KR20160068839A - 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물 및 그의 용도 - Google Patents

다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물 및 그의 용도 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 (d) 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 여기서 조성물이 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 함유하는 경우, 조성물은 적어도 일부의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또한 함유하고; 여기서 성분 (a) 대 성분 (b)의 비는 최대 1.5:1이며; 여기서 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.04:1 이상인 조성물이 개시된다. 조성물은 냉각 및 가열을 생성시키는 방법, 공조를 생성시키는 방법, HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, CFC-12, HCFC-22, 및 HCFC-124를 대체하는 방법, 및 열 펌프 및 공조기를 포함하는 열 전달 시스템에 유용하다.

Description

다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물 및 그의 용도 {COMPOSITIONS COMPRISING DIFLUOROMETHANE, PENTAFLUOROETHANE, TETRAFLUOROETHANE AND TETRAFLUOROPROPENE AND USES THEREOF}
본 발명은 다수의 응용, 특히 고온 열 펌프를 포함하는 열 펌프, 및 높은 주위 온도 환경용 공조를 포함하는 공조에 유용한 조성물, 방법, 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 지구 온난화 지수가 낮은 차세대 재료에 대한 지속적인 탐색의 일부이다. 이러한 재료는, 낮은 지구 온난화 지수 및 0이거나 무시할만한 오존 파괴 지수에 의해 측정되는 바와 같이, 낮은 환경 영향을 가져야 한다. 새로운 공조 및 열 펌프 작동 유체가 필요하다.
난방, 가정용 또는 기타 서비스용 물 가열, 식품 건조, 공정 가열 등을 포함하는 광범위한 응용에 가열이 필요하다. 현재 이러한 가열은 주로 화석 연료(예를 들어, 중유, 천연 가스 등)를 사용하는 가열기를 통해 제공된다. 따라서 에너지 효율적인 열 펌프에 가열을 제공할 수 있는 작동 유체가 필요하다.
공조는 주거용 및 더 대형의 건물에 필요하다. 특히 주위 온도가 높은 지역에서는, 모든 냉매가 필요한 에너지 효율을 제공하지는 않을 것이다. 따라서, GWP가 낮은 새로운 냉매 및 작동 유체가 공조에 필요하다.
본 개시는 다이플루오로메탄; 펜타플루오로에탄; 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및/또는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및/또는 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 작동 유체로서 포함하는 조성물을 사용하는 공조 및 열 펌프 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 조성물이 제공된다. 조성물은 (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 (d) 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 여기서 조성물이 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 함유하는 경우, 조성물은 적어도 일부의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또한 함유하고; 여기서 성분 (a) 대 성분 (b)의 비는 최대 1.5:1이며; 여기서 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.04:1 이상이다.
조성물은 냉각 및 가열을 생성시키는 방법, 공조를 생성시키는 방법, HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, CFC-12, 및 HCFC-124를 대체하는 방법, 및 열 펌프 및 공조기를 포함하는 열 전달 시스템에 유용하다. 특히, 조성물은 높은 주위 온도 환경에서 고온 열 펌프 및 공조에서의 가열을 위한 방법 및 장치에 유용하다.
도 1은 다이플루오로메탄; 펜타플루오로에탄; 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및/또는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및/또는 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 작동 유체로서 포함하는 조성물을 이용하는 만액식 증발기 열 펌프 장치의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 2는 다이플루오로메탄; 펜타플루오로에탄; 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및/또는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및/또는 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 작동 유체로서 포함하는 조성물을 이용하는 직접 팽창식 열 펌프 장치의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 3은 하나 이상의 스테이지(stage)에서 다이플루오로메탄; 펜타플루오로에탄; 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및/또는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및/또는 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 작동 유체로서 포함하는 조성물을 사용하는 캐스케이드(cascade) 열 펌프 시스템의 개략도이다.
이하에서 기재되는 실시 형태의 상세 사항을 다루기 전에, 일부 용어를 정의하거나 또는 명확히 한다.
지구 온난화 지수(GWP)는, 1 킬로그램의 이산화탄소의 방출과 비교하여, 1 킬로그램의 특정 온실 가스의 대기 방출로 인한 상대적인 지구 온난화 기여도를 평가하기 위한 지수이다. GWP는 주어진 가스에 대하여 대기중 수명의 효과를 나타내는 상이한 시평에 대하여 계산될 수 있다. 100년 시평에 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) 대비 질량-대-질량 기준으로 화합물로부터 예상되는 성층권에서의 오존 파괴의 정도를 나타낸다.
냉동 용량(간혹 냉각 용량이라고 지칭됨)은 순환되는 냉매의 단위 질량 당 증발기 내의 냉매의 엔탈피 변화를 정의하는 용어이다. 부피 냉각 용량은 증발기로부터 나오는 냉매 증기의 단위 부피 당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열의 양을 지칭한다. 냉동 용량은 냉매 또는 열 전달 조성물이 냉각을 생성시키는 능력의 측정값이다. 냉각 속도는 단위 시간 당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열을 지칭한다.
유사하게, 부피 가열 용량은 압축기로 들어가는 냉매 또는 작동 유체 증기의 단위 부피 당 응축기 내에서 냉매 또는 작동 유체에 의해 공급되는 열의 양을 정의하는 용어이다. 냉매 또는 작동 유체의 부피 가열 용량이 높을수록, 주어진 압축기로 달성될 수 있는 최대 부피 유량을 사용하여 응축기에서 생성되는 가열 속도가 커진다.
성능 계수(COP)는 증발기에서 제거된 열의 양을, 압축기를 가동하는데 필요한 에너지로 나눈 것이다. COP가 높을수록, 시스템 내의 작동 유체의 에너지 효율이 높아진다. COP는 에너지 효율비(EER: energy efficiency ratio), 즉, 내부 및 외부 온도의 특정 설정에서 냉동 또는 공조 장비에 대한 효율 등급에 직접 관련된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 열 전달 매체는 열원으로부터(예를 들어, 냉각시키고자 하는 본체로부터) 열 펌프 작동 유체 가열기(예를 들어, 증발기)까지, 또는 열 펌프 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기 또는 초임계 작동 유체 냉각기)로부터 가열하고자 하는 본체까지 열을 운반하기 위해 사용되는 조성물을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 작동 유체는 반복 주기 중에 작동 유체가 액체에서 증기로, 그리고 다시 액체로 상 변화를 겪는 주기 중에 열을 전달하는 작용을 하는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 포함한다.
과냉각(subcooling)은 주어진 압력에 대한 그 액체의 포화점 미만으로 액체의 온도가 감소되는 것이다. 포화점은 증기 조성물이 액체로 완전히 응축되는 순간의 온도이다(기포점이라고도 지칭됨). 그러나 과냉각은 주어진 압력에서 액체를 더 낮은 온도의 액체로 계속 냉각시킨다. 과냉각량은 포화 온도(도 단위) 미만으로의 냉각량 또는 액체 조성물이 그의 포화 온도 미만으로 냉각되는 정도이다.
과열은 증기 조성물이 그의 포화 증기 온도("이슬점"이라고도 지칭되는, 조성물이 냉각되는 경우에 액체의 최초 방울이 형성되는 온도) 초과로 가열되는 정도를 정의하는 용어이다.
온도 구배(glide)(간혹 단순히 "구배"라고 지칭됨)는, 임의의 과냉각 또는 과열을 제외하고 냉매 시스템의 성분 내에서 냉매에 의한 상-변화 과정의 시작 온도와 종료 온도 사이의 차이의 절대값이다. 이 용어는 근공비 혼합물 또는 비-공비 조성물의 응축 또는 증발을 기재하기 위해 사용할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 열 교환기는 열이 전달되는 열 펌프 또는 공조 장치의 성분이다. 열 교환기는 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기)일 수 있으며, 여기서 열은 작동 유체로부터 열 전달 매체로 전달되거나 편안(comfort) 가열 또는 냉각을 위한 공기 또는 가열하거나 냉각시키고자 하는 본체로 전달되거나 이들로부터 전달된다. 작동 유체가 냉각 중에 응축을 겪는 경우, 작동 유체 냉각기는 응축기이다. 열 교환기는 작동 유체 가열기(예를 들어, 증발기)일 수 있으며, 여기서 열이 작동 유체로 전달된다. 작동 유체가 가열 또는 냉각 주기 중에 증발을 겪는 경우, 작동 유체 가열기는 증발기이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "갖다", "갖는", 또는 그의 임의의 기타 변형은 비-배타적인 포함을 망라하고자 한다. 예를 들어, 요소의 목록을 포함하는 조성물, 공정, 방법, 용품, 또는 장치는 반드시 이들 요소만으로 제한되는 것이 아니라 이러한 조성물, 공정, 방법, 용품, 또는 장치에 내재하거나 명시적으로 열거되지 않은 기타 요소를 포함할 수 있다. 추가로, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, "또는"은 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 임의의 하나에 의해 만족된다: A가 참(또는 존재함)이고 B가 거짓(또는 존재하지 않음), A가 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B가 참(또는 존재함), 및 A 및 B 양자 모두가 참(또는 존재함).
연결구 "~로 구성된"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 청구범위 내의 경우에 이는, 재료와 통상적으로 연계된 불순물을 제외하고는 이들 인용된 것들 이외의 재료의 포함에 대해 청구범위를 폐쇄할 것이다. 어구 "~으로 구성되다"는 전문 직후 보다는 청구범위의 본문 절에 나타나 있는 경우에는, 그러한 절에 나타낸 요소만을 제한하며; 다른 요소는 전체적으로 청구범위에서 배제되지 않는다.
연결구 "~으로 본질적으로 구성된"은 문언적으로 개시된 것들에 부가하여 재료, 단계, 특징부, 성분, 또는 요소를 포함하는 조성물, 방법, 또는 장치를 정의하기 위해 사용되며, 다만, 이들 부가적으로 포함된 재료, 단계, 특징부, 성분, 또는 요소는 청구된 발명의 기본적이거나 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미친다. 용어 '~으로 본질적으로 구성된'은 "포함하는"과 '~으로 구성된' 사이의 중간 입장을 점한다.
출원인이 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 발명 또는 그의 일부를 정의한 경우, (달리 언급되지 않는 한) 그 기재는 용어 "~으로 본질적으로 구성된" 또는 "~으로 구성된"을 사용하여 이러한 발명을 기재하는 것으로도 해석되어야 한다는 것이 용이하게 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 요소 및 성분을 기재하기 위해 부정 관사("a" 또는 "an")의 사용이 채택된다. 이는 본 발명의 범주의 일반적 의미를 제공하기 위해 단지 편의상 실행된다. 이러한 기재는 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 해독되어야 하며, 단수는 그것이 달리 의미함이 명백하지 않은 한 복수 또한 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재되는 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 발명의 실시 형태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 후술된다. 본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 기타 참고 문헌은, 특정 페이지가 인용되지 않는 한, 전체적으로 참고로 포함된다. 상충되는 경우, 정의를 포함하여 본 명세서가 우선할 것이다. 부가적으로, 재료, 방법, 및 실시예는 단지 예시적이며, 제한하고자 하는 것이 아니다.
다이플루오로메탄(HFC-32 또는 R32)은 구매가능하거나, 또는 당업계에 공지된 방법, 예를 들어, 메틸렌 클로라이드의 탈클로로플루오르화에 의해 제조될 수 있다.
펜타플루오로에탄(HFC-125 또는 R125)은 구매가능하거나, 또는 당업계에 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, CF3CH2F)은 다수의 냉매 제조업체 및 유통업체로부터 구매가능하거나 당업계에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. HFC-134a는 1,1-다이클로로-1,1,1,2-테트라플루오로에탄(즉, CCl2FCF3 또는 CFC-114a)을 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 수소화함으로써 제조할 수 있다. 부가적으로, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(HFC-134, CHF2CHF2)은 1,2-다이클로로-1,1,2,2-테트라플루오로에탄(즉, CClF2CClF2 또는 CFC-114)을 1,1,2,2-테트라플루오로에탄으로 수소화함으로써 제조할 수 있다.
E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(E-HFO-1234ze 또는 트랜스-HFO-1234ze)은 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판(HFC-245eb, CF3CHFCH2F) 또는 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa, CF3CH2CHF2)의 탈하이드로플루오르화(dehydrofluorination)에 의해 제조될 수 있다. 탈하이드로플루오르화 반응은 촉매의 존재 또는 부재 하에 증기 상 내에서 일어날 수 있으며, NaOH 또는 KOH와 같은 가성 물질과의 반응에 의해 액체 상 내에서도 일어날 수 있다. 이들 반응은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 공개 제2006/0106263호에 더욱 상세하게 기재되어 있다. HFO-1234ze는 2개의 입체배치 이성체, E- 또는 Z-(각각 트랜스- 및 시스- 이성체라고도 지칭됨) 중 하나로서 존재할 수 있다. E-HFO-1234ze는 소정의 플루오로카본 제조업체(예를 들어, 뉴저지주 모리스타운 소재의 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드(Honeywell International Inc.))로부터 구매가능하다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜은 또한 HFO-1234yf, HFC-1234yf, 또는 R1234yf로서 지칭될 수 있다. HFO-1234yf는 당업계에 공지된 방법, 예를 들어, 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판(HFC-245eb) 또는 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판(HFC-245cb)의 탈하이드로플루오르화에 의해 제조될 수 있다. HFO-1234yf는 또한 소정의 플루오로카본 제조업체(예를 들어, 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E.I. 듀폰 드 네무르(E.I. Du Pont de Nemours))로부터 구매가능하다.
조성물
본 발명에 따라, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물이 제공된다. 일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 (d) 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 여기서 조성물이 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 함유하는 경우, 조성물은 적어도 일부의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또한 함유하고; 여기서 성분 (a) 대 성분 (b)의 비는 최대 1.5:1이며; 여기서 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.0.04:1 이상이다. 다른 실시 형태에서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.23:1 이상이다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물의 일 실시 형태에서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비는 1:1 이상이다. 다른 실시 형태에서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비는 1:1 내지 1.5:1의 범위이다.
다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물의 일 실시 형태에서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 최대 0.80:1이다. 다른 실시 형태에서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.04:1 내지 0.80:1이다. 다른 실시 형태에서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.23:1 내지 0.80:1의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비는 0.04:1 내지 0.23:1이다.
일 실시 형태에서 조성물은, 의도된 응용을 대표하는 주기 조건 세트에서 HFC-134a에 대한 부피 가열 용량의 105% 이상인 부피 가열 용량을 제공한다.
