KR20230137912A - 열 전달 조성물, 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20230137912A
KR20230137912A KR1020237025745A KR20237025745A KR20230137912A KR 20230137912 A KR20230137912 A KR 20230137912A KR 1020237025745 A KR1020237025745 A KR 1020237025745A KR 20237025745 A KR20237025745 A KR 20237025745A KR 20230137912 A KR20230137912 A KR 20230137912A
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heat transfer
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lubricant
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KR1020237025745A
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앤킷 세시
카이미 가오
사무엘 야나 모타
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허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매 조성물 - 각각의 화합물은, 16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32); 68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및 3.0% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161)의 상대 백분율로 존재함 -, 및 공조, 냉장 응용 및 히트 펌프 응용을 포함하는 열 교환 시스템에서의 냉매의 용도, 및 가열 및 냉각 응용을 위한 냉매 R-410A 또는 R1234yf의 대체물로서의 그러한 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

열 전달 조성물, 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 2월 3일자로 출원된 미국 가출원 제63/145,437호와 관련되고 그의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 주거용 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 시스템에서 특히 이점을 갖는 냉장 응용에서 유용성을 갖는 조성물, 방법, 및 시스템에 관한 것으로, 특정 태양에서, (1) R-410A와 함께 사용하도록 설계된 시스템을 포함한, 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 시스템, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장 및 저온 냉장에서 R-410, 특히 R-410A에 대한 대체물 또는 개장물(retrofit), 및 (2) HFO-1234yf와 함께 사용하도록 설계된 시스템을 포함한, 이동식 공조 및 이동식 히트 펌프에서 HFO-1234yf에 대한 대체물로서, 다양한 가열 및 냉각 응용을 위한 냉매 R-410A 및/또는 HFO-1234yf의 대체물을 위한 냉매 조성물에 관한 것이다.
냉매 액체를 사용하는 기계적 냉장 시스템 및 관련 열 전달 장치, 예를 들어 히트 펌프, 냉각, 및 공조기는 산업용, 상업용 및 가정용 용도로 당업계에 잘 알려져 있다. 공조, 히트 펌프 및 냉장 시스템과 같은 시스템에서 작동 유체로서 사용하는 것을 비롯하여 다수의 주거용, 상업용 및 산업적 응용에서, 몇몇 플루오로카본계 유체가 널리 사용되어 왔다. 지금까지 이들 응용에 사용되어 온 일부 하이드로플루오로카본("HFC")계 조성물의 사용과 관련된 비교적 높은 지구 온난화 지수를 포함하는 소정의 의심되는 환경 문제 때문에, 150 미만의 지구 온난화 지수("GWP")를 갖는 유체를 사용하는 것이 점점 더 바람직하게 되었다.
많은 응용에서 통상 사용되는 냉매는 R-410A(대략 44:52:4 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32)과 펜타플루오로에탄(HFC-125)의 중량 기준 50:50 블렌드)이다. R-404A는 추정 GWP가 2088이다.
그러나, 열 전달 유체와 관련하여, R-410A에 대한 임의의 잠재적인 150 이하의 GWP 대체물은 가장 널리 사용되는 HFC계 유체 중 다수에 존재하는 그러한 특성, 예를 들어, 특히 탁월한 열 전달 특성, 화학적 안정성, 저독성 또는 무독성, 불연성, 및 윤활제 상용성(lubricant compatibility)을 또한 가져야 한다는 것이 일반적으로 중요한 것으로 여겨진다. 또한, 임의의 150 이하의 GWP 대체물은 바람직하게는 비-이동식 시스템에서 R-410A의 그리고 이동식 시스템에서 HFO-1234yf에 대한 작동 조건에 대해 충분히 매칭되어 시스템의 필요한 변형 또는 재설계를 최소화할 것이다.
사용 중 효율과 관련하여, 냉매 열역학적 성능 또는 에너지 효율의 손실은 전기 에너지에 대한 증가된 수요에 기인한 증가된 화석 연료 사용량에 의해 2차적 환경 영향을 미칠 수 있다는 점에 주목하는 것이 중요하다. 다시 말해, 사용 중 효율과 같은 제안된 새로운 유체의 다른 특성이, 예를 들어 동일한 수준의 냉장을 달성하는 데 더 고도의 연료 연소를 필요로 함으로써, 환경적 배출(environmental emission)을 간접적으로 증가시키는 경우, 150 미만의 GWP를 갖는 제안된 새로운 냉매는 그럼에도 불구하고 새로운 냉매가 대체하는 기존의 유체보다 덜 환경 친화적일 수 있다. 따라서, 대체물의 선택은 예측가능한 결과를 얻지 못 할 수 있는 복잡하고 도전적인 노력임을 알게 된다.
더욱이, HFC 냉매 대체물은 HFC 냉매와 함께 현재 사용되는 통상적인 증기 압축 기술에 대한 주요 공학적 변화 없이도 효과적인 것이 바람직한 것으로 일반적으로 간주된다.
증기 압축 열 전달 시스템에서 순환하는 윤활제가 압축기로 복귀되어 자신이 의도하는 윤활 기능을 수행하도록 하는 것이 압축기의 적절하고 신뢰성 있는 기능과 시스템 효율의 유지에 중요하다. 그렇지 않으면, 윤활제는, 열 전달 구성요소 내를 비롯하여, 시스템의 코일 및 배관 내에 축적되어 머물러 있게 될 수 있다. 더욱이, 윤활제가 증발기의 내부 표면 상에 축적되는 경우, 윤활제는 증발기의 열 교환 효율을 저하시켜, 시스템의 효율을 감소시킨다. 이러한 이유로, 냉매는 시스템의 적어도 작동 온도 범위에 걸쳐 시스템에 사용되는 윤활제와 혼화성인 것이 다수의 시스템에 대해 바람직하다.
R-410A가 현재 폴리올 에스테르(POE) 윤활유와 함께 일반적으로 사용되기 때문에, 제안된 R-410A 대체 냉매는 바람직하게는 시스템 내의 온도 범위에 걸쳐 그리고 시스템 내에 존재하는 윤활제의 농도에 대해, 특히 응축기 및 증발기 내의 작동 온도 범위에 걸쳐 POE 윤활제와 혼화성이다.
HFO-1234yf가 현재 폴리알킬렌 글리콜(PAG) 윤활유와 함께 통상 사용되기 때문에, 제안된 HFO-1234yf 대체 냉매는 바람직하게는 시스템 내의 온도 범위에 걸쳐 그리고 시스템 내에 존재하는 윤활제의 농도에 대해, 특히 응축기 및 증발기 내의 작동 온도 범위에 걸쳐, 예를 들어 PAG 윤활제, PVE 윤활제 및 PVE 윤활제를 포함한, 그러한 시스템에 사용될 수 있는 윤활제와 혼화성이다.
따라서, 본 출원인은 R-410A와 함께 사용하기 위해 설계되었거나 그와 함께 사용하기에 적합한 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프를 포함한, 가열 및 냉각 시스템 및 방법에 매우 유리한 조성물, 및 특히 열 전달 조성물에 대한 필요성을 인식하게 되었다.
본 출원인은 본 발명의 조성물이 그러한 시스템의 냉장 응용에서 R-410A에 대한 냉각 효율 및 용량의 근접한 매칭을 갖고 또한 바람직하게는 과도하게 높지 않은 글라이드(glide)를 갖는 단지 약간 가연성인(즉, ANSI/ASHRAE 34-2019, Designation and Safety Classification of Refrigerants에 따른 2L 부류를 갖는) 비독성 유체인, R-410A에 대한 150 이하의 GWP 대안물 및/또는 대체물에 대한 필요성을 예외적이고 예상치 못한 방식으로 만족하는 것을 알아내었다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "150 이하의 GWP"는 (이후에 설명되는 바와 같이 측정되는) GWP가 150 이하인 냉매를 지칭하기 위해 편의상 사용된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
3.0 중량% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 1로 지칭된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
18.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 72.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
6.0 중량% 내지 9.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 3으로 지칭된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
약 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
약 70.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
약 8.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 4로 지칭된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% + 0.5/- 2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
69.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
9.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 5로 지칭된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% + 0.5/- 2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
70.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
8.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 6으로 지칭된다.
본 발명은 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% + 0.5/- 2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
71.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
7.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 7로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
3.0 중량% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 8로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
18.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 72.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
6.0 중량% 내지 9.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 9로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
약 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
약 70.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
약 8.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 10으로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
69.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
9.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 11로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
70.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
8.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 12로 지칭된다.
