KR20230080459A - 냉매 압축기 시스템을 위한 냉매 조성물 - Google Patents
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Abstract
다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함하는 조성물이 개시된다. 냉장 시스템은 밀폐 압축기 및 냉매 조성물을 포함한다. 냉매 조성물은 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함한다.
Description
본 발명은 증기 압축 시스템의 냉매 압축기를 위한 냉매 조성물에 관한 것이다.
다양한 응용 및 시장 부문에 대한 규제 요건을 충족하기 위해 지구 온난화 지수가 매우 낮은(GWP가 150 미만인) 냉매가 필요하다. R-404A와 같은 통상적인 고 GWP 냉매를 대체하기 위해 여러 대체물이 개발되어 왔다. R-457A와 같은 이러한 대체물을 위해 제시된 다수의 저GWP 냉매는 이들이 대체하는 R-404A와 같은 고 GWP 냉매보다 더 높은 배출 온도를 나타낸다. 이는 증기 압축 시스템에서 압축기의 작동 엔벨로프(envelope)를 감소시킴으로써 그의 유효성을 제한할 수 있다. 이는 저온 또는 중온 냉장에서 사용되는 밀폐 압축기에 특히 중요할 수 있는데, 그 이유는 다수의 이러한 모델이 액체 또는 증기 주입과 같은 능동 배출 온도 제어 시스템을 사용하지 않기 때문이다. 확인되지 않은 상태이지만, 이들 응용에서 발생하는 더 높은 배출 온도는 잠재적으로 압축기 수명을 단축시킬 수 있다. 배출 온도를 능동적으로 완화하는 능력이 없으면, 이들 압축기의 사용은 증발기 온도가 높고/높거나 응축 온도가 낮은 응용으로 제한될 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 조성물은 냉매 조성물을 포함한다. 냉매 조성물은 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함한다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 냉장 시스템은 밀폐 압축기 및 냉매 조성물을 포함한다. 냉매 조성물은 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함한다.
다른 예시적인 실시 형태에서, R-404A, R-457A, R-290, R-454C, 또는 507A를 포함하는 제1 냉매 조성물을, 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 15 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 및 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄을 포함하는 제2 냉매 조성물로 대체하는 방법을 제공한다. 대체는 밀폐 압축기를 포함하는 냉장 시스템에서 수행된다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 밀폐 압축기를 냉장 시스템의 일부로서 작동시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄을 포함하는 냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 수용하는 단계, 및 냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 압축하는 단계를 포함한다. 압축기의 배출 온도는 78.0℃ 내지 102.0℃이다.
본 발명의 다른 특징 및 이점이, 예로서, 본 발명의 원리를 예시하는 바람직한 실시 형태의 하기의 더 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 냉매 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 냉매 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 냉매 시스템의 개략도이다.
정의
냉매는 열의 전달에 사용되는 사이클 동안 액체로부터 기체로 그리고 다시 반대로의 상변화를 겪는 열전달 유체로서 정의된다.
냉장 시스템은 특정 공간에서 가열 또는 냉각 효과를 생성하는 데 사용되는 시스템(또는 장치)이다. 열전달 또는 냉장 시스템은 이동식 시스템 또는 고정식 시스템일 수 있다.
냉장 시스템의 예는, 고정식 열전달 시스템, 공조기, 냉동고, 냉장고, 열 펌프, 수 냉각기(water chiller), 플러디드 증발 냉각기(flooded evaporator chiller), 직접 팽창식 냉각기(direct expansion chiller), 워크인 쿨러(walk-in cooler), 이동식 또는 운송 냉장 시스템, 이동식 열전달 시스템, 이동식 공조 유닛, 제습기, 및 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 유형의 냉장 시스템 및 공조 시스템이다.
냉장 용량(냉각 용량으로도 지칭됨)은, 순환되는 냉매의 파운드당 증발기 내의 냉매의 엔탈피 변화, 또는 증발기에서 나오는 냉매 증기의 단위 부피당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열(용적 용량(volumetric capacity))을 정의하는 용어이다. 냉장 용량은 냉각을 생성하는 냉매 또는 열전달 조성물의 능력의 척도이다. 따라서, 용량이 클수록 생성되는 냉각이 더 크다. 냉각 속도는 단위 시간당 증발기 내의 냉매에 의해 제거되는 열을 지칭한다.
성능 계수(coefficient of performance; COP)는 제거된 열의 양을 사이클을 작동시키기 위해서 필요한 에너지 입력으로 나눈 값이다. COP가 높을수록 에너지 효율이 더 높다. COP는 내부 및 외부 온도의 특정 설정에서의 냉장 또는 공조 장비에 대한 효율 등급인 에너지 효율비(EER: energy efficiency ratio)와 직접 관련된다.
온도 구배(temperature glide)(때때로 "구배"로 간단히 지칭됨)는, 임의의 과냉 또는 과열을 제외한, 냉매 시스템의 구성요소 내에서 냉매에 의한 상 변화 과정의 출발 온도와 종료 온도 사이의 차의 절댓값이다. 이 용어는 근사 공비 혼합물(near azeotrope) 또는 비-공비 조성물의 응축 또는 증발을 기술하기 위해 사용될 수 있다. 냉장, 공조 또는 열 펌프 시스템의 온도 구배를 지칭하는 경우, 증발기에서의 온도 구배와 응축기에서의 온도 구배의 평균값인 평균 온도 구배를 제공하는 것이 일반적이다.
순 냉장 효과는 유용한 냉각을 생성하기 위해 1 킬로그램의 냉매가 증발기에서 흡수하는 열의 양이다.
질량 유량은 주어진 기간에 걸쳐 냉장, 열 펌프 또는 공조 시스템을 통해 순환하는 냉매의 양(킬로그램 단위)이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "윤활제"는, 부품의 고착 방지를 보조하기 위하여 압축기에 윤활을 제공하는, 조성물 또는 압축기에 첨가되는 (그리고 임의의 열전달 시스템 내에서 사용 중에 임의의 열전달 조성물과 접촉하는) 임의의 재료를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 상용화제(compatibilizer)는 열전달 시스템 윤활제에서의 개시된 조성물의 하이드로플루오로카본의 용해도를 개선하는 화합물이다. 일부 실시 형태에서, 상용화제는 압축기로의 오일 회수를 개선한다. 일부 실시 형태에서, 조성물은 오일-농후상(oil-rich phase) 점도를 감소시키기 위하여 시스템 윤활제와 함께 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 오일-회수는, 열전달 시스템을 통해 윤활제를 운반하고 이를 압축기로 회수하는 열전달 조성물의 능력을 지칭한다. 즉, 사용 중에, 압축기 윤활제의 일부분이 열전달 조성물에 의해 압축기로부터 시스템의 다른 부분으로 운반되어 가는 것은 드문 일이 아니다. 그러한 시스템에서, 윤활제가 압축기로 효율적으로 회수되지 않으면, 압축기가 윤활의 결여로 인해 결국 고장날 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "자외선" 염료는 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 "근"자외선 영역의 광을 흡수하는 UV 형광 또는 인광 조성물로 정의된다. UV 형광 염료에 의해 생성된 형광은 10 나노미터 내지 약 775 나노미터 범위의 파장을 갖는 적어도 일부 방사선을 방출하는 UV 광에 의한 조명 하에서 검출될 수 있다.
