매 대체 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물에 포함될 수 있으며, 상기에 기재된 바와 같은, 공비혼합물-유사 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 냉매 대체 방법은 R-22 냉매 또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에서 냉매 R-22를 대체하는 방법을 포함할 수 있다. 냉매 대체 방법은 냉매 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에서 냉매 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F를 대체하는 방법을 또한 포함할 수 있다. 본 방법은 바로 앞서 기재된 조성물로 열전달 시스템을 충전하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 현재 R-22를 사용하고 있는 열전달 시스템이 이러한 조성물과 함께 사용하도록 즉시 전환될 수 있다. 다시 말해, 전환하기 위해 매개물, 예를 들어, R-404A와 같은 냉매를 이용할 필요가 없다. 유사하게는, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F를 현재 사용하는 열전달 시스템이 본 발명의 조성물과 함께 사용하도록 즉시 전환될 수 있다.
한 가지 특정 예에서, R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 같은 냉매를 대체하는 방법에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 따라서, 각각 R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F를 위해 설계된 열전달 시스템에서 R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F를 대체하는 방법은 바로 앞서 기재된 조성물로 열전달 시스템을 충전하는 단계를 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, R-22, R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템은 본 발명의 조성물들 중 하나와 함께 사용하도록 즉시 전환될 수 있다. 상기에서 논의된 임의의 조성물과 같은, 냉매 대체 방법에 사용되는 조성물은 비-냉매 성분을 추가로 포함할 수 있다.
R-404A, R-507, R-407A, R-407C, R-407F, 및/또는 R-22와 같은 기존 냉매를 대체하는 방법은 열전달 시스템의 증발기에서 기존 냉매를 대체하는 데 사용되는 조성물을 증발시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 증발기는 중간 온도에서 작동할 수 있다. 중간 증발기 온도는 -20℃ 내지 0℃의 범위의 온도를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 중간 온도 냉각은 증발기 온도가 -20℃ 내지 -5℃; 또는 -15℃ 내지 0℃; 또는 -20℃ 내지 -10℃; 또는 -15℃ 내지 5℃; 또는 -20℃ 내지 -15℃; 또는 -15℃ 내지 -10℃; 또는 -20℃ 내지 -15℃인 시스템을 포함한다. 그러한 증발기는 냉각 식품 진열대, 예를 들어, 식품점에서의 농산물 진열대 또는 냉각 식품 케이스를 위한 열전달 시스템에 포함될 수 있다. 일부 경우에, 중간 온도에서 작동하는 증발기를 포함하는 열전달 시스템에서 조성물이 사용되는 경우, 조성물은 증발기가 중간 온도에서 작동할 때 열전달 시스템에서 냉매로서 R-22를 사용하는 것에 기인하는 냉각 용량으로부터 7% 범위 이내인 냉각 용량을 갖는다.
본 방법은 열전달 시스템의 압축기에서 기존 냉매를 대체하는 조성물을 압축하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 압축기는 열전달 시스템에서 냉매로서 R-22를 사용하는 것에 기인하는 배출 온도보다 낮은 배출 온도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 초기에 R-22로 충전될 수 있으며, 압축기는 소정 배출 온도와 관련될 수 있다. R-22가 본 명세서에 기재된 조성물들 중 하나에 의해 대체되는 경우, 압축기의 배출 온도는 R-22의 사용과 관련된 배출 온도보다 낮을 수 있다. 이것은 하기 실시예에서 더욱 상세하게 논의될 것이다.
다른 실시 형태는 대체할 냉매 및 윤활제 둘 모두를 수용하는 열전달 시스템을 재충전하는 방법을 제공한다. 본 방법은 윤활제의 상당 부분을 상기 시스템 내에 유지하고 본 명세서에 개시된 조성물들 중 하나를 열전달 시스템으로 도입하면서, 대체할 냉매를 열전달 시스템으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 조성물을 포함하는 열교환 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 냉동고, 냉장고, 워크인 쿨러, 슈퍼마켓 냉각 및/또는 냉동기 시스템, 이동식 냉장고, 및 이들의 조합을 갖는 시스템을 포함하는 군으로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 조성물을 수용하는 열전달 시스템이 제공된다. 예를 들어, 이동식 및/또는 고정식 냉각 장치와 같은 냉각 장치는 본 명세서에 개시된 바와 같은 조성물을 함유할 수 있다. 특히, 중온 냉각 장치가 본 명세서에 개시된 조성물을 수용할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 저온 냉각 장치가 본 명세서에 개시된 조성물을 수용할 수 있다. 열전달 시스템 및/또는 냉각 장치는 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함할 수 있다.
열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 선택적으로 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze로 본질적으로 이루어질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 10 중량%의 트랜스-HFO-1234ze로 본질적으로 이루어질 수 있다.
