KR20120075467A - 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는 칠러 장치 및 그 내에서 냉각을 생성하는 방법 - Google Patents
트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는 칠러 장치 및 그 내에서 냉각을 생성하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 명세서에는 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz인 것을 특징으로 하는 냉매를 포함하는 칠러 장치가 개시된다. 이들 칠러는 만액식 증발기(flooded evaporator) 또는 직팽식 증발기(direct expansion evaporator)일 수 있으며, 이들은 원심식 압축기 또는 스크류 압축기를 이용한다. 또한, 냉각을 생성하는 방법이 본 명세서에 개시되는데, 상기 방법은 냉각될 물체 부근에서 증발기 내에서 트랜스-HFO-1336mzz를 증발시키고, 그럼으로써 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 칠러 장치 내의 HFC-236fa 또는 CFC-114 냉매를 대체하는 방법이 본 명세서에 개시되는데, 상기 방법은 대체된 냉매 대신에 상기 칠러 장치에 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 공조 또는 냉동 장비에서 사용되는 냉매 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 만액식 증발기 칠러(flooded evaporator chiller) 또는 직팽식 칠러(direct expansion chiller)를 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. 추가적으로, HCFC는 결국 ODP로 인해 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)에 의해 설정된 폐지 최종 기한(phase out deadline)에 도달할 것이다. 지구 온난화 지수를 기준으로 곧 시행될 규제 때문에, ODP가 0인 HFC조차도 환경적으로 허용가능한 작동 유체가 되지 않을 것 같다.
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 장치 내의 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 및/또는 1,2-다이클로로-1,1,2,2-테트라플루오로에탄(CFC-114)에 대한 대체물을 찾는 데 있어서, 불포화 플루오로카본을 고려하는 것이 바람직할 것이다. 불포화 플루오로카본은 0인 ODP를 갖고, 오늘날 사용되는 기존의 냉매보다 GWP를 유의하게 저하시킨다.
트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 필요한 파라미터(양호한 에너지 효율 및 적정한 냉각 용량을 의미함) 내에서 냉각 성능을 제공하고, 낮은 GWP를 갖고, ODP가 0이며, 불연성인 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz인 것을 특징으로 하는 냉매를 포함하는 칠러 장치가 본 명세서에 개시된다. 칠러 장치는 증발기 내에서 생성된 증기를 압축시키기 위한 압축기를 포함한다. 압축기는 원심식 압축기 또는 스크류 압축기일 수 있다.
다른 실시 형태에서, 칠러 장치 내에서 냉각을 생성하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은 냉각될 물체 부근에서 증발기 내에서 트랜스-HFO-1336mzz를 증발시키고, 그럼으로써 냉각을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 칠러 장치 내의 HFC-236fa 또는 CFC-114 냉매를 대체하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은 대체된 냉매 대신에 상기 칠러 장치에 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함한다.
<도 1>
도 1은 트랜스-HFO-1336mzz를 이용하는 만액식 증발기 칠러의 일 실시 형태의 개략도이다.
<도 2>
도 2는 트랜스-HFO-1336mzz를 이용하는 직팽식 증발기 칠러의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 1은 트랜스-HFO-1336mzz를 이용하는 만액식 증발기 칠러의 일 실시 형태의 개략도이다.
<도 2>
도 2는 트랜스-HFO-1336mzz를 이용하는 직팽식 증발기 칠러의 일 실시 형태의 개략도이다.
하기에서 기술되는 실시 형태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.
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 대기중 잔류 기간(atmospheric lifetime)의 효과를 보여주는 상이한 시평(time horizon)에 대하여 계산될 수 있다. 100년 시평(100 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 섹션의 첫 번째 단락을 참조)]에 정의되어 있다. ODP는 플루오로트라이클로로메탄(CFC-11)에 대하여 질량-대-질량(mass-for-mass) 기준으로 화합물로부터 예상되는 성층권에서의 오존 파괴의 정도를 나타낸다.
냉동 용량(때때로 냉각 용량이라고도 함)은, 순환되는 냉매 파운드당 증발기 내의 냉매의 엔탈피 변화, 또는 증발기를 빠져나가는 냉매 증기의 단위 부피당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열(부피 용량)을 정의하는 용어이다. 냉동 용량은 냉각을 생성하는 냉매 또는 열전달 조성물의 능력의 척도이다. 따라서, 부피 용량이 클수록, 생성되는 냉각은 더 크다. 냉각 속도는 단위 시간당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열을 말한다.
성능 계수(coefficient of performance; COP)는 제거된 열의 양을 사이클을 작동시키기 위해서 필요한 에너지 입력으로 나눈 값이다. COP가 더 높을수록 에너지 효율도 더 높다. COP는 에너지 효율 비(energy efficiency ratio; EER), 즉 특정 세트의 내부 온도 및 외부 온도에서 냉동 또는 공조 장비에 대한 효율 등급에 직접 관계된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 열전달 시스템은 열전달 조성물을 이용하는 임의의 냉동 시스템, 냉장고, 공조 시스템, 에어 컨디셔너, 열 펌프, 칠러 등일 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 열전달 조성물, 열전달 유체 또는 냉각 매질은 열원으로부터 히트 싱크(heat sink)로 열을 이동시키거나, 또는 칠러로부터 냉각될 물체로 냉각을 전달하는 데 사용되는 조성물을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 냉매는 사이클 내에서 열전달 조성물로서 작용하는 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함하며, 여기서 조성물은 액체로부터 증기로의 상변화를 겪고 다시 반복 주기로 되돌아간다.