가연성은 조성물이 화염을 발화시키고/시키거나 전파시키는 능력을 의미하는 데 사용되는 용어이다. 냉매 및 기타 열전달 조성물의 경우, 가연성 하한(lower flammability limit; "LFL")은 ASTM(American Society of Testing and Materials; 미국 재료 시험 협회) E681에 명시된 시험 조건 하에서 조성물과 공기의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는, 공기 중 열전달 조성물의 최소 농도이다. 가연성 상한(upper flammability limit; "UFL")은 동일한 시험 조건 하에서 조성물과 공기의 균질한 혼합물을 통해 화염을 전파시킬 수 있는, 공기 중 열전달 조성물의 최대 농도이다. 냉매 화합물 또는 혼합물이 가연성인지 또는 불연성인지의 여부는 ASTM-E681의 조건 하에 시험함으로써 또한 결정된다.
냉매 누출 동안, 혼합물의 저비등 성분이 우선적으로 누출될 수 있다. 따라서, 시스템뿐만 아니라 증기 누출에서의 조성은 누출 기간에 걸쳐 변할 수 있다. 따라서, 불연성 혼합물은 누출 시나리오(scenario) 하에서 가연성으로 될 수 있다. 그리고, ASHRAE(American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers; 미국 냉동공조 공학회)에 의해 불연성으로 분류되기 위해서는, 냉매 또는 열전달 조성물이 제형화될 때뿐만 아니라 누출 조건 하에서도 불연성이어야 한다. ASHRAE는 상이한 가연성 분류를 정의한다. 클래스 1 냉매는 화염을 전파하지 않는다. 클래스 3 냉매는 가연성이 더 높고 클래스 2 냉매는 가연성으로 불린다. 클래스 2L 냉매는 10 cm/초 이하의 연소 속도로 가연성이 더 낮다.
지구 온난화 지수(GWP)는, 1 킬로그램의 이산화탄소의 방출과 비교하여, 1 킬로그램의 특정 온실 가스의 대기 방출로 인한 상대적인 지구 온난화 기여도를 추정하는 지수이다. GWP는 주어진 가스에 대하여 대기 중 수명(atmospheric lifetime)의 효과를 나타내는 상이한 시평(time horizon)에 대하여 계산될 수 있다. 100년 시평에 대한 GWP가 통상 기준이 되는 값이다. 혼합물의 경우, 각 성분에 대한 개별 GWP에 기초하여 가중 평균이 계산될 수 있다.
오존 파괴 지수(ODP)는 물질에 의해 야기되는 오존 파괴량을 지칭하는 수치이다. ODP는, 유사한 질량의 CFC-11(플루오로트라이클로로메탄)의 영향과 비교한, 오존에 대한 화학 물질의 영향의 비율이다. 즉, CFC-11의 ODP가 1.0인 것으로 정의된다. 다른 CFC 및 HCFC는 ODP가 0.01 내지 1.0의 범위이다. HFC는 염소 또는 다른 오존 파괴 할로겐을 함유하지 않기 때문에 ODP가 0이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는", "구비하다", "구비하는", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 망라하고자 한다. 예를 들어, 요소들의 목록을 포함하는 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 그러한 요소만으로 제한되지는 않고, 명확하게 열거되지 않거나 그러한 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 내재적인 다른 요소를 포함할 수 있다.
연결구 "~로 이루어지는"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 청구범위 중에서라면, 이는 보통 관련되는 불순물을 제외하고는 언급된 것들 이외의 재료의 포함에 대해 청구항을 폐쇄할 것이다. 어구 "~로 이루어지는"이 전제부(preamble) 직후보다는 청구범위의 특징부(body) 절에 나타나는 경우, 그것은 그러한 절에 나타낸 요소만을 제한하며; 다른 요소는 전체적으로 청구범위로부터 배제되지 않는다.
연결구 "~로 본질적으로 이루어지는"은 문자 그대로 개시된 것 이외에도, 재료, 단계, 특징부, 성분, 또는 요소를 포함하는 조성물, 방법 또는 장치를 정의하는 데 사용되나, 단, 이러한 부가적으로 포함된 재료, 단계, 특징부, 성분, 또는 요소는 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 용어 '~로 본질적으로 이루어지는'은 "포함하는"과 '~로 이루어지는' 사이의 중간 입장을 차지한다. 전형적으로, 냉매 혼합물의 성분들, 및 냉매 혼합물 그 자체는, 냉매 혼합물의 신규하고 기본적인 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는, (예를 들어, 냉매 성분의 제조, 또는 다른 시스템으로부터의 냉매 성분의 재사용(reclamation)에 의한) 미량(예를 들어, 총 약 0.5 중량% 미만)의 불순물 및/또는 부산물을 함유할 수 있다.
본 출원인이 발명 또는 그의 일부를 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 규정한 경우, (달리 언급되지 않는 한) 그 기재는 그러한 발명을 용어 "~로 본질적으로 이루어지는" 또는 "~로 이루어지는"을 사용하여 또한 기술하는 것으로 해석되어야 함이 쉽게 이해될 것이다.