일 실시 형태에서, 조성물은 60℃에서 ASTM-E681에 의해 결정할 때 불연성이다. 일부 응용에서는 불연성 냉매가 바람직하다.
일 실시 형태에서, 조성물의 GWP는 1000 미만이다.
일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 3 중량% 내지 23 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 2 중량% 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 26 중량% 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 34 중량% 내지 53 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 10 중량% 내지 28 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 16 중량% 내지 25 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 38 중량% 내지 58 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 9 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 9 중량% 내지 16 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 42 중량% 내지 68 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 13 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 13 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 9 중량% 내지 13 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 44 중량% 내지 65 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 15 중량% 내지 25 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 14 중량% 내지 17 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 10 중량% 내지 13 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 45 중량% 내지 61 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다. 일 실시 형태에서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비는 1.2:1 내지 1.5:1이다. 다른 실시 형태에서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비는 1.3:1 내지 1.5:1이다.
일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 10 내지 14 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 13 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 2 내지 30 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 0 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 40 내지 50 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 11 내지 13 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 14 내지 15 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 5 내지 28 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 15 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 44 내지 46 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
소정의 실시 형태에서, 냉매 조성물은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 또는 1,1,2,2-테트라플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물을 포함하며, 여기서 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 중량비는 1:0.9 내지 1:1.6(이는 1.11:1 내지 0.62:1과 동일함)의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 중량비는 1:1.20 내지 1:1.4(이는 0.83:1 내지 0.71:1과 동일함)의 범위이다.
다른 실시 형태에서, 냉매 조성물은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 또는 1,1,2,2-테트라플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물을 포함하며, 여기서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 1,1,2,2-테트라플루오로에탄의 합 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비는 1:1.37 내지 1:1.9(이는 0.73:1 내지 0.52:1과 동일함)의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 1,1,2,2-테트라플루오로에탄의 합 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비는 1:1.4 내지 1:1.6(이는 0.71:1 내지 0.62:1과 동일함)의 범위이다.
다른 실시 형태에서, 냉매 조성물은 다이플루오로메탄; 펜타플루오로에탄; 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하며, 여기서 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비는 1:1.3 내지 1:23(이는 0.77:1 내지 0.043:1과 동일함)의 범위이다. 다른 실시 형태에서, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비는 1:5.5 내지 1:10(이는 0.18:1 내지 0.10:1과 동일함)의 범위이다.
일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 불연성이다. 일부 실시 형태에서, 공조 장비에 사용되는 경우에 냉매 조성물의 평균 구배는 약 5 K 이하이다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물의 지구 온난화 지수(GWP)는 약 1000 미만이다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 불연성이며 공조 장비에 사용되는 경우에 평균 구배가 약 5 K 이하이다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 불연성이며 지구 온난화 지수(GWP)가 약 1000 미만이다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 공조 장비에 사용되는 경우에 평균 구배가 약 5 K 이하이며 지구 온난화 지수(GWP)가 약 1000 미만이다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 불연성이며, 공조 장비에 사용되는 경우에 평균 구배가 약 5 K 이하이고, 지구 온난화 지수(GWP)가 약 1000 미만이다.
일부 실시 형태에서는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜에 부가하여, 개시된 조성물은 임의의 비-냉매 성분을 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 조성물 중의 선택적인 비-냉매 성분(본 명세서에서 첨가제라고도 지칭됨)은 윤활제, 염료(UV 염료 포함), 가용화제, 상용화제, 안정제, 추적자, 퍼플루오로폴리에테르, 마모방지제, 극압제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 에너지 감소제, 금속 표면 불활성화제, 자유 라디칼 포착제, 발포 조절제, 점도 지수 개선제, 유동점 강하제, 세제, 점도 조정제, 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 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 비해 소량으로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 개시된 조성물 중의 첨가제(들)의 양의 농도는 총 조성물의 약 0.1 중량% 미만 내지 최대 약 5 중량%이다. 본 발명의 일부 실시 형태에서, 첨가제는 총 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양 또는 약 0.1 중량% 내지 약 3.5 중량%의 양으로 개시된 조성물 내에 존재한다. 개시된 조성물에 대해 선택된 첨가제 성분(들)은 유틸리티 및/또는 개별적인 장비 성분 또는 시스템 요건을 기준으로 선택된다.
다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물은 또한 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르, 폴리비닐에테르, 광유, 알킬벤젠, 합성 파라핀, 합성 나프텐, 및 폴리(알파)올레핀으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 윤활제를 포함하고/하거나 이들과 조합하여 사용될 수 있다.
유용한 윤활제에는 고온 열 펌프 장치에서 사용하기에 적합한 것이 포함된다. 이들 윤활제 중에는 클로로플루오로카본 냉매를 이용하는 증기 압축 냉동 장치에 관용적으로 사용되는 것들이 있다. 일 실시 형태에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활 분야에서 "광유"라고 통상적으로 공지된 것들을 포함한다. 광유는 파라핀(즉, 직쇄 및 분지형 탄소쇄, 포화 탄화수소), 나프텐(즉, 환형 파라핀), 및 방향족 물질(즉, 교호하는 이중 결합을 특징으로 하는 하나 이상의 고리를 함유하는 불포화 환형 탄화수소)을 포함한다. 일 실시 형태에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활 분야에서 "합성 오일"이라고 통상적으로 공지된 것들을 포함한다. 합성 오일은 알킬아릴(즉, 선형 및 분지형 알킬 알킬벤젠), 합성 파라핀 및 나프텐, 및 폴리(알파올레핀)을 포함한다. 대표적인 관용적 윤활제는 구매가능한 BVM 100 N(BVA 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(Calumet)(등록상표) RO-30으로 구매가능한 나프텐계 광유, 쉬리브 케미칼스(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.
유용한 윤활제는 또한, 하이드로플루오로카본 냉매와 함께 사용되도록 설계되었던 것들, 및 압축 냉동 및 공조 장치의 가동 조건 하에서 본 발명의 냉매와 혼화가능한 것들을 포함할 수 있다. 이러한 윤활제에는 폴리올 에스테르(POE), 예를 들어 카스트롤(Castrol)(등록상표) 100(영국 소재의 카스트롤), 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 예를 들어 다우(Dow)(미시간주 미드랜드 소재의 다우 케미칼(Dow Chemical))로부터의 RL-488A, 폴리비닐 에테르(PVE), 및 폴리카르보네이트(PC)가 포함되지만 이로 제한되지 않는다.
윤활제는 주어진 압축기의 요건 및 그 윤활제가 노출될 환경을 고려함으로써 선택된다.
고온에서 안정성을 갖는 고온 윤활제가 중요하다. 열 펌프가 달성할 최고 온도는 어떤 윤활제가 필요한지를 결정할 것이다. 일 실시 형태에서, 윤활제는 50℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 75℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 100℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 125℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 150℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 155℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 175℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 200℃ 이상의 온도에서 안정해야 한다.
최대 약 200℃의 안정성을 가진 폴리 알파 올레핀(POA) 윤활제 및 최대 약 200 내지 220℃의 온도에서 안정성을 가진 폴리올 에스테르(POE) 윤활제가 특히 중요하다. 약 220 내지 약 350℃의 온도에서 안정한 퍼플루오로폴리에테르 윤활제 또한 특히 중요하다. PFPE 윤활제에는 듀폰(DuPont)(델라웨어주 윌밍턴 소재)으로부터 상표명 크리톡스(Krytox)(등록상표)로 입수가능한 것들, 예를 들어 최대 약 300 내지 350℃의 열 안정성을 가진 XHT 시리즈가 포함된다. 다른 PFPE 윤활제에는 다이킨 인더스트리즈(Daikin Industries)(일본 소재)로부터 상표명 뎀넘(Demnum)(상표)으로 판매되는 최대 약 280 내지 330℃의 열 안정성을 가진 것들, 및 아우시몬트(Ausimont)(이태리 밀라노 소재)로부터 상표명 폼블린(Fomblin)(등록상표) 및 갈덴(Galden)(등록상표)으로 입수가능한 것들, 예를 들어 상표명 폼블린(등록상표)-Y 폼블린(등록상표)-Z로 입수가능한 최대 약 220 내지 260℃의 열 안정성을 가진 것들이 포함된다.
작동 유체를 고온에 노출시키는 주기(예를 들어, 높은 승온 및 높은 압축기 토출 온도와 연계된 주기)의 가동을 위해 작동 유체(예를 들어, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체)와 높은 열 안정성을 가진 윤활제의 제형(가능하게는 오일 냉각 또는 기타 완화 접근법(mitigation approach)과 조합됨)이 유리할 것이다. 높은 승온을 가진 가동을 위해, 스테이지간 유체 주입(inter-stage fluid injection)을 가진 다중 스테이지 압축(multi-stage compression)(예를 들어, 여기서 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기)에서 출발하는 액체 냉매의 일부가 압축 스테이지 사이에서 중간 압력으로 팽창되어 제1 압축 스테이지를 출발하는 증기를 적어도 부분적으로 완열(desuperheat)함)이 바람직할 수 있다. 일 실시 형태에서, 조성물은 고온에서 유발되는 분해를 방지하기 위해 추가로 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 안정제(예를 들어, 자유 라디칼 포착제, 산 포착제 또는 산화 방지제)를 포함할 수 있다. 이러한 기타 첨가제에는 니트로메탄, 장애 페놀, 하이드록실아민, 티올, 포스파이트, 또는 락톤이 포함되지만 이로 제한되지 않는다. 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 안정제를 포함하는 조성물이 중요하다. 단일 안정제 또는 조합물이 사용될 수 있다.
임의로, 다른 실시 형태에서, 성능 및 시스템 안정성을 향상시키기 위해, 원하는 경우, 소정의 냉동, 공조, 또는 열 펌프 시스템 첨가제가 본 명세서에 개시된 바와 같은 작동 유체에 첨가될 수 있다. 이들 첨가제는 냉동 및 공조 분야에 공지되어 있으며, 마모 방지제, 극압 윤활제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 불활성화제, 자유 라디칼 포착제, 및 발포 조절제를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 일반적으로, 이들 첨가제는 전체 조성물에 비해 소량으로 작동 유체 중에 존재할 수 있다. 전형적으로 약 0.1 중량% 미만 내지 최대 약 3 중량%의 농도의 각각의 첨가제가 사용된다. 이들 첨가제는 개별적인 시스템 요건을 기준으로 선택된다. 이들 첨가제에는 트라이아릴 포스페이트 계열의 EP(극압) 윤활성 첨가제의 구성원, 예를 들어 부틸화 트라이페닐 포스페이트(BTPP), 또는 기타 알킬화 트라이아릴 포스페이트 에스테르, 예를 들어 악조 케미칼스(Akzo Chemicals)로부터의 Syn-0-Ad 8478, 트라이크레실 포스페이트, 및 관련 화합물이 포함된다. 부가적으로, 금속 다이알킬 다이티오포스페이트(예를 들어, 아연 다이알킬 다이티오포스페이트(또는 ZDDP); 루브리졸(Lubrizol) 1375, 및 이 계열의 화학물질의 기타 구성원을 본 발명의 조성물에 사용할 수 있다. 기타 마모 방지 첨가제에는 천연물 오일 및 비대칭 폴리하이드록실 윤활 첨가제, 예를 들어 시너골(Synergol) TMS(인터내셔날 루브리컨츠(International Lubricants))가 포함된다. 유사하게, 산화 방지제, 자유 라디칼 포착제, 및 물 포착제와 같은 안정화제를 채택할 수 있다. 이러한 카테고리의 화합물에는 부틸화 하이드록시 톨루엔(BHT), 에폭사이드, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 부식 억제제에는 도데실 석신산(DDSA), 아민 포스페이트(AP), 올레오일 사르코신, 이미다존 유도체, 및 치환된 설포네이트가 포함된다. 금속 표면 불활성화제에는 아레옥살릴 비스 (벤질리덴) 하이드라지드(areoxalyl bis (benzylidene) hydrazide), N,N'-비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일하이드라진, 2,2,' 옥사미도비스-에틸-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트, N,N'-(다이살리시클리덴)-1,2-다이아미노프로판(N,N'-(disalicyclidene)-1,2-diaminopropane) 및 에틸렌다이아민테트라-아세트산 및 그의 염, 및 이들의 혼합물이 포함된다.
50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 75℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 85℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 100℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 118℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 137℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 150℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 175℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다. 200℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제 또한 중요하다.
장애 페놀, 티오포스페이트, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 유기 포스페이트, 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 터펜, 터페노이드, 에폭사이드, 플루오르화된 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 그의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 안정제가 중요하다. 대표적인 안정화제 화합물에는 토코페롤; 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 및 스위스 바젤 소재의 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals)(이하 "시바(Ciba)")로부터 상표명 이르가루베(Irgalube)(등록상표) 63으로 구매가능한 다이티오포스페이트; 시바로부터 각각 상표명 이르가루베(등록상표) 353 및 이르가루베(등록상표) 350으로 구매가능한 다이알킬티오포스페이트 에스테르; 시바로부터 상표명 이르가루베(등록상표) 232로 구매가능한 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트; 시바로부터 상표명 이르가루베(등록상표) 349(시바)로 구매가능한 아민 포스페이트; 시바로부터 이르가포스(Irgafos)(등록상표) 168로서 구매가능한 장애 포스파이트; 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) OPH로 구매가능한 (트리스-(다이-tert-부틸페닐)과 같은 포스페이트; (다이n-옥틸 포스파이트); 및 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) DDPP로 구매가능한 아이소-데실 다이페닐 포스파이트; 아니솔; 1,4다이메톡시벤젠; 1,4-다이에톡시벤젠; 1,3,5-트라이메톡시벤젠; d리모넨; 레틴알; 피넨; 멘톨; 비타민 A; 터피넨; 다이펜텐; 리코펜; 베타 카로틴; 보르난; 1,2-프로필렌 옥사이드; 1,2-부틸렌 옥사이드; n-부틸 글리시딜 에테르; 트라이플루오로메틸옥시란; 1,1비스(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 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-프로파노산); 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 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 등이 포함되지만 이로 제한되지 않는다.