인화성은 조성물이 화염을 발화시키고/시키거나 전파시키는 능력을 의미하기 위해 사용되는 용어이다. 냉매 및 다른 열전달 조성물에 있어서, 연소 하한(lower flammability limit; "LFL")은 조성물의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는 공기 중에서의, 그리고 ASTM(American Society of Testing and Materials; 미국 재료 시험 학회) E681-2001에서 명시된 시험 조건 하의 공기 중에서의 열전달 조성물의 최소 농도이다. 연소 상한(upper flammability limit; "UFL")은 조성물의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는 공기 중에서의, 그리고 ASTM E681에 의해 측정될 때 공기 중에서의 열전달 조성물의 최대 농도이다. 단일 성분 냉매 또는 공비 냉매 블렌드의 경우, 조성물은 누출 동안 변화되지 않을 것이며, 따라서 누출 동안의 조성 변화는 인화성을 결정함에 있어서 인자가 아닐 것이다. 많은 냉동 및 공조 응용에 있어서, 냉매 또는 작동 유체는 불연성일 것이 요구된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 망라하고자 하는 것이다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 용품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 용품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수도 있다. 더욱이, 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 만족된다: A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함), A 및 B 모두가 참(또는 존재함).
또한, 부정관사("a" 또는 "an")의 사용은 본 명세서에서 설명되는 요소들 및 구성요소들을 설명하기 위해 채용된다. 이는 단지 편의상 그리고 본 발명의 범주의 전반적인 의미를 제공하기 위해 행해진다. 이 기재는, 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 단수는 또한 다르게 의미한다는 것이 명백하지 않는 한 복수를 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시 형태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 후술된다. 본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참조 문헌은 특정 구절이 인용되지 않으면 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 상충되는 경우에는, 정의를 비롯하여 본 명세서가 좌우할 것이다. 게다가, 재료, 방법, 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 냉매로서 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 이용하는 칠러 장치 내에서 냉각을 생성하는 방법을 제공한다. 트랜스-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.
트랜스-HFO-1336mzz라고도 알려진 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 미국 특허 출원 공개 제2009/0012335 A1호에 기재된 것과 같은 당업계에 알려진 방법에 의해 2,3-다이클로로-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 탈염소수소화에 의해 제조될 수 있다.
HFO-1336mzz는 2개의 배위 이성체, 즉 시스-(때때로 Z- 이성체라고도 함) 및 트랜스-(때때로 E- 이성체라고도 함) 중 하나로 존재한다. 어느 "순수한" 이성체의 샘플에서든지, 어느 정도 수준의 다른 이성체가 존재할 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 트랜스-HFO-1336mzz는 순수한 트랜스-이성체, 및 주로 트랜스-HFO-1336mzz이고 조성물의 나머지의 대부분은 시스-HFO-1336mzz를 포함하는, 2개의 배위 이성체의 임의의 혼합물을 말하고자 한다. 주로 트랜스-HFO-1336mzz인 혼합물이란, 트랜스-HFO-1336mzz가 조성물의 50중량% 이상을 구성하는 시스-HFO-1336mzz 및 트랜스-HFO-1336mzz의 혼합물을 의미한다. 특히 주목할 만한 것은, 칠러 시스템 응용에서 순수한 트랜스 이성체와 등가적으로 또는 사실상 등가적으로 작용하도록, 본질적으로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz이다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 트랜스-HFO-1336mzz는 칠러 내에서 건조제와 조합하여 사용되어 수분의 제거를 도울 수 있다. 건조제는 활성 알루미나, 실리카 겔, 또는 제올라이트-기재 분자체로 구성될 수 있다. 대표적인 분자체에는 몰시브(MOLSIV) XH-7, XH-6, XH-9 및 XH-11(미국 일리노이주 데스 플레인즈 소재의 유오피 엘엘씨(UOP LLC))이 포함된다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 트랜스-HFO-1336mzz는 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르, 폴리비닐에테르, 광유, 알킬벤젠, 합성 파라핀, 합성 나프텐, 및 폴리(알파)올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 윤활제와 조합하여 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 윤활제는 냉동 또는 공조 장치와 함께 사용하기에 적합한 것들을 포함할 수 있다. 이들 윤활제 중에서도 클로로플루오로카본 냉매를 이용하는 증기 압축 냉동 장치에서 통상적으로 사용되는 것들이다. 일 실시 형태에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활의 분야에서 "광유"로서 흔히 알려진 것들을 포함한다. 광유는 파라핀(즉, 직쇄 및 분지형-탄소-사슬, 포화된 탄화수소), 나프텐(즉, 환형 파라핀) 및 방향족(즉, 교대 이중 결합을 특징으로 하는 하나 이상의 고리를 함유하는 불포화 환형 탄화수소)을 포함한다. 일 실시 형태에서, 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 구매가능한 BVM 100 N(비브이에이 오일즈(BVA Oils)에 의해 판매되는 파라핀계 광유), 크롬프톤 컴퍼니(Crompton Co.)로부터 상표명 수니소(Suniso)(등록상표) 3GS 및 수니소(등록상표) 5GS로 구매가능한 나프텐계 광유, 펜조일(Pennzoil)로부터 상표명 손텍스(Sontex)(등록상표) 372LT로 구매가능한 나프텐계 광유, 칼루메트 루브리컨츠(Calumet Lubricants)로부터 상표명 칼루메트(등록상표) RO-30으로 구매가능한 나프텐계 광유, 쉬리브 케미칼즈(Shrieve Chemicals)로부터 상표명 제롤(Zerol)(등록상표) 75, 제롤(등록상표) 150 및 제롤(등록상표) 500으로 구매가능한 선형 알킬벤젠, 및 HAB 22(니폰 오일(Nippon Oil)에 의해 판매되는 분지형 알킬벤젠)이다.
다른 실시 형태에서, 윤활제는 또한, 하이드로플루오로카본 냉매와 함께 사용되도록 설계되었던 것들, 및 압축 냉동 및 공조 장치의 작동 조건 하에서 본 발명의 냉매와 혼화가능한 것들을 포함할 수 있다. 그러한 윤활제에는 폴리올 에스테르(POE), 예를 들어 카스트롤(Castrol)(등록상표) 100(영국의 카스트롤), 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 예를 들어 다우(Dow)(미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼(Dow Chemical))로부터의 RL-488A, 폴리비닐 에테르(PVE), 및 폴리카르보네이트(PC)가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
트랜스-HFO-1336mzz와 함께 사용되는 윤활제는, 윤활제가 노출될 환경 및 주어진 압축기의 요건을 고려함으로써 선택된다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 트랜스-HFO-1336mzz는 상용화제, UV 염료, 가용화제, 트레이서, 안정제, 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 및 작용화된 퍼플루오로폴리에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 안정제, 자유 라디칼 포착제(scavenger) 또는 항산화제와 함께 사용될 수 있다. 그러한 기타 첨가제에는 니트로메탄, 장애 페놀(hindered phenol), 하이드록실아민, 티올, 포스파이트, 또는 락톤을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 단일 첨가제 또는 조합이 사용될 수 있다.