열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 10 중량%의 HFO-1234ze를 함유할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 불연성 냉매 혼합물은 약 1 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 함유할 수 있다.
추가적으로, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 (a) 23 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, (b) 22 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, (c) 24.5 중량% 내지 27 중량%의 HFC-125, (d) 25.5 중량% 내지 28 중량%의 HFC-134a, 및 (e) 약 0.0001 중량% 내지 5 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있다. 특히, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀진 일련의 냉매 혼합물에는 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 및 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a를 갖는 것들이 포함된다. 추가적으로, 또한 트랜스-HFO-1234ze를 함유하는 냉매 혼합물은, 혼합물이 20 중량% 내지 25.5 중량%의 HFO-1234yf, 20 중량% 내지 24.5 중량%의 HFC-32, 24.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-125, 25.5 중량% 내지 30 중량%의 HFC-134a 및 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%의 HFO-1234ze를 포함하는 경우, 공비혼합물-유사 냉매 혼합물인 것으로 밝혀졌다.
다른 실시 형태에서, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 트랜스-HFO-1234ze를 함유한다. 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물은 공비혼합물-유사 냉매 혼합물일 수 있고 트랜스-HFO-1234ze를 포함할 수 있으며, HFO-1234ze는, 존재하는 경우, 약 0.0001 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재한다.
추가의 실시 형태에서, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치에 유용한 불연성 냉매 혼합물과 같은 조성물은 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 한 가지 특정 예에서, 조성물은 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함할 수 있다. 그러한 조성물은 냉매 혼합물, 예를 들어 불연성 냉매 혼합물에 포함될 수 있으며, 상기에 기재된 바와 같은, 공비혼합물-유사 특성을 나타낼 수 있다.
열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치는 냉매 R-22와 함께 사용하기 위해 설계된 것일 수 있다. 예를 들어, 시스템 및/또는 장치는 냉매 R-22와 함께 사용하기 위해 설계된 팽창 장치를 포함할 수 있다. 시스템 및/또는 장치가 이전에 R-22와 함께 사용된 경우, R-22 냉매를 제거하고 본 명세서에 개시된 조성물들 중 하나로 대체할 수 있다. 유사하게는, 열교환 시스템, 열전달 시스템, 및/또는 냉각 장치는 냉매 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 함께 사용하기 위해 설계된 것일 수 있거나, 또는 이전에 R-22로부터 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F로 개량된 것일 수 있다. 예를 들어, 시스템 및/또는 장치는 냉매 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 함께 사용하기 위해 설계된 팽창 장치를 포함할 수 있다. 시스템 및/또는 장치가 이전에 R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F와 함께 사용된 경우, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F를 제거하고 본 명세서에 개시된 조성물들 중 하나로 대체할 수 있다.
시스템 및/또는 장치는, 언급된 바와 같이, 압축기를 포함할 수 있다. 시스템 및/또는 장치가 본 명세서에 개시된 조성물들 중 하나로 충전되는 경우, R-22와는 대조적으로, 압축기의 배출 온도는 시스템 및/또는 장치가 R-22로 충전될 때 압축기에서 생기는 배출 온도보다 낮을 수 있다.
실시예
본 명세서에서 개시된 개념은 하기의 실시예에서 추가로 기재될 것이며, 이는 청구범위에 기재된 본 발명의 범주를 한정하지 않는다.
실시예 1
증기 누출의 영향
용기를 표시된 온도의 초기 조성물로 90% 충전하고, 조성물의 초기 증기압을 측정한다. 초기 조성물의 50 중량%가 제거될 때까지 온도를 일정하게 유지하면서 조성물이 용기로부터 누출될 수 있게 하며, 이때 용기에 남아 있는 조성물의 증기압을 측정한다. 증기압 변화가 표 1에 열거되어 있다.
[표 1]
Figure 112017006992547-pct00001
본 발명에 의해 정의된 바와 같은 조성물은, 조성물의 50%가 누출된 후의 증기압 변화가 10% 미만인, 공비혼합물-유사 조성물인 것으로 나타났다.
실시예 2
가연성
전자 발화원(electronic ignition source)을 사용하여, ASTM (미국 재료 시험 협회) E681-04 하에 시험하여 가연성 혼합물을 확인할 수 있다. 50% 상대 습도에서 냉매 혼합물에 대해 그러한 가연성 시험을 수행하였다.
가연성 한도를 결정하기 위하여, 액체가 90% 충전된 용기에 대해 -36℃ (기포점보다 10도 높음, ASHRAE 표준 34에 명시된 바와 같음)에서 액체상 및 증기상 둘 모두에 대해 두 냉매 혼합물의 가연성을 결정하였다. 조성물은 HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/HFC-134a를 표 2에 주어진 농도로 함유하였다.