적어도 하나의 이온성 액체를 포함하는 이온성 액체 안정제가 또한 중요하다. 이온성 액체는, 액체이거나 융점이 100℃ 미만인 유기 염이다. 다른 실시 형태에서, 이온성 액체 안정화제는 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨, 및 트라이아졸륨으로 구성된 군으로부터 선택된 양이온; 및 [BF4]-, [PF6]-, [SbF6]-, [CF3SO3]-, [HCF2CF2SO3]-, [CF3HFCCF2SO3]-, [HCClFCF2SO3]-, [(CF3SO2)2N]-, [(CF3CF2SO2)2N]-, [(CF3SO2)3C]-, [CF3CO2]-, 및 F-로 구성된 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 염을 포함한다. 대표적인 이온성 액체 안정화제에는 emim BF4(1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트); bmim BF4(1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라보레이트); emim PF6(1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트); 및 bmim PF6(1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트)가 포함되며, 이들 모두는 플루카(Fluka)(시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))로부터 입수가능하다.
본 발명의 조성물은 원하는 양을 혼합하거나 배합하는 것을 포함하는 임의의 편리한 방법에 의해서 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서는, 원하는 성분 양을 칭량하고 이후에 적절한 용기 내에서 이들을 배합함으로써 조성물을 제조할 수 있다.
열 펌프 방법
본 발명에 따라, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 작동 유체 냉각기(이는 응축기일 수 있음) 내에서 작동 유체로부터 열을 추출함으로써 냉각된 작동 유체를 생성시키는 단계를 포함하며; 여기서 상기 작동 유체는 (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, (d) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법의 일 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 여기서 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 50℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 65℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 75℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 100℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 125℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 150℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 175℃ 초과의 온도에서 가동된다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기는 약 200℃ 초과의 온도에서 가동된다.
본 방법의 소정의 실시 형태에서, 작동 유체 냉각기는 응축기이다. 따라서 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 증기 작동 유체를 응축기 내에서 응축함으로써 액체 작동 유체를 생성시키는 단계를 포함하는, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법이 제공된다. 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 본질적으로 구성된 증기 작동 유체가 응축되는 방법이 중요하다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 구성된다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 양자 모두를 함유한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 양자 모두를 함유한다. 이러한 관용적 주기에서는 전체 주기에 걸쳐 작동 유체 압력이 작동 유체의 임계 압력 미만으로 유지된다.
추가로, 다른 실시 형태에서, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법에는 GWP가 낮은 작동 유체가 바람직하다. (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, (d) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 작동 유체가 중요하며, 이는 본 발명의 방법에 유용한 1000 미만의 GWP를 갖는다.
다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법에 유용한 작동 유체는 (a) 3 중량% 내지 23 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 2 중량% 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 26 중량% 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 34 중량% 내지 53 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법에 유용한 작동 유체는 (a) 10 중량% 내지 28 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 16 중량% 내지 25 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 38 중량% 내지 58 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법에 유용한 작동 유체는 (a) 9 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 9 중량% 내지 16 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 42 중량% 내지 68 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법에 유용한 작동 유체는 (a) 10 내지 14 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 13 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 2 내지 30 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 0 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 40 내지 50 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 (a) 11 내지 13 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 14 내지 15 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 5 내지 28 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 15 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 44 내지 46 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
가열을 생성시키는 방법은 제1 열 전달 매체를 작동 유체 냉각기를 통해 통과시키며, 이에 의해 작동 유체로부터의 상기 열 추출이 제1 열 전달 매체를 가열하는 단계, 및 가열된 제1 열 전달 매체를 작동 유체 냉각기로부터 가열하고자 하는 본체로 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법에서 가열하고자 하는 본체는 가열할 수 있는 임의의 공간, 물체, 공정 스트림 또는 유체일 수 있다. 일 실시 형태에서, 가열하고자 하는 본체는 방, 아파트, 또는 건물, 예를 들어 아파트 건물, 대학교 기숙사, 타운하우스, 또는 기타 연립 주택 또는 단일 세대 주택, 사무실 건물, 수퍼마켓, 대학 또는 대학교 강의실 또는 관공서 건물일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 가열하고자 하는 본체는 자동차의 객실일 수 있다. 대안적으로, 다른 실시 형태에서, 가열하고자 하는 본체는 제2 루프 유체, 열 전달 매체 또는 열 전달 유체일 수 있다.
일 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 물이고 가열하고자 하는 본체는 물이다. 다른 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 물이고 가열하고자 하는 본체는 난방용 공기이다. 다른 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 산업용 열 전달 액체이고 가열하고자 하는 본체는 화학 공정 스트림이다. 다른 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 물이고 가열하고자 하는 본체는 건조용 또는 제습용 공기이다.
가열을 생성시키는 방법의 다른 실시 형태에서, 본 방법은 냉각된 작동 유체를 팽창시키는 단계 및 팽창된 냉각된 작동 유체를 가열기 내에서 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 냉각된 작동 유체를 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력으로 팽창시키는 일부 실시 형태에서, 가열기는 증발기이다. 따라서 다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법은 냉각된 작동 유체를 팽창시키는 단계 및 작동 유체를 작동 유체 가열기(이는 증발기일 수 있음) 내에서 가열함으로써 작동 유체 증기를 생성시키는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시 형태에서, 가열을 생성시키는 방법은 터보형(dynamic)(예를 들어, 축류(axial) 또는 원심(centrifugal)) 압축기 또는 용적형(positive displacement)(예를 들어, 왕복(reciprocating), 스크류(screw), 또는 스크롤(scroll)) 압축기 내에서 작동 유체 증기를 압축하는 단계를 추가로 포함한다. 압축 단계는 작동 유체의 임계 압력 미만 또는 초과의 압력으로 작동 유체 증기를 압축할 수 있다. 압축 단계가 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력으로부터 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력으로 작동 유체를 압축하는 경우, 그 주기는 천이-임계(trans-critical) 주기라고 지칭될 수 있다.
일 실시 형태에서, 가열은 상기 작동 유체 냉각기를 포함하는 열 펌프 내에서 생성되며, 가열하고자 하는 제1 열 전달 매체를 상기 작동 유체 냉각기를 통해 통과시킴으로써 제1 열 전달 매체를 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 공기이며, 작동 유체 냉각기로부터 가열하고자 하는 공간으로 통과한다. 다른 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 공정 스트림의 일부이며, 작동 유체 냉각기로부터 공정으로 다시 통과한다.
일부 실시 형태에서, 제1 열 전달 매체는 물 또는 글리콜(예를 들어 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)로부터 선택될 수 있다. 제1 열 전달 매체가 냉방용 공기와 같은 냉각시키고자 하는 본체로부터 열을 추출하는 물인 실시 형태가 특히 중요하다.
다른 실시 형태에서, 열 전달 매체는 산업용 열 전달 액체일 수 있으며, 여기서 가열하고자 하는 본체는 증류 컬럼과 같은 공정 라인 및 공정 장비를 포함하는 화학 공정 스트림이다. 다른 실시 형태에서, 열 전달 매체는 산업용 열 전달 액체일 수 있으며, 여기서 가열하고자 하는 본체는 화학 반응기, 건조기, 결정화기, 증발기, 보일러, 및 액체 펌프와 같은 공정 장비를 포함하는 화학 공정 스트림이다, 이온성 액체, 다양한 염수, 예를 들어 수성 칼슘 클로라이드 또는 소듐 클로라이드, 글리콜, 예를 들어 프로필렌 글리콜 또는 에틸렌 글리콜, 메탄올, 암모니아, 트라이클로로에틸렌, d-리모넨, 메틸렌 클로라이드, 및 기타 열 전달 매체, 예를 들어 문헌[2006 ASHRAE Handbook on Refrigeration]의 섹션 4에 열거된 것들을 포함하는 산업용 열 전달 액체가 중요하다.
본 방법의 일 실시 형태에서, 작동 유체는 작동 유체 가열기(이는 증발기일 수 있음) 내에서 제2 열 전달 매체에 의해 가열되어 가열된 작동 유체를 형성한다. 제2 열 전달 매체는 물과 같은 따뜻한 액체이며, 이는 저온 열원으로부터 작동 유체 가열기 내로 수송된다. 따뜻한 제2 열 전달 매체는 작동 유체 가열기 내에서 냉각되고 저온 열원으로 복귀하거나 건물과 같은 냉각시키고자 하는 본체로 통과한다. 이어서, 가열된 작동 유체는 압축기 내에서 압축되어 고압 작동 유체가 생성된다. 이어서, 가열하고자 하는 본체(열 싱크) 부근으로부터 유입된 냉각된 액체인 제1 열 전달 매체에 의해 작동 유체 냉각기 내에서 고압 작동 유체가 냉각된다. 본 방법에서 열 펌프는 또한 가정용수 또는 상수(service water) 또는 공정 스트림을 가열하기 위해 사용할 수 있다. 본 방법에서 열 펌프는 또한 지역 난방용수를 가열하기 위해 사용할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 미임계 주기로 사용되는 경우에 응축기) 온도를 갖는다. 또 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도를 갖는다. 또 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도를 갖는다.
가열을 생성시키는 방법의 다른 실시 형태에서, 액체 작동 유체는 그것이 제2 액체 열 전달 매체에 의해 가열됨으로써 증발되어 가열된 작동 유체 증기를 생성시키는 작동 유체 가열기(이는 미임계 주기로 사용되는 경우에 증발기일 수 있음)로 통과한다. 제2 액체 열 전달 매체는 작동 유체를 가열함으로써 냉각되고 작동 유체 가열기로부터 저온 열원 또는 냉각시키고자 하는 본체로 통과한다. 이어서, 가열된 작동 유체 증기는 압축기 내에서 압축되어 고압 작동 유체 증기가 생성된다. 이어서, 가열하고자 하는 본체(열 싱크) 부근으로부터 유입된 냉각된 액체인 제1 열 전달 매체에 의해 작동 유체 냉각기 내에서 고압 작동 유체 증기가 냉각됨으로써 냉각된 작동 유체 액체를 형성한다. 본 방법에서, 열 펌프는 또한 가정용수 또는 상수 또는 공정 스트림을 가열하기 위해 사용할 수 있다. 본 방법에서 열 펌프는 또한 지역 난방용수를 가열하기 위해 사용할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 50℃ 초과의 응축기 온도를 갖는다. 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도를 갖는다. 또 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 따라서 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도를 갖는다.
가열을 생성시키는 방법의 일 실시 형태에서, 열 펌프는 터보형 또는 용적형 압축기인 압축기를 포함한다. 터보형 압축기는 축류 및 원심 압축기를 포함한다. 용적형 압축기는 왕복, 스크류, 및 스크롤을 포함한다.
작동 유체 압력이 작동 유체 임계 압력을 초과하지 않는 상기 기재된 관용적 가열 주기를 미임계 가열 주기라고 지칭할 수 있다. 미임계 가열 주기에서 액체 작동 유체는 증발기(열 교환기 또는 작동 유체 가열기) 내에서 증발되고 응축기(상이한 열 교환기 또는 작동 유체 냉각기) 내에서 응축됨으로써, 주기가 반복됨에 따라 액체와 증기 작동 유체 사이에서 반복적으로 전이된다.
천이-임계 가열 주기에서 주기에 사용되는 작동 유체는 작동 유체 가열기(미임계 주기의 증발기에 상응함) 내에서 증발됨으로써 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력에서 열을 수용한다(또는 그것이 가열된다고 할 수 있음). 이어서, 작동 유체 증기를 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력으로 압축한 후에 작동 유체 냉각기(미임계 주기에서 응축기에 상응함) 내에서 응축 없이 냉각시킴으로써 열을 방출하여 냉각된 작동 유체를 생성시킨다. 이러한 냉각된 작동 유체의 압력은 그의 임계 압력 미만으로 감소된다. 따라서, 주기의 일부(그러나 전체는 아님)에서만 작동 유체 압력이 그의 임계 압력을 초과한다.
초임계 가열 주기는 전체 주기에 걸쳐 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력에서 가동되며 하기의 단계들을 포함한다: 작동 유체 압축, 냉각, 팽창, 및 가열.
본 발명의 다른 실시 형태에는, 2개 이상의 캐스케이드 가열 스테이지 사이에서 열이 교환되는 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 제1 캐스케이드 가열 스테이지 내에서 선택된 더 낮은 온도에서 제1 작동 유체 내의 열을 흡수하는 단계 및 더 높은 작동 유체 온도에서 열을 배출하는 제2 캐스케이드 가열 스테이지의 제2 작동 유체에 이러한 열을 전달하는 단계를 포함하며; 여기서 제1 작동 유체 또는 제2 작동 유체 중 하나 이상은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 함유하는 조성물을 포함한다. 다중 스테이지 열 펌프 시스템(또는 캐스케이드 열 펌프 시스템)은 하나 초과의 주기 또는 캐스케이드 스테이지를 통해 가열을 증가시킴으로써 저온 열이 더 높은 수준으로 상승하는 것을 가능하게 한다.
실행가능한 최대 가동 작동 유체 냉각기(또는 응축기) 온도는 사용되는 작동 유체의 특성(예를 들어, 유체 화학적 분해, 이성체화, 또는 기타 화학적 변화의 속도가 허용가능하지 않게 높아지는 온도; 유체 임계 온도; 유체 포화 압력)과 더불어 소정의 장비 한계(예를 들어, 최대 설계 작동 압력 또는 최대 허용 압축기 토출 온도)에 따라 달라진다. 본 조성물은 HCFC-22, R-410A, R-407C, 또는 HFC-134a와 같이 더 낮은 임계 온도 또는 더 높은 압력을 갖는 기타 작동 유체용으로 원래 설계되고/되거나 이들을 이용하여 가동되는 열 펌프의 유체 냉각기(예를 들어, 응축기)에서 전달되는 열의 온도를 상승시키는 것을 가능하게 할 수 있을 것이다.
본 발명에 따라, 고온 열 펌프 작동 유체(예를 들어, 상기 고온 열 펌프 작동 유체용으로 원래 설계된 시스템에서)를 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체로 대체하는 것이 가능하다. 따라서, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 대체 작동 유체를 제공하여, HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, 또는 CFC-12 작동 유체를 상기 작동 유체용으로 설계된 고온 열 펌프에서 대체하는 방법이 제공된다. 다른 실시 형태에서, 본 방법은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 본질적으로 구성된 대체 작동 유체를 제공하는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 본 방법은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 구성된 대체 작동 유체를 제공하는 단계를 포함한다. HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, 또는 CFC-12를 대체하는 방법의 일 실시 형태에서, 상기 열 펌프는 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 가동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 가동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. 본 방법의 다른 실시 형태에서, 열 펌프는 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 가동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다.