또한, 부정관사("a" 또는 "an")의 사용은 본 명세서에 기재된 요소 및 구성 요소를 기재하기 위해 이용된다. 이는 단순히 편의상 그리고 본 발명의 범주의 일반적 의미를 제공하기 위하여 행해진다. 이러한 기재는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 파악되어야 하며, 단수형은 그 수가 명백하게 단수임을 의미하는 것이 아니라면 복수형을 또한 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재되는 것들과 유사하거나 균등한 방법 및 재료를 개시된 조성물의 실시 형태의 실시 또는 시험에 사용할 수 있지만, 적합한 방법 및 재료는 하기에 기재된다. 본 명세서에서 언급되는 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 다른 참조 문헌은 특정 구절이 인용되지 않으면 전체적으로 참고로 본 명세서에 포함된다. 상충되는 경우, 정의를 비롯한 본 명세서가 우선할 것이다. 또한, 재료, 방법, 및 예는 단지 예시적인 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
2,3,3,3-테트라플루오로프로펜은 또한 HFO-1234yf, HFC-1234yf, 또는 R1234yf로서 지칭될 수 있다. HFO-1234yf는 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판(HFC-245eb) 또는 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판(HFC-245cb)의 탈하이드로플루오르화(dehydrofluorination)에 의해 제조될 수 있다.
다이플루오로메탄(HFC-32 또는 R-32)은 구매가능하거나, 또는 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 메틸렌 클로라이드의 탈클로로플루오르화(dechlorofluorination)에 의해 제조될 수 있다.
아이소부탄(R-600a)은 다수의 가스 공급 업체로부터 구매가능하거나, 다수의 잘 알려진 방법 중 임의의 것에 의해 생성될 수 있다.
조성물 및 시스템
낮은 배출 온도 및 높은 열 용량을 나타내는 저 지구 온난화 지수(GWP) 냉매 조성물이 제공된다. 냉매 조성물은 냉장 응용에 사용되는 밀폐 압축기에 사용하기에 적합하다.
다른 실시 형태에서, 밀폐 압축기를 포함하는 냉장 시스템이 제공된다.
냉장 시스템(100)의 일 실시 형태가 도 1에 나타나 있다. 도 1의 실시 형태에서, 냉장 시스템(100)은 수용 탱크(110)를 포함한다. 수용 탱크(110)는 냉매 조성물을 수용하며 작동 동안 냉매 조성물을 냉장 시스템(100)의 다른 구성요소로 공급한다.
냉매 조성물은 지구 온난화 지수(GWP)가 낮은 재료로부터 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 180 미만, 150 미만, 및/또는 130 미만의 GWP를 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 GWP가 높은 냉매 조성물을 대체하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 R-404A, R-290, R-454C, R-457A, 및 R-507A와 같은 냉매 조성물을 대체하도록 선택될 수 있다. 대체 조성물은 바람직하게는 R-404A와 비교하여 유사하거나 개선된 특성을 제공한다. 유사한 특성에는 가연성, 배출 온도, 및 열전달 용량이 포함될 수 있다.
R-404A 냉매를 대체하기에 적합한 냉매 조성물은 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 비-공비 냉매 조성물일 수 있다.
일 실시 형태에서, 냉장 시스템(100)은 직접 팽창식 냉장 시스템일 수 있다. 냉장 시스템(100)의 작동 동안, 냉매 조성물은 냉장 시스템(100) 전체에 걸쳐 열전달 공정의 일부로서 순환한다. 도 1의 예에서, 수용 탱크(110)는 오리피스 튜브, 모세관 튜브, 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브와 같은 팽창 장치(125)를 통해 증발기(120)에 작동 가능하게 결합된다. 팽창 장치(125)는 냉매 조성물을 증발기(120)로 공급한다. 일부 실시 형태에서, 수용 탱크(110)는 선택적이다. 이러한 실시 형태에서, 냉매는 수용기 없이 증발기(120)에 직접 제공된다. 일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 수용 탱크(110)와 증발기(120) 사이에서 팽창 장치(125)를 통해 운송된다. 일부 실시 형태에서, 증발기(120)는 저온 모드에서 작동될 수 있다. 본 명세서에 기재된 목적을 위해, 저온 증발기는 -40℃ 내지 -18℃에서 작동된다. 일부 실시 형태에서, 증발기(120)는 중온 모드에서 작동될 수 있다. 본 명세서에 기재된 목적을 위해, 중온 증발기는 -20℃ 내지 -5℃에서 작동된다.
증발기(120)는 흡입 라인(135)을 통해 압축기(140)에 작동가능하게 연결된다. 압축기(140)는 압축기(140)로 들어가는 증기 냉매의 압력을 증가시킨다. 일부 실시 형태에서, 압축기(140)는 밀폐 압축기일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 밀폐 압축기는 회전 압축기, 스크롤 압축기, 또는 왕복 압축기이다. 일부 실시 형태에서, 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 밀폐 압축기이다. 일부 실시 형태에서, 밀폐 압축기는 중배압(MBP) 밀폐 압축기이다. 다른 실시 형태에서, 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 왕복 압축기이다.
일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함하는 비-공비 조성물이다. 일부 실시 형태에서, 밀폐 압축기의 배출 온도는 78.0℃ 내지 102.0℃, 80.0℃ 내지 100.0℃, 81℃ 내지 99.0℃, 81℃ 내지 97.0℃, 81.0℃ 내지 85.0℃, 90℃ 내지 97.0℃ 및 이들의 조합이다.
압축기(140)는 응축기(160)에 작동가능하게 연결된다. 응축기(160)는 가압 증기 냉매를 수용하고 가압 증기 증발기가 열을 외부 매질로 전달하여 액체 상태로 응축될 수 있게 한다.
응축기(160)는 수용 탱크(110)에 작동가능하게 연결된다. 액체 냉매는 수용 탱크(110)로 복귀하고, 증발기(120)에 다시 제공됨으로써 열을 흡수하는 데 이용가능하다.
통상적인 고 GWP 냉매를 대체하도록 의도된 조성물에서, 대체 냉매 조성물은 그가 대체하는 냉매와 비교하여 유사하거나 개선된 냉매 특성뿐만 아니라 낮은 GWP를 나타내는 것이 바람직하다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 R-457A(18 중량%의 HFC-32, 70 중량%의 HFO-1234yf, 및 12 중량%의 HFC-152a(1,1-다이플루오로에탄)를 함유하는 혼합물), R-454C(21.5 중량%의 HFC-32 및 78.5 중량%의 HFO-1234yf를 함유하는 혼합물), R-404A(44 중량%의 HFC-125(펜타플루오로에탄), 52 중량%의 HFC-143a(1,1,1-트라이플루오로에탄), 및 4 중량%의 HFC-134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄)를 함유하는 혼합물), R-507A(50 중량%의 HFC-125 및 50 중량%의 HFC-143a를 함유하는 혼합물), 또는 R-290(프로판)을 대체하도록 의도된다.