선택적으로, 다른 실시 형태에서, 성능 및 시스템 안정성을 향상시키기 위하여 소정의 냉동 또는 공조 시스템 첨가제가 필요에 따라 트랜스-HFO-1336mzz에 첨가될 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 기포 조절제가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 일반적으로, 이들 첨가제는 전체 조성물에 대하여 소량으로 본 발명의 조성물에 존재할 수 있다. 전형적으로, 각각의 첨가제는 약 0.1 중량% 미만 내지 약 3 중량%만큼의 농도로 사용된다. 이들 첨가제는 개별 시스템 요건에 기초하여 선택된다. 이들 첨가제에는 EP(극압) 윤활 첨가제의 트라이아릴 포스페이트 부류의 구성원, 예를 들어 부틸화 트라이페닐 포스페이트(BTPP), 또는 기타 알킬화 트라이아릴 포스페이트 에스테르, 예를 들어 아크조 케미칼즈(Akzo Chemicals)로부터의 Syn-0-Ad 8478, 트라이크레실 포스페이트 및 관련 화합물이 포함된다. 추가적으로, 금속 다이알킬 다이티오포스페이트(예를 들어, 아연 다이알킬 다이티오포스페이트(또는 ZDDP)), 루브리졸(Lubrizol) 1375 및 이 부류의 화학물질의 기타 구성원들이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 다른 내마모 첨가제에는 천연 생성물 오일 및 비대칭 폴리하이드록실 윤활 첨가제, 예를 들어 시너골(Synergol) TMS(인터내셔널 루브리컨츠(International Lubricants))가 포함된다. 유사하게는, 항산화제, 자유 라디칼 포착제, 및 물 포착제와 같은 안정제가 사용될 수 있다. 이 범주 내의 화합물에는 부틸화 하이드록시 톨루엔(BHT), 에폭사이드, 및 그 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 부식 억제제에는 도데세일 석신산(DDSA), 아민 포스페이트(AP), 올레오일 사코신, 이미다존 유도체 및 치환된 설포네이트가 포함된다. 금속 표면 불활성화제에는 아레옥살릴 비스(벤질리덴) 하이드라지드(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 그 염, 및 그 혼합물이 포함된다.
추가의 첨가제에는 장애 페놀, 티오포스페이트, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 유기 포스페이트, 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 터펜, 터페노이드, 에폭사이드, 플루오르화 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 안정제가 포함된다. 대표적인 안정제 화합물에는, 부틸화 하이드록시 톨루엔(BHT), 토코페롤; 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 및 스위스 바젤 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals; 이하, "시바"라고 함)로부터 상표명 이르갈루베(Irgalube)(등록상표) 63으로 구매가능한 다이티오포스페이트; 시바로부터 상표명 이르갈루베(등록상표) 353 및 이르갈루베(등록상표) 350으로 각각 구매가능한 다이알킬티오포스페이트 에스테르; 시바로부터 상표명 이르갈루베(등록상표) 232로 구매가능한 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트; 시바로부터 상표명 이르갈루베(등록상표) 349(시바)로 구매가능한 아민 포스페이트; 시바로부터 이르가포스(Irgafos)(등록상표) 168로 구매가능한 장애 포스파이트; 포스페이트, 예를 들어 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) OPH로 구매가능한 (트리스-(다이-tert-부틸페닐); (다이-n-옥틸 포스파이트); 및 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) DDPP로 구매가능한 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, 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, 예를 들어 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); 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 802(시바)로 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) 622LD(시바)로 구매가능한 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; 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
이온성 액체 안정제는 적어도 하나의 이온성 액체를 포함한다. 이온성 액체는, 액체이거나 융점이 100℃ 미만인 유기 염이다. 다른 실시 형태에서, 이온성 액체 안정제는 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 안정제에는 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, 이들 모두는 플루카(Fluka)(시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))로부터 입수가능하다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 트랜스-HFO-1336mzz는 퍼플루오로폴리에테르 첨가제와 함께 사용될 수 있다. 퍼플루오로폴리에테르의 공통적인 특징은 퍼플루오로알킬 에테르 부분이 존재한다는 것이다. 퍼플루오로폴리에테르는 퍼플루오로폴리알킬에테르와 동의어이다. 빈번하게 사용되는 동일 의미의 다른 용어에는 "PFPE", "PFAE", "PFPE 오일", "PFPE 유체", 및"PFPAE"가 포함된다. 예를 들어, 화학식 CF3-(CF2)2-O-[CF(CF3)-CF2-O]j'-R'f를 갖는 퍼플루오로폴리에테르는 듀퐁(DuPont)으로부터 상표명 크라이톡스(Krytox)(등록상표)로 구매가능하다. 이 화학식에서, j'는 2 내지 100(종점 포함)이고, R'f 는 CF2CF3, C3 내지 C6 퍼플루오로알킬 기, 또는 그 조합이다.
이탈리아 밀란 소재의 오시몽트(Ausimont)로부터 상표명 폼블린(Fomblin)(등록상표) 및 갈덴(Galden)(등록상표)으로 구매가능하고 퍼플루오로올레핀 광산화에 의해 생성되는 다른 PFPE가 또한 사용될 수 있다. 상표명 폼블린(등록상표)-Y로 구매가능한 PFPE는 화학식 CF3O(CF2CF(CF3)-O-)m' (CF2-O-)n' -R1f를 가질 수 있다. CF3O[CF2CF(CF3)O]m'(CF2CF2O)o' (CF2O)n'-R1f가 또한 적합하다. 이 화학식에서, R1f는 CF3, C2F5, C3F7, 또는 이들의 둘 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(등록상표)-Z로 구매가능한 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 2이다(종점 포함).