일 실시 형태에는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 내에 동시 가열 및 냉각을 공급하는 방법이 제공된다. 일 실시 형태에서 본 방법은, HFO-1234yf, HFO-1243zf, HFO-1234ze-E, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-134a, HFC-134, HFC-152a, HFC-245cb, 프로필렌, 프로판, 사이클로-프로판, CO2, NH3, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 스테이지(또는 하위 스테이지(lower stage))를 제공하는 단계; 및 본 발명의 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 스테이지를 제공하는 단계를 포함하며; 여기서 상기 저온 캐스케이드 스테이지 및 상기 고온 캐스케이드 스테이지는 열적으로 접촉된다.
다른 실시 형태에서 본 방법은, 본 발명의 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 스테이지(하위 스테이지)를 제공하는 단계, 및 아이소부탄, n-부탄, 네오펜탄, 사이클로부탄, 아이소펜탄, n-펜탄, 사이클로-펜탄, HCFO-1233xf, HCFO-1233zd-E, HCFO-1233zd-Z, HFC-245cb, HFC-134, HFC-227ca, HFC-227ea, HFC-236ca, HFC-236ea, HFC-245fa, HFC-245eb, HFC-356mff, HFC-245ca, HFC-245ea, HFC-365mfc, HFC-43-10mee, HFE-7000, HFE- E347mcc, HFO-1225ye-E, HFO-1234yc, HFO-1234ye-E, HFO-1336mcyf, HFO-1243yf, HFO-1336mzz-E, HFO-1234ze-Z, HFO-1234ze-E, HFO-1438mzz-E, HFO-1336mzz-Z, HFO-1243ye-E, HFO-1438mzz-Z, 및 이들의 블렌드로 구성된 군으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 스테이지를 제공하는 단계를 포함하며; 여기서 상기 저온 캐스케이드 스테이지 및 상기 고온 캐스케이드 스테이지는 열적으로 접촉된다.
본 발명에 따라, 시스템을 열 펌프 시스템으로 전환하는 목적으로 관용적 칠러 작동 유체를 사용하는 칠러(예를 들어 HFC-134a 또는 HCFC-22 또는 HFC-245fa를 사용하는 칠러)로서 원래 설계된 시스템에 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 기존의 칠러 시스템에서 관용적 칠러 작동 유체를 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체로 대체하여 이러한 목적을 달성할 수 있다.
본 발명에 따라, 시스템을 열 펌프 시스템으로 전환하는 목적으로 HFO(예를 들어, HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze)를 함유하는 칠러 작동 유체를 사용하는 칠러로서 원래 설계된 시스템에 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 기존의 칠러 시스템에서 HFO를 함유하는 칠러 작동 유체를 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체로 대체하여 이러한 목적을 달성할 수 있다.
본 발명에 따라, 시스템을 약 50℃ 이상의 응축기 온도를 갖는 고온 열 펌프 시스템으로 전환하는 목적으로 관용적 편안 가열 열 펌프 작동 유체를 사용하는 편안 가열(즉, 저온 또는 주거용) 열 펌프 시스템(예를 들어 HFC-134a, HCFC-22, R-410A, 또는 R-407C를 사용하는 열 펌프)으로서 원래 설계된 시스템에 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 기존의 편안 가열 열 펌프 시스템에서 관용적 편안 가열 열 펌프 작동 유체를 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체로 대체하여 이러한 목적을 달성할 수 있다.
다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체는, 저온에서 입수가능한 열을 업그레이드하여 더 높은 온도에서의 가열 요구량을 충족시키기 위한 터보형(예를 들어, 원심) 또는 용적형(예를 들어, 스크류 또는 스크롤) 열 펌프의 설계 및 가동을 가능하게 할 수 있다. 입수가능한 저온 열이 증발기에 공급될 것이고 고온 열이 응축기에서 추출될 것이다. 예를 들어, 85℃에서 가동되는 응축기로부터의 열을 사용하여 물(예를 들어, 순환수식 난방용 또는 기타 서비스용)을 가열할 수 있는 위치(예를 들어, 병원)에서, 25℃에서 가동되는 열 펌프의 증발기에 공급하기 위해 폐열이 입수가능할 수 있다.
일부 경우에, 훨씬 더 높은 온도의 가열이 필요할 수 있지만, 열은 상기에 제안된 것보다 높은 온도에서 다양한 다른 공급원(예를 들어, 공정 스트림으로부터의 폐열, 지열 또는 태양열)으로부터 입수가능할 수 있다. 예를 들어, 폐열은 75℃에서 입수가능할 수 있는 반면에 산업적 응용을 위해서는 130℃에서의 가열이 필요할 수 있다. 더 낮은 온도의 열이 터보형(예를 들어, 원심) 또는 용적형 열 펌프의 작동 유체 가열기(예를 들어, 증발기)에 공급되어 130℃의 원하는 온도로 상승되고 작동 유체 냉각기에 전달될 수 있다.
공조 방법
일 실시 형태에는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 냉각시키고자 하는 본체 부근에서 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성시키는 방법이 제공된다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 주위 온도가 35℃ 이상을 초과할 수 있는 지역에서 특히 유용하다.
공조가 필수적이 되는, 주위 온도가 높은 지리적 영역에서는, 높은 임계 온도 및 높은 열 안정성을 가진 냉매 조성물이 바람직하다. 현재 입수가능한 하이드로플루오로카본(HFC) 냉매, 예를 들어 R-410A, R-407C, 또는 R-32는 상대적으로 낮은 임계 온도를 갖는다. 결과적으로, 이들 냉매는 더운 환경에서 잘 기능하지 않는다. 냉매의 에너지 효율은 높은 주위 온도에서의 가동 중에 응축 온도가 냉매 임계 온도에 접근함에 따라 일반적으로 감소한다. 부가적으로, R-32는 소정의 지역에서 소정의 응용에 대해 현행 건물 및 안전성 규정(building and safety code)에 의해 부과된 사용 제한을 받는 ASHRAE(미국 냉동공조공학회(American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers)) 클래스 2L 가연성 가스이다. 더운 기후에서, R-22는 많은 공조 및 냉동 응용에 있어서 여전히 선택된 냉매로 남아 있는데, 이는 그것이 가연성이 아니고 더 높은 임계 온도를 가짐으로써 그것이 더운 기후에서 R-410A 또는 R-32에 비교하여 더 높은 냉각 용량 및 더 높은 에너지 효율을 제공하기 때문이다. 그러나, 오존 파괴를 감소시키기 위한 몬트리올 의정서에서 R-22는 오존 파괴 물질이다. 이와 같이, R-22는 공조 및 냉동에서의 사용 및 이를 위한 제조에 대한 단계적 폐지가 의무화되고 법제화되었다. 가능한 최저 직접 GWP(lowest possible direct GWP)를 갖지만, 불연성 및 저독성의 기본적 안전성 요건을 충족시키고 또한 더운 기후(또는 높은 주위 온도) 지역에서 잘 기능하는 냉매의 탐색에 대한 관심이 존재한다.
냉각을 생성시키는 방법에서 냉각시키고자 하는 본체는 냉각을 제공하는 것이 바람직한 임의의 공간, 위치, 물체, 또는 본체로서 정의될 수 있다. 예에는 냉각이 필요한 개방되거나 폐쇄된 공간, 예를 들어 주거지, 예를 들어 아파트 또는 아파트 건물, 대학교 기숙사, 타운하우스 또는 기타 연립 주택, 또는 단일 세대 주택이 포함되거나; 냉각시키고자 하는 본체는 임의의 기타 건물, 예를 들어 사무실 건물, 수퍼마켓, 대학 또는 대학교 강의실, 또는 관공서 건물일 수 있다.
다른 실시 형태에는, 높은 주위 온도에서 공조를 생성시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 주위 온도가 35℃ 이상을 초과할 수 있는 지역에서 특히 유용하다.
다른 실시 형태에는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 높은 주위 온도 공조 장치(high ambient air conditioning apparatus)에 제공하는 단계를 포함하는, 높은 주위 온도 공조 장치에서 HCFC-22를 대체하는 방법이 제공된다. HCFC-22를 대체하는 방법은 주위 온도가 35℃ 이상을 초과할 수 있는 지역에서 특히 유용하다.
유사하게, 일부 산업용 공조 응용에서는 열이 높은 주위 온도 환경에서 방출되어야 한다. 이러한 응용에는 HCFC-124가 작동 유체로서 사용되어 왔다. HCFC-124 또한 몬트리올 의정서 하에 오존 파괴 물질로서 규제되며 환경적으로 더욱 지속가능한 대체가 바람직하다. 따라서, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 산업용 공조 장치에 제공하는 단계를 포함하는, 산업용 공조 장치에서 HCFC-124를 대체하는 방법이 제공된다. HCFC-124를 대체하는 방법은 주위 온도가 35℃ 이상을 초과할 수 있는 지역에서 특히 유용하다.
다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법 및 HCFC-22 또는 HCFC-124를 대체하는 방법은 40℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 45℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 50℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 55℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 60℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 35 내지 50℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 35 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 40 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 45 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 50 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다.
열 전달 시스템
일 실시 형태에는, 열 전달 시스템이 제공된다. 열 전달 시스템은 증발기, 압축기, 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기), 및 팽창 장치(expansion device)를 포함하며; 상기 열 전달 시스템은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물을 함유한다. 다른 실시 형태에서, 열 전달 시스템은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 본질적으로 구성된 조성물을 함유한다. 다른 실시 형태에서, 열 전달 시스템은 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 구성된 조성물을 함유한다.
일 실시 형태에서, 열 전달 시스템은 열 펌프 장치이다. 일 실시 형태에서, 열 전달 시스템은 고온 열 펌프이다. 고온 열 펌프는 약 50℃ 초과의 최대 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 가동 온도를 생성시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 열 펌프 장치가 제공된다. 작동 유체가 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 본질적으로 구성된 실시 형태 또한 중요하다. 작동 유체가 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 구성된 실시 형태 또한 중요하다.
열 펌프는 가열 및/또는 냉각을 생성시키는 소정 유형의 장치이다. 열 펌프는 작동 유체 가열기(예를 들어, 증발기), 압축기, 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기), 및 팽창 장치를 포함한다. 작동 유체는 반복 주기에서 이들 성분을 통해 순환한다. 작동 유체가 냉각되어 냉각된 작동 유체를 형성함에 따라 에너지(열의 형태)가 작동 유체로부터 추출되는 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기)에서 가열이 생성될 수 있다. 에너지가 흡수되어 작동 유체를 가열하여(그리고 주로 증발시킴) 가열된 작동 유체(주로 작동 유체 증기)를 형성하는 작동 유체 가열기(예를 들어, 증발기)에서 냉각이 생성될 수 있다. 작동 유체가 응축되고 증발되는 실시 형태를 미임계 주기라고 지칭할 수 있으며, 이러한 미임계 주기에 사용되는 장치에는 상기 기재된 바와 같이 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치가 포함된다.
천이-임계 가열 주기에서 주기에 사용되는 작동 유체 액체는 증발기 내에서 열을 수용하고 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력에서 증발된다. 이어서, 가열된 작동 유체 증기가 그의 임계 압력 초과의 압력으로 압축된다. 이어서, 작동 유체가 그의 임계 압력 초과의 유체로서 작동 유체 냉각기로 들어가며, 그것이 냉각되어(응축 없음) 냉각된 작동 유체가 생성된다. 냉각된 작동 유체가 냉각기로부터 나온 후에, 그의 압력이 그의 임계 압력 미만의 압력으로 감소된다. 그러므로 천이-임계 주기에서 작동 유체는 주기의 일부에서는 그의 임계 압력 초과의 압력이고 주기의 다른 일부에서는 그의 임계 압력 미만의 압력이다.
초임계 가열 주기에서 주기에 사용되는 작동 유체는 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력에서 가열기 내에서 열을 수용한다. 이어서, 작동 유체가 심지어 더 높은 압력으로 압축되고 작동 유체 냉각기 내에서 냉각됨으로써 열을 방출한다. 이어서, 작동 유체의 압력이 가열기 압력으로 감소되므로, 작동 유체 압력은 작동 유체 임계 압력 초과로 유지된다. 따라서 작동 유체의 압력은 초임계 주기에 걸쳐 그의 임계 압력 초과로 유지된다.
열 펌프에는 만액식 증발기(그의 일 실시 형태를 도 1에 나타냄), 또는 직접 팽창식 증발기(그의 일 실시 형태를 도 2에 나타냄)가 포함될 수 있다.
열 펌프는 용적형 압축기 또는 터보형 압축기를 이용할 수 있다. 용적형 압축기에는 왕복, 스크류, 및 스크롤 압축기가 포함된다. 스크류 압축기를 사용하는 열 펌프가 중요하다. 터보형 압축기는 축류 및 원심 압축기를 포함한다. 또한, 원심 압축기를 사용하는 열 펌프가 중요하다.
주거용 열 펌프를 사용하여 주거지 또는 주택(단일 세대 또는 다세대 연립 주택을 포함함)을 가온하기 위한 가열된 공기를 생성시키고 약 30℃ 내지 약 50℃의 최대 응축기 가동 온도를 생성시킨다.
공기, 물, 기타 열 전달 매체, 또는 산업적 공정의 일부, 예를 들어 장비 1점, 저장소, 또는 공정 스트림을 가열하기 위해 사용할 수 있는 고온 열 펌프가 중요하다. 이들 고온 열 펌프는 약 50℃ 초과의 최대 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 가동 온도를 생성시킬 수 있다. 고온 열 펌프 내에서 달성될 수 있는 최대 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 가동 온도는 사용되는 작동 유체에 따라 달라질 것이다. 이러한 최대 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 가동 온도는 작동 유체의 통상의 비등 특성에 의해 제한되며, 열 펌프의 압축기가 증기 작동 유체 압력을 상승시키도록 설계된 압력에 의해 또한 제한된다. 최대 허용 설계 작동 압력 또한 열 펌프에 사용되는 임의의 작동 유체에 대한 최대 가동 온도를 제한한다.