[표 2]
Figure 112017006992547-pct00002
표 2에서의 상기 데이터에 기초하면, 약 24.5 중량% 초과의 HFC-32 및 약 24.5 중량% 미만의 HFC-125를 갖는 조성물은 가연성 냉매로서 분류될 것이다.
추가적인 증기 누출 분석 및 가연성 시험을 행하여, 본 명세서에 개시된 조성물이, "냉매의 표기명 및 안정성 분류"(Designation and Safety Classification of Refrigerants)라는 제목의, ASHRAE 표준 34-2013 하의 ASHRAE 클래스 1 불연성에 대한 요건을 충족하는지 결정하였다. 이러한 표준에 따라, 조성물에 대한 공칭 제형(nominal formulation)을 형성한다. 이어서, 제조에 있어서의 변동을 고려하기 위해 제조 공차(tolerance)를 지정한다. 공칭 제형을 포함하는 조성물 및 제조 공차에 의해 정의되는 범위 내에 속하는 조성물을 본 발명의 실시 형태에 따라 분석한다. 이들 조성물이 하기 표 2.1에 기술되어 있다.
[표 2.1]
Figure 112017006992547-pct00003
제조 공차를 선택한 후에, 최악의 경우에 대한 제형(worst case formulation; WCF)을 선택한다. 이는 제조 공차에 기초하여 가장 가연성일 수 있는 제형을 나타낸다. 이어서 WCF를 몇몇 ASHRAE 표준 34 누출 시나리오에 대한 최악의 경우에 대한 조건에서 NIST 리플리크(Refleak) 3.2를 사용하여 냉매의 증기 누출에 대해 모델링한다. 이러한 모델링에 기초하여, 최악의 경우에 대한 분획 제형(worst case fractionated formulation; WCFF)을 확인하는데, 여기서 WCFF는 냉매 액체상 또는 냉매 증기상 중 어느 하나에서 가연성 성분의 최고 농도가 관찰되는 시나리오에 상응한다. 본 발명의 조성물뿐만 아니라 비교 목적으로 선택된 조성물의 경우, WCFF는, 실린더를 54.4℃의 초기 온도에서 조성물로 초기에 90% 충전하는 때에, 기포점 온도보다 10℃ 높은 온도에서의 초기 증기 조성물인 것으로 결정하였다. 이어서, WCFF 조성물을 ASHRAE 표준에 따라 60℃ 및 50% 상대 습도에서 ASTM E681-04에 따라 가연성에 대해 시험한다. 조성물이 불연성으로 간주되기 위해서는, 발화가 일어날 때, 구형 12 리터 플라스크 내에서의 WCFF의 화염각(flame angle)이 90° 미만의 호를 나타내어야만 한다. 표 2.2는 본 발명에 따른 조성물의 예시적인 실시 형태에 대한 시험 결과를 포함한다. 이들 결과는 "예시적인 실시 형태"에 대한 표에 제공되어 있다. 표 2.2는 또한 2가지 비교예를 포함하는데, 이들은 비교예 (C) 및 비교예 (D)에 기술된 화학식을 갖는 조성물에 존재하는 가연성 성분인 R-32의 양에 기초하여 가연성인 것으로 예상된다. 예를 들어, 비교예 (C) ("비교 (C)")에 대한 WCFF 시나리오는 40.2 및 40.4 중량%의 R-32를 포함한다. 비교예 (D) ("비교 (D)")에 대한 WCFF 시나리오는 훨씬 더 많은 양의 R-32를 포함한다. R-32의 이러한 수준에 기초하면, 비교예 (C) 및 비교예 (D)에 대한 시험 결과는 가연성에 대한 증가된 가능성을 가질 것으로 예상된다. 비교예 (C) 및 비교예 (D)는 가공예이며, 별표 (*)가 붙은 결과는 예상 결과임에 유의하여야 한다. 시험은 아직 수행하지 않았다.
[표 2.2]
Figure 112017006992547-pct00004
상기에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 예시적인 실시 형태는 ASHRAE 표준 34 지침 하에 불연성이다. 대조적으로, 비교예 (C) 및 비교예 (D)는 가연성일 것으로 예상되며, 따라서 ASHRAE 클래스 1 불연성 기준을 통과하지 못 할 것으로 예상된다.
실시예 3
냉각 성능
표 3은 R-404A와 비교한 일부 예시적인 조성물의 성능을 나타낸다. 표 3에서, Evap Temp는 증발기 온도이고, Evap Pres는 증발기 압력이고, Cond Pres는 응축기 압력이고, Compr Exit Temp는 압축기 출구 온도 (때때로 압축기 배출 온도로도 칭해짐)이고, COP는 성능 계수 (에너지 효율과 유사함)이고, CAP는 용적 냉각 용량이다. 데이터는 하기 조건에 기초한다.