일본의 다이킨 인더스트리즈(Daikin Industries)로부터 상표명 뎀넘(Demnum)TM으로 구매가능한 다른 부류의 PFPE가 또한 사용될 수 있다. 이는 2,2,3,3-테트라플루오로옥세탄의 순차적 올리고머화 및 플루오르화에 의해 제조될 수 있어서, 화학식 F-[(CF2)3-O]t'-R2f를 생성하는데, 여기서 R2f는 CF3, C2F5, 또는 그 조합이고, t'는 2 내지 200(종점 포함)이다.
퍼플루오로폴리에테르의 2개의 말단기는 독립적으로 작용화 또는 비작용화될 수 있다. 비작용화된 퍼플루오로폴리에테르에서, 말단기는 분지쇄 또는 직쇄 퍼플루오로알킬 라디칼 말단기일 수 있다. 그러한 퍼플루오로폴리에테르의 예는 화학식 Cr'F(2r'+1)-A-Cr'F(2r'+1)을 가질 수 있는데, 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 이들의 둘 이상의 조합일 수 있으며; 바람직하게는 A는 O-(CF(CF3)CF2-O)w', O-(C2F4-O)w', O-(C2F4-O)x' (C3F6-O)y', O-(CF2CF2CF2-O)w', 또는 이들의 둘 이상의 조합이고; w'는 4 내지 100이고; x' 및 y'는 각각 독립적으로 1 내지 100이다. 구체적인 예에는 F(CF(CF3)-CF2-O)9-CF2CF3, F(CF(CF3)-CF2-O)9-CF(CF3)2, 및 그 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 그러한 PFPE에서, 할로겐 원자의 최대 30%는 불소 이외의 할로겐, 예를 들어 염소 원자일 수 있다.
퍼플루오로폴리에테르의 2개의 말단기는 독립적으로 또한 작용화될 수 있다. 전형적인 작용화된 말단기는 에스테르, 하이드록실, 아민, 아미드, 시아노, 카르복실산 및 설폰산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
대표적인 에스테르 말단기에는 -COOCH3, -COOCH2CH3, -CF2COOCH3, -CF2COOCH2CH3, -CF2CF2COOCH3, -CF2CF2COOCH2CH3, -CF2CH2COOCH3, -CF2CF2CH2COOCH3, -CF2CH2CH2COOCH3, -CF2CF2CH2CH2COOCH3이 포함된다.
대표적인 하이드록실 말단기에는 -CF2OH, -CF2CF2OH, -CF2CH2OH, -CF2CF2CH2OH, -CF2CH2CH2OH, -CF2CF2CH2CH2OH가 포함된다.
대표적인 아민 말단기에는 -CF2NR1R2, -CF2CF2NR1R2, -CF2CH2NR1R2, -CF2CF2CH2NR1R2, -CF2CH2CH2NR1R2, -CF2CF2CH2CH2NR1R2가 포함되며, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 H, CH3, 또는 CH2CH3이다.
대표적인 아미드 말단기에는 -CF2C(O)NR1R2, -CF2CF2C(O)NR1R2, -CF2CH2C(O)NR1R2, -CF2CF2CH2C(O)NR1R2, -CF2CH2CH2C(O)NR1R2, -CF2CF2CH2CH2C(O)NR1R2가 포함되며, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 H, CH3, 또는 CH2CH3이다.
대표적인 시아노 말단기에는 -CF2CN, -CF2CF2CN, -CF2CH2CN, -CF2CF2CH2CN, -CF2CH2CH2CN, -CF2CF2CH2CH2CN이 포함된다.
대표적인 카르복실산 말단기에는 -CF2COOH, -CF2CF2COOH, -CF2CH2COOH, -CF2CF2CH2COOH, -CF2CH2CH2COOH, -CF2CF2CH2CH2COOH가 포함된다.
대표적인 설폰산 말단기에는 -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)R4가 포함되며, 여기서 R3은 H, CH3, CH2CH3, CH2CF3, CF3, 또는 CF2CF3이고, R4는 CH3, CH2CH3, CH2CF3, CF3, 또는 CF2CF3이고, R4는 CH3, CH2CH3, CH2CF3, CF3, 또는 CF2CF3이다.
칠러
일 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz를 포함하는 주로 트랜스 이성체 또는 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz 인 것을 특징으로 하는 냉매를 포함하는 칠러 장치 - 대안적으로 본 명세서에서는 칠러라고 함 - 가 제공된다. 본 발명은 증기 압축 칠러에 관한 것이다. 그러한 증기 압축 칠러는 만액식 증발기 칠러(이는 도 1에 도시되어 있음), 또는 직팽식 칠러(이는 도 2에 도시되어 있음)일 수 있다. 만액식 증발기 칠러 및 직팽식 칠러 둘 모두는 공랭식(air-cooled) 또는 수랭식(water-cooled)일 수 있다. 칠러가 수랭식인 실시 형태에서, 그러한 칠러는 일반적으로 시스템으로부터의 열 배출을 위한 냉각탑과 연결된다. 칠러가 공랭식인 실시 형태에서, 칠러에는 시스템으로부터 열을 배출하기 위해 냉매-대-공기 핀형-튜브(finned-tube) 응축기 코일 및 팬(fan)이 장착된다. 공랭식 칠러 시스템은 일반적으로 냉각탑 및 급수 펌프를 포함하는 등가-용량의 수랭식 칠러 시스템보다 덜 고가이다. 그러나, 수랭식 시스템은 더 낮은 응축 온도로 인해 많은 작동 조건 하에서 더욱 효율적일 수 있다.
