KR20150133769A

KR20150133769A - 냉동을 위한 조성물 및 방법

Info

Publication number: KR20150133769A
Application number: KR1020157029552A
Authority: KR
Inventors: 질리 루; 준 리우; 사무엘 에프 야나 모타; 시앙루이 왕; 윤 린; 용밍 니우; 앤드류 선; 마크 더블유. 스파츠; 로브터 쥐. 리차드; 안키트 세티
Original assignee: 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2015-11-30
Also published as: EP2970734A1; WO2014139146A1; CN105378022A; EP2970734A4; JP2016514187A; US20160024362A1

Abstract

본 발명은, 부분적으로, (a) HFO-1234ze; (b) HFC-227ea; 및 (c) 임의적으로 HFC-134a를 포함하며, HFO-1234ze 및 HFC-227ea가 유효량으로 제공되어 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는, 열 전달 유체를 사용하는 열 전달 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다.

Description

냉동을 위한 조성물 및 방법{COMPOSITIONS AND METHOD FOR REFRIGERATION}

본 발명은, 적어도 부분적으로, 열 전달 조성물에 관한 것이며, 특히 현존하는 냉매 HFC-134a에 대한 대체물로서 적합할 수 있는 열 전달 및/또는 냉매 조성물에 관한 것이다.

지구 온난화 효과의 일부는 기계적 냉동 시스템에서 사용되어 온 작동 유체(working fluid)의 사용과 연관되어 있다. 낮은 지구 온난화 지수(global warming potential) 및 고효율 작동 유체의 적용을 위한 국제적 청원에 부응하여, 다수의 정부들은 높은 지구 온난화 지수의 작동 유체를 단계적으로 감축하고(phase down) CO₂ 방출을 감소시키기 위한 교토 의정서(Kyoto Protocol)에 서명하였다.

HFC-134a는, 스크류 물 냉각기(screw water chiller), 원심 물 냉각기(centrifugal water chiller), 열 펌프 온수기, 제습기 등을 포함하는 다수의 냉동 적용처에서 현재 널리 사용되고 있는 중요한 작동 유체이다. 그러나, 이것의 지구 온난화 지수(Global Warming Potential)(GWP)는 1430인 것으로 추정되며, 이는 계속적으로 사용하기에는 너무 높은 것으로 간주된다. 교토 의정서 및 다른 유사 국제적 조치(initiative)들에 따르면, 이들 적용처에서 그리고 HFC-134a가 사용되거나 또는 사용될 수 있는 다른 유사한 적용처에서도 또한 HFC-134a를 대체하기 위해 더욱 낮은 GWP의 새로운 하이드로플루오로카본 화합물 및 조성물에 대한 요구가 증가되어 왔다.

가연성은 스크류 물 냉각기, 원심 물 냉각기, 열 펌프 온수기, 제습기 등의 적용처에 대한 중요한 특성이다. 첫째, 현존하는 표준들은 가연성 하이드로플루오로카본 냉매의 채택을 어렵게 한다. 둘째, 이러한 냉동 장치에 대한 부품/구성요소는 가연성 냉매와 함께 사용하기에 불충분하고, 교체하는데 고가이다. 셋째, 냉매 누출시 냉매가 발화 및 폭발하는 것을 방지하기 위해, 공기 환기 시스템 및 냉매 누출 탐지기의 추가가 필수적이다. 따라서, 낮은 가연성을 갖거나 가연성을 전혀 갖지 않는 대체 냉매를 제공하는 것이 바람직하다.

체적 냉동 능력(volumetric refrigeration capacity)은 또한, 이것이 압축기의 크기에 큰 영향을 미치기 때문에, 특히 상기 적용처에서 HFC-134a의 대체물에 중요한 특성이다. 작은 체적 냉동 능력을 갖는 냉매는 대형 압축기를 필요로 하며, 이는 냉동 장치의 크기 및 비용을 증가시킬 것이다. 따라서, HFC-134a 또는 이와 유사한 체적 냉동 능력을 갖는 대체 냉매를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 적어도 이들 상술한 필요성을 해결한다.

본 출원인은 본 발명의 조성물, 방법 및 시스템에 의해 상술한 필요성 및 다른 필요성이 만족될 수 있음을 알아내었다. 특정 양태에서, 본 발명은 (a) HFO-1234ze(특정 바람직한 양태에서, 트랜스-HFO-1234ze); (b) HFC-227ea; 및 (c) 임의적으로 HFC-134a를 포함하며, HFO-1234ze 및 HFC-227ea는 유효량으로 제공되어서 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는, 열 전달 조성물에 관한 것이다. 특정 양태에서, 상기 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 80중량% 내지 약 95중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 5중량% 내지 약 20중량%의 HFC-227ea를 포함한다. 추가 양태에서, 상기 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 83중량% 내지 약 92중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 8중량% 내지 약 17중량%의 HFC-227ea를 포함한다. 추가 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 85중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea를 포함한다. 추가 바람직한 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 88중량% 내지 약 92중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 8중량% 내지 약 12중량%의 HFC-227ea를 포함한다.

상기의 특정 양태에서, 상기 조성물에 HFC-134a가 포함된다. 이러한 특정 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 60중량% 내지 약 95중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 5중량% 내지 약 20중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 20중량% 이하의 HFC-134a를 포함한다. 추가 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 68중량% 내지 약 92중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 8중량% 내지 약 17중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 15중량% 이하의 HFC-134a를 포함한다. 추가 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 75중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 10중량% 이하의 HFC-134a를 포함한다. 추가 양태에서, 열 전달 조성물은, 조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로, (a) 약 80중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 5중량% 이하의 HFC-134a를 포함한다.

본 출원인은 예기치 않게, 특히 본 명세서에 특정된 바람직한 범위 내에서, 본 발명의 조성물의 성분의 조합이 그 성분 중 어느 하나만으로는 달성될 수 없는 냉매 성능 특성을 달성하는데 중요하고 어려운 조합을 달성할 수 있는 것을 알아내었다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 조성물은 가연성에 대해 Class 1이며, 바람직하게 낮은 GWP를 가지고 있다. 또한, 이들은 HFC-134a(본 명세서에서 "R-134a"라고도 함)와 동일하거나, 유사하거나, 또는 이로부터 상업적으로 허용 가능한 편차 내의 체적 냉동 용량을 나타낸다.