본 발명은 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
71.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
7.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 13으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
3.0 중량% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 14로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
18.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 72.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
6.0 중량% 내지 9.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 15로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
약 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
약 70.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
약 8.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 16으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
69.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
9.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 17로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
70.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
8.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 18로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
71.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
7.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 19로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
3.0 중량% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 20으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
18.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
68.5 중량% 내지 72.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
6.0 중량% 내지 9.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 21로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
약 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
약 70.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
약 8.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 22로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물의 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
69.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
9.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 23으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
70.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
8.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 24로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매에 관한 것이며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
71.5 중량% +/- 2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
7.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161). 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 25로 지칭된다.
도 1은 공조, 저온 냉장 및 중온 냉장에 유용한 예시적인 열 전달 시스템의 개략도이다.
도 2는 저온 및 중온 냉장에 유용하며 증기 주입기를 포함하는 예시적인 열 전달 시스템의 개략도이다.
도 3은 저온 및 중온 냉장에 유용하며 액체 주입기를 포함하는 예시적인 열 전달 시스템의 개략도이다.
도 4는 저온 및 중온 냉장에 유용하며 흡입 라인/액체 라인 열 교환기를 포함하는 예시적인 열 전달 시스템의 개략도이다.
도 5는 저온 및 중온 냉장에 유용하며 증기 주입기 및 오일 분리기를 포함하는 예시적인 열 전달 시스템의 개략도이다.
정의:
본 발명의 목적상, 중량 퍼센트로 표현되는 양과 관련하여 용어 "약"은 성분의 양이 ±2 중량%의 양만큼 달라질 수 있음을 의미한다.
본 발명의 목적상, 섭씨(℃) 단위의 온도와 관련하여 용어 "약"은 언급된 온도가 ±5℃의 양만큼 달라질 수 있음을 의미한다.
용어 "용량"은 냉장 시스템에서 냉매에 의해 제공되는 냉각의 양(BTU/hr 단위)이다. 이는 증발기를 통과할 때의 냉매의 엔탈피 변화(BTU/lb 단위)를 냉매의 질량 유량과 곱함으로써 실험적으로 결정된다. 엔탈피는 냉매의 압력 및 온도의 측정으로부터 결정될 수 있다. 냉장 시스템의 용량은 냉각될 영역을 특정 온도로 유지하는 능력에 관한 것이다. 냉매의 용량은 냉매가 제공하는 냉각 또는 가열의 양을 나타내며, 냉매의 주어진 체적 유량에 대한 다량의 열을 펌핑하는 압축기의 능력의 일부 척도를 제공한다. 다시 말해, 특정 압축기를 고려할 때, 더 높은 용량을 갖는 냉매는 더 큰 냉각력 또는 가열력을 제공할 것이다.
어구 "성능 계수"(coefficient of performance)(이하, "COP")는 냉매의 증발 또는 응축을 수반하는 특정 가열 또는 냉각 사이클에서 냉매의 상대적 열역학적 효율을 나타내는 데 특히 유용한, 냉매 성능의 보편적으로 인정되는 척도이다. 냉장 공학에서, 이 용어는 증기를 압축하는 데 있어서 압축기에 의해 가해지는 에너지에 대한 유용한 냉장 또는 냉각 용량의 비를 나타내며, 따라서 열 전달 유체, 예를 들어 냉매의 주어진 체적 유량에 대한 다량의 열을 펌핑하는 주어진 압축기의 능력을 나타낸다. 다시 말해, 특정 압축기를 고려할 때, 더 높은 COP를 갖는 냉매는 더 큰 냉각력 또는 가열력을 제공할 것이다. 특정 작동 조건에서의 냉매의 COP를 추정하는 한 가지 수단은 표준 냉장 사이클 분석 기술을 사용한 냉매의 열역학적 특성에 의한 것이다(예를 들어, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 문헌[R.C. Downing, FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK, Chapter 3, Prentice-Hall, 1988] 참조).
어구 "배출 온도"는 압축기의 출구에서의 냉매의 온도를 지칭한다. 낮은 배출 온도의 이점은, 바람직하게는 압축기 구성요소를 보호하도록 설계된 시스템의 열 보호 측면의 활성화 없이 기존의 장비를 사용할 수 있으며, 배출 온도를 감소시키기 위해 액체 주입과 같은 비용이 많이 드는 제어를 사용하지 않는다는 점이다.
어구 "지구 온난화 지수"(이하, "GWP")는 상이한 가스들의 지구 온난화 영향의 비교를 가능하게 하기 위해 개발되었다. 구체적으로, 이는 1 톤의 이산화탄소의 배출량(emission)에 비해, 주어진 기간에 걸쳐 1 톤의 소정 가스의 배출량이 얼마나 많은 에너지를 흡수하는지의 척도이다. GWP가 클수록, CO2에 비하여 주어진 가스가 그 기간에 걸쳐 지구를 더 많이 온난화한다. GWP에 보통 사용되는 기간은 100년이다. GWP는 분석자들이 상이한 가스들의 배출량 산정치(emission estimate)들을 합산할 수 있게 하는 공통의 척도를 제공한다. http://www.protocolodemontreal.org.br/site/images/publicacoes/setor_manufatura_equipamentos_refrigeracao_arcondicionado/Como_calcular_el_Potencial_de_Calentamiento_Atmosferico_en_las_mezclas_de_refrigerantes.pdf를 참조한다.
용어 "작업 노출 한계"(Occupational Exposure Limit, OEL)는 ASHRAE 표준 34-2016 냉매의 지정 및 안전성 분류에 따라 결정된다.
용어 "질량 유량"은 단위 시간당 도관을 통과하는 냉매의 질량이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "대체"는, 다른 냉매와 함께 사용하기 위해 설계되었거나, 또는 보통 다른 냉매와 함께 사용되거나, 또는 다른 냉매와 함께 사용하기에 적합한 열 전달 시스템에서 본 발명의 조성물을 사용하는 것을 의미한다. 예로서, 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물이 R-404A와 함께 사용하기 위해 설계된 열 전달 시스템에서 사용될 때, 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 상기 시스템에서 R-404A를 대체한다. 따라서, 용어 "대체"는, R-404A와 함께 사용하기 위해 설계된, 또는 보통 R-404A와 함께 사용되는, 또는 R-404A와 함께 사용하기에 적합한 새로운 시스템 및 기존의 시스템 둘 모두에서 본 발명의 냉매 및 열 전달 조성물을 사용하는 것을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 어구 "열역학적 글라이드"(thermodynamic glide)는 일정한 압력에서 증발기 또는 응축기에서의 상변화 과정 동안 온도가 변하는 제오트로픽(zeotropic) 냉매 혼합물에 적용된다.
용어 "저온 냉장 시스템"은 약 20℃ 내지 약 60℃의 응축 온도 및 약 -45℃ 내지 -12℃의 증발 온도로 작동하는 열 전달 시스템을 지칭한다.
용어 "중온 냉장 시스템"은 약 20℃ 내지 약 60℃의 응축 온도 및 -12℃ 내지 약 0℃의 증발 온도로 작동하는 열 전달 시스템을 지칭한다.
용어 "중온 냉장 시스템"은 약 20℃ 내지 약 60℃의 응축 온도 및 -12℃ 내지 약 0℃의 증발 온도로 작동하는 열 전달 시스템을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "주거용 공조"는 약 20℃ 내지 약 70℃의 응축 온도 및 약 0℃ 내지 약 20℃의 증발 온도로 작동하는 공조(냉방 또는 난방)를 위한 열 전달 시스템을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "주거용 공기-물 히트 펌프(residential air-to-water heat pump)"는, 실외 공기로부터 열을 주택 내의 물(이러한 물은 주택 내의 공기를 조화하는 데 사용됨)로 전달하고 약 20℃ 내지 약 70℃의 응축 온도 및 약 -20℃ 내지 약 3℃의 증발 온도로 작동하는 열 전달 시스템을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "공랭식 냉각기"는 (전형적으로 건물의 내부를 냉각 또는 가열하는 데 사용되는) 공정수로 또는 그로부터 열을 전달하고 주위 공기로부터의 열을 방출하거나 흡수하며 약 20℃ 내지 약 70℃의 응축 온도 및 약 0℃ 내지 약 10℃의 증발 온도로 작동하는 열 전달 시스템을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "슈퍼마켓 냉장"은 제품 진열 케이스 및 저장 냉장고 둘 모두에서 냉장 또는 냉동 식품을 유지하는 데 사용되는 상업용 냉장 시스템을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "운송 냉장"은 트럭, 트레일러, 밴(van), 복합운송(intermodal) 컨테이너 및 박스에 의한 냉장 또는 냉동 제품의 운송에 사용되는 냉장 시스템을 지칭한다. 이 용어는 또한 약 100 총톤(gross ton, GT) 초과(약 24 m 초과의 길이)의 상선, 해군 군함, 어선에서의 냉장 및 공조의 사용을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "HFO-1234yf" 및 "R-1234yf"는 각각 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "HFC-32" 및 "R-32"는 각각 다이플루오로메탄을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "HFC-161" 및 "R-161"은 각각 플루오로에탄을 의미한다.