만액식 증발기 칠러 및 직팽식 칠러 둘 모두를 포함한 칠러는 공기 처리 및 분배 시스템(air handling and distribution system)과 결합되어, 호텔, 사무용 건물, 병원, 대학교 등을 포함한 대형 상업용 건물에 쾌적한 공조(공기를 냉각 및 제습시킴)를 제공할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 칠러 - 대부분 공랭식 직팽식 칠러일 것임 - 는 해군 잠수함 및 해상 함정에서 추가의 유용성을 확인하였다.
칠러의 작동 방법을 예시하기 위해서 도면을 참조한다. 수랭식 만액식 증발기 칠러는 도 1에 예시로 도시되어 있다. 이러한 칠러에서, 물을 포함하는 따뜻한 액체인 제1 냉각 매질, 및 일부 실시 형태에서, 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)과 같은 첨가제는 입구 및 출구를 갖는 증발기(6) 내에서 코일(9)을 통해 화살표(3)에서 들어가는 것으로 도시된, 건물 냉각 시스템과 같은 냉각 시스템으로부터 칠러로 들어간다. 따뜻한 제1 냉각 매질은 증발기로 전달되고, 여기서 이는 증발기의 하부 부분에 도시된 액체 냉매에 의해 냉각된다. 액체 냉매는 코일(9)을 통해 유동하는 따뜻한 제1 냉각 매질보다 더 낮은 온도에서 증발한다. 냉각된 제1 냉각 매질은 코일(9)의 귀환 부분(return portion)을 통해 화살표(4)에 의해 도시된 바와 같이 다시 건물 냉각 시스템으로 재순환된다. 도 1의 증발기(6)의 하부 부분에 도시된 액체 냉매는 증발되고 압축기(7) 내로 흡인되며, 압축기(7)는 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) 내에서 응축될 수 있게 된다. 수랭식 칠러의 경우 액체인 제2 냉각 매질이 도 1의 화살표(1)에서 냉각탑으로부터 응축기(5) 내에 있는 코일(10)을 통해 응축기로 들어간다. 제2 냉각 매질은 이 과정에서 가온되고 코일(10)의 귀환 루프 및 화살표(2)를 통해 냉각탑 또는 대기로 되돌아간다. 이 제2 냉각 매질은 응축기 내에서 증기를 냉각시키고 증기를 액체 냉매로 응축되게 하여, 도 1에서 도시된 바와 같이 응축기의 하부 부분에 액체 냉매가 존재하게 된다. 응축기 내의 응축된 액체 냉매는 팽창 디바이스(8) - 이는 구멍(orifice), 모세관 또는 팽창 밸브일 수 있음 - 를 통해 증발기로 다시 유입된다. 팽창 디바이스(8)는 액체 냉매의 압력을 감소시키고, 액체 냉매를 증기로 부분적으로 변환시키는데, 즉 액체 냉매는 응축기와 증발기 사이에서 압력이 하강함에 따라 플래싱(flashing)된다. 플래싱은 냉매, 즉 액체 냉매 및 냉매 증기 둘 모두를 증발기 압력에서 포화 온도로 냉각시켜, 액체 냉매 및 냉매 증기 둘 모두가 증발기 내에 존재하게 한다.
단일 성분 냉매 조성물, 예를 들어 본 발명에서와 같은 트랜스-HFO-1336mzz 또는 주로 트랜스-HFO-1336mzz인 조성물의 경우, 증발기 내의 증기 냉매의 조성은 증발기 내의 액체 냉매의 조성과 동일하다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 경우, 증발은 일정한 온도에서 일어날 것이다. 그러나, 냉매 블렌드(또는 혼합물)가 사용된다면, 증발기 내의 (또는 응축기 내의) 액체 냉매 및 냉매 증기는 상이한 조성을 가질 수 있다. 이는 장비를 수리하는 데 있어서의 어려움 및 비효율적인 시스템을 초래할 수 있으며, 따라서 단일 성분 냉매가 더 바람직하다.
700 kW 초과의 냉각 용량을 갖는 칠러는 일반적으로 만액식 증발기를 사용하는데, 여기서 증발기 및 응축기 내의 냉매는 냉각 매질용 코일 또는 다른 도관을 둘러싼다(즉, 냉매가 셸면(shell side) 상에 존재함). 만액식 증발기는 더 높은 냉매 충전을 필요로 하지만, 더 근접한 접근 온도 및 더 높은 효율을 가능하게 한다. 700 kW 미만의 용량을 갖는 칠러는 냉매가 튜브 내에서 유동하고 증발기 및 응축기 내의 냉각 매질이 이 튜브를 둘러싸는(즉, 냉각 매질이 셸면 상에 존재함) 증발기를 통상 사용한다. 그러한 칠러를 직팽식(DX) 칠러라고 한다. 수랭식 직팽식 칠러가 도 2에 예시되어 있다. 도 2에서 예시된 바와 같은 칠러에서, 따뜻한 물과 같은 따뜻한 액체인 제1 액체 냉각 매질은 입구(14)에서 증발기(6')로 들어간다. 대부분이 액체인 냉매(소량의 냉매 증기를 함유함)는 화살표(3')에서 증발기 내의 코일(9')로 들어가고 증발되어, 증기로 바뀐다. 그 결과, 제1 액체 냉각 매질은 증발기 내에서 냉각되고, 냉각된 제1 액체 냉각 매질은 출구(16)에서 증발기를 빠져나가고, 건물과 같은 냉각될 물체로 보내진다. 도 2의 이 실시 형태에서, 이는 냉각될 건물 또는 다른 물체를 냉각시키는 이 냉각된 제1 액체 냉각 매질이다. 냉매 증기는 화살표(4')에서 증발기를 빠져나가고 압축기(7')로 보내지는데, 여기서 이는 압축되고 고온 고압 냉매 증기로서 빠져나간다. 이 냉매 증기는 1'에서 응축기 코일(10')을 통해 응축기(5')로 들어간다. 냉매 증기는 응축기 내의 제2 액체 냉각 매질, 예를 들어 물에 의해 냉각되어 액체로 된다. 제2 액체 냉각 매질은 응축기 냉각 매질 입구(20)를 통해 응축기로 들어간다. 제2 액체 냉각 매질은 응축 냉매 증기로부터 열을 추출하고, 응축 냉매 증기는 액체 냉매로 되며, 이는 응축기 내에서 제2 액체 냉각 매질을 가온시킨다. 제2 액체 냉각 매질은 응축기 냉각 매질 출구(18)를 통해 응축기를 통해 빠져나간다. 응축된 냉매 액체는 도 2에 도시된 바와 같이 하부 코일(10)을 통해 응축기를 빠져나가고 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 이 사이클이 반복된다.