본 발명의 조성물, 시스템, 또는 방법 중 하나 이상에 하나 이상의 공동 냉매가 제공 될 수 있다. 이러한 공동 냉매의 비 제한적인 예는 HFC-152a, HFO-1234yf, HFC-236ea, HFC-245fa, 및 CO2 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 이러한 공동 냉매는 조성물의 총 중량의 5중량% 미만의 양으로 제공될 수 있다.

본 발명은 또한, 열 전달을 위해 종래의 열 전달 시스템을 개조하는 방법 및 시스템을 포함하는, 본 발명의 조성물을 이용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 특정 바람직한 양태는 종래의 냉동 시스템에 냉각을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법의 다른 양태는 R-134a 냉매를 함유하도록 설계되거나 R-134a 냉매를 함유하는 종래의 시스템을 개조하는 방법을 제공하며, 상기 종래의 냉동 시스템의 실질적인 설계 변경 없이 본 발명의 조성물을 시스템에 도입하는 단계를 포함한다. 일부 비-제한적인 양태에서, 냉동 시스템은 소규모 냉동 시스템, 저온 및 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기(chiller), 열 펌프, 자동 판매기(vending machines), 스크류 물 냉각기(screw water chiller), 원심 물 냉각기(centrifugal water chiller), 중간 압력 원심 냉각기(medium pressure centrifugal chiller), 열 펌프 온수기, 및 제습기로 이루어진 군으로부터 선택되는 유닛을 포함할 수 있다.

용어 "HFO-1234"는 본 명세서에서 모든 테트라플루오로프로펜을 지칭하는 것으로 사용된다. 테트라플루오로프로펜에는, 1,1,1,2-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf)가 포함되고, 시스 및 트랜스 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze)이 모두 포함된다. 용어 HFO-1234ze는, 시스 형태 또는 트랜스 형태인지 여부와 무관하게, 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜을 나타내는 것으로 본 명세서에서 일반적으로 사용된다. 용어 "시스HFO-1234ze" 및 "트랜스HFO-1234ze"는 각각 시스 형태의 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜 및 트랜스 형태의 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜을 기술하는 것으로 본 명세서에서 사용된다. 따라서, 용어 "HFO-1234ze"는 그 범위 내에서 시스HFO-1234ze, 트랜스HFO-1234ze, 및 이들의 모든 조합 및 혼합물을 포함한다.

용어 "HFC-134a"는 1,1,1,2- 테트라플루오로에탄을 지칭하는 것으로 본 명세서에서 사용된다.

추가적인 장점 및 양태는 본 명세서에 제공된 개시 내용에 기초하여 당업자에게 명백할 것이다.

도 1은 HFC-227ea 및 HFO-1234ze를 포함하는 조성물의 가연성 한계를 도시한다.

소규모 냉동 시스템(소규모 상업용 냉동 시스템을 포함), 저온 및 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기, 열 펌프, 자동 판매기, 스크류 물 냉각기, 원심 물 냉각기, 열 펌프 온수기, 제습기 등을 포함하는 많은 가열 및 냉각 시스템에 일반적으로 사용된 한 가지 용매는, 1430으로 추정되는 높은 지구 온난화 지수(GWP)를 갖는 HFC-134a이다. 본 출원인은 본 발명의 조성물이 이러한 적용처에서 냉매, 특히 바람직하게 HFC-134a의 대체물 및/또는 교체물에 대한 필요성을 예외적이고 예기치 않은 방식으로 만족시키는 것을 알아내었다. 바람직한 조성물은 낮은 GWP 값을 가지며, 이러한 시스템에서 HFC-134a에 대한 체적 용량에 인접하게 매치하는 비 가연성, 무독성 유체를 제공한다.

특정 바람직한 형태에서, 본 발명의 조성물은 약 1,000 이하, 보다 바람직하게 약 700 이하, 보다 바람직하게 약 600 이하의 지구 온난화 지수(GWP)를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "GWP"는, 본 명세서에 참조로 통합되는 "The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, a report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project"에 정의된 바와 같이, 100년 시간의 범위에 걸쳐 이산화탄소의 그것에 대해 측정된다.

특정의 바람직한 형태에서, 본 조성물은 또한 바람직하게 0.05 이하, 보다 바람직하게 0.02 이하, 보다 바람직하게 약 제로(0)의 오존 파괴 지수(ODP)를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "ODP"는, 본 명세서에 참조로 통합되는 "The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, a report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project"에 정의된 바와 같다.

열 전달 조성물

본 발명의 조성물은 열 전달 적용처에서 사용하는데 일반적으로 적합하다. 즉, 특정의 비 제한적인 양태에서, 이들은 가열 및/또는 냉각 매체로서 사용될 수 있지만, 특히 종래 HFC-134a를 사용했던 가열 및 냉각 시스템에서 상술한 바와 같이 사용하는데 적합하다. 이러한 시스템의 예는, 소규모 냉동 시스템, 저온 및 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기, 열 펌프, 자동 판매기, 스크류 물 냉각기, 원심 물 냉각기, 열 펌프 온수기, 제습기 등을 포함하며, 이것으로 제한되지 않는다.

특정 바람직한 양태에서, 본 발명의 조성물은 (a) 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze); (b) 헵타플루오로프로판(HFC-227ea); 및 (c) 임의적으로 테트라플루오로에탄(HFC-134a)를 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 또는 구성된다. 이들 성분들 각각은, 종래의 냉매 시스템에서, 보다 구체적으로 소규모 냉동 시스템, 저온 및 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기, 열 펌프, 자동 판매기, 스크류 물 냉각기, 원심 물 냉각기, 열 펌프 온수기, 제습기, 및 냉매로서 HFC-134a를 사용하거나 사용할 수 있는 유사한 시스템에서, 냉매 조성물로서, 특히 HFC-134a에 대한 대체물로서 유용함을 제공하는 어떤 양으로 제공될 수 있다.

HFO-1234ze는 시스 이성질체, 트랜스 이성질체, 또는 시스 이성질체와 트랜스 이성질체의 조합으로서 제공될 수 있다. 특정 양태에서 HFO-1234ze는 조성물의 약 10중량% 내지 약 100중량% 미만의 양으로 제공될 수 있고, 특정 바람직한 양태에서 조성물의 약 40중량% 내지 약 100중량% 미만의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 약 50중량% 내지 약 99중량%의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 약 65중량% 내지 약 95중량%의 양으로 제공될 수 있다.