응축기 온도 40℃
과냉량 10 K
압축기 효율 75%
[표 3]
Figure 112017006992547-pct00005
결과는 본 발명의 조성물이 R-404A에 필적하는 냉각 용량을 나타냄을 보여주며, 이는 또한 이러한 조성물이 기존 R-404A 시스템을 개량하는 데 적합할 수 있으며 새로운 냉각 시스템에 유용할 수 있음을 입증한다. 이러한 조성물은 또한 R-404A보다 높은 에너지 효율을 나타낸다.
실시예 4
냉각 성능
표 4는 R-404A 및 비교예 (A) 및 비교예 (B)와 비교한 일부 예시적인 조성물의 성능을 나타낸다. 표 4에서, Evap Pres는 증발기 압력이고, Cond Pres는 응축기 압력이고, Compr Exit Temp는 압축기 출구 온도 (때때로 압축기 배출 온도로도 칭해짐)이고, COP는 성능 계수 (에너지 효율과 유사함)이고, CAP는 체적 냉각 용량이다. 데이터는 하기 조건에 기초한다.
증발기 온도 -10℃
복귀 기체 온도 10℃
응축기 온도 40℃
과냉량 10 K
압축기 효율 75%
[표 4]
Figure 112017006992547-pct00006
결과는 본 발명의 조성물이 R-404A에 비해 개선된 에너지 효율을 제공함을 보여준다. 추가적으로, 본 발명의 조성물은 R-404A의 냉각 용량으로부터 단지 몇 퍼센트의 범위 이내인 냉각 용량을 제공한다. 비교예 (B)는 다른 조성물들의 냉각 용량에 미치지 못함에 유의한다. 비교예 (A)는 유사한 냉각 성능을 제공하지만 더 큰 압축기 출구 온도를 나타냄에 또한 유의한다. 더 높은 압축기 온도는 압축기 수명을 감소시키며, 따라서 시스템 작동 비용을 증가시킬 것으로 예상된다. 표 4에 예시된 조성물은 또한 R-22에 대한 대체물로서의 역할을 잘 할 수 있다.
실시예 5
냉각 성능
실시예 5 내지 실시예 7은 본 발명에 따른 조성물의 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터를 포함한다. 특히, 이들 실시예 및 상응하는 표에 기재된 예시적인 실시 형태는, 24.3 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함하는 조성물이다. 표 5.1은 이러한 조성물을 열거한다.
[표 5.1]
Figure 112017006992547-pct00007
실시예 5 내지 실시예 7에서, 용어 "COP"가 상응하는 표에 포함되어 있다. 이들 실시예 및 상응하는 표에 사용되는 바와 같이, "COP"는 성능 계수를 지칭한다.
이제 표 5.2와 표 5.3a 및 표 5.3b를 참조하면, 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터가 제공되어 있다. 비교를 위해, R-22에 대한 성능 데이터가 제공되어 있다. 추가적으로, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 성능 데이터가 제공되어 있다. 성능 데이터 및 수반되는 논의에 의해 입증되는 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 공지의 냉매 R-22, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 비해 몇몇 이점을 제공한다. 추가적으로, 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터는 공지의 냉매에 대한 성능 데이터에 필적하거나 그보다 더 우수하며, 이는 예시적인 실시 형태가 이들 공지의 냉매에 대해 적합한 대체물임을 나타낸다.
표 5.2는 이들 조성물에 대한 GWP를 제공한다. 표 5.2에 나타나 있는 바와 같이, 예시적인 실시 형태에 대한 GWP는 R-22, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 GWP보다 상당히 더 낮다. 따라서, GWP의 관점에서, 예시적인 실시 형태는 R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F에 대한 바람직한 대체 냉매이다.
[표 5.2]
Figure 112017006992547-pct00008
표 5.3a 및 표 5.3b는 R-22, 예시적인 실시 형태, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 성능 데이터를 제공한다. 표 5.3b는 표 5.3a의 연속 또는 연장이며 표 5.3a에 대한 추가적인 수직 열을 제공함에 유의하여야 한다. 예를 들어, 표 5.3a의 첫 번째 수평 행(row)은 6 K의 과냉량 및 -35℃의 증발기 온도에서의 R-22에 대한 성능 데이터를 포함한다. 표 5.3b의 첫 번째 수평 행은 이들 동일한 조건, 즉 6 K의 과냉량 및 -35℃의 증발기 온도 하에서의 R-22에 대한 추가적인 성능 데이터를 포함한다. 유사하게는, 표 5.3a 및 표 5.3b의 두 번째 수평 행은 6 K의 과냉량 및 -35℃의 증발기 온도에서의 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터를 제공한다. 이러한 방식으로, 표 5.3b의 각각의 행은 표 5.3a의 상응하는 행에 기술된 작동 조건에서의 지명된 조성물에 대한 추가적인 데이터를 제공한다.