증기-압축 칠러는 이들이 사용하는 압축기의 유형에 의해 식별될 수 있다. 일 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 후술되는 바와 같이 원심식 압축기를 이용하는 칠러인 원심식 칠러에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 왕복동식 압축기, 스크류 압축기, 또는 스크롤 압축기 중 어느 하나인 용적형 압축기에 유용하다. 스크류 압축기를 이용하는 칠러는 이하에서 스크류 칠러라 할 것이다.
일 실시 형태에서, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 원심식 칠러가 제공된다. 다른 실시 형태에서, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는, 스크류 압축기를 이용하는 용적형 칠러가 제공된다.
원심식 압축기는 회전 요소를 사용하여 냉매를 반경 방향으로 가속시키며, 전형적으로 케이싱 내에 내장된 임펠러 및 디퓨저를 포함한다. 원심식 압축기는 통상적으로 임펠러 아이(eye), 또는 순환하는 임펠러의 중심 입구 내에 유체를 받아들이고, 이를 반경 방향 외측으로 가속시킨다. 약간의 정압 상승이 임펠러에서 일어나지만, 압력 상승의 대부분은 케이싱의 디퓨저 섹션에서 일어나며, 여기서 속도가 정압으로 변환된다. 각각의 임펠러-확산기 세트는 압축기의 한 단(stage)이다. 원심식 압축기는 취급될 냉매의 부피 및 원하는 최종 압력에 따라 1 내지 12개 또는 그 이상의 단으로 건설된다.
압축기의 압력비 또는 압축비는 절대 토출 압력 대 절대 입구 압력의 비이다. 원심식 압축기에 의해 전달된 압력은 상대적으로 넓은 범위의 용량에 걸쳐 실제적으로 일정하다. 원심식 압축기가 발현시킬 수 있는 압력은 임펠러의 선단 속도에 따라 좌우된다. 선단 속도는 임펠러의 선단에서 측정되는 임펠러의 속도이며, 임펠러의 직경 및 임펠러의 분당 회전수와 관계가 있다. 원심식 압축기의 용량은 임펠러를 통한 통로의 크기에 의해 결정된다. 이에 의해 압축기의 크기는 용량보다 요구되는 압력에 따라 더 많이 좌우된다.
용적형 압축기는 증기를 챔버 내로 흡인시키고, 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, 단단형(single-staged) 또는 다단형(multi-staged)일 수 있고, 전기 모터 또는 내연 엔진에 의해 구동될 수 있다. 3.7 내지 22.4 kW(5 내지 30 hp)의 소형 왕복동식 압축기는 자동차 응용에서 보여지며, 전형적으로 단속적인 작동(intermittent duty)을 위한 것이다. 최대 74.6 kW(100 hp)의 대형 왕복동식 압축기는 대형 산업 응용에서 찾아진다. 토출 압력은 저압 내지 매우 고압(35 MPa(5000 psi) 초과)의 범위일 수 있다.
스크류 압축기는 2개의 메쉬형(meshed) 회전 용적형 나선 스크류를 사용하여 기체를 보다 작은 공간 내로 밀어낸다. 스크류 압축기는 통상적으로 상업적 및 산업적 응용에서 연속 작동을 위한 것이며, 고정용 또는 휴대용일 수 있다. 이들 응용은 3.7 kW(5 hp) 내지 375 kW(500 hp) 초과, 그리고 저압 내지 매우 고압(8.3 MPa(1200 psi) 초과)에 있을 수 있다.
스크롤 압축기는 스크류 압축기와 유사하며, 2개의 삽입형 나선형 스크롤을 포함하여 기체를 압축시킨다. 출력은 회전 스크류 압축기의 출력보다 더 큰 펄스형으로 발생된다.
150 kW 미만의 용량을 갖는 스크롤 압축기 또는 왕복동식 압축기를 사용하는 칠러의 경우, 대형 칠러에 사용되는 셸-및-튜브형 열 교환기 대신에 브레이징된-판 열 교환기가 증발기용으로 통상 사용된다. 브레이징된-판 열 교환기는 시스템 부피 및 냉매 충전을 감소시킨다.
방법
일 실시 형태에서, 냉각을 생성하는 방법은 냉각될 물체 부근에서 증발기 내에서 트랜스-HFO-1336mzz를 증발시키고, 그럼으로써 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 증발기 내에서 생성된 상기 트랜스-HFO-1336mzz 증기 조성물을 압축기 내에서 압축시키는 단계, 및 이후에 상기 트랜스-HFO-1336mzz 증기 조성물을 응축기 내에서 응축시키는 단계를 포함할 수 있다. 압축기는 원심식 압축기 또는 스크류 압축기일 수 있다.
일 실시 형태에서, 냉각될 물체는 냉각될 수 있는 임의의 공간, 물건 또는 유체일 수 있다. 일 실시 형태에서, 냉각될 물체는 방, 건물, 자동차의 승객 구획(passenger compartment), 냉장고, 냉동기, 또는 슈퍼마켓이나 편의점의 디스플레이 케이스(display case)일 수 있다. 대안적으로, 다른 실시 형태에서, 냉각될 물체는 냉각 매질 또는 열전달 유체일 수 있다.