HFC-227ea는 조성물의 0중량% 초과 약 90중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 특정 바람직한 양태에서 조성물의 0중량% 초과 약 75중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 0중량% 초과 약 50중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 1중량% 초과 약 40중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 약 5중량% 내지 약 35중량%의 양으로 제공될 수 있다.

HFC-134a는 조성물의 0중량% 내지 약 90중량%의 양으로 제공될 수 있고, 특정 바람직한 양태에서 조성물의 0중량% 내지 약 50중량%의 양으로 제공될 수 있고, 추가 바람직한 양태에서 조성물의 0중량% 내지 약 25중량%의 양으로 제공될 수 있다.

본 출원인은 본 명세서에 기재된 다양한 바람직한 범위 내에서 본 발명의 성분의 사용은 특히 바람직한 시스템 및 방법에서, 본 발명의 조성물에 의해 나타나는 특성의 조합을 달성하는데 중요하고 어렵게 얻어지는 것임을 알아내었고, 실질적으로 지정된 범위 밖에서 이들 동일한 성분의 사용은 본 발명의 조성물의 중요한 특성 중 하나 이상에 유해한 영향을 미칠 수 있다는 것을 알아내었다. 매우 바람직한 양태에서, 매우 바람직한 특성의 조합은 약 1:1 내지 약 1:20의 HFC-227ea:HFC-1234ze, 바람직하게 트랜스 HFC-1234ze의 중량비를 갖는 조성물로 달성되며, 특정 양태에서 약 1:3 내지 약 1:17의 비율이 바람직하다. 추가 양태에서, 매우 바람직한 특성의 조합은 약 1:1 내지 약 1:20의 HFC-134a:HFC-1234ze, 바람직하게 트랜스 HFC-1234ze의 중량비를 갖는 조성물로 달성되며, 특정 양태에서 약 1:4 내지 약 1:17의 비율이 바람직하다.

본 출원인은 또한, 조성물이 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는데 유효한 양으로 제공되는 HFC-227ea 및 HFC-1234ze를 포함하거나 이들로 필수적으로 구성되는 경우, 달성하기 어려운 특성의 조합이 달성되는 것을 발견하였다.

본 명세서에서 사용되는, 용어 "공비성(azeotrope-like)"은 엄격하게 공비이거나 일반적으로 공비 혼합물처럼 거동하는 조성물에 관한 것이다. 공비 혼합물은 정해진 압력 및 온도에서 액체 조성과 증기 조성이 동일한 2 이상의 성분의 시스템이다. 실제로, 이것은 공비 혼합물의 성분이 일정 비등점 가지거나 필수적으로 일정 비등점을 가져서, 일반적으로 상 변화 동안 열역학적으로 분리될 수 없다는 것을 의미한다. 공비 혼합물의 비등 또는 증발에 의해 형성된 증기 조성은 본래의 액체 조성과 동일하거나 실질적으로 동일하다. 따라서, 조성물의 비등 또는 증발에서, 공비성 조성물의 액체 및 증기 상(phase)의 성분의 농도는 변하더라도 단지 최소한으로 변한다. 대조적으로, 비-공비 혼합물의 비등 또는 증발은 액상에서 성분의 농도를 상당한 정도로 변화시킨다.

공비 또는 공비성 조성물의 성분에 대하여, 본 명세서에서 사용되는, 용어 "필수적으로 구성된다" 또는 "필수적으로 구성되는"은, 조성물이 지정된 성분을 공비 또는 공비성 비율로 함유하고, 추가 성분이 새로운 공비 또는 공비성 시스템을 형성하지 않는다면 추가 성분을 함유할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 필수적으로 두 성분으로 구성되는 공비 또는 공비성 혼합물은 2원 공비물을 형성하는 것이고, 이는 추가 성분이 혼합물에 비 공비성을 부여하지 않고 화합물 중 하나 또는 양자 모두와 공비물을 형성하지 않는다면, 임의적으로 하나 이상의 추가 성분을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는, 용어 "유효량"은, 다른 성분과의 조합시에, 본 발명의 공비 또는 공비성 조성물의 형성을 일으키는 각 성분의 양을 의미한다.

본 발명의 특정 양태에서, HFO-1234ze(특히, 트랜스 HFO-1234ze) 및 HFC-227ea의 유효량은 공비 또는 공비성 거동을 나타내는 임의의 양이다. 이러한 양의 비 제한적인 예는 미국 특허 제7,825,081호에 제시되어 있고, 그 내용은 그 전체가 본 명세서에 통합된다. 즉, 특정 바람직한 양태에서, 이러한 공비 또는 공비성 조성물은 0중량% 초과 약 75중량% 이하의 HFC-227ea 및 약 25중량% 내지 100중량% 미만의 트랜스 HFO-1234ze, 보다 바람직하게 0중량% 초과 약 60중량% 이하의 HFC-227ea 및 약 40중량% 내지 100중량% 미만의 트랜스 HFC-1234ze, 보다 바람직하게 약 1중량% 내지 약 40중량%의 HFC-227ea 및 약 60중량% 내지 약 99중량%의 트랜스 HFO-1234ze를 포함하고, 바람직하게 이들로 필수적으로 구성된다. 특정 바람직한 양태에서, 공비성 조성물은 약 5중량% 내지 약 35중량%의 HFC-227ea 및 약 65중량% 내지 약 95중량%의 트랜스 HFO-1234ze를 포함하고, 바람직하게 이들로 필수적으로 구성된다. 이러한 HFO-1234/HFC-227ea 조성물은 약 14 psia에서 약 -17℃ 내지 약 -19℃의 비등점을 갖는다. 바람직하게, 본 발명의 HFO-1234/HFO-227ea 조성물은 약 14 psia에서 약 -18℃ ± 2℃의 비등점을 갖고, 보다 바람직하게 약 14 psia에서 약 -18℃ ± 1℃의 비등점을 갖는다.

본 발명의 또 다른 바람직한 양태에서, HFO-1234ze 및 HFC-227ea의 총 중량을 기준으로, HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 80중량% 내지 약 95중량%의 양으로 제공될 수 있고, HFC-227ea는 약 5중량% 내지 약 20중량%의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFO-1234ze 및 HFC-227ea의 총 중량을 기준으로, HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 83중량% 내지 약 92중량%의 양으로 제공될 수 있고, HFC-227ea는 약 8중량% 내지 약 17중량%의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFC-1234ze 및 HFC-227ea의 총 중량을 기준으로, HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 85중량% 내지 약 90중량%의 양으로 제공될 수 있고, HFC-227ea는 약 10중량% 내지 약 15중량%의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFC-1234ze 및 HFC-227ea의 총 중량을 기준으로, HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 88중량% 내지 약 92중량%의 양으로 제공될 수 있고, HFC-227ea는 약 8중량% 내지 약 12중량%의 양으로 제공될 수 있다.