일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 22 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 21.5 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 21 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 20 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 19 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 76 내지 84 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 6.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 16 내지 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 78 내지 83 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 4.0 중량%, 또는 대안적으로 2.0 내지 6.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 17 내지 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 78 내지 81 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 4.0 중량%, 또는 대안적으로 3.0 내지 5.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다.
냉매 조성물의 일 실시 형태에서, 아이소부탄은 약 1.0 내지 약 3.3 중량%의 양으로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 아이소부탄은 약 2.0 내지 3.3 중량%의 양으로 존재한다.
일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 78 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 4.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 다른 일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 79 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 3.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 다른 일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 80 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 2.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다. 다른 일 실시 형태에서, 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 18 중량%의 양으로 존재하는 다이플루오로메탄(R-32), 냉매 조성물의 중량을 기준으로 81 중량%의 양으로 존재하는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 중량%의 양으로 존재하는 아이소부탄(R-600a)을 포함한다.
특히, 표 A의 조성물들 중 임의의 것이 밀폐 압축기를 포함하는 냉장 시스템에 사용될 수 있다.
[표 A]
냉매 조성물은 윤활제, 염료(UV 염료를 포함함), 가용화제, 상용화제(compatibilizer), 안정제, 추적자(tracer), 마모방지제, 극압제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 에너지 감소제, 금속 표면 불활성화제(metal surface deactivator), 자유 라디칼 포착제(free radical scavenger), 발포 조절제(foam control agent), 점도 지수 개선제, 유동점 강하제, 세제, 점도 조정제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 선택적인 비-냉매 성분을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 선택적인 비-냉매 성분은 첨가제로 지칭될 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.
작동을 용이하게 하고 압축기(140)의 사용 수명을 연장시키기 위해, 윤활제가 냉매 조성물에 포함될 수 있다. 윤활제와 냉매 조성물의 용해성 및 혼화성은 윤활제의 성능을 개선하고 압축기(140)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, 윤활제는 광유, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리비닐 에테르, 폴리카르보네이트, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 파라핀, 나프텐, 폴리알파-올레핀, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 윤활제는 폴리올 에스테르 또는 폴리비닐 에테르를 포함한다. 일 실시 형태에서, 윤활제는 폴리올 에스테르를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 윤활제는 폴리비닐 에테르를 포함한다.
냉매 조성물과 함께 사용되는 선택적인 비-냉매 성분은 안정제일 수 있는데, 안정제는 장애 페놀, 티오포스페이트, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 유기 포스페이트 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 테르펜, 테르페노이드, 에폭사이드, 플루오르화 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 이들의 혼합물 - 본 문단에 개시된 임의의 안정제들의 혼합물을 의미함 - 로 이루어진 군으로부터 선택된다.
안정제는 부틸화 하이드록시톨루엔(BHT); 토코페롤 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 및 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals; 스위스 바젤 소재, 이하 "시바"(Ciba))로부터 상표명 이르가루브(Irgalube)(등록상표) 63으로 구매가능한 다이티오포스페이트; 시바로부터 각각 상표명 이르가루브(등록상표) 353 및 이르가루브(등록상표) 350으로 구매가능한 다이알킬티오포스페이트 에스테르; 시바로부터 상표명 이르가루브(등록상표) 232로 구매가능한 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트; 시바로부터 상표명 이르가루브(등록상표) 349(시바)로 구매가능한 아민 포스페이트; 시바로부터 이르가포스(Irgafos)(등록상표) 168로 구매가능한 장애 포스파이트, 및 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) OPH로 구매가능한 트리스-(다이-tert-부틸페닐)포스파이트; (다이-n-옥틸 포스파이트); 및 시바로부터 상표명 이르가포스(등록상표) DDPP로 구매가능한 아이소-데실 다이페닐 포스파이트; 트라이알킬 포스페이트, 예를 들어 트라이메틸 포스페이트, 트라이에틸포스페이트, 트라이부틸 포스페이트, 트라이옥틸 포스페이트, 및 트라이(2-에틸헥실)포스페이트; 트라이페닐 포스페이트, 트라이크레실 포스페이트, 및 트라이자일레닐 포스페이트를 포함하는 트라이아릴 포스페이트; 및 아이소프로필페닐 포스페이트(IPPP), 및 비스(t-부틸페닐)페닐 포스페이트(TBPP)를 포함하는 혼합 알킬-아릴 포스페이트; 부틸화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어, Syn-O-Ad(등록상표) 8784를 포함하는 상표명 Syn-O-Ad(등록상표)로 구매가능한 것; tert-부틸화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어, 상표명 듀라드(Durad)(등록상표) 620으로 구매가능한 것; 아이소프로필화 트라이페닐 포스페이트, 예를 들어, 상표명 듀라드(등록상표) 220 및 듀라드(등록상표) 110으로 구매가능한 것; 아니솔; 1,4-다이메톡시벤젠; 1,4-다이에톡시벤젠; 1,3,5-트라이메톡시벤젠; 미르센, 알로오시멘, 리모넨(특히, d-리모넨); 레티날; 피넨 (α 또는 β 형태); 멘톨; 제라니올; 파르네솔; 파르네센 (α 또는 β 형태); 피톨; 비타민 A; 테르피넨; 델타-3-카렌; 테르피놀렌; 펠란드렌; 펜첸(fenchene); 다이펜텐; 카라테노이드, 예를 들어, 라이코펜, 베타 카로틴, 및 잔토필, 예를 들어, 제아잔틴; 레티노이드, 예를 들어 헤파잔틴 및 아이소트레티노인; 보르난; 1,2-프로필렌 