일부 시스템은 6 K의 과냉량에서 작동하고 일부 시스템은 0 K의 과냉량에서 작동하기 때문에, 예를 들어, 이들 조건 둘 모두에 대한 데이터가 표 5.3a 및 표 5.3b에서 하기에 제공되어 있다. 추가적으로, 이들 표에 포함된 데이터는 하기 조건에 기초한다:
응축기 온도 40℃
압축기 효율 70%
[표 5.3a]
Figure 112017006992547-pct00009
[표 5.3b]
Figure 112017006992547-pct00010
표 5.3a 및 표 5.3b에 나타난 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 공지의 냉매 R-22, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 비해 몇몇 이점을 제공한다. 예를 들어, 예시적인 실시 형태는 대부분의 다른 조성물보다 상당히 더 낮은 배출 온도를 갖는다. 실제로, R-407A가, 소정 조건 하에서 예시적인 실시 형태에 대한 배출 온도만큼 낮은 배출 온도를 갖는, 상기에 열거된 유일한 조성물이다. 배출 온도는 열전달 시스템의 압축기에서의 출구 온도를 지칭한다. 높은 배출 온도는 압축기에서의 냉각, 예를 들어 내부 및/또는 외부 냉각을 필요로 할 수 있다. 높은 배출 온도는 또한 압축기의 수명의 길이를 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 높은 배출 온도에서 작동하는 압축기는 낮은 배출 온도에서 작동하는 압축기만큼 오래 지속되지 않을 수 있다. 따라서, 예시적인 실시 형태와 관련된 낮은 배출 온도는 다른 공지의 냉매에 비해 이점을 제공한다.
예시적인 실시 형태에 대한 용량 및 COP와 R-22, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 용량 및 COP의 비교는 예시적인 실시 형태가 이들 공지의 냉매에 대해 적합한 대체물임을 나타낸다. 용량 및 COP는 이와 관련된 도움이 되는 지표인데, 용량은 냉매가 제공하는 냉각의 양을 측정하고 COP는 그러한 냉각을 제공하는 데 필요한 에너지의 양을 측정하기 때문이다. 따라서, 공지의 냉매에 대한 제안된 대체물이 공지의 냉매에 대한 용량 및 COP와 유사하거나 그보다 더 큰 용량 및 COP를 갖는 경우, 이는 제안된 냉매가 아마도 공지의 냉매에 대해 적합한 대체물임을 나타낸다. 여기서, 표 5.3a 및 표 5.3b는, 예시적인 실시 형태가 다른 공지의 냉매에 대한 용량 및 COP와 유사하거나 그보다 더 큰 용량 및 COP를 가짐을 나타낸다. 특히, 예시적인 실시 형태에 대한 COP는 공지의 냉매에 대한 COP로부터 7% 범위 이내이다. 따라서, 예시적인 실시 형태는 R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F에 대해 적합한 대체물이다.
마지막으로, 예시적인 실시 형태에 대한 질량 유량은 R-22, R-407A, R-407C, 및 R-407F에 대한 질량 유량과 유사하다. 질량 유량의 이러한 유사성은, 예시적인 실시 형태가 공지의 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템에서 이들 공지의 냉매를 대체하기에 적합함을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 열전달 시스템에 포함된 열팽창 밸브는, 질량 유량의 유사성으로 인해, 공지의 냉매 및 예시적인 실시 형태 둘 모두와 상용성일 수 있다. 다시 말해, 시스템에 포함된 팽창 장치를 대체 및/또는 변경할 필요가 없을 수 있기 때문에, 예시적인 실시 형태는 공지의 냉매, 또는 다른 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템에서 현장 개량(field retrofit)을 위한 양호한 후보(candidate)일 수 있다.
실시예 6
냉각 성능
실시예 6 및 실시예 7은 냉매 R-22에 대한 성능 데이터 및 두 가지 비교예에 대한 성능 데이터를 포함한다. 성능 데이터 및 수반되는 논의에 의해 입증되는 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 R-22 및 비교예에 비해 몇몇 이점을 제공한다. 추가적으로, 비교예 (C) 또는 비교예 (D) 중 어느 하나보다 예시적인 실시 형태가 R-22를 대체하기에 더 적합하다.
비교예 (C)는 25 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 25 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 25 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함하는 조성물이다. 비교예 (D)는 25 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 25 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 20 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 30 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함하는 조성물이다.
표 6.1은 실시예 6 및 실시예 7에 이어지는 표에 이용된 약어 표기에 상응하는 조성물을 요약한다.
[표 6.1]
Figure 112017006992547-pct00011
표 6.2는 R-22, 예시적인 실시 형태, 및 비교예 (C) 및 비교예 (D)에 대한 GWP를 제공한다.