HFC-134a가 존재하는 양태에서, HFO-1234ze, HFC-227ea, 및 HFC-134a의 총 중량을 기준으로 HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 60중량% 내지 약 95중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-227ea는 약 5중량% 내지 약 20중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-134a는 0중량% 초과 약 20중량% 이하의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFO-1234ze, HFC-227ea, 및 HFC-134a의 총 중량을 기준으로 HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 68중량% 내지 약 92중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-227ea는 약 8중량% 내지 약 17중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-134a는 0중량% 초과 약 15중량% 이하의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFO-1234ze, HFC-227ea, 및 HFC-134a의 총 중량을 기준으로 HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 75중량% 내지 약 90중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-227ea는 약 10중량% 내지 약 15중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-134a는 0중량% 초과 약 10중량% 이하의 양으로 제공될 수 있다. 추가 양태에서, HFO-1234ze, HFC-227ea, 및 HFC-134a의 총 중량을 기준으로 HFO-1234ze(특정 양태에서, 트랜스 HFO-1234ze)는 약 80중량% 내지 약 90중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-227ea는 약 10중량% 내지 약 15중량%의 양으로 제공될 수 있고; HFC-134a는 0중량% 초과 약 5중량% 이하의 양으로 제공될 수 있다.

본 발명의 특정 양태에서, HFO-1234ze의 이성질체 중 하나가 유리하게 사용될 수 있는 것으로 고려되지만, 본 출원인은 HFO-1234ze가 트랜스 HFO-1234ze를 포함하고, 바람직하게 트랜스 HFO-1234ze를 주된 비율로 포함하고, 특정 양태에서 트랜스 HFO-1234ze로 필수적으로 구성되는 것이 특정 양태에서 바람직하다는 것을 알아내었다. 공비 또는 공비성 혼합물의 성분에 대하여, 본 명세서에서 사용되는, 용어 트랜스 HFO-1234ze는 공비 또는 공비성 조성물에서 HFO-1234ze의 모든 이성질체에 대한 트랜스 HFO-1234ze의 상대적인 양이 적어도 약 95%, 보다 바람직하게 적어도 약 98%, 보다 바람직하게 적어도 약 99%, 보다 바람직하게 적어도 약 99.9%이다. 특정 바람직한 양태에서, 본 발명의 공비 또는 공비성 조성물에서 트랜스 HFO-1234ze 성분은 필수적으로 순수한 트랜스 HFO-1234ze이다.

본 발명의 공비 또는 공비성 조성물은, 바람직하게는 액체 형태로, 트랜스 HFO-1234ze와 하나 이상의 다른 성분의 유효량을 조합함으로써 제조될 수 있다. 둘 이상의 성분을 결합하여 조성물을 형성하기 위한 당해 기술분야에 공지된 다양한 방법 중 임의의 방법이 본 발명의 방법에 사용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 트랜스 HFO-1234ze 및 본 명세서에서 제공되는 임의의 추가 성분은 혼합되거나, 블렌딩될 수 있거나, 또는 배치 또는 연속 반응 및/또는 공정의 일부로서 또는 둘 이상의 이러한 단계의 결합에 의해, 수동 및/또는 기계에 의해 결합될 수 있다. 본 명세서의 개시 내용으로부터, 당업자는 과도한 실험없이 본 발명에 따른 공비 또는 공비성 조성물을 용이하게 제조할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 출원인은 본 발명의 조성물이 특히 낮은 GWP를 포함하는 어려운 특성의 조합을 달성할 수 있음을 발견하였다. 비 제한적인 예로서, 이하의 표 A는 1430의 GWP를 갖는 HFC-134a의 GWP에 비하여 본 발명의 특정 조성물의 GWP에서 상당한 향상을 나타낸다.

[표 A]

본 발명의 조성물은, 조성물에 특정 기능을 강화 또는 제공하는 목적을 위해, 또는 조성물의 비용을 감소시키기 위해, 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 조성물은 공동 냉매, 윤활제, 안정화제, 금속 부동화제(metal passivators), 부식 억제제, 가연성 억제제, 및 다른 화합물 및/또는 성분을 포함할 수 있고, 이들 모든 화합물 및 성분의 존재는 본 발명의 넓은 범위 이내에 속한다.

특정 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 냉매 조성물, 특히 증기 압축 시스템에 사용되는 것은 일반적으로 조성물의 약 30중량% 내지 약 50중량%의 양으로 윤활제를 포함하고, 일부의 경우에 잠재적으로 약 50중량% 초과의 양으로, 그리고 다른 경우에 약 5중량%의 낮은 양으로 윤활제를 포함한다. 또한, 본 발명의 조성물은 윤활제의 상용성 및/또는 용해성을 돕기 위한 목적으로, 프로판과 같은 상용화제를 포함할 수 있다. 프로판, 부탄 및 펜탄을 포함하는 이러한 상용화제는 바람직하게 조성물의 약 0.5중량% 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다. 미국 특허 제 6,516,837호에 개시된 바와 같이, 오일 용해도를 돕기 위해 계면 활성제 및 용해제의 조합이 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있으며, 그 개시내용은 참조로서 통합된다. 냉동 장치에서 하이드로플루오로카본(HFC) 냉매와 함께 사용되는, 폴리올 에스테르(Polyol Ester; POE)와 폴리알킬렌글리콜(Poly Alkylene Glycol; PAG), 폴리알킬렌글리콜 에스테르(polyalkylene glycol ester; PAG ester), PAG 오일, 실리콘 오일, 미네랄 오일, 폴리알킬벤젠(polyalkyl benzene; PAB), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether; PVE), 폴리(알파-올레핀)(poly(alpha-olefin); PAO) 및 이들의 조합과 같은 일반적으로 사용되는 냉동 윤활제가 본 발명의 냉매 조성물과 함께 사용될 수 있다. 상업적으로 입수가능한 미네랄 오일은 Witco의 Witco LP 250(등록상표), Shrieve Chemical의 Zerol 300(등록 상표), Witco의 Sunisco 3GS, 및 Calumet의 Calumet R015를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 알킬벤젠 윤활제는 Zerol 150(등록상표)를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 에스테르는 Emery 2917 (등록상표) 및 Hatcol 2370(등록상표)으로서 입수가능한 네오펜틸글리콜 디펠라고네이트(neopentyl glycol dipelargonate)를 포함한다. 다른 유용한 에스테르는 포스페이트 에스테르, 이염기산 에스테르, 및 플루오로에스테르를 포함한다. 일부의 경우, 하이드로카본 기반의 오일은 아이오도카본을 포함하는 냉매와 충분한 용해성을 가지며, 아이오도카본과 하이드로카본 오일의 조합은 다른 유형의 윤활제보다 안정할 것이다. 따라서, 이러한 조합은 유리할 수 있다. 바람직한 윤활제는 폴리알킬렌글리콜 및 에스테르를 포함한다. 폴리알킬렌글리콜은 이동식 공기 조절기와 같은 특정 적용처에서 현재 사용되기 때문에, 특정 양태에서 매우 바람직하다. 물론, 다른 유형의 윤활제의 다른 혼합물이 사용될 수 있다.