약 50℃ 이상의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도에서 가동되는 고온 열 펌프가 특히 중요하다. 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물은, 현재 사용되는 다수의 작동 유체를 이용하여 접근가능한 것들과 유사하거나 이를 초과하는 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도에서 가동되는 원심 또는 용적형 열 펌프의 설계 및 가동을 가능하게 한다. 최대 약 65℃의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도에서 가동되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 실시 형태가 중요하다. 최대 약 75℃의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도에서 가동되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 실시 형태 또한 중요하다. 최대 약 100℃의 작동 유체 냉각기(예를 들어, 응축기) 온도에서 가동되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 실시 형태 또한 중요하다. 최대 약 125℃의 작동 유체 냉각기 온도에서 가동되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 실시 형태 또한 중요하다. 최대 약 150℃의 작동 유체 냉각기 온도에서 가동되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 사용하는 실시 형태 또한 중요하다. 가열 및 냉각을 동시에 생성시키기 위해 사용되는 열 펌프 또한 중요하다. 예를 들어, 단일 열 펌프 단위가 가정용 온수를 생성시킬 수 있으며, 여름에 편안 공조를 위한 냉각 또한 생성시킬 수 있다.
만액식 및 직접 팽창식 증발기 양자 모두를 포함하는 열 펌프를 공기 취급 및 분배 시스템과 커플링하여 호텔, 사무실 건물, 병원, 대학교 등을 포함하는 대형 상업용 건물 및 주거지(단일 세대 또는 연립 주택)에 편안 공조(공기를 냉각시키고 제습함) 및/또는 가열을 제공할 수 있다. 다른 실시 형태에서는, 고온 열 펌프를 사용하여 물을 가열할 수 있다. 다른 실시 형태에서는, 고온 열 펌프를 사용하여 다세대 주거용 건물(예를 들어, 고층 아파트 건물)을 가열할 수 있다.
고온 열 펌프가 어떻게 가동되는지를 예시하기 위해, 도면을 참조한다. 만액식 증발기 유형 열 펌프를 도 1에 나타낸다. 이러한 열 펌프에서, 물을 포함하고 일부 실시 형태에서는 첨가제 또는 기타 열 전달 매체, 예를 들어 글리콜(예를 들어, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)을 포함하는 따뜻한 액체인 제2 열 전달 매체가, 저온 공급원, 예를 들어 냉각탑으로 유동하는 칠러 플랜트의 응축기로부터의 가온된 물 또는 건물 공기 취급 시스템으로부터 열을 운반하면서 열 펌프로 들어가며, 이는 입구 및 출구를 가진 증발기(6) 내의 튜브 번들 또는 코일(9)을 통해 화살표(3)에서 들어가는 것으로 나타내어진다. 따뜻한 제2 열 전달 매체는 그것이 액체 작동 유체에 의해 냉각되는 증발기에 전달되며, 이는 증발기의 하위부에 나타내어진다. 액체 작동 유체는 튜브 번들 또는 코일(9)을 통해 유동하는 따뜻한 제2 열 전달 매체보다 더 낮은 온도에서 증발된다. 냉각된 제2 열 전달 매체는 화살표(4)에 의해 나타낸 바와 같이, 튜브 번들 또는 코일(9)의 복귀부(return portion)를 통해 저온 열원으로 다시 재순환된다. 도 1에서 증발기(6)의 하위부에 나타내어진 액체 작동 유체가 기화되고 압축기(7) 내로 흡인되며, 이는 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 작동 유체 증기가 증발기로부터 나올 때의 작동 유체 증기의 압력 및 온도보다 높은 압력 및 온도에서 작동 유체 증기가 응축기(5) 내에 응축될 수 있도록, 압축기가 이러한 작동 유체 증기를 압축한다. 고온 가열이 제공되는 위치("열 싱크"), 예를 들어 도 1의 화살표(1)에서의 가정용수 또는 상수 가열기 또는 순환수식 가열 시스템으로부터 응축기(5) 내의 튜브 번들 또는 코일(10)을 통해 제1 열 전달 매체가 응축기로 들어간다. 제1 열 전달 매체가 공정 중에 가온되고 튜브 번들 또는 코일(10)의 복귀 루프 및 화살표(2)를 통해 열 싱크로 복귀한다. 도 1에 나타낸 바와 같이 응축기의 하위부에 액체 작동 유체가 존재하도록, 이러한 제1 열 전달 매체는 응축기 내의 작동 유체 증기를 냉각시키고 증기가 액체 작동 유체로 응축되는 것을 유발한다. 응축기 내의 응축된 액체 작동 유체는 오리피스(orifice), 모세관 튜브, 또는 팽창 밸브일 수 있는 팽창 장치(8)를 통해 증발기로 다시 유동한다. 팽창 장치(8)는 액체 작동 유체의 압력을 감소시키고, 액체 작동 유체를 부분적으로 증기로 전환하며, 즉, 응축기와 증발기 사이에서 압력이 하락함에 따라 액체 작동 유체가 플래시된다. 플래싱은 작동 유체, 즉, 액체 작동 유체 및 작동 유체 증기 모두를 증발기 압력에서 포화 온도로 냉각시켜서, 액체 작동 유체 및 작동 유체 증기 모두가 증발기 내에 존재한다.
상기 도 1의 기재는 미임계 열 펌프 주기에 관련되지만, 주기가 천이-임계 열 펌프 주기 또는 초임계 열 펌프 주기인 실시 형태가 본 발명의 범주 내에 들어가도록 의도된다. 천이-임계 주기에서는, 응축기가 작동 유체 냉각기로 대체될 것이고, 작동 유체는 냉각기 내에서 응축 없이 냉각될 것이다. 초임계 주기에서는, 응축기가 작동 유체 냉각기로 대체될 것이고, 작동 유체는 냉각기 내에서 응축 없이 냉각될 것이며; 또한 증발기가 작동 유체 가열기로 대체될 것이고, 작동 유체는 가열기 내에서 증발 없이 가열될 것이다. 일부 실시 형태에서, 작동 유체 증기는 초임계 상태로 압축되며, 도 1에서 용기(5)는 작동 유체 증기가 응축 없이 액체 상태로 냉각되는 가스 냉각기를 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 도 1에 도시된 장치에 사용되는 제2 열 전달 매체는 공조가 제공되는 건물 또는 일부 기타 냉각시키고자 하는 본체로부터 복귀하는 냉수이다. 복귀하는 제2 열 전달 매체로부터 증발기(6)에서 열이 추출되고 냉각된 제2 열 전달 매체는 건물 또는 기타 냉각시키고자 하는 본체로 다시 공급된다. 본 실시 형태에서, 도 1에 도시된 장치는 냉각시키고자 하는 본체에 냉각을 제공하는 제2 열 전달 매체(예를 들어, 건물 공기)를 냉각시킴과 동시에 가열하고자 하는 본체에 가열을 제공하는 제1 열 전달 매체(예를 들어, 가정용수 또는 상수 또는 공정 스트림)를 가열하는 작용을 한다.
도 1에 도시된 장치는 태양열, 지열, 및 폐열을 포함하는 매우 다양한 열원으로부터 증발기(6)에서 열을 추출하고 응축기(5)로부터 광범위한 열 싱크로 열을 공급할 수 있다는 것이 이해된다.
직접 팽창식 열 펌프의 일 실시 형태가 도 2에 예시되어 있다. 도 2에 예시된 바와 같은 열 펌프에서, 온수와 같은 따뜻한 액체인 액체 제2 열 전달 매체가 입구(14)에서 증발기(6')로 들어간다. 주로 액체 작동 유체(소량의 작동 유체 증기를 가짐)는 화살표(3')에서 증발기 내의 코일(9')로 들어가고 증발된다. 결과적으로, 액체 제2 열 전달 매체가 증발기 내에서 냉각되며, 냉각된 액체 제2 열 전달 매체는 출구(16)에서 증발기로부터 나오고, 저온 열원(예를 들어, 냉각탑으로 유동하는 온수)으로 보내진다. 작동 유체 증기는 화살표(4')에서 증발기로부터 나오고, 압축기(7')로 보내지고, 여기서, 이것은 압축되고, 고온, 고압 작동 유체 증기로서 나간다. 이러한 작동 유체 증기는 (1')에서 응축기 코일 또는 튜브 번들(10')을 통해 응축기(5')로 들어간다. 작동 유체 증기는 응축기 내에서 물과 같은 액체 제1 열 전달 매체에 의해 냉각되어 액체가 된다. 액체 제1 열 전달 매체는 응축기 열 전달 매체 입구(20)를 통해 응축기로 들어간다. 액체 제1 열 전달 매체는 응축되는 작동 유체 증기로부터 열을 추출하고, 이는 액체 작동 유체가 되며, 이는 응축기 내에서 액체 제1 열 전달 매체를 가온한다. 액체 제1 열 전달 매체는 응축기 열 전달 매체 출구(18)를 통해 응축기로부터 나온다. 응축된 작동 유체는 도 2에 나타낸 바와 같이 하위 코일 또는 튜브 번들(10')을 통해 응축기로부터 나오고 오리피스, 모세관 튜브, 또는 팽창 밸브일 수 있는 팽창 장치(12)를 통해 유동한다. 팽창 장치(12)는 액체 작동 유체의 압력을 감소시킨다. 팽창의 결과로서 생성된 소량의 증기는 액체 작동 유체와 함께 코일(9')을 통해 증발기로 들어가고 주기가 반복된다.
일부 실시 형태에서, 작동 유체 증기는 초임계 상태로 압축되며, 도 2에서 용기(5')는 작동 유체 증기가 응축 없이 액체 상태로 냉각되는 가스 냉각기를 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 도 2에 도시된 장치에 사용되는 제2 열 전달 매체는 공조가 제공되는 건물 또는 일부 기타 냉각시키고자 하는 본체로부터 복귀하는 냉수이다. 복귀하는 제2 열 전달 매체로부터 증발기(6')에서 열이 추출되고 냉각된 제2 열 전달 매체는 건물 또는 기타 냉각시키고자 하는 본체로 다시 공급된다. 본 실시 형태에서, 도 2에 도시된 장치는 냉각시키고자 하는 본체에 냉각을 제공하는 제2 열 전달 매체(예를 들어, 건물 공기)를 냉각시킴과 동시에 가열하고자 하는 본체에 가열을 제공하는 제1 열 전달 매체(예를 들어, 가정용수 또는 상수 또는 공정 스트림)를 가열하는 작용을 한다.
도 2에 도시된 장치는 태양열, 지열 및 폐열을 비롯한 매우 다양한 열 공급원으로부터 증발기(6')에서 열을 추출하고, 응축기(5')로부터 다양한 히트 싱크로 열을 공급할 수 있다고 이해된다.
본 발명에서 유용한 압축기는 터보형 압축기를 포함한다. 터보형 압축기의 예로서 원심 압축기가 중요하다. 원심 압축기는 작동 유체를 방사상으로(radially) 가속시키기 위해 회전 요소를 사용하고, 전형적으로 케이싱 내에 하우징된 디퓨저 및 임펠러를 포함한다. 원심 압축기는 통상적으로 임펠러 아이(impeller eye), 또는 회전 임펠러의 중앙 입구에서 작동 유체를 받아들이고, 그것을 방사상 외측으로 가속시킨다. 임펠러 섹션 내에서 일부 정압 상승이 일어날 수 있지만, 대부분의 압력 상승은 속도가 압력으로 전환되는 디퓨저 섹션 내에서 일어난다. 각각의 임펠러-디퓨저 세트는 압축기 스테이지이다. 원하는 최종 압력 및 취급하고자 하는 냉매의 부피에 따라, 원심 압축기는 1 내지 12개 이상의 압축기 스테이지로 제작된다.
압축기의 압력비, 또는 압축비는 절대 토출 압력 대 절대 입구 압력의 비이다. 원심 압축기에 의해 전달되는 압력은 상대적으로 광범위한 용량에 걸쳐 사실상 일정하다. 원심 압축기가 발생시킬 수 있는 압력은 임펠러의 선단 속도에 따라 달라진다. 선단 속도는 임펠러의 선단에서 측정된 그의 속도이며 임펠러의 직경 및 그의 분 당 회전수에 관련된다. 특정 응용에서 요구되는 선단 속도는 증발기 조건으로부터 응축기 조건으로 작동 유체의 열역학 상태를 상승시키는데 필요한 압축기 일량에 좌우된다. 원심 압축기의 부피 유동 용량은 임펠러를 통한 통로의 크기에 의해서 측정된다. 이는 필요한 부피 유동 용량보다는 필요한 압력에 따라 압축기의 크기가 달라지게 만든다.
터보형 압축기의 예로서 축류 압축기 또한 중요하다. 유체가 축 방향으로 들어오고 나가는 압축기를 축 유동 압축기라고 칭한다. 축류 압축기는 회전하는, 날개- 또는 블레이드-기반의 압축기이며, 여기서 작동 유체는 주로 회전축에 평행하게 유동한다. 이것은 다른 회전식 압축기, 예를 들어 작동 유체가 축 방향으로 들어갈 수 있지만, 출구 상에 현저한 방사상 성분을 가질 원심 또는 혼합-유동 압축기와 대조적이다. 축 유동 압축기는 압축된 가스의 연속적인 유동을 생성시키고, 특히 이들의 단면과 관련하여, 높은 효율 및 큰 질량 유동 용량의 이점을 갖는다. 그러나 이들은 큰 압력 상승을 달성하기 위해 몇개의 행의 날개를 필요로 하며, 이는 이들을 기타 설계에 비해 고가이고 복잡하게 만든다.
본 발명에서 유용한 압축기는 또한 용적형 압축기를 포함한다. 용적형 압축기는 챔버 내로 증기를 흡인하며, 챔버의 부피가 감소하여 증기를 압축한다. 압축된 후, 증기는 챔버의 부피를 영(0) 또는 거의 영(0)으로 더욱 감소시킴으로써 챔버로부터 밀려난다.
용적형 압축기의 예로서 왕복 압축기가 중요하다. 왕복 압축기는 크랭크샤프트(crankshaft)에 의해 구동되는 피스톤을 사용한다. 이들은 고정식 또는 이동식일 수 있고, 단일 또는 다중 스테이지일 수 있으며, 전기 모터 또는 내연 기관에 의해 구동될 수 있다. 5 내지 30 hp의 소형 왕복 압축기는 자동차 응용에서 나타나며 전형적으로 단속 운전(intermittent duty)용이다. 최대 100 hp의 더 대형인 왕복 압축기는 대형 산업용 응용에서 발견된다. 토출 압력은 저압 내지 매우 고압(5000 psi 또는 35 MPa 초과)의 범위일 수 있다.
용적형 압축기의 예로서 스크류 압축기 또한 중요하다. 스크류 압축기는 2개의 메쉬형 회전 용적형 나선 스크류를 사용하여 가스를 더 작은 공간 내로 밀어넣는다. 스크류 압축기는 상업적 응용 및 산업적 응용에서 통상적으로 연속 가동용이며 고정식 또는 이동식일 수 있다. 이들의 응용은 5 hp(3.7 kW) 내지 500 hp(375 kW) 초과, 및 저압 내지 매우 고압(1200 psi 또는 8.3 MPa 초과)일 수 있다.