용어 "R-410A"는 50 중량%의 R-32와 50 중량%의 R-125로 이루어진 냉매들의 블렌드를 의미한다.
용어 "R-410B"는 45 중량%의 R-32와 55 중량%의 R-125로 이루어진 냉매들의 블렌드를 의미한다.
용어 "R-410"는 R-410A 또는 R-410B를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "R-454B"는 68.9 중량%의 R-32와 31.1 중량%의 R-1234yf의 블렌드를 포함하는 냉매를 의미한다.
정의된 항목들의 그룹에 대한 본 명세서에서의 언급은, 접미사 명칭을 갖는 모든 그러한 항목을 포함한, 모든 그러한 정의된 항목을 포함한다.
냉매 및 열 전달 조성물
본 출원인은 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매가 열 전달 특성, 낮은 독성 또는 무독성, 약간의 가연성, 거의 0인 오존 파괴 지수("ODP"), 및 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 포함한 윤활제 상용성을 포함한 예외적으로 유리한 특성을 제공할 수 있다는 것을 알아내었다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매들의 특정 이점은 이들이 약한 가연성이라는 점이다. 당업자는, 냉매의 가연성이 소정의 중요한 열 전달 응용에서 고려되는 것으로 주어진 특징일 수 있다는 것, 및 2L로 분류되는 냉매가 가연성인 것으로 간주되는 냉매에 비해 흔히 이점이 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 우수한 열 전달 특성, 낮은 독성 또는 무독성, 거의 0인 ODP, 및 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 포함한 윤활제 상용성을 갖는, 그리고 사용 시 비가연성을 유지하는, 410A의 대체물로서 사용될 수 있는 냉매 조성물을 제공하는 것이 본 기술분야에서 바람직하다. 이러한 바람직한 이점은 본 발명의 냉매에 의해 달성될 수 있다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매의 다른 특정 이점은, 특히 R-410A 시스템의 경우, 개장 응용에서 우수한 성능의 예상치 못한 이점을 제공하는, 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동 공조 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동 공조, 및 이동 히트 펌프에서의 R-410A의 용량 및 COP에 대해 우수한 매칭을 나타내는 것이다.
본 출원인은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 조성물이, 특히 낮은 GWP를 비롯한 특성들의 달성하기 어려운 조합을 달성할 수 있음을 알아내었다. 따라서, 본 발명의 조성물은 GWP가 150 이하이고, 바람직하게는 147 이하이다.
또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 조성물은 낮은 ODP를 갖는다. 따라서, 본 발명의 조성물은 ODP가 0.05 이하, 바람직하게는 0.02 이하, 더욱 바람직하게는 약 0이다.
또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 조성물은 허용가능한 독성을 나타내며, 바람직하게는 OEL이 약 400 초과이다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, OEL이 약 400 초과인 불연성 냉매가 유리한데, 그 이유는 냉매가 ASHRAE 표준 34의 바람직한 클래스 A로 분류되기 때문이다.
본 출원인은, 본 명세서에 기재된 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 열 전달 조성물을 포함한, 본 발명의 열 전달 조성물이, 열 전달 특성, 사용 조건 하에서 화학적 안정성, 낮은 독성 또는 무독성, 비가연성, 거의 0인 오존 파괴 지수("ODP"), 및 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 포함한 윤활제 상용성뿐만 아니라, 150 이하의 GWP를 포함하는 예외적으로 유리한 특성을, 특히 종래의 R-410A 시스템을 포함한, 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 R-410A에 대한 대체물로서, 제공할 수 있다는 것을 알아내었다.
열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 임의의 냉매로 본질적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 임의의 냉매로 이루어질 수 있다.
본 발명의 열 전달 조성물은 조성물에 소정 기능성을 향상 또는 제공하기 위한 목적으로 다른 성분을 포함할 수 있다. 그러한 다른 성분은 윤활제, 염료, 가용화제, 상용화제, 안정제, 산화방지제, 부식 억제제, 극압 첨가제 및 마모 방지 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
윤활제
본 발명의 열 전달 조성물은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 냉매, 및 윤활제를 특히 포함한다. 본 출원인은 윤활제, 및 특히 POE 및/또는 PVE 윤활제 및 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 열 전달 조성물을 포함한, 본 발명의 열 전달 조성물이, 냉매에 관하여 본 명세서에서 확인된 유리한 특성에 더하여, 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 포함하는, 우수한 냉매/윤활제 상용성을 포함한 예외적으로 유리한 특성을, 특히, 트럭 및 버스의 공조 및 냉각기 시스템을 포함한 그러한 시스템에서의 R-410에 대한 대체물로서, 제공할 수 있다는 것을 알아내었다.
본 발명의 열 전달 조성물은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 냉매, 및 윤활제를 특히 포함한다. 본 출원인은 윤활제, 및 특히 PAG 윤활제 및 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 열 전달 조성물을 포함한, 본 발명의 열 전달 조성물이, 냉매에 관하여 본 명세서에서 확인된 유리한 특성에 더하여, 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장, 저온 냉장, 이동식 공조, 및 이동식 히트 펌프에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 PAG 윤활제와의 혼화성을 포함하는, 우수한 냉매/윤활제 상용성을 포함한 예외적으로 유리한 특성을, 특히, 자동차, 트럭 및 버스의 공조 및 냉각기 시스템을 포함한 그러한 시스템에서의 대체물 R-1234yf로서, 제공할 수 있다는 것을 알아내었다.
일반적으로, 윤활제를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은, 열 전달 조성물의 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 윤활제를 포함한다.
일반적으로 사용되는 냉매 윤활제, 예를 들어, 냉장 기계류에 사용되는 폴리올 에스테르(POE), 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 실리콘 오일, 광유, 알킬벤젠(AB), 폴리비닐 에테르(PVE), 폴리에테르(PE) 및 폴리(알파-올레핀)(PAO)이 본 발명의 냉매 조성물과 함께 사용될 수 있다.
바람직하게는, 윤활제는 PAG, POE, 및 PVE로부터 선택된다.
바람직하게는, 윤활제는 POE이다.
바람직하게는, 윤활제는 PVE이다.
바람직하게는, 윤활제는 PAG이다.
일반적으로, POE 윤활제를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은, 열 전달 조성물의 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 POE 윤활제를 포함한다.
본 발명의 열 전달 조성물에 사용하기에 바람직한 구매가능한 POE에는 에머리(Emery) 2917(등록 상표) 및 해트콜(Hatcol) 2370(등록 상표)으로 입수가능한 네오펜틸 글리콜 다이펠라르고네이트 및 시피아이 플루이드 엔지니어링(CPI Fluid Engineering)에 의해 상표명 엠카레이트(Emkarate) RL32-3MAF 및 엠카레이트 RL68H로 판매되는 것들을 포함하는 펜타에리트리톨 유도체가 포함된다. 엠카레이트 RL32-3MAF 및 엠카레이트 RL68H는 하기의 확인된 특성을 갖는 바람직한 POE 윤활제이다:
일반적으로, PVE 윤활제를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은, 열 전달 조성물의 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 PVE 윤활제를 포함한다.
본 발명의 열 전달 조성물에 사용하기에 바람직한 구매가능한 폴리비닐 에테르에는 이데미츠(Idemitsu)로부터 상표명 FVC32D 및 FVC68D로 판매되는 윤활제가 포함된다.