첨가제는 분산제, 셀 안정화제, 화장품, 연마제, 약제, 세정제, 난연제, 착색제, 화학 살균제, 안정화제, 폴리올, 폴리올 프리믹스 성분 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다.

특정 바람직한 양태에서, 본 발명의 조성물은 상술한 화합물 이외에, 공동 냉매로서 이하 중 하나 이상을 포함한다.

트리클로로플루오로메탄 (CFC-11)

디클로로디플루오로메탄 (CFC-12)

디플루오로메탄 (HFC-32)

펜타플루오로에탄 (HFC-125)

디플루오로에탄 (HFC-152a)

1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판 (HFC-236fa)

1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판 (HFC-236ea)

1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판 (HFC-245fa)

1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄 (HFC-365mfc)

2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)

물

C0₂

특정 양태에서, 이러한 공동 냉매는 조성물의 0중량% 초과 약 10중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 양태에서 조성물의 약 0중량% 초과 약 5중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 양태에서 조성물의 약 0중량% 초과 약 5중량% 미만의 양으로 제공될 수 있고, 추가 양태에서 조성물의 약 0.5중량% 내지 약 5중량% 미만의 양으로 제공될 수 있다. 특정의 바람직한 양태에서, 공동 냉매는 디플루오로에탄(HFC-152a); 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(HFC-236ea); 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa); C02; 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 이러한 공동 냉매는 상술한 바와 같은 임의의 양으로 제공될 수 있지만, 특정 양태에서 조성물의 약 0중량% 초과 약 5중량% 이하의 양으로 제공될 수 있고, 추가 양태에서 조성물의 약 0중량% 초과 약 5중량% 미만의 양으로 제공될 수 있고, 추가 양태에서 조성물의 약 0.5중량% 내지 약 5중량% 미만의 양으로 제공될 수 있다. 이러한 공동 냉매 및 양은 본 발명을 필수적으로 제한하는 것이 아니며, 상술한 예의 하나 이상에 추가하거나 또는 이에 대신하여, 다른 공동 냉매가 사용될 수 있다.

열 전달 방법 및 시스템

바람직한 열 전달 방법은 일반적으로, 본 발명의 조성물을 제공하는 것 및 현열 전달(sensible heat transfer), 상 변화 열 전달(phase change heat transfer), 또는 이들의 조합에 의해, 조성물에 또는 조성물로부터 열이 전달되게 하는 것을 포함한다. 예를 들어, 특정 바람직한 구현에서, 본 방법은 본 발명의 냉매를 포함하는 냉매 시스템, 및 본 발명의 조성물을 응축 및/또는 증발시켜 가열 또는 냉각을 제공하는 방법을 제공한다. 특정 바람직한 양태에서, 가열 및/또는 직간접적으로 다른 유체의 냉각 또는 직간접적으로 본체(body)의 냉각을 포함하는 냉각을 위한 시스템 및 방법은 본 발명의 냉매 조성물을 압축한 다음, 상기 냉매 조성물을 냉각될 물품의 근처에서 증발시키는 것을 포함한다.

따라서, 특정 바람직한 양태에서, 본 방법, 시스템 및 조성물은, 일반적으로 다양한 열 전달 시스템 및 특히 공기 조절, 냉동, 열 펌프 시스템, 제습기, 및 실시예 3에 나타낸 바와 같은 원심 압축 냉각기를 포함하는 냉각기와 같은 냉동 시스템과 관련하여 사용하는데 적합하다. 전형적인 실시예 5에 나타낸 바와 같이, 스크류 압축 냉각기, 용적식 압축 냉각기(positive displacement compressor chiller)와 같은 다른 종류의 냉각기가 또한 포함될 수 있다. 특정 바람직한 양태에서, 본 발명의 조성물은, 원래 예를 들어 R-134a와 같은 HFC 냉매와 함께 사용하도록 설계된 냉동 시스템에 사용된다. 본 발명의 바람직한 조성물은 R-134a의 바람직한 많은 특성을 나타내는 경향이 있지만, R-134a의 GWP보다 실질적으로 낮은 GWP를 가지며, 동시에 비 가연성을 유지하고, R-134a와 실질적으로 유사하거나 실질적으로 일치하는 용량, 바람직하게 R-134a만큼 높거나 이보다 높은 용량을 갖는다. 특히, 본 출원인은 본 발명의 특정 바람직한 양태는 비교적 낮은 지구 온난화 지수("GWP"), 바람직하게 약 1,000 미만, 보다 바람직하게 약 700 이하, 보다 바람직하게 약 600 이하를 나타내는 경향이 있음을 인식하였다.