옥사이드; 1,2-부틸렌 옥사이드; n-부틸 글리시딜 에테르; 트라이플루오로메틸옥시란; 1,1-비스(트라이플루오로메틸)옥시란; 3-에틸-3-하이드록시메틸-옥세탄, 예를 들어 OXT-101(토아고세이 컴퍼니, 리미티드(Toagosei Co., Ltd)); 3-에틸-3-((페녹시)메틸)-옥세탄, 예를 들어, OXT-211(토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 3-에틸-3-((2-에틸-헥실옥시)메틸)-옥세탄, 예를 들어, OXT-212(토아고세이 컴퍼니, 리미티드); 아스코르브산; 메탄티올(메틸 메르캅탄); 에탄티올(에틸 메르캅탄); 코엔자임 A; 다이메르캅토석신산(DMSA); 그레이프프루트 메르캅탄((R)-2-(4-메틸사이클로헥스-3-엔일)아이소부탄-2-티올)); 시스테인((R)-2-아미노-3-설파닐-프로판산); 리포아미드(1,2-다이티올란-3-펜탄아미드); 시바로부터 상표명 이르가녹스(Irganox)(등록상표) HP-136으로 구매가능한 5,7-비스(1,1-다이메틸에틸)-3-[2,3(또는 3,4)-다이메틸페닐]-2(3H)-벤조푸라논; 벤질 페닐 설파이드; 다이페닐 설파이드; 다이아이소프로필아민; 시바로부터 상표명 이르가녹스(등록상표) PS 802(시바)로 구매가능한 다이옥타데실 3,3'-티오다이프로피오네이트; 시바로부터 상표명 이르가녹스(등록상표) PS 800으로 구매가능한 다이도데실 3,3'-티오프로피오네이트; 시바로부터 상표명 티누빈(Tinuvin)(등록상표) 770으로 구매가능한 다이-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트; 시바로부터 상표명 티누빈(등록상표) 622LD (시바)로 구매가능한 폴리-(N-하이드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-하이드록시-피페리딜 석시네이트) 메틸 비스 탤로우 아민; 비스 탤로우 아민; 페놀-알파-나프틸아민; 비스(다이메틸아미노)메틸실란(DMAMS); 트리스(트라이메틸실릴)실란(TTMSS); 비닐트라이에톡시실란; 비닐트라이메톡시실란; 2,5-다이플루오로벤조페논; 2'5'-다이하이드록시아세토페논; 2-아미노벤조페논; 2-클로로벤조페논; 벤질 페닐 설파이드; 다이페닐 설파이드; 다이벤질 설파이드; 이온성 액체; 및 이들의 혼합물 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
특히, 선택적인 비-냉매 성분은 중합 억제제일 수 있다. 중합 억제제는 테르펜 또는 테르페노이드, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 벤조페논 및 이의 유도체, 테레프탈레이트, 페놀, 에폭사이드 및 이들 부류 중 임의의 것의 조합을 포함할 수 있다. 중합 억제제는 미르센, 알로옥시멘, 리모넨(특히, d-리모넨); 레티날; 피넨 (α 또는 β 형태); 멘톨; 제라니올; 파르네솔; 파르네센 (α 또는 β 형태); 피톨; 비타민 A; 테르피넨 (α 또는 β 형태); 델타-3-카렌; 테르피놀렌; 펠란드렌; 펜첸(fenchene); 다이펜텐; 카라테노이드, 예를 들어, 라이코펜, 베타 카로틴, 및 잔토필, 예를 들어, 제아잔틴; 레티노이드, 예를 들어 헤파잔틴 및 아이소트레티노인; 보르난, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트(시바에 의해 상표명 이르가루브(등록상표) 232로 판매됨), 다이비닐 테레프탈레이트, 다이페닐테레프탈레이트, 부틸화하이드록시 톨루엔(BHT), 토코페롤, 하이드로퀴논, 1,2-프로필렌 옥사이드, 1,2-부틸렌 옥사이드, 부틸페닐글리시딜 에테르, 펜틸페닐글리시딜 에테르, 헥실페닐글리시딜 에테르, 헵틸페닐글리시딜 에테르, 옥틸페닐글리시딜 에테르, 노닐페닐글리시딜 에테르, 데실페닐글리시딜 에테르, 글리시딜 메틸페닐에테르, 1,4-글리시딜 페닐 다이에테르, 4-메톡시페닐글리시딜 에테르, 나프틸 글리시딜 에테르, 1,4-다이글리시딜 나프틸 다이에테르, 부틸페닐 글리시딜 에테르, n-부틸 글리시딜 에테르, 아이소부틸 글리시딜 에테르, 헥산다이올 다이글리시딜 에테르, 알릴 글리시딜 에테르, 폴리프로필렌 글리콜 다이글리시딜 에테르, 트라이플루오로메틸옥시란, 1,1-비스(트라이플루오로메틸)옥시란, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명의 조성물과 함께 사용되는 선택적인 비-냉매 성분은 대안적으로 추적자일 수 있다. 추적자는 동일한 화합물 부류 또는 상이한 화합물 부류로부터의 단일 화합물 또는 둘 이상의 추적자 화합물일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 추적자는, 총 조성물의 중량을 기준으로, 약 1 ppm(part per million) 내지 약 5000 ppm의 총 농도로 조성물에 존재한다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 약 10 ppm 내지 약 1000 ppm의 총 농도로 존재한다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 약 20 ppm 내지 약 500 ppm의 총 농도로 존재한다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 약 25 ppm 내지 약 500 ppm의 총 농도로 존재한다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 약 50 ppm 내지 약 500 ppm의 총 농도로 존재한다. 대안적으로, 추적자는 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 총 농도로 존재한다.
추적자는 하이드로플루오로카본(HFC), 중수소화 하이드로플루오로카본, 클로로플루오로카본(CFC), 하이드로플루오로클로로카본(HCFC), 하이드로플루오로올레핀(HFO)클로로카본, 퍼플루오로카본, 플루오로에테르, 브롬화 화합물, 요오드화 화합물, 알코올, 알데하이드 및 케톤, 아산화질소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 추적자는 트라이플루오로메탄(HFC-23), 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze, 시스 또는 트랜스), 3,3,3-트라이플루오로프로펜(HFO-1243zf), 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜(HFO-1225ye, E 또는 Z 이성질체), 다이클로로다이플루오로메탄(CFC-12), 클로로다이플루오로메탄 HCFC-22), 메틸 클로라이드(R-40), 클로로플루오로메탄 (HCFC-31), 플루오로에탄 (HFC-161), 1,1,1-트라이플루오로에탄 (HFC-143a), 클로로펜타플루오로에탄(CFC-115), 1,2-다이클로로-1,1,2,2-테트라플루오로에탄(CFC-114), 1,1-다이클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄(CFC-114a), 2-클로로-1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(HFC-134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 1,1,1,2,2,3,3-헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa), 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판(HFC-245cb), 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판(HFC-245eb), 1,1,2,2-테트라플루오로프로판(HFC-254cb), 1,1,1,2-테트라플루오로프로판(HFC-254eb), 1,1,1-트라이플루오로프로판(HFC-263fb), 1,1-다이플루오로-2-클로로에틸렌(HCFC-1122), 2-클로로-1,1,2-트라이플루오로에틸렌(CFC-1113), 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄(HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄(HFC-43-10mee), 1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,6,7,7,7-테트라데카플루오로헵탄, 헥사플루오로부타다이엔, 3,3,3-트라이플루오로프로핀, 요오도트라이플루오로메탄, 중수소화 탄화수소, 중수소화 하이드로플루오로카본, 퍼플루오로카본, 플루오로에테르, 브롬화 화합물, 요오드화 화합물, 알코올, 알데하이드, 케톤, 아산화질소(N2O) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 추적자는 둘 이상의 하이드로플루오로카본을 함유하거나, 또는 하나의 하이드로플루오로카본과 하나 이상의 퍼플루오로카본의 조합을 함유하는 블렌드이다. 다른 실시 형태에서, 추적자는 적어도 하나의 CFC와 적어도 하나의 HCFC, HFC, 또는 PFC의 블렌드이다.