구매가능한 PAG 윤활제가 본 발명의 열 전달 조성물에 사용하기에 바람직하고, 상표명 니폰-덴소(Nippon-Denso) ND oil-8, ND oil-12; 이데미츠 PS-D1; 산덴(Sanden) SP-10으로 판매되는 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 1 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 2 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 3 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 4 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 5 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 6 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 7 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 8 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 9 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 10 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 11 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 12 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 13 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 14 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 15 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 16 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 17 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 18 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 19 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 20 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 21 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 22 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 23 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 24 및 POE 윤활제를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 25 및 POE 윤활제를 포함한다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어진 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 1로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 1 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 2 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 3 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 4 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 5 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 6 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 7 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 8 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 9 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 10 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 11 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 12 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 13 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 14 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 15 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 16 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 17 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 18 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 19 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 20 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 21 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 22 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 23 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 24 및 윤활제 1을 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 25 및 윤활제 1을 포함한다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어지며 열 전달 조성물의 중량을 기준으로 약 0.1% 내지 약 1%의 양으로 존재하는 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 2로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 1 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 2 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 3 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 4 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 5 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 6 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 7 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 8 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 9 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 10 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 11 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 12 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 13 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 14 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 15 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 16 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 17 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 18 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 19 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 20 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 21 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 22 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 23 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 24 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 25 및 윤활제 2를 포함한다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 및 약 0.1% 내지 약 5%, 또는 약 0.1% 내지 약 1%, 또는 0.1% 내지 약 0.5%의 윤활제를 포함하며, 상기 백분율은 열 전달 조성물 내의 윤활제의 중량을 기준으로 한다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 및 약 0.1% 내지 약 5%, 또는 약 0.1% 내지 약 1%, 또는 0.1% 내지 약 0.5%의 POE 윤활제를 포함하며, 상기 백분율은 열 전달 조성물 내의 윤활제의 중량을 기준으로 한다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 및 약 0.1% 내지 약 5%, 또는 약 0.1% 내지 약 1%의 윤활제 1을 포함하며, 상기 백분율은 열 전달 조성물 내의 윤활제의 중량을 기준으로 한다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어지며 열 전달 조성물의 중량을 기준으로 약 0.1% 내지 약 0.5%의 양으로 존재하는 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 3으로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 및 윤활제 3을 포함한다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어지며 열 전달 조성물의 중량을 기준으로 약 0.1% 내지 약 0.5%의 양으로 존재하는 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 4로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 및 윤활제 4를 포함한다.
본 명세서에 언급되지 않은 다른 첨가제가 또한 본 발명의 신규한 그리고 기본적인 특징으로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 포함된 교시를 고려하여 당업자에 의해 포함될 수 있다.
개시 내용이 전체적으로 참고로 포함된 미국 특허 제6,516,837호에 개시된 바와 같이, 오일 용해성에 도움을 주기 위해 계면활성제와 가용화제의 조합이 또한 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있다.
방법, 용도 및 시스템
본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 및 열 전달 조성물은, (내연 기관, 전력 공급원 및 하이브리드 공급원을 갖는 이러한 차량의 시스템을 포함하여, 자동차, 버스, 열차 및 비행기에서의 공조를 포함한) 이동식 공조; (특히 주거용 공조, 및 특히 덕트 분리형(ducted split) 또는 무덕트 분리형(ductless split) 또는 휴대용 공조 시스템을 포함한) 주거용 공조를 포함한 고정식 공조; (냉각기 시스템을 포함한) 산업용 공조; (특히 냉각기 시스템, 패키지형 옥상 유닛(packaged rooftop unit) 및 가변 냉매 유동(VRF) 시스템을 포함한) 상업용 공조 시스템을 포함한, 공조 응용에서 사용하기 위해 제공된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 및 열 전달 조성물은 (전기 및 하이브리드 차량 히트 펌프를 포함한) 이동식 히트 펌프; (공기 주거용 공기-물 히트 펌프/순환수식 시스템을 포함한) 주거용 히트 펌프; 및 상업용 공기열원, 수열원 또는 지열원 히트 펌프 시스템을 포함한 히트 펌프에서의 사용을 위해 제공된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 및 열 전달 조성물은 특히 용적식 냉각기, 공랭식 또는 수냉식 직접 팽창식 냉각기(이는 모듈식으로 또는 통상적으로 단독으로 패키징될 수 있음)를 포함하는 냉각기에서 사용하기 위해 제공된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 및 열 전달 조성물은 저온 상업용 냉장 시스템(저온 슈퍼마켓 냉장 시스템을 포함함) 및 저온 운송 시스템을 포함하는 저온 냉장 시스템을 포함하는 열 전달 응용에 사용하기 위해 제공된다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 냉매 및 열 전달 조성물은 중온 상업용 냉장 시스템(중온 슈퍼마켓 냉장 시스템 및 중온 운송 시스템을 포함함)을 포함하는 중온 냉장 시스템에 사용하기 위해 제공된다.
본 발명의 조성물은 R-410A 냉매와 함께 사용하기에 적합한 시스템, 예를 들어 새로운 열 전달 시스템 및 기존의 열 전달 시스템에서 이용될 수 있다.
본 발명의 열 전달 조성물에 대한 임의의 언급은 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 및 임의의 열 전달 조성물을 지칭한다. 따라서, 본 발명의 조성물의 용도 또는 응용에 대한 상기 또는 하기의 논의를 위해, 열 전달 조성물은 본 명세서에서 논의된 윤활제와 조합하여 본 명세서에 기재된 임의의 냉매를 포함하거나 이로 본질적으로 이루어지거나 이로 이루어질 수 있으며, 이에는 (i) 각각의 냉매 1 내지 냉매 25; (ii) 각각의 냉매 1 내지 냉매 25와 임의의 첨가제의 임의의 조합; (iii) 각각의 냉매 1 내지 냉매 25와, POE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함한, 임의의 윤활제의 임의의 조합; 및 (iv) 각각의 냉매 1 내지 냉매 25와 PAG 윤활제의 임의의 조합이 포함된다.
시스템 내에 압축기 및 압축기를 위한 윤활제를 포함하는 본 발명의 열 전달 시스템의 경우, 시스템은 시스템 내의 윤활제 로딩량이 약 5 중량% 내지 60 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 60 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 50 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 또는 약 20 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 30 중량% 내지 약 50 중량%, 또는 약 30 중량% 내지 약 40 중량%가 되도록 하는 냉매 및 윤활제의 로딩을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "윤활제 로딩량"은 시스템 내에 포함된 윤활제와 냉매의 총계에 대한 백분율로서의 시스템 내에 포함된 윤활제의 총 중량을 지칭한다. 그러한 시스템은 또한 열 전달 조성물의 약 5 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 8 중량%의 윤활제 로딩량을 포함할 수 있다.
예시적인 열 전달 시스템
하기에 상세히 기재되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 시스템은 압축기, 응축기, 팽창 장치 및 증발기를 포함하며, 이들 모두는 열 전달 조성물의 냉매 및 관련 성분이 공지된 방식으로 시스템을 통해 유동하여 냉장 사이클을 완료할 수 있도록 배관, 밸브 및 제어 시스템을 사용하여 유체 연통되게 연결된다. 그러한 기본 시스템의 예시적인 개략도가 도 1에 예시되어 있다. 특히, 도 1에 개략적으로 예시된 시스템은 압축된 냉매 증기를 응축기(20)에 제공하는 압축기(10)를 도시한다. 압축된 냉매 증기는 응축되어 액체 냉매를 생성하며, 이어서 이는 감소된 온도 압력에서 냉매를 생성하는 팽창 장치(40)로 향하고, 이어서 이는 결국 증발기(50)에 제공된다. 증발기(50)에서, 액체 냉매는 냉각되는 본체 또는 유체로부터의 열을 흡수하여 냉매 증기를 생성하고, 이는 이어서 압축기의 흡인 라인에 제공된다.
도 2에 예시된 냉장 시스템은 열 교환기(30) 및 바이패스 팽창 밸브(25)를 포함하는 증기 주입 시스템을 포함하는 점을 제외하고는, 도 1과 관련하여 전술된 바와 동일하다. 바이패스 팽창 장치(25)는 장치를 통해 응축기 출구에서 냉매 유동의 일부분을 우회시켜서, 액체 냉매를 감압에서 열 교환기(30)에, 그리고 그에 따라 더 낮은 온도에서 열 교환기(30)에 제공한다. 이어서, 이러한 비교적 차가운 액체 냉매는 응축기로부터의 나머지의 비교적 높은 온도의 액체와 열을 교환한다. 이러한 작동은 주 팽창 장치(40) 및 증발기(50)에 과냉 액체를 제공하고, 비교적 차가운 냉매 증기를 압축기(10)로 복귀시킨다. 이러한 방식으로, 냉각된 냉매 증기를 압축기의 흡입 측으로 주입하는 것은 압축기 배출 온도를 허용가능한 한도로 유지하는 역할을 하며, 이는 높은 압축비를 이용하는 저온 시스템에서 특히 유리할 수 있다.
도 3에 예시된 냉장 시스템은 바이패스 밸브(26)를 포함하는 액체 주입 시스템을 포함하는 점을 제외하고는, 도 1과 관련하여 전술된 바와 동일하다. 바이패스 밸브(26)는 응축기를 빠져나가는 액체 냉매의 일부분을 압축기로, 바람직하게는 압축기(10) 내의 액체 주입 포트로 우회시킨다. 이러한 방식으로, 액체 냉매를 압축기의 흡입 측으로 주입하는 것은 압축기 배출 온도를 허용가능한 한도로 유지하는 역할을 하며, 이는 높은 압축비를 이용하는 저온 시스템에서 특히 유리할 수 있다.