다른 특정 바람직한 양태에서, 본 조성물은 원래 R-134a와 함께 사용하도록 설계된 냉동 시스템에 사용된다. 본 발명의 바람직한 냉동 조성물은 R-134a와 함께 통상적으로 사용되는 윤활제를 포함하는 냉동 시스템에 사용될 수 있거나, 또는 HFC 냉매와 함께 종래에 사용되는 다른 윤활제와 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "냉동 시스템"은 일반적으로 냉각을 제공하기 위해 냉매를 사용하는 임의의 시스템 또는 장치, 또는 이러한 시스템 또는 장치의 임의의 부품 또는 부분을 언급한다. 이러한 냉동 시스템은, 예를 들어 소규모 냉동 시스템(소규모 상업용 냉동 시스템을 포함), 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기, 열 펌프, 자동 판매기, 스크류 물 냉각기, 원심 물 냉각기, 용적식 압축 냉각기, 열 펌프 온수기, 제습기 등을 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소형 상업용 냉동 시스템(저온 및 중온 시스템을 포함) 및 냉각기와 관련하여 탁월한 이점을 달성한다. 이러한 소형 냉동 시스템의 비 제한적인 예는 하기의 실시예 1 및 2(중온 적용처)에 제공된다. 냉각기 적용처의 예는 이하의 실시예 3에 제공된다. 이하의 이들 실시예는 이러한 적용처에 사용되는 일반적인 조건 및 매개변수를 제공한다. 그러나, 이러한 조건은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않으며, 이것으로 제한되는 것이 아닌 주변 조건, 의도된 적용처, 연도의 시간 등을 포함하는 수많은 요인 중 하나 이상에 기초하여 변화될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이러한 예들은 또한 반드시 용어 "소형 상업용 냉동 장치" 또는 "냉각기"의 정의로 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 제공된 조성물은 유사한 유형의 시스템에 사용될 수 있거나, 또는 특정 양태에서 R-134a가 냉매로서 사용되도록 구성되거나 구성될 수 있는 임의의 다른 시스템에 사용될 수 있다.

실시예

이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 제공되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

실시예 1: 고정식 냉동기(상업용 냉동기)에서의 성능 - 중온 적용처

중온 냉동의 일반적인 조건에서, 다른 냉매 조성물에 대해 일부 바람직한 조성물의 성능을 평가하였다. 이 적용처는 신선 식품의 냉동을 포함한다. 조성물이 평가된 조건은 표 1에 나타낸다.

표 2는 베이스라인 냉매, R-134a에 대해 관심의 조성물을 비교한다.

성분	조성	GWP	증발기 글라이드 (℃)	용량 (%)	COP (%)	압력 비율 (%)	흡입 압력 (%)	배출 압력 (%)	배출 온도 (℃)
R134a	1.00	1430	0	100	100	100	100	100	85
R1234ze	1.00	6	0	74	100	103	74	76	75
R134a/R134ze(E)	(0.42/0.58)	604	0.45	87	100	101	88	89	79
R1234ze(E)/R227ea	(0.95/0.05)	167	0	73	99	103	74	76	75
R1234ze(E)/R227ea	(0.90/0.10)	327	0	73	99	103	74	76	74
R1234ze(E)/R227ea	(0.88/0.12)	392	0	73	99	103	74	76	73
R1234ze(E)/R227ea	(0.85/0.15)	488	0	73	99	103	74	76	73
R1234ze(E)/R227ea	(0.80/0.20)	649	0	72	98	103	74	76	72
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.85/0.10/0.05)	399	0.16	75	99	102	76	77	74
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.10/0.10)	470	0.28	77	99	102	77	79	75
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.10/0.15)	541	0.37	78	99	102	79	81	75
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.83/0.12/0.05)	463	0.16	75	99	102	76	77	74
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.78/0.12/0.10)	534	0.28	76	99	102	77	79	75
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.73/0.12/0.15)	605	0.37	78	99	102	79	81	75
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.15/0.05)	559	0.16	74	99	102	76	77	73
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.15/0.10)	631	0.28	76	99	102	77	79	74
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.70/0.15/0.15)	702	0.37	78	99	102	79	81	75

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조성물은, 이러한 조성물이 새로운 중온 냉동 시스템으로서 사용되는 것을 허용하도록, R-134a의 매개변수에 충분히 가까운 많은 중요한 성능 매개변수를 한번에 달성할 수 있음을 본 출원인은 알아내었다. 예를 들어, 본 조성물은 냉동 시스템에서, R-134a의 용량의 약 30% 이내, 보다 바람직하게 약 25% 이내의 용량을 나타낸다. 이러한 모든 혼합물은 R-134a와 매우 유사한 효율(COP)를 나타내며, 이는 매우 바람직하다. 조성물은 약 1℃ 미만의 증발기 글라이드(evaporator glide) 및 약 10℃의 낮은 배출 온도를 나타내며, 이들 모두는 중온 냉동 적용처에 매우 유용하다. 조성물은 R-134a보다 약 20% 낮은 흡입 및 배출 압력을 나타내며, 이는 또한 매우 바람직하다. 특히, 향상된 GWP의 관점에서, 본 발명의 조성물은 50%보다 높은 감소를 제공하여, 중온 냉동 적용처에 대한 새로운 장비에 사용하는데 있어서 본 조성물이 우수한 후보자가 되게 한다.

당업자는 본 발명의 조성물이, 바람직하게 중온 냉동 시스템을 포함하는 새로운 또는 새롭게 설계된 냉동 시스템에 사용하기 위해, 낮은 GWP 및 작은 글라이드를 갖는 냉매의 실질적인 이점을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

실시예 2: 고정식 냉동기(상업용 냉동기)에서의 성능 - 흡인 라인 열 교환기를 갖는 중온 적용처

흡입 라인 열 교환기를 포함시켜 중온 냉동기의 일반적인 조건에서, 다른 냉매 조성물에 대해 일부 바람직한 조성물의 성능을 평가하였다. 이 적용처는 신선 식품의 냉동기를 포함한다. 조성물이 평가된 조건을 표 3에 나타낸다.

증발 온도	17.6^oF (-8^oC)
응축 온도	113^oF (45^oC)
증발기 과열	10^oF (5.5^oC)
응축기 과냉	10^oF (5.5^oC)
압축기 배기량 (Compressor Displacement)	1.0 ft³/min (0.028 m³/min)
압축기 등엔트로피 효율 (Compressor Isentropic Eff.)	65%
흡입 라인 과열	10^oF (5.5^oC)
SLHX 효과	0.8

표 4는 베이스라인 냉매, R-134a에 대해 관심의 조성물을 비교한다.