용적형 압축기의 예로서 스크롤 압축기 또한 중요하다. 스크롤 압축기는 스크류 압축기와 유사하며 가스를 압축하기 위한 2개의 삽입 나선형(interleaved spiral-shaped) 스크롤을 포함한다. 그 출력은 회전식 스크류 압축기의 것보다 더 펄스화된다.
일 실시 형태에서, 열 펌프 장치는 하나 초과의 가열 회로(또는 루프 또는 스테이지)를 포함할 수 있다. 작동 유체로서 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 이용하여 가동되는 열 펌프의 성능(가열에 대한 성능 계수 및 부피 가열 용량)은 응용에 필요한 작동 유체 냉각기 온도에 근접하는 온도에서 작동 유체 가열기가 가동되는 경우에 대폭 개선된다.
가열이 필요한 온도에 상대적으로 가까운(예를 들어, 약 50℃ 이내) 온도에서 열이 입수가능한 경우, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 가동되는 단일 스테이지(또는 단일 루프) 열 펌프가 바람직할 수 있다. 예를 들어, 90℃에서의 가열 요구량을 충족시키기 위해, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 가동되는 단일 스테이지 열 펌프를 이용하여 공정 또는 저등급 지열원(low grade geothermal source)으로부터 75℃에서의 열을 상승시킬 수 있다.
입수가능한 열이 가열이 필요한 온도보다 실질적으로 낮은(예를 들어, 75℃ 초과 만큼) 온도인 경우, 캐스케이드 형상으로 2개 이상의 스테이지를 가진 열 펌프가 바람직할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 상위 캐스케이드에 사용할 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 저온 캐스케이드 스테이지(또는 주기)는 CO2, HFC-32, R-410A(50 중량%의 HFC-32와 50 중량%의 HFC-125의 혼합물), HFC-32와 HFO-1234yf의 혼합물, 및 HFC-32와 E-HFO-1234ze의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 작동 유체를 함유할 것이다. 하위 온도 캐스케이드 스테이지(들)에 바람직한 작동 유체는 입수가능한 열원의 온도에 따라 달라질 것이다. 다른 실시 형태에서, 상위 캐스케이드 스테이지(또는 주기)는 E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze, E-HFO-1336mzz(E-1,1,1,4,4,4,-헥사플루오로-2-부텐), Z-HFO-1336mzz(Z-1,1,1,4,4,4,-헥사플루오로-2-부텐), E-HFO-1234ze와 HFC-134의 혼합물, E-HCFO-1233zd(E-1-클로로-3,3,3-테트라플루오로프로펜), 및 HFC-245fa(1,1,3,3,3-펜타플루오로프로판)으로 구성된 군으로부터 선택된 작동 유체를 함유할 것이고; 하위 온도 캐스케이드 스테이지(또는 주기)는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 함유할 것이다.
다른 실시 형태에서, 저온 열원(예를 들어, 주위 겨울 공기)의 경우에는 낮은 비등점(또는 등가로 높은 증기압)을 가진 작동 유체, 예를 들어 CO2, N2O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 및 이들의 블렌드가 유리할 것이다. 예를 들어, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 상위 캐스케이드 스테이지 내의 작동 유체, 및 HFC-32, CO2, R-410A, HFC-32와 HFO-1234yf의 혼합물, 및 HFC-32와 E-HFO-1234ze의 혼합물로부터 선택된 하위 캐스케이드 스테이지 작동 유체를 가진 2-스테이지 캐스케이드 열 펌프를 사용하여, 10℃에서의 주위 겨울 공기로부터 열을 상승시켜 65 내지 85℃의 가정용 또는 기타 서비스용 온수를 생성시킬 수 있다. 캐스케이드 주기의 저온 회로(또는 저온 루프 또는 캐스케이드 스테이지)는 입수가능한 저온 열을 증발기에서 수용하고, 수용된 열을 입수가능한 저온 열의 온도와 필요한 가열 부하(heating duty)의 더 높은 온도 사이의 중간 온도로 상승시키고, 캐스케이드 열 교환기에서 캐스케이드 시스템의 높은 스테이지 또는 고온 회로(또는 고온 루프)로 열을 전달한다. 이어서, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 가동되는 고온 회로가 캐스케이드 열 교환기에서 수용된 열을 필요한 작동 유체 냉각기 온도로 추가로 상승시켜 의도된 가열 부하를 충족시킨다. 캐스케이드 개념은 더 넓은 온도 범위에 걸쳐서 열을 상승시키고 상이한 온도 하위 범위에 걸쳐서 상이한 유체를 사용하는 3개 이상의 회로를 갖는 형상으로 확장되어 성능을 최적화시킬 수 있다.
그러므로 본 발명에 따라, 캐스케이드 가열 시스템으로서 배열된 2개 이상의 가열 스테이지를 가지며, 각각의 스테이지는 이를 통해 작동 유체를 순환시키고, 여기서 열은 이전 스테이지로부터 최종 스테이지로 전달되며, 여기서 스테이지 중 하나 내의 하나 이상의 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 열 펌프 장치가 제공된다. 2개 이상의 가열 스테이지를 갖는 열 펌프 장치의 다른 실시 형태에서, 스테이지 중 하나 내의 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 본질적으로 구성된다. 2개 이상의 가열 스테이지를 갖는 열 펌프 장치의 다른 실시 형태에서, 스테이지 중 하나 내의 작동 유체는 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
일 실시 형태에서, 상기 기재된 바와 같은 작동 유체로 가동되는 2-스테이지 캐스케이드 열 펌프의 하위 캐스케이드 스테이지(또는 하위 온도 루프)는 냉동을 제공할 수 있는 반면에 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜으로 가동되는 더 높은 스테이지는 동시에 가열을 제공할 수 있을 것이다. 따라서, CO2, HFC-32, R-404A; HFC-32와 HFO-1234yf의 혼합물, HFC-32와 E-HFO-1234ze의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 스테이지를 제공하는 단계; 및 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 스테이지를 제공하는 단계를 포함하는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 내에서 가열 및 냉각을 동시에 공급하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따라, 각각의 루프를 통해 작동 유체를 순환시키기 위한 2개 이상의 가열 루프를 갖는 캐스케이드 열 펌프 시스템이 제공된다. 이러한 캐스케이드 시스템의 일 실시 형태를 도 3의 (110)에 일반적으로 나타낸다. 본 발명의 캐스케이드 열 펌프 시스템은, 저온 루프인 도 3에 나타낸 바와 같은 제1 또는 하위 루프(112), 및 고온 루프(114)인 도 3에 나타낸 바와 같은 제2 또는 상위 루프(114)를 포함하는 2개 이상의 루프를 갖는다. 각각은 이를 통해 작동 유체를 순환시킨다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 캐스케이드 열 펌프 시스템은 제1 팽창 장치(116)를 포함한다. 제1 팽창 장치는 입구(116a) 및 출구(116b)를 갖는다. 제1 팽창 장치는 제1 또는 저온 루프를 통해 순환하는 제1 작동 유체 액체의 압력 및 온도를 감소시킨다.
도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 증발기(118) 또한 포함한다. 증발기는 입구(118a) 및 출구(118b)를 갖는다. 제1 팽창 장치로부터의 제1 작동 유체 액체는 증발기 입구를 통해 증발기로 들어가고, 증발기에서 증발되어 제1 작동 유체 증기를 형성한다. 이어서, 제1 작동 유체 증기는 증발기의 출구로 순환한다.
도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 제1 압축기(120) 또한 포함한다. 제1 압축기는 입구(120a) 및 출구(120b)를 갖는다. 증발기로부터의 제1 작동 유체 증기는 제1 압축기의 입구로 순환하고, 압축되어, 제1 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 이어서, 압축된 제1 작동 유체 증기는 제1 압축기의 출구로 순환한다.
도 3에 도시된 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 캐스케이드 열 교환기 시스템(122)을 포함한다. 캐스케이드 열 교환기는 제1 입구(122a) 및 제1 출구(122b)를 갖는다. 제1 압축기로부터의 제1 작동 유체 증기는 열 교환기의 제1 입구로 들어가고 캐스케이드 열 교환기 내에서 응축되어 제1 작동 유체 액체를 형성함으로써 열을 배출한다. 이어서, 제1 작동 유체 액체는 캐스케이드 열 교환기의 제1 출구로 순환된다. 캐스케이드 열 교환기는 제2 입구(122c) 및 제2 출구(122d) 또한 포함한다. 제2 작동 유체 액체는 캐스케이드 열 교환기의 제2 입구로부터 제2 출구로 순환하고 증발되어 제2 작동 유체 증기를 형성함으로써, 제1 작동 유체에 의해(그것이 응축됨에 따라) 배출된 열을 흡수한다. 이어서, 제2 작동 유체 증기는 캐스케이드 열 교환기의 제2 출구로 순환된다. 따라서, 도 3의 실시 형태에서, 제1 작동 유체에 의해 배출된 열은 제2 작동 유체에 의해 직접 흡수된다. 도 3에 도시된 캐스케이드 열 펌프 시스템은 제2 압축기(124) 또한 포함한다. 제2 압축기는 입구(124a) 및 출구(124b)를 갖는다. 캐스케이드 열 교환기로부터의 제2 작동 유체 증기는 입구를 통해 압축기로 흡인되고, 압축되어, 제2 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 이어서, 제2 작동 유체 증기는 제2 압축기의 출구로 순환된다.
도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 입구(126a) 및 출구(126b)를 갖는 응축기(126) 또한 포함한다. 제2 압축기로부터의 제2 작동 유체는 입구로부터 순환하고, 응축기 내에서 응축되어 제2 작동 유체 액체를 형성하여 열을 생성한다. 제2 작동 유체 액체는 출구를 통해 응축기를 나간다.
도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 입구(128a) 및 출구(128b)를 갖는 제2 팽창 장치(128) 또한 포함한다. 제2 작동 유체 액체는 제2 팽창 장치를 통과하고, 이것은 응축기를 나온 제2 작동 유체 액체의 압력 및 온도를 감소시킨다. 이러한 액체는 이러한 팽창 동안 부분적으로 증발될 수 있다. 압력 및 온도가 감소된 제2 작동 유체 액체는 팽창 장치로부터 캐스케이드 열 교환기 시스템의 제2 입구로 순환된다.
또한, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체가 이들의 임계 온도 초과의 온도에서 화학적으로 안정한 경우에, 이들 작동 유체는 초임계 및/또는 천이임계 주기에 따라 가동되는 열 펌프의 설계를 가능하게 하며, 여기서 열은 초임계 상태의 작동 유체에 의해 배출되고 소정 범위의 온도(다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜을 포함하는 작동 유체의 임계 온도 초과의 온도를 포함함)에 걸친 사용에 입수가능하게 된다. 초임계 유체는 등온 응축 전이를 통과하지 않고 액체 상태로 냉각된다.
고온 응축기 가동(높은 승온 및 높은 압축기 토출 온도와 연계됨)을 위해 작동 유체(예를 들어, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜의 혼합물)와 높은 열 안정성을 가진 윤활제의 제형(가능하게는 오일 냉각 또는 기타 완화 접근법과 조합됨)이 유리할 수 있을 것이다.
고온 응축기 가동(높은 승온 및 높은 압축기 토출 온도와 연계됨)을 위해 윤활제의 사용이 필요 없는 자기 원심 압축기(magnetic centrifugal compressor)(예를 들어, 댄포스-터보코르(Danfoss-Turbocor) 유형)의 사용이 유리할 수 있을 것이다.
고온 응축기 가동(높은 승온 및 높은 압축기 토출 온도와 연계됨)을 위해, 높은 열 안정성을 갖는 압축기 재료(예를 들어, 샤프트 시일 등)의 사용이 또한 요구될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 열 전달 시스템은 공조 시스템일 수 있다.
증기-압축 공조 시스템은 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함한다. 냉장 주기는 다수의 단계에서 냉매를 재사용하여, 한 단계에서는 냉각 효과를, 그리고 다른 단계에서는 가열 효과를 생성한다. 주기는 하기와 같이 단순하게 기재될 수 있다. 액체 냉매가 팽창 장치를 통해 증발기로 들어가고, 저온에서 환경으로부터 열을 흡인함으로써 증발기 내에서 액체 냉매가 비등하여 가스를 형성하고 냉각을 생성시킨다. 종종 공기 또는 열전달 유체가 증발기 위로 또는 주위로 유동하여, 증발기 내에서의 냉매의 증발에 의해 야기되는 냉각 효과를 냉각시키고자 하는 본체로 전달한다. 저압 가스가 압축기로 들어가며, 여기서 가스를 압축하여 그의 압력 및 온도를 상승시킨다. 이어서, 더 높은 압력의(압축된) 가스 냉매가 응축기로 들어가며, 여기서 냉매가 응축되고 그의 열을 환경에 토출한다. 냉매가 팽창 장치로 복귀하며, 이를 통해 액체가 응축기 내의 더 높은 압력 수준으로부터 증발기 내의 저압 수준으로 팽창함으로써 주기가 반복된다.
특히, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜의 혼합물을 포함하는 조성물을 함유하는 공조 시스템은 주위 온도가 높은 지역에서 유용하다. 그러므로, 본 발명은 35℃ 초과의 주위 온도에서의 사용을 위해 설계된 공조 시스템을 포함하는 열 전달 시스템 또한 제공한다. 특히, 이들 냉매 조성물은 35℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 40℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 45℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 50℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 55℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 60℃ 이상의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 35 내지 50℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 35 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 40 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 45 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다. 다른 실시 형태에서, 냉각을 생성시키는 방법은 50 내지 60℃의 주위 온도에서 가동되는 시스템에 유용하다.
높은 주위 온도 조건의 경우, 응축기 온도는 주위 온도 초과 약 10℃로 개산할 수 있다. 따라서 35℃의 주위 온도는 약 45℃의 응축기 온도를 필요로 할 것이다.
일 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 45℃ 이상의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 50℃ 이상의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 55℃ 이상의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 60℃ 이상의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 65℃ 이상의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 70℃ 이상의 온도에서 가동된다.
다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 45 내지 70℃의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 50 내지 70℃의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 55 내지 70℃의 온도에서 가동된다. 다른 실시 형태에서, 공조 시스템 응축기는 60 내지 70℃의 온도에서 가동된다.