도 4에 예시된 냉장 시스템은 액체 라인/흡입 라인 열 교환기(35)를 포함하는 점을 제외하고는, 도 1과 관련하여 전술된 바와 동일하다. 밸브(25)는 응축기 출구로부터 액체 라인/흡입 라인 열 교환기로의 냉매 유동의 일부분 및 선택적으로는 전부를 우회시키며, 여기서 열은 액체 냉매로부터 냉매 증기로 전달되어 증발기(50)를 떠나고, 열 교환기(35)를 떠나는 추가의 냉각된 액체 냉매는 팽창 장치(40) 및 증발기(50)로 지향된다.
도 5에 예시된 냉장 시스템은 압축기(10)의 출구에 연결된 오일 분리기(60)를 포함하는 점을 제외하고는, 도 1과 관련하여 전술된 바와 동일하다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 약간의 양의 압축기 윤활제가 전형적으로 압축기 배출 냉매 증기 내로 옮겨갈 것이고, 냉매 증기로부터 윤활제 액체를 분리하기 위한 수단을 제공하기 위해 오일 분리기가 포함되며, 윤활제 오일 함량이 감소된 생성된 냉매 증기는 응축기 입구로 진행하고, 액체 윤활제는 이어서 압축기를 윤활시키는 데 사용하기 위해 윤활제 저장소(reservoir), 예를 들어 윤활제 수용기(receiver)로 복귀된다. 바람직한 실시 형태에서, 오일 분리기는, 바람직하게는 필터 또는 고체 코어의 형태의, 본 명세서에 기재된 격리(sequestration) 재료를 포함한다.
도 2 내지 도 5의 각각에 개별적으로 도시된 상이한 장비/구성 옵션들이 임의의 응용에 유리한 것으로 여겨지는 바와 같이 조합되어 함께 사용될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.
주거용 공조 시스템
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 및 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제, 및 각각의 격리 재료 1 내지 격리 재료 6을 포함하는 격리 재료를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제, 및 각각의 안정제 1 내지 안정제 17을 포함하는 안정제를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매, 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제, 각각의 안정제 1 내지 안정제 17을 포함하는 안정제, 각각의 격리 재료 1 내지 격리 재료 6을 포함하는 격리 재료를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1, POE 윤활제, 및 각각의 안정제 1 내지 안정제 17을 포함하는 안정제를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1, POE 윤활제, 안정제 1, 및 격리 재료 1 내지 격리 재료 6으로부터 선택되는 격리 재료를 포함하는 주거용 공조 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 -20oC 내지 약 20oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 0oC 내지 약 20oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는, 냉방 모드로 작동하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 0oC 내지 약 10oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는, 냉방 모드로 작동하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 7oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는, 냉방 모드로 작동하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 -20oC 내지 약 3oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는, 난방 모드로 작동하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 압축기, 약 0.5oC의 증발기 작동 온도를 갖는 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 냉매 1 내지 냉매 25 중 임의의 냉매, POE 윤활제 및 안정제 1 내지 안정제 17 중 임의의 안정제를 포함하는, 난방 모드로 작동하는 주거용 공조 냉장 시스템을 포함한다.
냉방 모드로 작동하는 본 명세서에 기재된 주거용 공조 시스템의 각각에 대해, 응축기는 바람직하게는 약 40℃ 내지 약 70℃ 범위의 응축 온도로 작동한다.
난방 모드로 작동하는 본 명세서에 기재된 주거용 공조 시스템의 각각에 대해, 응축기는 바람직하게는 약 35℃ 내지 약 50℃ 범위의 응축 온도로 작동한다.
냉방 모드로 작동하는 본 명세서에 기재된 주거용 공조 시스템의 각각에 대해, 시스템은 바람직하게는 여름에 차가운 공기(상기 공기는 온도가 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 17℃, 특히 약 12℃임)를 건물에 제공한다.
난방 모드로 작동하는, 즉 히트 펌프로서의, 본 명세서에 기재된 주거용 공조 시스템의 각각에 대해, 시스템은 바람직하게는 겨울에 따뜻한 공기(공급되는 따뜻한 공기는 온도가 예를 들어, 약 18℃ 내지 약 24℃, 특히 약 21℃임)를 건물에 제공한다. 이는 보통 냉방 모드에서 작동하는 주거용 공조 시스템과 동일한 시스템이지만, 히트 펌프 모드에서 작동하는 동안 냉매 유동이 역전되며 실내 코일은 응축기가 되고 실외 코일은 증발기가 된다.
공랭식 냉각기 시스템
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 및 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제를 포함하는 공랭식 냉각기 시스템을 포함한다.
상업용 공조 시스템에서 작동하는 것을 비롯하여, 본 명세서에 기재된 냉각기 시스템의 각각에 대해, 냉각기는 바람직하게는 사무실 및 병원 등과 같은 대형 건물에 (바람직하게는 예를 들어 약 5℃ 내지 약 10℃, 특히 약 7℃의 온도의) 냉각된 물을 제공한다. 응용에 따라, 냉각기 시스템은 일년 내내 가동 중일 수 있다. 냉각기 시스템은 공랭식 또는 수냉식일 수 있다. 공랭식 시스템에서, 응축기는 주위 공기와 열을 교환한다(즉, 그로 열을 방출한다). 수냉식 시스템에서, 응축기는 예를 들어, 냉각탑 또는 호수, 바다 및 다른 천연 자원으로부터의 물과 열을 교환한다(즉, 그로 열을 방출한다).
본 명세서에 기재된 냉각기 시스템의 각각에 대해, 응축기는 바람직하게는 약 40℃ 내지 약 70℃ 범위의 응축 온도로 작동한다.
주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 및 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제를 포함하는 주거용 공기-물 히트 펌프를 포함한다.
본 명세서에 기재된 주거용 공기-물 히트 펌프의 각각에 대해, 시스템은 바람직하게는 겨울에 바닥 난방 또는 유사한 응용을 위해 건물에 뜨거운 물(물은 온도가 바람직하게는 예를 들어 약 50℃ 또는 약 55℃임)을 제공한다.
본 명세서에 기재된 주거용 공기-물 히트 펌프의 각각에 대해, 응축기는 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 90℃ 범위의 응축 온도로 작동한다.
저온 시스템
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 및 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제를 포함하는 저온 열 전달 시스템을 포함한다.
중온 시스템
본 발명에 따른 열 전달 시스템은, 서로 유체 연통하는 압축기, 증발기, 응축기 및 팽창 장치, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매 및 각각의 POE 윤활제, PVE 윤활제 및 윤활제 1 내지 윤활제 3을 포함하는 윤활제를 포함하는 중온 열 전달 시스템을 포함한다.
냉각 방법
본 발명은 냉각을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 냉각될 본체 또는 물품 또는 유체의 부근에서 약 -40℃ 내지 약 +10℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 20℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
특정 냉각 방법이 하기에 더욱 상세하게 기재되어 있다.
주거용 공조
본 발명은 냉방 모드에서 주거용 공조를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 0℃ 내지 약 10℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 냉방 모드에서 주거용 공조를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 0℃ 내지 약 10℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 약 10℃ 내지 약 17℃의 온도의 냉매 증기 및 냉각된 공기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
냉각기
본 발명은 냉방 모드에서 공조를 제공하기 위한 냉각된 물을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 0℃ 내지 약 10℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
저온 냉각 방법
본 발명은 또한 열을 전달하기 위한 저온 냉장 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -40℃ 내지 약 -12℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 20℃ 내지 약 60℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
중온 냉각 방법
본 발명은 또한 열을 전달하기 위한 중온 냉장 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) -12℃ 내지 약 0℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 20℃ 내지 약 60℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
가열 방법
본 발명은 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -30℃ 내지 약 +5℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 가열될 본체 또는 물품 또는 유체의 부근에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜(상기 응축은 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 일어남) 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
특정 가열 방법이 하기에 더욱 상세하게 기재되어 있다.
주거용 공조
본 발명은 난방 모드에서 주거용 공조를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -20℃ 내지 약 3℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 난방 모드에서 주거용 공조를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 0.5℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 40℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 약 18℃ 내지 약 24℃의 온도의 냉매 증기 및 가열된 공기를 생성하는 단계를 포함한다.
주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템
본 발명은 주거용 공기-물 히트 펌프에서 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -30℃ 내지 약 5℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 50℃ 내지 약 90℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 주거용 공기-물 히트 펌프에서 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -20℃ 내지 약 3℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 50℃ 내지 약 90℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 주거용 공기-물 히트 펌프에서 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은
(a) 약 -30℃ 내지 약 5℃의 온도에서 본 발명에 따른 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 135℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 50℃ 내지 약 90℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기 및 약 50℃ 내지 약 55℃의 온도의 가열된 물을 생성하는 단계를 포함한다.