성분	조성	GWP	증발기 글라이드 (℃)	용량 (%)	COP (%)	압력 비율 (%)	흡입 압력 (%)	배출 압력 (%)	배출 온도 (℃)
R134a	1.00	1430	0.00	100	100	100	100	100	111
R1234ze	1.00	6	0.00	75	102	103	73	76	102
R134a/R134ze(E)	(0.42/0.58)	604	0.53	88	101	101	88	89	105
R1234ze(E)/R227ea	(0.95/0.05)	167	0.00	75	102	103	74	76	101
R1234ze(E)/R227ea	(0.90/0.10)	327	0.00	75	102	103	74	76	100
R1234ze(E)/R227ea	(0.88/0.12)	392	0.00	75	102	103	74	76	100
R1234ze(E)/R227ea	(0.85/0.15)	488	0.00	75	102	103	74	76	99
R1234ze(E)/R227ea	(0.80/0.20)	649	0.00	75	102	103	74	76	98
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.85/0.10/0.05)	399	0.20	77	102	102	76	77	100
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.10/0.10)	470	0.36	79	102	102	77	79	101
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.10/0.15)	541	0.46	80	102	102	79	81	101
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.83/0.12/0.05)	463	0.20	77	102	102	76	77	100
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.78/0.12/0.10)	534	0.36	79	102	102	77	79	100
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.73/0.12/0.15)	605	0.46	80	102	102	79	81	101
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.15/0.05)	559	0.20	77	102	102	76	77	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.15/0.10)	631	0.36	79	102	102	77	79	100
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.70/0.15/0.15)	702	0.46	80	101	102	79	81	100

실시예 3: 원심 냉각기에서의 성능 - 공기 조절 적용처

낮은 지구 온난화 대체 용매를 위한 단일 단계 압축기를 사이징(size)하기 위해, Biederman et al (2004)에서 논의된 바와 같은 특정 속도 및 직경의 접근법을 사용하여 중간 압력 냉매에 대한 분석을 행하였다. 동일한 특정 속도(0.76) 및 특정 직경(3.4)을 사용한 경우, 얻어진 압축기 속도(N) 및 직경(D)은 이하로 주어진다.

여기서, H = 등엔트로피 엔탈피 상승(Isentropic enthalpy rise) 또는 "헤드(Head)" (J/㎏)이고, Q = 체적 유량 (m³/s)이다.

표 6에 도시된 HFC-134a 및 블렌드를 위한 사이클 분석 및 압축기 사이징을 수행하였다. 증발 온도 및 응축 온도를 각각 5℃ 및 35℃로 추정하여 500 ton(1760 kW)의 냉매 용량을 선택하였다. 사이클 분석으로, 방정식 1a 및 1b를 사용하여 속도 및 압축기 임펠러 직경을 결정하는데 필요한 체적 유량 및 등엔트로피 엔탈피 상승을 위한 값을 산출하였다.

물 냉각기를 위한 일반적인 조건에서 다른 냉매 조성물에 대해 일부 바람직한 조성물의 성능을 평가하였다. 조성물이 평가되는 조건은 표 5에 나타낸다.

증발 온도	41^oF (5^oC)
응축 온도	95^oF (35^oC)
증발기 과열	5^oF (3^oC)
응축기 과냉	0^oF (0^oC)
용량	500 Ton (1758 kW)
압축기 특정 속도	0.76
압축기 특정 직경	3.4

표 6은 베이스라인 냉매, R-134a에 대해 관심의 조성물을 비교한다.

성분	조성	GWP	임펠러 속도 (%)	임펠러 직경 (%)	팁(Tip) 속도 (m/s)	압력 비율 (%)	COP (%)
R-134a		1430	100	100	181	2.54	100
R1234ze		6	82	117	174	2.57	100
R134a/R134ze(E)	(0.42/0.58)	604	90	108	176	2.55	99
R1234ze(E)/R227ea	(0.95/0.05)	167	81	117	172	2.57	100
R1234ze(E)/R227ea	(0.90/0.10)	327	80	118	170	2.57	100
R1234ze(E)/R227ea	(0.88/0.12)	392	79	118	170	2.57	100
R1234ze(E)/R227ea	(0.85/0.15)	488	78	119	169	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea	(0.80/0.20)	649	77	120	167	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.85/0.10/0.05)	399	81	117	171	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.10/0.10)	470	82	116	171	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.10/0.15)	541	83	115	171	2.56	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.83/0.12/0.05)	463	80	117	170	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.78/0.12/0.10)	534	81	116	170	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.73/0.12/0.15)	605	82	115	171	2.56	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.15/0.05)	559	79	118	169	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.15/0.10)	631	80	117	169	2.57	99
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.70/0.15/0.15)	702	81	115	170	2.56	99

실시예 4: 2원 블렌드 1234ze(E)/227ea의 가연성 특성

도 1은, 공기 중 블렌드의 체적 분획에 대한 1234ze(E)를 갖는 2원 블렌드에서 227ea의 함량(세로축)의 플로팅을 도시한다. 곡선은 가연성 경계를 나타낸다. 곡선 경계 내에서 혼합물은 가연성이고, 곡선 경계 밖에서 혼합물은 비 가연성이다. 청색 선은 공기 중의 2원 블렌드의 화학량론적 조성을 나타낸다.

도면은 10중량% 이상의 HFC-227ea가 HFO-1234ze(E)의 가연성을 억제하는 것을 나타낸다. 전형적인 실험실 실험 오차/변동은 +5%(안전성으로 인해 포지티브)인 것으로 추정되며, 가장 바람직한 범위는 10% 내지 15%로 주어진다. 약간(mildly) 가연성인 이러한 물질에 대한 전형적인 실험실간 가변성은 +/- 2%로 가변성을 더 확장하며, 따라서 혼합물의 범위는 보다 넓은 바람직한 범위로 주어질 때 227ea의 8% 내지 17%로 증가된다. 또한, 1234ze(E)의 약간의(mild) 가연성 및 그 가연성에 대해 공개된 데이터의 가변성으로, 보다 더 넓은 허용가능한 범위는 227ea의 5% 내지 20%이다.

실시예 5: 용적식 냉각기에서의 성능 - 공기 조절 적용처

용적식 또는 스크류 타입 압축기를 사용할 수 있는 냉각기의 전형적인 조건에서 다른 냉매 조성물에 대하여 일부 바람직한 조성물의 성능을 평가하였다. 조성물이 평가되는 조건은 표 7에 나타내었다.

증발 온도	41.9^oF (5.5^oC)
응축 온도	122^oF (50^oC)
증발기 과열	10^oF (5.5^oC)
응축기 과냉	10^oF (5.5^oC)
압축기 배기량 (Compressor Displacement)	1.0 ft³/min (0.028 m³/min)
압축기 등엔트로피 효율 (Compressor Isentropic Eff.)	75%

표 8은 베이스라인 냉매, R-134a에 대해 관심의 조성물을 비교한다.