추적자는 본 발명의 조성물의 임의의 희석, 오염, 또는 다른 변화의 검출이 가능하도록 미리 결정된 양으로 조성물에 첨가될 수 있다. 또한, 추적자는 경쟁 침해 제품에 대비한 특허 소유자 제품의 식별에 의해 기존 특허권을 침해하는 제품의 탐지를 가능하게 할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서, 추적자 화합물은 제품이 제조되는 제조 공정의 탐지를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 액체 냉매 및/또는 윤활제가 압축기(140)로 들어가는 것을 방지하기 위해, 선택적인 서지 탱크 또는 축적기(accumulator)(150)가 증발기(120)와 압축기(140) 사이에 삽입될 수 있다. 서지 탱크(150)는, 존재하는 경우, 임의의 축적된 액체를 증발기(120)로 복귀시킬 수 있다.
대안적인 실시 형태에서, 냉장 시스템은 플러디드 증발기 냉장 시스템(200)일 수 있다. 도 2는 플러디드 증발기 냉장 시스템(200)을 예시한다. 도 2의 예에서, 시스템의 요소는 모세관(125)이 존재하지 않고 선택적인 펌프(225)가 수용 탱크(110)로부터 플러디드 증발기(220)로의 냉매의 전달을 돕기 위해 존재할 수 있다는 점을 제외하고는 직접 팽창식 냉장 시스템(100)에 대해 전술한 바와 동일하다. 서지 탱크(150)는, 존재하는 경우, 임의의 축적된 액체를 증발기(220)로 다시 제공되도록 수용 탱크(110)로 복귀시킬 수 있다. 응축기(160)로부터 수용 탱크(110)로의 작동가능한 연결은 팽창 밸브(270)를 추가로 포함한다.
본 발명의 냉매 조성물의 성능이 R-457A, R-454C, R-404A 및 다른 냉매와 비교하여 하기 표 1 내지 표 6에 제시되어 있다.
실시예
실시예 1
냉각 성능
본 발명의 조성물의 냉장 성능을 R-404A(44 중량%의 HFC-125(펜타플루오로에탄), 52 중량%의 HFC-143a(1,1,1-트라이플루오로에탄), 및 4 중량%의 HFC-134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄)의 혼합물), R-290(프로판), R-454C(21.5 중량%의 HFC-32 및 78.5 중량%의 HFO-1234yf를 함유하는 혼합물), R-457A(18 중량%의 HFC-32, 70 중량%의 HFO-1234yf, 및 12 중량%의 HFC-152a(1,1-다이플루오로에탄)을 함유하는 혼합물), 및 R-507A(50 중량%의 HFC-125 및 50 중량%의 HFC-143a를 함유하는 혼합물)와 비교하였다. 저온 냉장 조건 및 중온 냉장 조건 모두에서 성능을 결정하였다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
결과는 본 발명의 조성물이 R-454C 및 R-457A보다 낮은 압축기 배출 온도를 나타냄을 보여준다. 이들은 또한 용량 및 에너지 효율(COP)이 특히 기존 냉매 및 R-457A에 필적하거나 더 높다.
실시예 2
가연성 분류: 증기 누출 분석 및 가연성 시험
본 발명의 소정 조성물을 ASHRAE 표준 34-2019 "냉매의 명칭 및 안전성 분류"(Designation and Safety Classification of Refrigerants) 하에 기재된 바와 같은 증기 누출 조건 하에서 평가하여, ASHRAE 클래스 2L의 더 낮은 가연성 또는 클래스 2의 가연성에 대한 요건이 충족될 수 있는지 결정하였다. 이 표준에 따라, 공칭 제형을 개발하고, 이어서 상업적인 관행에서는 정확한 제형이 제조되지 않기 때문에 대표적인 제조 공차를 할당한다. 이러한 분석을 위해 선택된 제조 공차는 다음과 같다: ±2 중량%의 R-32, ±2 중량%의 R-1234yf, 및 +0/-0.5 중량%의 R-600a, 또는 ±1 중량%의 R-32, ±1 중량%의 R-1234yf, 및 +0/-0.5 중량%의 R-600a 중 어느 하나. 이러한 경우에 제조 공차에 기초하여 최고 연소 속도(Su)를 산출할 수 있는 제형을 나타내는 가장 타기 쉬운 조성(Worst Case of Formulation for Flammability; WCF)을 선택한다. 이어서, 여러 ASHRAE 표준 34 누출 시나리오에 대한 최악의 조건에서 NIST RefLeak 6.0을 사용하여 냉매의 증기 누출에 대해 WCF를 모델링하여 가장 타기 쉬운 분획 조성(Worst Case of Fractionation for Flammability; WCFF)을 결정하는데, 여기서, 더 높은 연소 속도 성분(R-600a, R-32)의 가장 높은 농도는 냉매 액체상 또는 증기상 중 어느 하나에서 관찰된다. 본 발명의 조성물에 대해, WCFF는 "저장/선적 중 누출" 조건에서 발생하는 것으로 결정되었다. 실린더가 54.4℃의 온도에서 90%까지 채워진 경우 그리고 실린더 내의 압력이 대기압에 근접한 경우, WCFF는 기포점 온도 + 10℃에서 증기상인 것으로 밝혀졌다. 이어서, 수직 튜브 연소 속도 장치를 사용하여 WCFF 조성물을 시험한다. 10 cm/s 이하의 연소 속도를 산출하는 조성물은 A2L 안전성 그룹에 속할 것으로 예상되는 반면, 10 cm/s 초과의 것은 A2 안전성 그룹에 속할 것으로 예상된다. 결과는 표 5에 나타나 있다.