용도
주거용 공조
본 발명은 냉매 1을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 2를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 3을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 4를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 5를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 6을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 7을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 8을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 9를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 10을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 11을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 12를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 13을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 14를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 15를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 16을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 17을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 18을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 19를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 20을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 21을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 22를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 23을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 24를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 25를 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
냉각기
본 발명은 냉매 1을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 2를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 3을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 4를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 5를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 6을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 7을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 8을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 9를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 10을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 11을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 12를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 13을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 14를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 15를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 16을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 17을 포함하는 열 전달 조성물의 주거용 공조에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 18을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 19를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 20을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 21을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 21을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 22를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 23을 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 24를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은 냉매 25를 포함하는 열 전달 조성물의 냉각기에서의 용도를 포함한다.
저온 냉장
본 발명은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 임의의 냉매를 포함하는 열 전달 조성물의 저온 냉장 시스템에서의 용도를 포함한다.
중온 냉장
본 발명은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 임의의 냉매를 포함하는 열 전달 조성물의 중온 냉장 시스템에서의 용도를 포함한다.
개장 및 대체
따라서, 본 발명의 열 전달 조성물 및 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25 그리고 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)는 개장 냉매/열 전달 조성물로서 또는 대체 냉매/열 전달 조성물로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 R-410 냉매를 위해 설계되고 R-410A 냉매를 포함하는 기존의 열 전달 시스템을, 기존의 시스템의 실질적인 공학적 변경이 필요 없이, 특히 응축기, 증발기 및/또는 팽창 밸브의 변경 없이 개장하는 방법을 포함한다.
따라서, 본 발명은 R-410A 냉매를 위해 설계되고 R-410A 냉매를 포함하는 기존의 열 전달 시스템을, 기존의 시스템의 실질적인 공학적 변경이 필요 없이, 특히 응축기, 증발기 및/또는 팽창 밸브의 변경 없이 개장하는 방법을 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을, 기존의 시스템의 실질적인 공학적 변경이 필요 없이, 특히 응축기, 증발기 및/또는 팽창 밸브의 변경 없이, R-410A에 대한 개장물로서, 특히 저온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 개장물로서 사용하는 방법을 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을, 기존의 시스템의 실질적인 공학적 변경이 필요 없이, 특히 응축기, 증발기 및/또는 팽창 밸브의 변경 없이, 중온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서 사용하는 방법을 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 저온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을 사용하는 방법을 또한 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 중온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을 사용하는 방법을 또한 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 R-410AA에 대한 대체물로서, 특히 저온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을 사용하는 방법을 또한 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 R-410A에 대한 대체물로서, 특히 중온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물(각각의 냉매 1 내지 냉매 25, 및 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)을 사용하는 방법을 또한 포함한다.
시스템, 방법 및 용도를 위한 장비
본 발명의 목적상, 보통 사용되는 압축기의 예에는 왕복 압축기, 회전 압축기(롤링 피스톤(rolling piston) 및 회전식 베인(vane)을 포함함), 스크롤 압축기, 스크루 압축기, 및 원심 압축기가 포함된다. 따라서, 본 발명은 왕복 압축기, 회전 압축기(롤링 피스톤 및 회전식 베인을 포함함), 스크롤 압축기, 스크루 압축기, 또는 원심 압축기를 포함하는 열 전달 시스템에 사용하기 위한, 본 명세서에 기재된 바와 같은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 냉매 및/또는 냉매 1 내지 냉매 25 중 어느 하나를 함유하는 것들을 포함하는 열 전달 조성물의 각각의 및 임의의 것을 제공한다.
본 발명의 목적상, 보통 사용되는 팽창 장치의 예에는 모세관, 고정 오리피스, 열 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브가 포함된다. 따라서, 본 발명은 모세관, 고정 오리피스, 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 포함하는 열 전달 시스템에 사용하기 위한, 본 명세서에 기재된 바와 같은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 냉매 및/또는 냉매 1 내지 냉매 25 중 어느 하나를 함유하는 것들을 포함하는 열 전달 조성물의 각각의 및 임의의 것을 제공한다.
본 발명의 목적상, 증발기 및 응축기는 각각 독립적으로 핀형 튜브(finned tube) 열 교환기, 미세채널(microchannel) 열 교환기, 쉘-앤드-튜브(shell and tube), 플레이트 열 교환기, 및 튜브-인-튜브(tube-in-tube) 열 교환기로부터 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 증발기 및 응축기가 함께 핀형 튜브 열 교환기, 미세채널 열 교환기, 쉘-앤드-튜브, 플레이트 열 교환기, 또는 튜브-인-튜브 열 교환기를 형성하는 열 전달 시스템에서 사용하기 위한 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 및 임의의 냉매 및/또는 열 전달 조성물을 제공한다.
본 발명의 열 전달 조성물은 가열 응용 및 냉각 응용에 사용될 수 있다. 본 발명의 특정 특징에서, 열 전달 조성물은 열 전달 조성물을 응축시키는 단계 및 후속적으로 상기 조성물을 냉각될 물품 또는 본체의 부근에서 증발시키는 단계를 포함하는 냉각 방법에 사용될 수 있다.
본 발명의 열 전달 조성물은 하기의 각각에서의 용도를 포함하는 저온 냉장 시스템에서의 용도를 위해 제공된다:
- 저온 상업용 냉장고,
- 저온 상업용 냉동고,
- 제빙기,
- 자동판매기,
- 저온 운송 냉장 시스템,
- 산업용 냉동고,
- 산업용 냉장고 및
- 저온 냉각기.
본 발명의 열 전달 조성물은 중온 냉장 시스템에 사용하기 위해 제공되며, 중온 냉장 시스템은 바람직하게는 냉장고 또는 병 쿨러(bottle cooler)에서와 같이 식품 또는 음료를 냉각하는 데 사용된다. 이 시스템은 보통 식품 또는 음료를 냉각하기 위한 공기-냉매 증발기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기, 또는 스크루 압축기, 또는 회전 압축기, 주위 공기와 열을 교환하기 위한 공기-냉매 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다.
본 발명의 열 전달 조성물은 저온 냉장 시스템에 사용하기 위해 제공되며, 상기 저온 냉장 시스템은 바람직하게는 냉동고 또는 제빙기에서 사용된다. 이 시스템은 보통 식품 또는 음료를 냉각하기 위한 공기-냉매 증발기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기 또는 회전 압축기, 주위 공기와 열을 교환하기 위한 공기-냉매 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다.
냉매 1 내지 냉매 25 중 어느 하나를 함유하는 열 전달 조성물을 포함하는, 본 명세서에 기재된 각각의 열 전달 조성물은 특히 왕복 압축기, 회전 압축기(롤링 피스톤 또는 회전식 베인) 또는 스크롤 압축기를 갖는 저온 시스템에 사용하기 위해 제공된다.
냉매 1 내지 냉매 25 중 어느 하나를 함유하는 열 전달 조성물을 포함하는, 본 명세서에 기재된 각각의 열 전달 조성물은 특히 왕복 압축기, 회전 압축기(롤링 피스톤 또는 회전식 베인) 또는 스크롤 압축기를 갖는 저온 시스템에 사용하기 위해 제공된다.
따라서, 본 발명의 열 전달 조성물 및 냉매(각각의 냉매 1 내지 냉매 25 그리고 냉매 1 내지 냉매 25를 함유하는 모든 열 전달 조성물을 포함함)는 냉매 R-410A에 대한 대체 냉매/열 전달 조성물로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 R-410A 냉매와 함께 사용하기 위해 설계되거나 R-404A 냉매와 함께 사용하기에 적합한 열 전달 시스템에서 냉매를 대체하는 방법을 포함한다.
열 전달 조성물이 R-410A에 대한 150 이하의 GWP 대체물로서 사용되거나, 또는 R-410A 냉매와 함께 사용하기에 적합하거나 R-410A 냉매를 포함하도록 설계되거나 R-410A 냉매를 포함하는 열 전달 시스템에 사용되거나, 또는 R-410A 냉매와 함께 사용하기에 적합한 열 전달 시스템에 사용될 때, 열 전달 조성물은 본 발명의 냉매로 본질적으로 이루어질 수 있는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 조성물은 R-410A의 바람직한 특성들 중 다수를 나타내지만, 150 이하의 GWP를 갖는 동시에, R-410A와 실질적으로 유사하거나 실질적으로 일치하는 작동 특성, 즉 용량 및 효율(COP)을 갖는다. 이로 인해, 예를 들어 응축기, 증발기 및/또는 팽창 밸브의 임의의 상당한 시스템 변경이 필요 없이, 청구된 조성물이 기존의 열 전달 시스템에서 R-410A를 대체할 수 있다. 따라서, 본 조성물은 R-410A와 함께 사용되어 왔거나 R-404A와 함께 사용하기에 적합한 직접적인 대체물로서 사용될 수 있다.