성분	조성	GWP	증발기 글라이드 (℃)	용량 (%)	COP (%)	압력 비율 (%)	흡입 압력 (%)	배출 압력 (%)	배출 온도 (℃)
R134a	1.00	1430	0	100	100	100	100	100	68
R1234ze	1.00	6	0	75	100	102	74	76	61
R134a/R134ze(E)	(0.42/0.58)	604	0.48	88	100	101	88	89	64
R1234ze(E)/R227ea	(0.95/0.05)	167	0	74	100	102	74	76	60
R1234ze(E)/R227ea	(0.90/0.10)	327	0	74	100	102	74	76	60
R1234ze(E)/R227ea	(0.88/0.12)	392	0	74	99	102	74	76	59
R1234ze(E)/R227ea	(0.85/0.15)	488	0	74	99	102	74	76	59
R1234ze(E)/R227ea	(0.80/0.20)	649	0	73	99	102	74	76	59
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.85/0.10/0.05)	399	0.17	76	100	102	76	77	60
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.10/0.10)	470	0.30	77	100	102	78	79	61
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.10/0.15)	541	0.40	79	99	102	80	81	61
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.83/0.12/0.05)	463	0.17	76	99	102	76	77	60
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.78/0.12/0.10)	534	0.30	77	99	102	78	79	60
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.73/0.12/0.15)	605	0.40	79	99	101	80	81	61
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.80/0.15/0.05)	559	0.17	75	99	102	76	77	60
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.75/0.15/0.10)	631	0.30	77	99	102	78	79	60
R1234ze(E)/R227ea/R134a	(0.70/0.15/0.15)	702	0.39	79	99	101	80	81	61

상기 표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조성물은, 이러한 조성물이 냉각기 시스템에서 사용되는 것을 허용하도록, R-134a의 매개변수에 충분히 가까운 많은 중요한 성능 매개변수를 한번에 달성할 수 있음을 본 출원인은 알아내었다. 예를 들어, 본 조성물은 이 냉동 시스템에서, R-134a의 용량의 약 30% 이내, 보다 바람직하게 약 25% 이내의 용량을 나타낸다. 이러한 모든 블렌드는 R-134a와 매우 유사한 효율(COP)를 나타내며, 이는 매우 바람직하다. 조성물은 약 1℃ 미만의 증발기 글라이드 및 약 10℃의 낮은 배출 온도를 나타내며, 이들 모두는 이러한 적용처에 매우 유용하다. 조성물은 R-134a보다 약 20% 낮은 흡입 압력 및 배출 압력을 나타내며, 이는 또한 매우 바람직하다. 특히, 향상된 GWP의 관점에서, 본 발명의 조성물은 50%보다 높은 감소를 제공하여, 중온 냉동 적용처에 대한 새로운 장비에 사용하는데 있어서 본 조성물이 우수한 후보자가 되게 한다.

당업자는 본 발명의 조성물이, 바람직하게 원심 냉각기를 포함하는, 새로운 또는 새롭게 설계된 냉동 시스템에 사용하기 위해, 낮은 GWP 및 작은 글라이드를 갖는 냉매의 실질적인 이점을 제공할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

(a) HFO-1234ze; (b) HFC-227ea; 및 (c) 임의적으로 HFC-134a를 포함하며,
HFO-1234ze 및 HFC-227ea는 유효량으로 제공되어서 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
HFO-1234ze는 트랜스-HFO-1234ze로 필수적으로 구성되는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 80중량% 내지 약 95중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 5중량% 내지 약 20중량%의 HFC-227ea를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 83중량% 내지 약 92중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 8중량% 내지 약 17중량%의 HFC-227ea를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 85중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 88중량% 내지 약 95중량%의 HFO-1234ze; 및 (b) 약 8중량% 내지 약 12중량%의 HFC-227ea를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 60중량% 내지 약 95중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 5중량% 내지 약 20중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 20중량% 이하의 HFC-134a를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 68중량% 내지 약 92중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 8중량% 내지 약 17중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 15중량% 이하의 HFC-134a를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 75중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 10중량% 이하의 HFC-134a를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항에 있어서,
조성물에서 성분 (a)-(c)의 전체에 기초한 중량 퍼센트로,
(a) 약 80중량% 내지 약 90중량%의 HFO-1234ze; (b) 약 10중량% 내지 약 15중량%의 HFC-227ea, (c) 약 0중량% 초과 약 5중량% 이하의 HFC-134a를 포함하는,
열 전달 조성물.
제1항의 열 전달 조성물을 포함하는 냉동 시스템.
제11항에 있어서,
소규모 냉동 시스템, 저온 및 중온 냉동 시스템, 고정식 공기 조절기, 자동차용 공기 조절기, 가정용 냉장고/냉동고, 냉각기(chiller), 열 펌프, 자동 판매기(vending machines), 스크류 물 냉각기(screw water chiller), 원심 물 냉각기(centrifugal water chiller), 중간 압력 원심 냉각기(medium pressure centrifugal chiller), 열 펌프 온수기, 및 제습기로 이루어진 군으로부터 선택된 유닛인,
냉동 시스템.
제1항에 있어서,
HFC-152a, HFO-1234yf, HFC-236ea, HFC-245fa, CO2로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 약 5중량% 이하로 더 포함하는,
열 전달 조성물.
열 전달 시스템에 함유된 현존 열 전달 유체를 교체하는 방법으로서,
HFC-134a를 포함하는 현존 열 전달 유체의 적어도 일부를 시스템으로부터 제거하는 단계, 및
상기 시스템 내에 열 전달 조성물을 도입함으로써 상기 현존 열 전달 유체의 적어도 일부를 교체하는 단계를 포함하며,
상기 열 전달 조성물은 (a) HFO-1234ze; (b) HFC-227ea; 및 (c) 임의적으로 HFC-134a를 포함하며, HFO-1234ze 및 HFC-227ea가 유효량으로 제공되어서 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는,
현존 열 전달 유체의 교체 방법.
시스템 내에, 유체 연통의 증발기, 응축기 및 압축기, 및 열 전달 조성물을 포함하며,
상기 열 전달 조성물은 (a) HFO-1234ze; (b) HFC-227ea; 및 (c) 임의적으로 HFC-134a를 포함하며, HFO-1234ze 및 HFC-227ea가 유효량으로 제공되어서 공비 또는 공비성 조성물을 형성하는,
열 전달 시스템.