[표 6.2]
Figure 112017006992547-pct00012
표 6.2에 나타난 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 1400보다 낮은 GWP를 갖는다. 이것은 R-22 및 비교예 (C) 둘 모두에 대한 GWP보다 낮다. 이러한 GWP로 인해, 예시적인 실시 형태는 높은 GWP를 갖는 R-22 또는 유사한 냉매에 대한 바람직한 대체물이다. 또한 이로 인해 예시적인 실시 형태는 새로운 열전달 시스템을 위한 바람직한 냉매이다.
표 6.3a 및 표 6.3b는 R-22, 예시적인 실시 형태, 및 비교예 (C) 및 비교예 (D)에 대한 성능 데이터를 포함한다. 표 5.3a 및 표 5.3b에서와 같이, 표 6.3b는 표 6.3a의 연속 또는 연장이며 표 6.3a에 대한 추가적인 수직 열(column)을 제공한다. 예를 들어, 표 6.3a 및 표 6.3b의 첫 번째 수평 행은 -20℃의 증발기 온도에서의 R-22에 대한 성능 데이터를 제공한다. 이들 표의 두 번째 수평 행은 -20℃의 증발기 온도에서의 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터를 제공한다. 이러한 방식으로, 표 6.3b에서의 각각의 행은 표 6.3a의 상응하는 행에 기술된 작동 조건에서의 지명된 조성물에 대한 추가적인 데이터를 제공한다.
표 6.3a 및 표 6.3b는 -20℃ 내지 0℃의 범위의 중간 증발기 온도에 대한 데이터를 포함한다. 데이터는 하기 조건에 기초한다:
응축기 온도 40℃
과냉량 6 K
압축기 효율 70%
[표 6.3a]
Figure 112017006992547-pct00013
[표 6.3b]
Figure 112017006992547-pct00014
표 6.3a 및 표 6.3b에 나타난 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 R-22 및 비교예에 비해 몇몇 이점을 제공한다. 예를 들어, 예시적인 실시 형태는 R-22와 관련된 배출 온도보다 상당히 더 낮은 배출 온도와 관련된다. 일부 조건 하에서, 예시적인 실시 형태에 대한 배출 온도는 비교예 (C) 및 비교예 (D)보다 낮다. 언급된 바와 같이, 낮은 배출 온도가 바람직한데, 압축기에서의 냉각에 대한 필요성을 경감시키고 압축기의 수명을 잠재적으로 연장시키기 때문이다.
예시적인 실시 형태에 대한 흡입 및 배출 압력은 R-22에 대한 흡입 및 배출 압력보다 높지만, 비교예들 중 어느 하나와 관련된 압력보다 예시적인 실시 형태와 관련된 압력이 R-22 압력에 더 가깝다. 예시적인 실시 형태의 압력은, 예시적인 실시 형태가 R-22 또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템에서 현장 개량을 위한 실행가능한 후보자이기에 충분히 R-22 압력에 가깝다. 다시 말해, 압력의 유사성으로 인해, R-22와 함께 사용하기 위해 설계된 장비가 또한 예시적인 실시 형태와 상용성일 수 있다. 이는 비교예에 대해서는 그렇지 않을 수 있다.
추가적으로, 예시적인 실시 형태의 용량은 R-22의 용량과 밀접하게 일치한다. 예시적인 실시 형태는 또한 R-22에 대한 COP에 가까운 COP를 갖는다. 특히, 비교예들 중 어느 하나에 대한 COP보다 예시적인 실시 형태의 COP가 R-22 COP에 더 가깝다. 상기에 설명된 바와 같이, 용량 및 COP의 이러한 유사성은, 예시적인 실시 형태가 R-22에 대해 적합한 대체물이고, 비교예들 중 어느 하나보다 예시적인 실시 형태가 R-22에 대한 더 우수한 대체물임을 나타낸다.
마지막으로, 비교예들 중 어느 하나에 대한 질량 유량보다 예시적인 실시 형태에 대한 질량 유량이 R-22에 대한 질량 유량에 더 가깝다. 상기에 언급된 바와 같이, 이는 예시적인 실시 형태가 R-22 또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에 포함되는 팽창 장치와 상용성일 수 있음을 의미한다.
실시예 7
냉각 성능
실시예 6에서, R-22, 예시적인 실시 형태, 및 비교예에 대한 성능 데이터는 6 K의 과냉량에 기초하였다. 일부 시스템은 0 K에서 작동한다. 따라서, 표 7a 및 표 7b는 0 K의 과냉량에 기초한 이들 조성물에 대한 성능 데이터를 제공한다. 표 5.3a 및 표 5.3b와 표 6.3a 및 표 6.3b에서와 같이, 표 7b는 표 7a의 연속 또는 연장이며 표 7a에 대한 추가적인 수직 열을 제공한다. 예를 들어, 표 7a 및 표 7b의 첫 번째 수평 행은 -10℃의 증발기 온도에서의 R-22에 대한 성능 데이터를 제공한다. 이들 표의 두 번째 수평 행은 -10℃의 증발기 온도에서의 예시적인 실시 형태에 대한 성능 데이터를 제공한다. 이러한 방식으로, 표 7b에서의 각각의 행은 표 7a의 상응하는 행에 기술된 작동 조건에서의 지명된 조성물에 대한 추가적인 데이터를 제공한다.