[표 5]
본 발명이 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명되어 있지만, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 변화가 이루어질 수 있고 등가물이 그의 요소를 대신할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고서 특정한 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 맞게 조정하기 위하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 수행용으로 고려되는 최적의 방식으로서 개시되는 특정 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 의도된다.
추가의 실시 형태
실시 형태 A1: 약 15 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 약 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하는, 조성물.
실시 형태 A2: 냉매는 약 15 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄, 약 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1의 조성물.
실시 형태 A3: 냉매는 약 15 내지 21 중량%의 다이플루오로메탄, 약 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 또는 실시 형태 A2의 조성물.
실시 형태 A4: 냉매는 약 15 내지 20 중량%의 다이플루오로메탄, 약 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A3 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A5: 냉매는 약 15 내지 19 중량%의 다이플루오로메탄, 약 76 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 6.0 중량%의 아이소부탄을 포함하는, 실시 형태 A1 또는 실시 형태 A4 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A6: 냉매는 약 18 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄, 약 76 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 5.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 또는 실시 형태 A5 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A7: 냉매는 약 17 내지 18 중량%의 다이플루오로메탄, 약 78 내지 81 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 4.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A5 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A8: 아이소부탄은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 3.0 내지 5.0 중량%의 양으로 존재하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A7 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A9: 아이소부탄은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 4.0 내지 5.0 중량%의 양으로 존재하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A8 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A10: 냉매 조성물은 약 20 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 약 73 내지 약 76 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 4.0 내지 5.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A9 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A11: 냉매 조성물은 약 21.5 중량%의 다이플루오로메탄, 약 73 내지 약 75 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 4.0 내지 5.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A10 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A12: 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 18 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 80 중량%의 양으로 존재하고, 아이소부탄은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 2.0 중량%의 양으로 존재하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A11 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A13: 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 17 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 81 중량%의 양으로 존재하고, 아이소부탄은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 2.0 중량%의 양으로 존재하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A11 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A14: 냉매 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 49 중량%의 양으로 존재하는 비-냉매 화합물을 추가로 포함하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A13 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A15: 비-냉매 화합물은 광유, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리비닐 에테르, 폴리카르보네이트, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 파라핀, 나프텐, 폴리알파-올레핀, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 윤활제를 포함하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A14 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A16: 비-냉매 화합물은 염료(UV 염료를 포함함), 가용화제, 상용화제, 안정제, 추적자, 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 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A15 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A17: 비-냉매 화합물은 장애 페놀, 티오포스페이트, 부틸화 트라이페닐포스포로티오네이트, 유기 포스페이트 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 테르펜, 테르페노이드, 에폭사이드, 플루오르화 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 다이비닐 테레프탈산, 다이페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 안정제를 포함하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A16 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A18: 냉매 조성물은 냉매 조성물은 화염 전파가 10 cm/s 미만인, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A17 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A19: 냉매는 ASHRAE에 의해 2L 가연성으로 분류되는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A18 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 A20: 아이소부탄은 약 2.0 내지 3.3 중량%의 양으로 존재하는, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A19 중 임의의 실시 형태의 조성물.
실시 형태 B1: 냉장 시스템으로서,
밀폐 압축기;
및 냉매 조성물을 포함하며;
냉매 조성물은 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A20 중 임의의 실시 형태의 조성물을 포함하는, 냉장 시스템.
실시 형태 B2: 상기 밀폐 압축기는 회전 압축기, 스크롤 압축기, 또는 왕복 압축기인, 실시 형태 B1의 냉장 시스템.
실시 형태 B3: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 또는 중배압(MBP) 밀폐 압축기인, 실시 형태 B1 또는 실시 형태 B2의 냉장 시스템.
실시 형태 B4: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 왕복 압축기인, 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B3 중 임의의 실시 형태의 냉장 시스템.
실시 형태 B5: 증발기를 추가로 포함하며; 평균 증발기 온도는 -5℃ 미만인, 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B4 중 임의의 실시 형태의 냉장 시스템.
실시 형태 B6: 압축기 배출 온도는 R-457A의 압축기 배출 온도 미만인, 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B5 중 임의의 실시 형태의 냉장 시스템.
실시 형태 B7: 압축기 배출 온도는 R-454C의 압축기 배출 온도 미만인, 실시 형태 B1 내지 실시 형태 B5 중 임의의 실시 형태의 냉장 시스템.
실시 형태 C1: R-404A, R-457A, R-290, 또는 R-454C를 포함하는 제1 냉매 조성물을, 실시 형태 A1 내지 실시 형태 A20 중 임의의 실시 형태의 조성물을 포함하는 제2 냉매 조성물로 대체하는 방법으로서, 대체는 밀폐 압축기를 포함하는 냉장 시스템에서 수행되는, 방법.
실시 형태 C2: 상기 밀폐 압축기는 회전 압축기, 스크롤 압축기, 또는 왕복 압축기인, 실시 형태 C1의 방법.
실시 형태 C3: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 또는 중배압(MBP) 밀폐 압축기인, 실시 형태 C1 또는 실시 형태 C2의 방법.
실시 형태 C4: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 왕복 압축기인, 실시 형태 C1 내지 실시 형태 C3 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 C5: 압축기 배출 온도는 R-457A의 압축기 배출 온도 미만인, 실시 형태 C1 내지 실시 형태 C4 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 C6: 압축기 배출 온도는 R-454C의 압축기 배출 온도 미만인, 실시 형태 C1 내지 실시 형태 C4 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 D1: 밀폐 압축기를 냉장 시스템의 일부로서 작동시키는 방법으로서,
실시 형태 A1 내지 실시 형태 A20의 조성물 중 임의의 것을 포함하는 냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 수용하는 단계;
냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 압축하는 단계를 포함하며;
압축기의 배출 온도는 80.0℃ 내지 100.0℃인, 방법.
실시 형태 D2: 상기 밀폐 압축기는 회전 압축기, 스크롤 압축기, 또는 왕복 압축기인, 실시 형태 D1의 방법.
실시 형태 D3: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 또는 중배압(MBP) 밀폐 압축기인, 실시 형태 D1 또는 실시 형태 D2 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 D4: 상기 밀폐 압축기는 저배압(LBP) 왕복 압축기인, 실시 형태 D1 내지 실시 형태 D3 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 D5: 밀폐 압축기는 평균 증발기 온도가 -40℃ 내지 -5℃인 증발기로부터의 냉매 조성물을 수용하는, 실시 형태 D1 내지 실시 형태 D4 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 D6: 밀폐 압축기는 평균 증발기 온도가 -40℃ 내지 -18℃인 증발기로부터의 냉매 조성물을 수용하는, 실시 형태 D1 내지 실시 형태 D5 중 임의의 실시 형태의 방법.