일 실시 형태에서, 냉각을 생성하는 방법은 도 1에 대해 상기에 기재된 바와 같이 만액식 증발기 칠러 내에서 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 증발되어 제1 냉각 매질 부근에서 냉매 증기를 형성한다. 냉각 매질은 물과 같은 따뜻한 액체이고, 이는 냉각 시스템으로부터 파이프를 통해 증발기 내로 수송된다. 따뜻한 액체는 냉각되고 건물과 같은 냉각될 물체로 보내진다. 그 다음, 냉매 증기는 제2 냉각 매질 부근에서 응축되는데, 이는 예를 들어 냉각탑으로부터 가져오는 냉각된 액체이다. 제2 냉각 매질은 냉매 증기를 냉각시켜서, 냉매 증기가 응축되어 액체 냉매를 형성하게 된다. 본 방법에서, 호텔, 사무용 건물, 병원 및 대학교를 냉각시키는 데 만액식 증발기 칠러가 또한 사용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 냉각을 생성하는 방법은 도 2에 대해 상기에 기재된 바와 같이 직팽식 칠러 내에서 냉각을 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 증발기를 통과하고, 증발되어 냉매 증기를 생성한다. 제1 액체 냉각 매질은 증발 냉매에 의해 냉각된다. 제1 액체 냉각 매질은 증발기로부터 나와서 냉각될 물체로 보내진다. 본 방법에서, 직팽식 칠러는 또한 호텔, 사무용 건물, 병원, 대학교뿐만 아니라 해군 잠수함 또는 해상 함정을 냉각시키는 데에도 사용될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 칠러 장치 내의 HFC-236fa 또는 CFC-114 냉매를 대체하는 방법이 본 명세서에 제공되는데, 상기 방법은 대체된 냉매 대신에 상기 칠러 장치에 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함한다.
기후 변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC)에 의해 출간된 GWP 계산법에 기초하여, 대체를 필요로 하는 냉매 및 열전달 유체에는 HFC-236fa가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 칠러 내의 HFC-236fa 냉매를 트랜스-HFO-1336mzz로 대체하는 방법이 제공된다. 본 방법은 상기 냉매 대신에 칠러에 트랜스-HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함한다.
HFC-236fa를 대체하는 본 방법에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 본래 HFC-236fa를 이용하여 작동되도록 설계 및 제조될 수 있었던 원심식 칠러에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 본래 HFC-236fa를 이용하여 작동되도록 설계 및 제조될 수 있었던 스크류 칠러에 유용하다.
ODP(ODP=0.94) 및 GWP(GWP=10,000)로 인해 대체를 필요로 하는 다른 냉매는 CFC-114이다. HFC-236fa는 본래 CFC-114에 대한 대체물로서 칠러에서 사용되었다. 그러나, CFC-114는 여전히 세계의 일정 지역에서 사용되고 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 칠러 내의 CFC-114 냉매를 트랜스-HFO-1336mzz로 대체하는 방법이 제공된다. 본 방법은 상기 냉매 대신에 칠러에 트랜스-HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함한다.
CFC-114를 대체하는 본 방법에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 본래 CFC-114를 이용하여 작동되도록 설계 및 제조될 수 있었던 원심식 칠러에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 트랜스-HFO-1336mzz는 본래 CFC-114를 이용하여 작동되도록 설계 및 제조될 수 있었던 스크류 칠러에 유용하다.
기존 장비 내의 CFC-114 또는 HFC-236fa를 대체할 때, 장비 또는 작동 조건 또는 둘 모두에 대해 조정을 행함으로써 추가의 이점이 실현될 수 있다. 예를 들어, 트랜스-HFO-1336mzz가 대체 냉매로서 사용되고 있는 원심식 칠러에서 임펠러 직경 및 임펠러 속도가 조정될 수 있다.
대안적으로, HFC-236fa 또는 CFC-114를 대체하는 본 방법에서, 본 명세서에 개시된 트랜스-HFO-1336mzz는 신규 만액식 증발기 칠러 또는 신규 직팽식 칠러와 같은 신규 장비에 유용할 수 있다. 그러한 신규 장비에서, 원심식 압축기 또는 용적형 압축기, 예를 들어 스크류 압축기, 및 이와 함께 사용되는 증발기 및 응축기가 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1
원심식 칠러에서의 트랜스-HFO-1336mzz에 대한 냉각 성능
표 1은 원심식 칠러에 대해 전형적인 조건 하에서 CFC-114 및 HFC-236fa와 비교하여 트랜스-HFO-1336mzz의 성능을 보여준다. 표 1에서, COP는 성능 계수(에너지 효율과 유사함)이다. 데이터는 하기 조건에 기초한다:
증발기 온도 4.4℃ (40℉)
응축기 온도 37.8℃ (100℉)
압축기 효율 70%
[표 1]
표 1의 데이터는 트랜스-HFO-1336mzz가 CFC-114 또는 HFC-236fa 어느 것보다도 더 낮은 증발기 압력 및 응축기 압력을 생성함을 나타낸다. 따라서, CFC-114 또는 HFC-236fa에 의해 생성되는 압력을 견디도록 설계된 칠러 장비는 또한 트랜스-HFO-1336mzz에 의해 생성되는 압력을 견딜 것이다.
표 1의 데이터는 트랜스-HFO-1336mzz가 놀랍게도 CFC-114와 유사한 에너지 효율(COP) 및 부피 냉각 용량을 제공하는 것을 추가로 나타낸다. 더욱이, 트랜스-HFO-1336mzz는 증발기 조건으로부터 응축기 조건으로 냉매를 들어올리는 데 CFC-114와 비교할 만한 임펠러 선단 속도를 필요로 한다. 그 결과, 신규 냉매에 대해 최적화된 신규 칠러 설계를 개발하는 데 있어서의 비용 및 위험은 감소된다. 더욱이, 트랜스-HFO-1336mzz는, 작은 변형을 갖고서, 에너지 효율의 과도한 저하 없이 기존 칠러 내의 CFC-114를 대체하는 데 사용될 수 있었다. 따라서, 트랜스-HFO-1336mzz는 칠러 내의 CFC-114를 대체하여 냉매 GWP의 상당한 감소(99.7%)를 달성하도록 할 매력적인 후보이다.