추가적으로, 표 7a 및 표 7b에 포함된 데이터는 하기 조건에 기초한다:
응축기 온도 40℃
과냉량 0 K
압축기 효율 70%
[표 7a]
Figure 112017006992547-pct00015
[표 7b]
Figure 112017006992547-pct00016
표 7a 및 표 7b는, 예시적인 실시 형태가 R-22 및 비교예에 비해 이점을 제공함을 나타내며, 이들 표는 또한 예시적인 실시 형태가 0 K의 과냉량에서 R-22에 대해 적합한 대체물임을 나타낸다. 특히, 예시적인 실시 형태는 R-22와 관련된 배출 온도보다 상당히 더 낮은 배출 온도와 관련되며, 이는 상기에 논의된 이점을 제공한다. 게다가, 비교예들 중 어느 하나와 관련된 흡입 및 배출 압력보다 예시적인 실시 형태의 흡입 및 배출 압력이 R-22 압력에 더 가깝다. 상기에 설명된 바와 같이, 압력의 이러한 유사성으로 인해, 예시적인 실시 형태는 R-22 또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 시스템에서 현장 개량을 위한 실행가능한 후보자이다.
추가적으로, 예시적인 실시 형태의 용량은 R-22의 용량과 밀접하게 일치한다. 예시적인 실시 형태는 또한 R-22에 대한 COP에 가까운 COP를 갖는다. 특히, 비교예들 중 어느 하나에 대한 COP보다 예시적인 실시 형태의 COP가 R-22 COP에 더 가깝다. 상기에 설명된 바와 같이, 성능 데이터의 이러한 유사성은 예시적인 실시 형태가 R-22에 대해 적합한 대체물임을 나타낸다.
마지막으로, 비교예들 중 어느 하나에 대한 질량 유량보다 예시적인 실시 형태에 대한 질량 유량이 R-22에 대한 질량 유량에 더 가깝다. 상기에 언급된 바와 같이, 이는 예시적인 실시 형태가 R-22 또는 유사한 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에 포함되는 팽창 장치와 상용성일 수 있음을 의미한다.
상기 실시예에 포함된 데이터 및 논의에 의해 나타난 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 공지의 냉매에 비해 몇몇 이점을 제공하며 다양한 공지의 냉매에 대해 적합한 대체물이다. 예를 들어, 실시예 5에서 논의된 바와 같이, 예시적인 실시 형태는 R-22, R-407A, R-407C, 및/또는 R-407F에 대한 적합한 대체물이다. 게다가, 실시예 6 및 실시예 7에서 논의된 바와 같이, 비교예 (C) 및 비교예 (D)보다 예시적인 실시 형태가 R-22 또는 다른 유사한 냉매를 대체하기에 더 적합하다. 예시적인 실시 형태는 또한 새로운 열전달 시스템에서 사용하기에 바람직한 냉매이다.
상기 실시예는 예시적인 실시 형태에 상응하는 조성물에 중점을 두지만, 다른 공지의 냉매를 대체하는 데 대한 조성물의 이점 및 조성물의 적합성과 관련된 논의는 또한 본 명세서에 개시된 다른 조성물에 적용가능한 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 이러한 논의는 23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄 (HFC-32), 24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄 (HFC-125), 25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (HFC-134a), 및 24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 포함하는 조성물에 또한 적용될 수 있다.
선택된 실시 형태
실시 형태 A1.
23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄;
24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A2. 실시 형태 A1에 있어서,
24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A3. 실시 형태 A1 및 실시 형태 A2 중 어느 하나에 있어서, R-407A, R-407C, R-407F, 또는 R-22 중 적어도 하나를 포함하는 냉매를 대체하는 대체 냉매인 조성물.
실시 형태 A4. 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A3 중 어느 하나에 있어서, 비-냉매 성분을 추가로 포함하는 조성물.
실시 형태 A5. 실시 형태 A4에 있어서, 비-냉매 성분은 윤활제, 염료, 가용화제, 상용화제, 안정제, 추적자, 퍼플루오로폴리에테르, 마모방지제, 극압제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 에너지 감소제, 금속 표면 불활성화제, 자유 라디칼 포착제, 거품 제어제, 점도 지수 개선제, 유동점 강하제, 세제, 또는 점도 조정제 중 적어도 하나를 포함하는 조성물.