실시 형태 D7: 밀폐 압축기는 평균 증발기 온도가 -20℃ 내지 -5℃인 증발기로부터의 냉매 조성물을 수용하는, 실시 형태 D1 내지 실시 형태 D6 중 임의의 실시 형태의 방법.
Claims (36)
- 약 15 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 약 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하는, 조성물.
- 제1항에 있어서, 냉매는 약 15 내지 19 중량%의 다이플루오로메탄, 약 76 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 6.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 조성물.
- 제1항에 있어서, 냉매는 약 16 내지 18 중량%의 다이플루오로메탄, 약 78 내지 83 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 4.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 조성물.
- 제1항에 있어서, 냉매는 약 17 내지 18 중량%의 다이플루오로메탄, 약 78 내지 81 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 1.0 내지 4.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 조성물.
- 제1항에 있어서, 냉매는 약 20 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 약 73 내지 76 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 및 약 4.0 내지 5.0 중량%의 아이소부탄으로 본질적으로 이루어지는, 조성물.
- 제1항에 있어서, 냉매 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 49 중량%의 양으로 존재하는 비-냉매 화합물을 추가로 포함하는, 조성물.
- 제6항에 있어서, 비-냉매 화합물은 광유, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리비닐 에테르, 폴리카르보네이트, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 파라핀, 나프텐, 폴리알파-올레핀, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 윤활제를 포함하는, 조성물.
- 냉장(refrigeration) 시스템으로서,
밀폐 압축기;
및 냉매 조성물을 포함하며;
냉매 조성물은
다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄을 포함하는, 냉장 시스템. - 제8항에 있어서, 상기 밀폐 압축기는 회전 압축기, 스크롤 압축기, 또는 왕복 압축기인, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 밀폐 압축기는 저배압 또는 중배압 밀폐 압축기인, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 밀폐 압축기는 저배압 왕복 압축기인, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 22 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량% 초과의 양으로 존재하고, 아이소부탄(R-600a)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량%의 양으로 존재하는, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 19 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 76 내지 84 중량%의 양으로 존재하고, 아이소부탄(R-600a)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 1.0 내지 6.0 중량%의 양으로 존재하는, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 아이소부탄은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 2.0 내지 6.0 중량%의 양으로 존재하는, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 20 내지 22 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 73 내지 76 중량%의 양으로 존재하고, 아이소부탄(R-600a)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 4.0 내지 5.0 중량%의 양으로 존재하는, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서, 냉매 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 49 중량%의 양으로 존재하는 비-냉매 화합물을 추가로 포함하는, 냉장 시스템.
- 제16항에 있어서, 비-냉매 화합물은 광유, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리비닐 에테르, 폴리카르보네이트, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 파라핀, 나프텐, 폴리알파-올레핀, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 윤활제를 포함하는, 냉장 시스템.
- 제8항에 있어서,
증발기를 추가로 포함하며;
평균 증발기 온도는 -5℃ 미만인, 냉장 시스템. - 제8항에 있어서,
압축기 배출 온도는 R-457A의 압축기 배출 온도 미만인, 냉장 시스템. - 제8항에 있어서,
압축기 배출 온도는 R-454C의 압축기 배출 온도 미만인, 냉장 시스템. - 제8항에 있어서,
냉매 조성물은 화염 전파가 10 cm/s 미만인, 냉장 시스템. - R-404A, R-457A, R-290, 또는 R-454C를 포함하는 제1 냉매 조성물을, 70 내지 84 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 15 내지 22 중량%의 다이플루오로메탄, 및 1.0 내지 10 중량%의 아이소부탄을 포함하는 제2 냉매 조성물로 대체하는 방법으로서, 대체는 밀폐 압축기를 포함하는 냉장 시스템에서 수행되는, 방법.
- 제22항에 있어서, 제2 냉매 조성물은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 50 중량%의 양으로 존재하는 비-냉매 화합물을 추가로 포함하는, 방법.
- 제23항에 있어서, 비-냉매 화합물은 광유, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리비닐 에테르, 폴리카르보네이트, 퍼플루오로폴리에테르, 실리콘, 실리케이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 파라핀, 나프텐, 폴리알파-올레핀, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 윤활제를 포함하는, 방법.
- 제22항에 있어서, 압축기 배출 온도는 R-457A의 압축기 배출 온도 미만인, 방법.
- 밀폐 압축기를 냉장 시스템의 일부로서 작동시키는 방법으로서,
다이플루오로메탄(R-32), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf), 및 아이소부탄(R-600a)을 포함하는 냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 수용하는 단계; 및
냉매 조성물을 밀폐 압축기에 의해 압축하는 단계를 포함하며;
압축기의 배출 온도는 80.0℃ 내지 100.0℃인, 방법. - 제26항에 있어서, 저배압(LBP) 밀폐 왕복 압축기는 평균 증발기 온도가 -40℃ 내지 -5℃인 증발기로부터의 냉매 조성물을 수용하는, 방법.
- 제26항에 있어서, 저배압(LBP) 밀폐 왕복 압축기는 평균 증발기 온도가 -40℃ 내지 -18℃인 증발기로부터의 냉매 조성물을 수용하는, 방법.
- 제26항에 있어서, 다이플루오로메탄(R-32)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 15 내지 22 중량%의 양으로 존재하고, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 84 중량%의 양으로 존재하고, 아이소부탄(R-600a)은 냉매 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 6.0 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
- 제26항에 있어서, 압축기의 배출 온도는 81.0℃ 내지 99.0℃인, 방법.
- 제26항에 있어서, 압축기의 배출 온도는 90℃ 내지 100.0℃인, 방법.
- 제26항에 있어서,
증발기로부터의 냉매 조성물을 저배압(LBP) 밀폐 왕복 압축기에 의해 수용하는 단계를 추가로 포함하며;
평균 증발기 온도는 -5℃ 미만인, 방법. - 제26항에 있어서, 평균 증발기 온도는 -40℃ 내지 -5℃인, 방법.
- 제33항에 있어서, 평균 증발기 온도는 -40℃ 내지 -18℃인, 방법.
- 제33항에 있어서, 평균 증발기 온도는 -20℃ 내지 -5℃인, 방법.
- 제1항에 있어서, 아이소부탄은 약 2.0 내지 약 3.3 중량%의 양으로 존재하는, 조성물.
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