높은 주위 온도 지역에서 공조 시스템에 사용하기 위한 일 실시 형태에서, 조성물은 (a) 3 중량% 내지 23 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 2 중량% 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 26 중량% 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 34 중량% 내지 53 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
높은 주위 온도 지역에서 공조 시스템에 사용하기 위한 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 10 중량% 내지 28 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 16 중량% 내지 25 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 38 중량% 내지 58 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
높은 주위 온도 지역에서 공조 시스템에 사용하기 위한 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 9 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 9 중량% 내지 16 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 42 중량% 내지 68 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 조성물은 (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성된다.
다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 및 테트라플루오로프로펜의 혼합물을 포함하는 본 발명의 조성물은 습기 제거를 보조하기 위한 분자 체와 조합하여 열 전달 시스템에 사용할 수 있다. 건조제는 활성 알루미나, 실리카 겔, 또는 제올라이트계 분자 체로 구성될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 대략 3 옹스트롬, 4 옹스트롬, 또는 5 옹스트롬의 기공 크기를 가진 분자 체가 가장 유용하다. 대표적인 분자 체에는 몰시브(MOLSIV) XH-7, XH-6, XH-9, 및 XH-11(일리노이주 데스 플레인즈 소재의 UOP LLC)이 포함된다.
실시예
본 명세서에 기재된 개념을 하기의 실시예에 추가로 기재할 것이며, 이는 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.
하기의 실시예에서, 조성물 표기는 하기와 같다:
[표 1]
Figure pct00001
실시예 1
냉각 성능
본 발명의 조성물에 대해 전형적인 공조 조건에서 냉각 성능을 결정하고 R-22 및 R-410A에 비교하여 표 2에 나타낸다. 하기의 특이적 조건에 대한 물리적 특성 측정으로부터 압축기 토출 온도, COP(에너지 효율), 및 냉각 용량(cap)을 계산한다:
증발기 온도 7℃
응축기 온도 47℃
과냉각량 12 K
복귀 가스 과열 13 K
압축기 효율 70%
입수가능한 경우에 IPCC AR4 값에 기초하여 GWP 또한 계산하였다.
[표 2]
Figure pct00002
데이터는 본 발명의 조성물이 전형적인 공조 조건 하에 R-22의 성능에 가까운 성능으로 공조 장비 내에서 냉각을 제공할 수 있으며 1000 미만의 GWP로 그러하다는 것을 보여준다. 사실상, 본 발명의 조성물은 관용적 R-410A 냉매보다 R-22 성능에 더 가깝다. R-410A에 대한 더 높은 토출 온도에 비교하여, 모든 경우에 압축기 토출 온도가 R-22에 대한 것보다 낮음에 유의한다. 부가적으로, COP(에너지 효율의 측정값)는 R-22에 대한 것에 상당히 가깝게 일치하는 반면에, R-410A는 상당히 더 낮다. 현재 청구된 조성물에 대한 평균 온도 구배는 대부분의 공조 시스템에 허용가능하다.
실시예 2
높은 주위 온도에서의 냉각 성능
본 발명의 조성물에 대해 높은 주위 온도용 공조 조건에서 냉각 성능을 결정하고 R-22에 비교하여 표 3에 나타낸다. 하기의 특이적 조건에 대한 물리적 특성 측정으로부터 압축기 토출 온도, COP(에너지 효율), 및 냉각 용량(cap)을 계산한다:
증발기 온도 0℃
응축기 온도 50℃
과냉각량 10 K
복귀 가스 과열 5 K
압축기 효율 70%
입수가능한 경우에 IPCC AR4 값에 기초하여 GWP 또한 계산하였다.
[표 3]
Figure pct00003
데이터는 이러한 조건 하에 본 발명의 조성물은 허용가능한 온도 구배 및 R-22의 수 % 이내의 COP(에너지 효율)를 제공함을 나타낸다. 부가적으로 냉각 용량은 R-22의 20% 이내이며 토출 온도는 R-22에 대한 것보다 훨씬 낮다. (주위 온도는 응축기 온도 미만 약 10 도로서 개산되며, 따라서 약 40℃ 주위 온도 또는 104℉임)
실시예 3
더 높은 주위 온도(예를 들어, 열대)에서의 냉각 성능
본 발명의 조성물에 대해, 적도 및 열대 지역에서 경험하는 것들과 같은 공조 조건에서의 냉각 성능을 결정하고 R-22에 비교하여 표 4에 나타낸다. 하기의 특이적 조건에 대한 물리적 특성 측정으로부터 압축기 토출 온도, COP(에너지 효율), 및 냉각 용량(cap)을 계산한다:
증발기 온도 17℃
응축기 온도 58℃
과냉각량 10 K
복귀 가스 과열 5 K
압축기 효율 70%
입수가능한 경우에 IPCC AR4 값에 기초하여 GWP 또한 계산하였다.
[표 4]
Figure pct00004
심지어 이러한 높은 주위 온도(주위 온도는 응축기 온도 미만 약 10 도로서 개산되며, 따라서 약 48℃ 주위 온도 또는 118℉임)의 극한 조건 하에서도 본 발명의 조성물은 합리적인 온도 구배, 더 낮은 토출 온도, R-22에 대한 냉각 용량의 15% 이내의 냉각 용량, 및 R-22에 대한 COP(에너지 효율)의 3% 이내의 COP를 가진, R-22를 대체함에 있어서 불연성이고 비-독성이며 환경적으로 지속가능한 선택을 제공한다.
실시예 4
가열 성능
본 발명의 조성물에 대한 주거용 열 펌프에서의 가열 성능을 결정하고 R-22에 비교하여 표 5에 나타낸다. 하기의 특이적 조건에 대한 물리적 특성 측정으로부터 가열 COP(에너지 효율) 및 가열 용량(cap)을 계산한다:
증발기 온도 7℃
응축기 온도 35℃
과냉각량 10 K
복귀 가스 과열 5 K
압축기 효율 70%
입수가능한 경우에 IPCC AR4 값에 기초하여 GWP 또한 계산하였다.
[표 5]
Figure pct00005
본 발명의 조성물은 R-22에 대한 가열 용량의 약 10% 이내의 가열 용량 및 열 펌프가 R-22로 가동될 경우에 가능한 에너지 효율에 비해 개선된 가열에 대한 에너지 효율(COP)을 제공하는, 가열용 열 펌프에서 R-22를 대체함에 있어서 GWP가 낮고 불연성이며 비-독성이고 환경적으로 지속가능한 선택을 제공한다.
실시예 5
가열 성능
가열 주기 중의 본 발명의 조성물의 성능은 표 6 및 표 7에 요약되어 있다. 표에서, CAPh는 가열 용량이고, Tcr은 임계 온도이며, Pcond는 응축기 내의 압력이다. 데이터는 하기의 조건에 대해 계산한다:
Figure pct00006
[표 6]
Figure pct00007
[표 7]
Figure pct00008
본 명세서에 청구된 조성물은 제형화될 때 불연성일 것으로 예상된다. 표 6 및 표 7의 결과는 HFC-134a에 비해 현저하게 내지 보통으로 감소된 GWP를 가진 본 발명의 조성물이 HFC-134a를 가진 것들과 대체로 유사한 가열에 대한 COP를 유지하면서 HFC-134a보다 보통으로 내지 현저하게 더 높은 가열 용량을 제공할 수 있음을 보여준다. 또한, 본 발명의 조성물은 유사한 값의 GWP 및 부피 가열 용량에서 비교 조성물, U 및 V 보다 현저하게 더 높은 임계 온도를 갖는다. 따라서 본 발명의 조성물은 가열 응용에서 더 높은 응축 온도를 제공할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 조성물 중에서 최대 비율의 HFO-1234ze-E 및 HFC-134를 함유하는 조성물(예를 들어, 표 6 및 표 7에서 조성물 P 및 S)은 최고 임계 온도를 제공할 수 있을 것이며, 그러므로 유사한 값의 GWP 및 부피 가열 용량에서 최고 가열 온도를 가능하게 할 수 있을 것이다.
실시예 6
높은 주위 온도에서의 냉각 성능
본 발명의 조성물에 대한 높은 주위 온도용 공조 조건에서의 냉각 성능이 표 8에 요약되어 있다. 데이터는 하기의 조건에 대해 계산한다:
Figure pct00009
[표 8]
Figure pct00010
조성물 E는 GWP를 58.55 만큼 감소시키면서 HFC-134a에 비해 6.4% 더 높은 냉각 용량 및 0.3% 더 높은 냉각 COP를 제공한다. 조성물 F는 GWP를 59.7% 만큼 감소시키면서 HFC-134a와 유사한 성능 및 낮은 증발기 및 응축기 구배를 제공한다.
선택된 실시 형태
실시 형태 A1: (a) 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및 (d) 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하며; 여기서 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 함유하는 경우, 적어도 일부의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또한 함유하고; 여기서 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 최대 1.5:1이며; 여기서 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.04:1 이상인 조성물.
실시 형태 A2: 실시 형태 A1에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.23:1 이상인 조성물.
실시 형태 A3: 실시 형태 A1 또는 실시 형태 A2에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A4: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A3 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A5: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A4 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A6: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A5 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A7: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A6 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 1:1 이상인 조성물.
실시 형태 A8: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A7 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 1:1 내지 1.5:1의 범위인 조성물.
실시 형태 A9: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A8 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 최대 0.80:1인 조성물.
실시 형태 A10: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A9 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.23:1 내지 0.80:1의 범위인 조성물.
실시 형태 A11: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A10 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 동일한 주기 조건에서 HFC-134a에 대한 부피 가열 용량의 105% 이상인 부피 가열 용량을 제공하는 조성물.
실시 형태 A12: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A11 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 60℃에서 ASTM-E681에 의해 결정할 때 불연성인 조성물.
실시 형태 A13: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A12 중 어느 한 실시 형태에 있어서, GWP가 1000 미만인 조성물.
실시 형태 A14: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A5, 또는 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 3 중량% 내지 23 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 2 중량% 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 26 중량% 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 34 중량% 내지 53 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A15: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A5, 또는 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A14 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A16: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A4, 또는 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 10 중량% 내지 28 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 16 중량% 내지 25 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 38 중량% 내지 58 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A17: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A5, 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13, 또는 실시 형태 A16 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A18: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A4, 또는 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 9 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄: (c) 9 중량% 내지 16 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 42 중량% 내지 68 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A19: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A4, 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13, 또는 실시 형태 A18 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 A20: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A19 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비가 1.2:1 내지 1.5:1인 조성물.
실시 형태 A21: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A20 중 어느 한 실시 형태에 있어서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비가 1.3:1 내지 1.5:1인 조성물.
실시 형태 A22: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A6, 또는 실시 형태 A7 내지 실시 형태 A13 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 10 내지 14 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 13 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 2 내지 30 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 0 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 40 내지 50 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A23: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A6 내지 실시 형태 A13, 또는 실시 형태 A22 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 11 내지 13 중량%의 다이플루오로메탄; (b) 14 내지 15 중량%의 펜타플루오로에탄; (c) 5 내지 28 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 15 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및 (d) 44 내지 46 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
실시 형태 A24: 실시 형태 A1, 실시 형태 A2, 실시 형태 A6 내지 실시 형태 A13, 실시 형태 A22, 또는 실시 형태 A23 중 어느 한 실시 형태에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
실시 형태 B1: 작동 유체 냉각기 내에서 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써 냉각된 작동 유체를 생성시키는 단계를 포함하는, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법.
실시 형태 C1: 제1 캐스케이드 가열 스테이지 내에서 선택된 더 낮은 온도에서 제1 작동 유체 내의 열을 흡수하는 단계 및 더 높은 작동 유체 온도에서 열을 배출하는 제2 캐스케이드 가열 스테이지의 제2 작동 유체에 이러한 열을 전달하는 단계를 포함하며; 여기서 제1 작동 유체 또는 제2 작동 유체 중 하나 이상이 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 포함하는, 2개 이상의 캐스케이드 가열 스테이지 사이에서 열이 교환되는 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법.
실시 형태 D1: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 냉각시키고자 하는 본체 부근에서 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성시키는 방법.
실시 형태 E1: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 높은 주위 온도에서 공조를 생성시키는 방법.
실시 형태 E2: 실시 형태 E1에 있어서, 주위 온도가 35℃ 이상인 방법.
실시 형태 F1: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 포함하는 대체 작동 유체를 고온 열 펌프에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 고온 열 펌프 내의 HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, 또는 CFC-12 작동 유체를 대체하는 방법.
실시 형태 G1: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 높은 주위 온도 공조 장치에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 장치 내의 HCFC-22를 대체하는 방법이 제공된다.
실시 형태 H1: 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 산업용 공조 장치에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 장치 내의 HCFC-124를 대체하는 방법이 제공된다.
실시 형태 I1: 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함하며; 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A24 중 어느 한 실시 형태의 조성물을 함유하는 열 전달 시스템.
실시 형태 I2: 실시 형태 I1에 있어서, 열 펌프 장치를 포함하는 열 전달 시스템.
실시 형태 I3: 청구항 실시 형태 I1에 있어서, 공조 장치를 포함하는 열 전달 시스템.
실시 형태 I4: 실시 형태 I3에 있어서, 상기 공조 장치가 35℃ 초과의 주위 온도용으로 설계되는 열 전달 시스템.
실시 형태 I5: 실시 형태 I1 또는 실시 형태 I3에 있어서, 자동차 공조 장치를 포함하는 열 전달 시스템.

Claims (56)

  1. a. 1 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 1 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄;
    c. 9 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 이들의 혼합물; 및
    d. 34 내지 68 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 또는 이들의 혼합물을 포함하며;
    여기서 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 함유하는 경우, 적어도 일부의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 또한 함유하고; 여기서 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 최대 1.5:1이며; 여기서 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.04:1 이상인 조성물.
  2. 제1항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 1:1 이상인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 성분 (a) 대 성분 (b)의 비가 1:1 내지 1.5:1의 범위인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 최대 0.80:1인 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.04:1 내지 0.80:1의 범위인 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 동일한 주기 조건에서 HFC-134a에 대한 부피 가열 용량의 105% 이상인 부피 가열 용량을 제공하는 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 60℃에서 ASTM-E681에 의해 결정할 때 불연성인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, GWP가 1000 미만인 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    a. 3 중량% 내지 23 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 2 중량% 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄:
    c. 26 중량% 내지 42 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및
    d. 34 중량% 내지 53 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
  14. 제13항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    a. 10 중량% 내지 28 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄:
    c. 16 중량% 내지 25 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및
    d. 38 중량% 내지 58 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
  16. 제15항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  17. 제1항에 있어서,
    a. 9 중량% 내지 29 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 6 중량% 내지 19 중량%의 펜타플루오로에탄:
    c. 9 중량% 내지 16 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    d. 42 중량% 내지 68 중량%의 E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
  18. 제17항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) E-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  19. 제17항에 있어서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비가 1.2:1 내지 1.5:1인 조성물.