따라서, R-410A와 비교하여, 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매는 바람직하게는 본 발명의 조성물이 R-410A 냉매를 대체할 열 전달 시스템에서 본 조성물의 효율(COP)이 R-410A의 효율의 95 내지 105%인 작동 특성을 나타낸다.
따라서, R-410A와 비교하여, 각각의 냉매 1 내지 냉매 22를 포함하는 본 발명의 냉매는 바람직하게는 본 발명의 조성물이 R-410A 냉매를 대체할 열 전달 시스템에서 본 조성물의 용량이 R-410A의 용량의 97 내지 103%인 작동 특성을 나타낸다.
따라서, R-410A와 비교하여, 각각의 냉매 1 내지 냉매 22를 포함하는 본 발명의 냉매는 바람직하게는 본 발명의 조성물이 R-410A 냉매를 대체할 열 전달 시스템에서 본 조성물의 용량이 R-410A의 용량의 97 내지 103%이고 열 전달 시스템에서 효율(COP)이 R-410A의 효율 이상인 작동 특성을 나타낸다.
바람직하게는, R-410A와 비교하여, 각각의 냉매 1 내지 냉매 22를 포함하는 본 발명의 냉매는 바람직하게는 본 발명의 조성물이 R-410A 냉매를 대체할 열 전달 시스템에서 본 조성물의 효율(COP)이 R-410A의 효율의 100 내지 105%인 작동 특성을 나타낸다.
열 전달 시스템의 신뢰성을 유지하기 위하여, 본 발명의 조성물은 R-410A와 비교되는 하기의 특징을 추가로 나타내는 것이 바람직하다:
본 발명의 조성물이 R-410A 냉매를 대체하는 데 사용되는 열 전달 시스템에서,
- 배출 온도는 R-410A의 배출 온도보다 10℃ 이하로 더 높고;
- 압축기 압력비는 R-410A의 압축기 압력비의 95 내지 105%이다.
본 발명의 조성물은 대안적으로 냉장 시스템에서 R-410A를 대체하도록 제공된다. 따라서, 냉매 1 내지 냉매 25 중 어느 하나를 포함하는 열 전달 조성물을 포함하는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 열 전달 조성물은 본 명세서에 개시된 시스템들 중 임의의 시스템에서 R-410A를 대체하는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 각각의 냉매 1 내지 냉매 25를 포함하는 본 발명의 냉매의 중온 또는 저온 냉장 시스템에서의 용도에 관한 것이며, 여기서 냉매는
(a) 상기 시스템에서의 R-410A의 효율의 약 95% 내지 약 105%의 효율(COP)을 갖고;
(b) 약한 가연성이다.
실시예
하기 표 A에서 식별되는 냉매 조성물을 본 명세서에 기재된 바와 같이 분석하였다. 각각의 조성물에 대해 열역학적 분석을 행하여, 다양한 냉장 시스템에서의 R-410A의 작동 특성과 일치하는 그의 능력을 결정하였다. 분석은 조성물에 사용된 성분들의 다양한 2원 쌍들의 특성에 대해 수집된 실험 데이터를 사용하여 수행하였다. HFO-1234yf, HFC-32, 및 HFC-161의 각각을 갖는 일련의 2원 쌍에서 각각의 성분의 증기/액체 평형 거동을 결정하고 연구하였다. 실험 평가에서 각각의 2원 쌍의 조성을 일련의 상대 백분율에 걸쳐 변화시켰고, 각각의 2원 쌍에 대한 혼합물 파라미터를 실험적으로 얻어진 데이터에 회귀시켰다. 미국 국립 과학 기술 연구원(National Institute of Science and Technology; NIST) 기준 유체 열역학적 및 운송 특성 데이터베이스(Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database) 소프트웨어(Refprop 9,1 NIST Standard Database 2013)에서 입수가능한 2원 쌍에 대한 증기/액체 평형 거동 데이터를 실시예에 사용하였다. 분석을 수행하기 위해 선택된 파라미터는 다음과 같다: 모든 냉매에 대해 동일한 압축기 용적(displacement), 모든 냉매에 대해 동일한 작동 조건, 모든 냉매에 대해 동일한 압축기 등엔트로피 효율 및 체적 효율. 각각의 실시예에서, 측정된 증기 액체 평형 데이터를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과가 각각의 실시예에 대해 보고되어 있다.
[표 A]
실시예 1 - 주거용 공조 시스템 (냉방)
여름에 건물에 차가운 공기(약 12℃)를 공급하는 데 사용된 주거용 공조 시스템을 시험한다. 전형적인 시스템 유형은 덕트 분리형, 무덕트 분리형, 창문형, 및 휴대용 공조 시스템을 포함한다. 이 시스템은 보통 공기-냉매 증발기(실내 코일), 압축기, 공기-냉매 응축기(실외 코일), 및 팽창 장치를 갖는다. 증발기 및 응축기는 통상 핀형 튜브 열 교환기 또는 미세채널 열 교환기이다. 압축기는 통상 왕복 압축기, 회전(롤링 피스톤 또는 회전식 베인) 압축기 또는 스크롤 압축기이다. 팽창 장치는 통상 모세관, 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브이다. 냉매 증발 온도는 통상 약 0 내지 약 10℃의 범위인 한편, 응축 온도는 약 40 내지 약 70℃의 범위이다.
냉매 A1, 냉매 A2, 및 냉매 A3을 상기에 기재된 바와 같은 주거용 공조 시스템의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 1에 보고되어 있다. 작동 조건은 하기와 같았다: 응축 온도 = 46℃ (상응하는 실외 주위 온도 = 35℃) 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = 7℃ (상응하는 실내 주위 온도 = 26.7℃) 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 및 흡입 라인 내의 온도 상승 = 5.5℃.
[표 1]
실시예 2 - 가변 냉매 유동 공조 시스템 (냉방)
가변 냉매 유동 공조 시스템(VRF)은 여름에 건물에 차가운 공기(약 12℃)를 공급하는 데 보통 사용된다. VRF에는 전형적으로 공조기 인버터가 설치되며, 이는 단순히 온/오프 작동을 수행하기보다는 가변 모터 속도 및 그에 따른 가변 냉매 유동을 지원하기 위해 압축기에 DC 인버터를 추가한다. 다양한 속도로 작동함으로써, VRF 유닛은 부하 조건에서 실질적인 에너지 절약을 허용하는 필요한 속도에서만 작동한다. 압축기는 보통 회전 또는 스크롤 압축기이다. 팽창 장치는 보통 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브이다. 냉매 증발 온도는 통상 약 0 내지 약 10℃의 범위인 한편, 응축 온도는 통상 약 40 내지 약 70℃의 범위이다.
여름에 건물에 차가운 공기(약 12℃)를 공급하는 데 사용된 VRF 시스템을 시험한다. 냉매 A1, 냉매 A2, 및 냉매 A3을 상기에 기재된 바와 같은 VRF의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 2에 보고되어 있다. 작동 조건은 하기와 같았다: 응축 온도 = 46℃ (상응하는 실외 주위 온도 = 35℃) 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = 7℃ (상응하는 실내 주위 온도 = 26.7℃) 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 및 흡입 라인 내의 온도 상승 = 5.5℃.
[표 2]
실시예 3 - 주거용 히트 펌프 시스템 (난방)
주거용 히트 펌프 시스템은 겨울에 건물에 따뜻한 공기(21℃)를 공급하는 데 사용되고, 전형적으로 주거용 공조 시스템과 동일한 시스템으로 구성된다. 시스템이 히트 펌프 모드에서 작동하는 경우, 냉매 유동은 역전되어 실내 코일은 응축기가 되고 실외 코일은 증발기가 된다. 전형적인 시스템 유형은 덕트 분리형 및 무덕트 분리형 히트 펌프 시스템이다. 증발기 및 응축기는 전형적으로 핀형 튜브 열 교환기 또는 미세채널 열 교환기이고, 압축기는 전형적으로 왕복 압축기 또는 회전(롤링 피스톤 또는 회전식 베인) 압축기 또는 스크롤 압축기이다. 팽창 장치는 통상 모세관, 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브이다. 냉매 증발 온도는 통상 약 -30 내지 약 5℃의 범위인 한편, 응축 온도는 약 35 내지 약 50℃의 범위이다.
냉매 A1, 냉매 A2, 및 냉매 A3을 상기에 기재된 바와 같은 주거용 히트 펌프 시스템의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 3에 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 41℃; 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = 0.5℃; 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 및 흡입 라인 내의 온도 상승 = 5.5℃.