표 1의 데이터는 트랜스-HFO-1336mzz가 놀랍게도 HFC-236fa보다 약간 더 우수한 COP를 제공하고 HFC-236fa와 거의 동일한 압축기 임펠러 선단 속도를 필요로 함을 추가로 나타낸다. 그 결과, 신규 냉매에 대해 최적화된 신규 칠러 설계를 개발하는 데 있어서의 비용 및 위험은 감소된다. 더욱이, 트랜스-HFO-1336mzz는, 작은 변형을 갖고서, 그의 다소 더 낮은 부피 냉각 용량에도 불구하고, 에너지 효율의 과도한 저하 없이, 기존 칠러 내의 HFC-236fa를 대체하는 데 사용될 수 있었다. 따라서, 트랜스-HFO-1336mzz는 칠러 내의 HFC-236fa를 대체하여 GWP의 상당한 감소(99.7%)를 달성하도록 할 매력적인 후보이다.
기존 칠러에 대한 하나의 갱신(retrofit) 시나리오에서, CFC-114 냉매는 신규 냉매로 대체되겠지만 압축기 임펠러는 유지될 것이다. 이러한 시나리오에서, 임펠러의 회전 속도의 상대적으로 작은 증가는 증발기 조건으로부터 응축기 조건으로 신규 냉매를 들어올리는 데 필요한 더 높은 선단 속도 및 칠러의 공칭 냉각 용량을 회복시키는 데 필요한 더 높은 냉매 부피 유량을 생성할 것이다. 신규 세트의 작동 조건에서의 압축기 효율은 갱신 전의 압축기 효율로부터 실질적으로 이탈하지 않을 것이다. 압축기가 갱신 전에 최대 효율로 작동됨을 가정하면, 최소 변환 비용으로 신규 냉매의 이득에 대한 대가로 단지 작은 효율 손실이 용인될 것이다.
실시예 2
불연성 시험
트랜스-HFO-1336mzz의 인화성 결함은 ASHRAE 표준 34-2007에서 요구되고 부록 p 내지 ASHRAE 표준 34-2007에 기재된 바와 같은 ASTM E681- 2001 시험 절차에 따라 측정한다. 시험 조건은 60℃ 및 100℃이고, 23℃에서 제조되는 바와 같이 50% 상대 습도이다.
트랜스-HFO-1336mzz는 60℃ 및 100℃에서 불연성인 것으로 밝혀졌다. 이는 공조 및 냉동 산업에 대하여 중요한 다른 특성을 제시한다. 불연성 냉매는 많은 응용에 의해 요구된다. 따라서, 트랜스-HFO-1336mzz의 불연성 등급은 트랜스-HFO-1336mzz의 광범위한 용도를 허용할 것이다.
실시예 3 - 비교용
원심식 칠러 내의 시스-HFO-1336mzz에 대한 냉각 성능
표 2는 원심식 칠러에 대한 전형적인 조건 하에서 CFC-114 및 HFC-236fa와 비교하여 시스-HFO-1336mzz의 성능을 보여준다. 표 2에서, COP는 성능 계수(에너지 효율과 유사함)이다. 데이터는 하기 조건에 기초한다:
증발기 온도 4.4℃ (40℉)
응축기 온도 37.8℃ (100℉)
압축기 효율 70%
[표 2]
표 2의 데이터는 CFC-114 및 HFC-236fa와 비교하여 62% 또는 70% 감소된 부피 용량이 시스-HFO-1336mzz가 CFC-114 또는 HFC-236fa에 대한 갱신으로서 효율적으로 역할을 하는 데 적절하지 않음을 명백히 나타낸다. 그에 비해, 트랜스-HFO-1336mzz는 CFC-114 및 HFC-236fa에 비하여 약 5% 또는 25% 차이의 훨씬 더 가까운 값을 각각 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스-HFO-1336mzz에 필요한 임펠러 선단 속도는 CFC-114 또는 HFC-236fa에 대해서보다 29 또는 20% 더 높지만, 트랜스-HFO-1336mzz의 경우, 선단 속도는 CFC-114보다는 단지 약 6.9% 더 높고 HFC-236fa와는 거의 동일하다.
Claims (15)
- 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz인 것을 특징으로 하는 냉매를 포함하는 칠러 장치.
- 제1항에 있어서, 냉매는 본질적으로 트랜스-HFO-1336mzz인 칠러 장치.
- 제1항에 있어서, 만액식 증발기 칠러(flooded evaporator chiller)인 칠러 장치.
- 제1항에 있어서, 직팽식 칠러(direct expansion chiller)인 칠러 장치.
- 냉각될 물체 부근에서 증발기 내에서 트랜스-HFO-1336mzz를 증발시키고, 그럼으로써 냉각을 생성하는 단계를 포함하는, 칠러 장치 내에서 냉각을 생성하는 방법.
- 제5항에 있어서, 냉각 매질을 칠러 장치의 증발기로 통과시키는 단계, 증발기 내에서 트랜스-HFO-1336mzz를 증발시켜 증기 조성물을 형성하고, 그럼으로써 냉각 매질을 냉각시키는 단계, 및 냉각 매질을 증발기로부터 나오게 하여 냉각될 물체로 보내는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 칠러는 만액식 증발기 칠러 및 직팽식 칠러로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제5항에 있어서, 원심식 압축기 내에서 증기 조성물을 압축시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제5항에 있어서, 스크류 압축기 내에서 증기 조성물을 압축시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 대체된 냉매 대신에 칠러 장치에 트랜스 이성체 또는 주로 트랜스 이성체인 HFO-1336mzz를 제공하는 단계를 포함하는, 칠러 장치 내의 HFC-236fa 또는 CFC-114 냉매를 대체하는 방법.
- 제10항에 있어서, 대체된 냉매는 CFC-114인 방법.
- 제10항에 있어서, 대체된 냉매는 HFC-236fa인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 칠러 장치는 만액식 증발기 칠러인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 칠러 장치는 직팽식 칠러인 방법.
- 제10항에 있어서, HFO-1336mzz는 본질적으로 트랜스-HFO-1336mzz인 방법.
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