  20. 제17항에 있어서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 비가 1.3:1 내지 1.5:1인 조성물.
  21. 제1항에 있어서,
    a. 10 내지 14 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 13 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄;
    c. 2 내지 30 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 0 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    d. 40 내지 50 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
  22. 제21항에 있어서,
    a. 11 내지 13 중량%의 다이플루오로메탄;
    b. 14 내지 15 중량%의 펜타플루오로에탄;
    c. 5 내지 28 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 15 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄; 및
    d. 44 내지 46 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 조성물.
  23. 제21항에 있어서, (a) 다이플루오로메탄, (b) 펜타플루오로에탄, (c) 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 및 (d) 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜으로 구성되는 조성물.
  24. 작동 유체 냉각기 내에서 제1항의 조성물을 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써 냉각된 작동 유체를 생성시키는 단계를 포함하는, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법.
  25. 제1 캐스케이드(cascade) 가열 스테이지(stage) 내에서 선택된 더 낮은 온도에서 제1 작동 유체 내의 열을 흡수하는 단계 및 더 높은 작동 유체 온도에서 열을 배출하는 제2 캐스케이드 가열 스테이지의 제2 작동 유체에 이러한 열을 전달하는 단계를 포함하며; 여기서 제1 작동 유체 또는 제2 작동 유체 중 하나 이상이 제1항의 조성물을 포함하는, 2개 이상의 캐스케이드 가열 스테이지 사이에서 열이 교환되는 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법.
  26. 제1항의 조성물을 냉각시키고자 하는 본체 부근에서 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성시키는 방법.
  27. 제1항의 조성물을 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 높은 주위 온도에서 공조를 생성시키는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 주위 온도가 35℃ 이상인 방법.
  29. 제1항의 조성물을 포함하는 대체 작동 유체를 고온 열 펌프에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 고온 열 펌프 내의 HCFC-22, R-410A, R-407C, HFC-134a, 또는 CFC-12 작동 유체를 대체하는 방법.
  30. 제1항의 조성물을 높은 주위 온도 공조 장치(high ambient air conditioning apparatus)에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 장치 내의 HCFC-22를 대체하는 방법.
  31. 제1항의 조성물을 산업용 공조 장치에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 장치 내의 HCFC-124를 대체하는 방법.
  32. 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함하며; 제1항의 조성물을 함유하는 열 전달 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 열 펌프 장치를 포함하는 열 전달 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 공조 장치를 포함하는 열 전달 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 상기 공조 장치가 35℃ 초과의 주위 온도용으로 설계되는 열 전달 시스템.
  36. 제32항에 있어서, 자동차 공조 장치를 포함하는 열 전달 시스템.
  37. 제1항에 있어서, 성분 (c) 대 성분 (d)의 비가 0.23:1 이상인 조성물.
  38. 제20항에 있어서, 다이플루오로메탄 대 펜타플루오로에탄의 중량비가 1:0.9 내지 1:1.6의 범위인 냉매 조성물.
  39. 제20항에 있어서, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄과 1,1,2,2-테트라플루오로에탄의 합 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비가 1:1.37 내지 1:1.9의 범위인 냉매 조성물.
  40. 제20항에 있어서, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에탄을 포함하며, 여기서 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 대 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜의 중량비가 1:1.3 내지 1:23의 범위인 냉매 조성물.
  41. 제20항에 있어서, 불연성인 냉매 조성물.
  42. 제20항에 있어서, 공조 장비에 사용되는 경우에 평균 구배(glide)가 5 K 이하인 냉매 조성물.
  43. 제20항에 있어서, GWP가 1000 미만인 냉매 조성물.
  44. 제20항의 조성물을 냉각시키고자 하는 본체 부근에서 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성시키는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 냉각시키고자 하는 본체가 35℃ 이상의 주위 온도 중의 주거지 또는 건물인 방법.
  46. 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함하며; 제20항의 조성물을 함유하는 공조 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 상기 응축기가 45℃ 이상의 온도에서 가동되는 공조 시스템.
  48. 제46항에 있어서, 동일한 조건 하에 R-22에 대한 냉각 용량의 20% 이내의 냉각 용량으로 가동되는 공조 시스템.
  49. 제46항에 있어서, 동일한 조건 하에 R-22에 대한 COP의 3% 이내의 COP로 가동되는 공조 시스템.
  50. R-22 대신에 제20항의 조성물을 공조 시스템에 제공하는 단계를 포함하는, 상기 공조 시스템에서 R-22를 대체하는 방법.
  51. A. 10 내지 14 중량%의 다이플루오로메탄;
    B. 13 내지 16 중량%의 펜타플루오로에탄;
    C. 0 내지 29 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄;
    D. 2 내지 30 중량%의 1,1,2,2-테트라플루오로에탄; 및
    E. 40 내지 50 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하며; 35℃ 이상의 주위 온도에서 공조 장비에 사용되는, 다이플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 또는 1,1,2,2-테트라플루오로에탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물을 포함하는 냉매 조성물.
  52. 제51항의 조성물을 냉각시키고자 하는 본체 부근에서 증발시키는 단계 및 이후에 상기 조성물을 응축시키는 단계를 포함하는, 냉각을 생성시키는 방법.
  53. 열 교환기 내에서 제20항의 조성물을 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써 냉각된 작동 유체를 생성시키는 단계를 포함하는, 열 펌프 내에 가열을 생성시키는 방법.
  54. 제53항에 있어서, 열 펌프가 주거용 열 펌프이고 열 교환기가 50℃ 이하의 온도에서 가동되는 방법.
  55. 제53항에 있어서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고 열 교환기가 50℃ 초과의 온도에서 가동되는 방법.
  56. 제33항에 있어서, 상기 응축기가 50℃이상의 온도에서 가동되는 열 펌프 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8463441B2 (en) 2002-12-09 2013-06-11 Hudson Technologies, Inc. Method and apparatus for optimizing refrigeration systems
FR2950071B1 (fr) * 2009-09-11 2012-02-03 Arkema France Compositions ternaires pour refrigeration basse capacite
TWI585065B (zh) 2011-08-26 2017-06-01 杜邦股份有限公司 含四氟丙烯之組成物及其使用方法
WO2015022958A1 (ja) * 2013-08-14 2015-02-19 セントラル硝子株式会社 熱伝達方法及び高温ヒートポンプ装置
PL3239269T3 (pl) 2014-09-25 2020-12-14 Daikin Industries, Ltd. Kompozycja zawierająca HFC i HFO
EP3115500A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-11 Electrolux Appliances Aktiebolag Household appliance for drying articles
EP3423541A1 (en) * 2016-02-29 2019-01-09 The Chemours Company FC, LLC Refrigerant mixtures comprising difluoromethane, pentafluoroethane, tetrafluoroethane, tetrafluoropropene, and carbon dioxide and uses thereof
GB2557240A (en) * 2016-12-01 2018-06-20 Trio Gas Products Ltd Heat transfer fluid
WO2018100057A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Trio Gas Products Limited Heat transfer fluid
GB2565563B (en) * 2017-08-16 2022-04-06 Trio Gas Products Ltd Heat transfer fluid
JP6555315B2 (ja) * 2017-10-16 2019-08-07 ダイキン工業株式会社 ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）及びＨＦＣ−１３４を含有する冷媒組成物及びその使用
WO2019178499A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 Honeywell International Inc. Heat transfer compositions and methods
US11629279B2 (en) * 2018-05-15 2023-04-18 Srf Limited Azeotrope or azeotrope like compositions comprising 1234yf
DE102018114352A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Airbus Operations Gmbh Gasentfeuchtungsvorrichtung und Transportmittel mit einer Gasentfeuchtungsvorrichtung
CN112673074A (zh) 2018-07-17 2021-04-16 大金工业株式会社 汽车用制冷循环装置
EP4230707A1 (en) 2018-07-17 2023-08-23 Daikin Industries, Ltd. Refrigerant cycle apparatus
WO2020017386A1 (ja) 2018-07-17 2020-01-23 ダイキン工業株式会社 冷媒を含有する組成物、熱移動媒体及び熱サイクルシステム
US20210348045A1 (en) * 2018-10-10 2021-11-11 Srf Limited Compositions comprising 2,3,3,3-tetrafluoropropene
US11209196B2 (en) * 2018-10-26 2021-12-28 The Chemours Company Fc, Llc HFO-1234ZE, HFO-1225ZC and HFO-1234YF compositions and processes for producing and using the compositions
US11155737B2 (en) * 2018-11-21 2021-10-26 Honeywell International Inc. Nonflammable refrigerants having low GWP, and systems for and methods of providing refrigeration
JP2022513514A (ja) 2018-12-21 2022-02-08 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド １，２，２－トリフルオロ－１－トリフルオロメチルシクロブタン（ｔｆｍｃｂ）を含有する溶媒組成物
CN113396198A (zh) 2019-01-30 2021-09-14 大金工业株式会社 含有制冷剂的组合物、以及使用该组合物的冷冻方法、冷冻装置的运转方法和冷冻装置
BR112021013511A2 (pt) 2019-01-30 2021-09-14 Daikin Industries, Ltd. Composição contendo refrigerante e método de refrigeração usando a dita composição, método de operação para dispositivo de refrigeração e dispositivo de refrigeração
EP3922922A4 (en) 2019-02-05 2022-12-21 Daikin Industries, Ltd. COMPOSITION CONTAINING A REFRIGERANT, AND REFRIGERATION METHOD, REFRIGERATION DEVICE OPERATING METHOD AND REFRIGERATION DEVICE USING THE SAME COMPOSITION
WO2020162415A1 (ja) 2019-02-06 2020-08-13 ダイキン工業株式会社 冷媒を含有する組成物、並びに、その組成物を用いた冷凍方法、冷凍装置の運転方法及び冷凍装置
DE102019105664A1 (de) * 2019-03-06 2020-09-10 Weiss Umwelttechnik Gmbh Kältemittel
CN113840892B (zh) * 2019-04-25 2024-04-16 大金工业株式会社 含有氟代烃和二氧化碳的制冷剂、其使用以及具有其的冷冻机及冷冻机的运转方法
CN110964485B (zh) * 2019-11-18 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 一种混合制冷剂
CN111944489B (zh) * 2020-07-21 2021-10-29 浙江衢化氟化学有限公司 一种含有氟代烃的组合物及其制备方法
CN113667455B (zh) * 2021-05-24 2022-06-28 浙江大学 一种含反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的混合制冷剂及其应用
CN115353863B (zh) * 2022-09-06 2023-12-22 太原理工大学 一种适用于高温热泵的新型混合工质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012007164A (ja) * 2010-06-25 2012-01-12 Mexichem Amanco Holding Sa De Cv 熱伝達組成物
KR20120025494A (ko) * 2009-05-08 2012-03-15 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 열 전달 조성물 및 방법
JP2012509390A (ja) * 2008-11-19 2012-04-19 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー テトラフルオロプロペン組成物およびその使用
JP2013529703A (ja) * 2010-06-22 2013-07-22 アーケマ・インコーポレイテッド ヒドロフルオロカーボンとヒドロフルオロオレフィンの熱伝達組成物

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA923274B (en) 1991-05-06 1993-11-08 Du Pont Process for the manufacture of pentafluoroethane
US5290466A (en) * 1991-10-31 1994-03-01 E. I. Du Pont De Nemours And Company Compositions of difluoromethane and tetrafluoroethane
US7897823B2 (en) 2004-10-29 2011-03-01 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for production of azeotrope compositions comprising hydrofluoroolefin and hydrogen fluoride and uses of said azeotrope compositions in separation processes
US7569170B2 (en) 2005-03-04 2009-08-04 E.I. Du Pont De Nemours And Company Compositions comprising a fluoroolefin
WO2008157757A1 (en) 2007-06-21 2008-12-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for leak detection in heat transfer system
US20100122545A1 (en) 2008-11-19 2010-05-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Tetrafluoropropene compositions and uses thereof
JP2013510286A (ja) * 2009-11-03 2013-03-21 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー フルオロオレフィン冷媒を用いるカスケード冷凍システム
FR2954342B1 (fr) * 2009-12-18 2012-03-16 Arkema France Fluides de transfert de chaleur a inflammabilite reduite
MY161767A (en) 2010-12-14 2017-05-15 Du Pont Combinations of e-1,3,3,3-tetrafluoropropene and at least one tetrafluoroethane and their use for heating
CN103261359A (zh) 2010-12-14 2013-08-21 纳幕尔杜邦公司 包含e-1，3，3，3-四氟丙烯和至少一种四氟乙烷的制冷剂的冷却应用
MX368761B (es) 2012-02-13 2019-10-15 Du Pont Mezclas refrigerantes que comprenden tetrafluoropropeno, difluorometano, pentafluoroetano, y tetrafluoroetano y usos de estas.
JP5986778B2 (ja) * 2012-03-30 2016-09-06 出光興産株式会社 冷媒組成物およびフッ化炭化水素の分解抑制方法
BR112014031787A2 (pt) * 2012-06-19 2017-06-27 Du Pont composição, métodos de substituição e para produção de refrigeração e equipamento de refrigeração.
WO2015077134A1 (en) 2013-11-25 2015-05-28 Arkema Inc. Heat transfer compositions of hydrofluorocarbons and a tetrafluoropropene

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012509390A (ja) * 2008-11-19 2012-04-19 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー テトラフルオロプロペン組成物およびその使用
KR20120025494A (ko) * 2009-05-08 2012-03-15 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 열 전달 조성물 및 방법
JP2013529703A (ja) * 2010-06-22 2013-07-22 アーケマ・インコーポレイテッド ヒドロフルオロカーボンとヒドロフルオロオレフィンの熱伝達組成物
JP2012007164A (ja) * 2010-06-25 2012-01-12 Mexichem Amanco Holding Sa De Cv 熱伝達組成物
US20130193369A1 (en) * 2010-06-25 2013-08-01 Mexichem Amanco Holding C.V. de S.A. Heat transfer compositions

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