[표 3]
실시예 4 - 상업용 공조 시스템 - 냉각기
상업용 공조 시스템(냉각기)은 보통 사무실, 병원 등과 같은 대형 건물에 냉각된 물(7℃)을 공급하는 데 사용된다. 응용에 따라, 냉각기 시스템은 일년 내내 가동 중일 수 있다. 냉각기 시스템은 공랭식 또는 수냉식일 수 있다. 공랭식 냉각기는 보통 냉각된 물을 공급하기 위한 플레이트 증발기, 튜브-인-튜브 증발기 또는 쉘-앤드-튜브 증발기, 왕복 압축기 또는 스크롤 압축기, 주위 공기와 열을 교환하기 위한 라운드 튜브 플레이트 핀 응축기, 또는 미세채널 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다. 수냉식 시스템은 보통 냉각된 물을 공급하기 위한 쉘-앤드-튜브 증발기, 왕복 압축기 또는 스크롤 압축기, 냉각탑 또는 호수, 바다 및 다른 천연 자원으로부터의 물과 열을 교환하기 위한 쉘-앤드-튜브 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다. 냉매 증발 온도는 통상 약 0 내지 약 10℃의 범위인 한편, 응축 온도는 약 40 내지 약 70℃의 범위이다.
냉각된 물(7℃)을 대형 건물(예컨대, 사무실 및 병원 건물)에 공급하는 데 사용되는 상업용 공조 시스템(냉각기)을 시험하며 성능 결과가 표 4에 보고되어 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 46℃; 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = 4.5℃; 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 및 흡입 라인 내의 온도 상승 = 2℃.
[표 4]
실시예 5 - 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템
주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템은 전형적으로, 겨울에 바닥 난방 또는 유사한 응용을 위해 건물에 뜨거운 물(약 55℃)을 공급하는 데 사용된다. 순환수식 시스템은 보통 주위 공기와 열을 교환하기 위한 핀형 증발기 또는 미세채널 증발기, 왕복 압축기, 회전 압축기 또는 스크롤 압축기, 물을 가열하기 위한 플레이트 응축기, 튜브-인-튜브 응축기 또는 쉘-앤드-튜브 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다. 냉매 증발 온도는 전형적으로 약 -30 내지 약 5℃의 범위인 한편, 응축 온도는 전형적으로 약 50 내지 약 90℃의 범위이다.
겨울에 바닥 난방 또는 유사한 응용을 위해 건물에 뜨거운 물(55℃)을 공급하는 데 사용되는 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템을, 냉매 A1, 냉매 A2, 및 냉매 A3을 사용하여 시험하며 성능 결과가 표 5에 보고되어 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 60℃ (상응하는 실내 유출수 온도 = 50℃) 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = 0.5℃ (상응하는 실외 주위 온도 = 8.3℃) 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 및 흡입 라인 내의 온도 상승 = 2℃.
[표 5]
실시예 6 - 중온 냉장 시스템
중온 냉장 시스템은 냉장고 및 병 쿨러에서와 같이 식품 또는 음료를 냉각하기 위해 사용된다. 이 시스템은 보통 식품 또는 음료를 냉각하기 위한 공기-냉매 증발기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기 또는 스크루 압축기, 주위 공기와 열을 교환하기 위한 공기-냉매 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다. 냉매 증발 온도는 약 -12 내지 약 0℃의 범위인 한편, 응축 온도는 약 20 내지 약 70℃의 범위이다.
냉장고 및 병 쿨러에서와 같이 식품 또는 음료를 냉각하는 데 사용되는 중온 냉장 시스템을, 냉매 A1, 냉매 A2를 사용하여 시험하며 성능 결과가 표 6에 보고되어 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 40.6℃; 응축기 과냉 = 5.5℃; 증발 온도 = -6.7℃; 증발기 과열 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 흡입 라인 내의 과열도 = 15℃.
[표 6]
실시예 7 - 저온 냉장 시스템
저온 냉장 시스템은 아이스크림 기계 및 냉동고에서와 같이 식품을 냉동하는 데 사용된다. 이 시스템은 보통 공기-냉매 증발기, 왕복 압축기, 스크롤 압축기 또는 스크루 압축기, 주위 공기와 열을 교환하기 위한 공기-냉매 응축기, 및 열 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브를 갖는다. 냉매 증발 온도는 약 -40 내지 약 -12℃의 범위인 한편, 응축 온도는 약 20 내지 약 70℃의 범위이다.
아이스크림 기계 및 냉동고에서와 같이 식품을 냉동하는 데 사용되는 저온 냉장 시스템을, 냉매 A1, 냉매 A2, 및 냉매 A3을 사용하여 시험하며 성능 결과가 표 7에 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 40.6℃; 응축기 과냉 = 1℃; 증발 온도 = -31.6℃; 증발기 출구에서의 과열도 = 5.5℃; 등엔트로피 효율 = 70%; 체적 효율 = 100%; 흡입 라인 내의 과열도 = 30.6℃.
[표 13]
실시예 8 - 이동식 AC 시스템 냉방
내연 기관 차량 및 하이브리드 전기 차량 및 전기 차량을 위한 이동식 공조(MAC) 시스템은 자동차, 트럭, 버스, 비행기, 열차, 및 다른 형태의 운송기관에서 승객을 위해 편안한 냉방을 제공한다. 증발기는 전형적으로 승객실 내에 대시보드에 설치된다. 작동 조건은 차량이 계절, 고도, 및 위치 등의 변화에 노출됨에 따라 크게 달라질 수 있다. 주위 조건은 -40℃ 내지 45℃의 범위이며, 이때 객실 냉방 요구는 15℃ 내지 45℃이다.
하기 작동 조건은 시스템이 내부 열 교환기를 포함하지 않는 하기 예에서 사용된다:
1. 응축 온도 = 45℃
2. 응축기 과냉 = 3K
3. 증발 온도 = 5℃
4. 증발기 과열 = 5K
5. 등엔트로피 효율 = 70%
6. 체적 효율 = 100%
7. 흡입 라인 내의 온도 상승 = 5K
[표 14]
흡입 라인/액체 라인 열 교환기를 갖는 시스템에 대한 작동 조건:
1. 응축 온도 = 45℃
2. 응축기 과냉 = 0K
3. 증발 온도 = 5℃
4. 증발기 과열 = 0K
5. 등엔트로피 효율 = 70%
6. 체적 효율 = 100%
7. 흡입 라인 내의 온도 상승 = 0K
8. 흡입 라인/액체 라인 열 교환기 유효성: 50%
[표 15]
실시예 9 - 이동식 AC 시스템 - 난방 모드
하이브리드 전기 차량 및 전기 차량을 위한 이동식 공조(MAC) 시스템은 자동차, 트럭, 및 버스를 포함하는 그러한 차량에서 승객실의 난방을 제공하는 데 종종 요구된다. 그러한 시스템에서 R-1234yf를 대체하기 위한 본 발명의 냉매의 용도는 유익한 결과를 제공한다.

Claims (10)

  1. 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매로서, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    16.5 중량% 내지 21.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
    68.5 중량% 내지 80.5 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
    3.0 중량% 내지 10.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161).
  2. 제1항에 있어서,
    약 21.5 중량%의 상기 다이플루오로메탄(HFC-32);
    약 70.5 중량%의 상기 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
    약 8.0 중량%의 상기 플루오로에탄(HFC-161)을 포함하는, 냉매.
  3. 제2항에 있어서, 약 99.5 중량% 이상의 상기 3가지 화합물을 포함하는, 냉매.
  4. 제2항에 있어서, 상기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는, 냉매.
  5. 제2항에 있어서, 상기 3가지 화합물로 이루어지는, 냉매.
  6. 약 99.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매로서, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    21.5 중량% +0.5/-2 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
    69.5% +/-2 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
    9.0 중량% +0.5/-2 중량%의 플루오로에탄(HFC-161).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 냉매를 포함하는, 열 전달 조성물.
  8. 냉매 액체를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계, 압축기에서 상기 냉매 증기의 적어도 일부분을 압축하는 단계, 및 냉매 증기를 응축시키는 단계를 포함하는 유형의 열 전달 방법으로서, 상기 방법은
    (a) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 냉매를 포함하는 열 전달 조성물을 제공하는 단계;
    (b) 약 -40℃ 내지 약 +10℃의 온도에서 상기 냉매를 증발시키는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 안정제를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 POE 윤활제 및 PVE 윤활제로부터 선택되는 윤활제를 추가로 포함하고, 상기 증발시키는 단계는 주거용 공조, 가변 냉매 유동 공조, 주거용 히트 펌프, 상업용 공조 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장 및 저온 냉장으로부터 선택되는 시스템에서 일어나는, 방법.
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