실시 형태 A6. 실시 형태 A5에 있어서, 비-냉매 성분은 윤활제이고, 윤활제는 광유, 알킬 치환된 방향족 물질, 알킬벤젠, 합성 파라핀 및 나프텐, 폴리 (알파 올레핀), 폴리글리콜, 폴리알킬렌 글리콜, 2염기산 에스테르, 폴리에스테르, 폴리올 에스테르, 네오펜틸 에스테르, 폴리비닐 에테르, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 플루오르화 화합물, 포스페이트 에스테르, 또는 폴리카르보네이트 중 적어도 하나를 포함하는 조성물.
실시 형태 A7. 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A6 중 어느 하나에 있어서, 중간 증발기 온도에서 작동하는 증발기를 포함하는 열전달 시스템에서 열전달 유체로서 사용되며, 중간 증발기 온도에서 작동하는 증발기를 포함하는 열전달 시스템에서 사용될 때 R-22 냉각 용량(refrigeration capacity)으로부터 7% 범위 이내인 냉각 용량을 갖는 조성물.
실시 형태 A8. 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A7 중 어느 하나에 있어서, 지구 온난화 지수가 1400 이하인 조성물.
실시 형태 B1.
중간 온도에서 작동하는 증발기; 및
23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄;
24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 열전달 유체
를 포함하는 열전달 시스템.
실시 형태 B2. 실시 형태 B1에 있어서, 열전달 유체는
24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 열전달 시스템.
실시 형태 B3. 실시 형태 B1 및 실시 형태 B2 중 어느 하나에 있어서, R-407A, R-407C, R-407F, 또는 R-22 중 적어도 하나와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템.
실시 형태 B4. 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B3 중 어느 하나에 있어서, R-407A, R-407C, R-407F, 또는 R-22 중 적어도 하나와 함께 사용하기 위해 설계된 팽창 장치를 추가로 포함하는 열전달 시스템.
실시 형태 B5. 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B4 중 어느 하나에 있어서, 중간 온도는 -20℃ 내지 0℃의 온도를 포함하는 열전달 시스템.
실시 형태 B6. 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B5 중 어느 하나에 있어서, 압축기를 추가로 포함하며, 압축기는 열전달 시스템이 R-22 냉매로 충전될 때 압축기에서 발생하는 R-22 배출 온도보다 낮은 배출 온도를 갖는 열전달 시스템.
실시 형태 C1. R-22 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에서 R-22 냉매를 대체하는 방법으로서,
R-22 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템을,
23.3 중량% 내지 24.5 중량%의 다이플루오로메탄;
24.5 중량% 내지 25.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.5 중량% 내지 26.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
24.3 중량% 내지 25.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물로 충전하는 단계를 포함하는 방법.
실시 형태 C2. 실시 형태 C1에 있어서, 조성물은
24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 방법.
실시 형태 C3. 실시 형태 C1 및 실시 형태 C2 중 어느 하나에 있어서, 열전달 시스템의 증발기에서 조성물을 증발시키는 단계를 추가로 포함하며, 증발기는 중간 온도에서 작동하는 방법.
실시 형태 C4. 실시 형태 C3에 있어서, 중간 온도는 -20℃ 내지 0℃의 온도를 포함하는 방법.
실시 형태 C5. 실시 형태 C1 내지 실시 형태 C4 중 어느 하나에 있어서, 열전달 시스템의 압축기에서 조성물을 압축하는 단계를 추가로 포함하며, 압축기는 열전달 시스템이 R-22 냉매로 충전될 때 발생하는 R-22 배출 온도보다 낮은 배출 온도와 관련되는 방법.
실시 형태 C6. 실시 형태 C1 내지 실시 형태 C5 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 비-냉매 성분을 추가로 포함하는 방법.

Claims (20)

  1. 24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
    24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
    25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜
    으로 이루어진 냉매를 포함하는 조성물로서,
    상기 냉매는 제형화된 그대로 및 ASHRAE 표준 34에 따른 누출 시나리오 동안 불연성으로 분류되는 것인 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 비-냉매 성분을 추가로 포함하는 조성물.
  3. -20℃ 내지 0℃ 범위의 온도에서 작동하는 증발기; 및
    24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
    24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
    25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜
    으로 이루어진 냉매를 포함하는 열전달 유체
    를 포함하는 열전달 시스템으로서,
    상기 냉매는 제형화된 그대로 및 ASHRAE 표준 34에 따른 누출 시나리오 동안 불연성으로 분류되는 것인 열전달 시스템.
  4. R-22 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템에서 R-22 냉매를 대체하는 방법으로서,
    상기 방법은
    R-22 냉매와 함께 사용하기 위해 설계된 열전달 시스템을,
    24.3 중량%의 다이플루오로메탄;
    24.7 중량%의 펜타플루오로에탄;
    25.7 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    25.3 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜
    을 포함하는 조성물로 충전하는 단계를 포함하고,
    상기 조성물은 제형화된 그대로 및 ASHRAE 표준 34에 따른 누출 시나리오 동안 불연성으로 분류되는 것인 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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