KR20240049579A - 열 전달 조성물, 방법 및 시스템 - Google Patents

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헤나 탕그리
안킷 세티
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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 33.0 중량% 내지 45 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32); 48.5 중량% 내지 67.0 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및 1.0 중량% 내지 6.0중량%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 R-32 또는 R-454B의 대체물로서의 그러한 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

열 전달 조성물, 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 7월 25일자로 출원된 미국 출원 제17/872434호 및 2021년 8월 20일자로 출원된 미국 가출원 제63/235,184호의 우선권 이익을 주장하며, 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 고정식 공조 및 히트 펌프 시스템에서 특정 이점을 갖는, 열 전달 응용에서 유용성을 갖는 조성물, 방법, 및 시스템에 관한 것으로, 특정 태양에서 (1) 고정식 공조 및 히트 펌프 시스템, 중온 냉장 시스템 및 저온 냉장 시스템에서 R-410A에 대한 대체물로서, 그리고 (2) 고정식 공조 및 히트 펌프 시스템, 중온 냉장 시스템 및 저온 냉장 시스템에서 R-32 및 R454B에 대한 대체물 또는 개장물(retrofit)로서, 다양한 가열 및 냉각 응용을 위한 냉매 R-410A의 대체물을 위한 냉매 조성물에 관한 것이다.
기계적 냉장 시스템 및 관련 열 전달 장치, 예컨대 히트 펌프, 냉각기 및 공조기가 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, 300 미만의 지구 온난화 지수("GWP")를 갖는 유체를 사용하는 것이 점점 더 바람직하게 되었다.
많은 응용에서 통상 사용되는 냉매는 R-410A(펜타플루오로에탄(HFC-125) 및 다이플루오로메탄(HFC-32)의 중량 기준 50:50 블렌드)이다. R-410A는 추정 GWP가 2088이다.
R-410A에 대한 임의의 잠재적인 300 이하의 GWP(sub-300 GWP)의 대체물은 가장 널리 사용되는 HFC계 유체 중 다수에 존재하는 그러한 특성, 예를 들어, 특히 탁월한 열 전달 특성, 화학적 안정성, 허용가능한 약한 가연성 또는 불연성, 및 윤활제 상용성(lubricant compatibility)을 또한 가져야 한다는 것이 일반적으로 중요한 것으로 여겨진다.
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, 300 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.
또한, HFC 냉매 대체물이, HFC 냉매와 함께 현재 사용되는 통상적인 증기 압축 기술에 큰 공학적 변경 없이도, 또는 압축기 및 가능하면 소수의 다른 구성요소에 대하여 제한된 변경으로도 효과적인 것이 바람직한 것으로 일반적으로 고려된다.
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.
상기에 언급된 특성들 중 다수 또는 전부를 한 번에 달성할 수 있는 냉매를 달성하는 것의 어려움은, 예를 들어 중국 특허 제102746525호("CN525")에 개시된 냉매에 의해 예시된다. 특히, CN525는 다수의 냉매 블렌드를 개시하며, 이들 냉매 중에는 R32, R161 및 HFO1234yf의 조합을 포함하는 블렌드가 포함되며, 각각의 화합물의 양은 규정된 범위 내에 있다. 그러한 블렌드에서 R161의 최소량은 20 중량%인 것으로 개시되고, R32의 최대량은 20 중량%인 것으로 개시된다. 출원인에 의해 수행되는 시험의 결과로서, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 냉매 블렌드는 상기에서 확인된 중요한 특성들 중 적어도 하나가 결핍되며, 본 발명에 따른 신규한 냉매는, 특히 불연성을 비롯하여, CN525의 교시를 따라서는 가능하지 않은 중요한 특성들의 달성하기 어려운 조합을 예상치 못하게 달성할 수 있다.
본 출원인은, 단지 약하게 가연성이고(즉, ANSI/ASHRAE 34-2019, Designation and Safety Classification of Refrigerants에 따라 2L 분류를 가짐), 허용가능한 독성을 가지며(ASHRAE 34 하에 클래스 A임), R-410A에 대한 냉각 효율 및 용량의 근접한 매칭을 갖고, 또한 바람직하게는 과도하게 높지 않은 글라이드(glide)를 갖는, R-410A에 대한 300 이하의 GWP의 대안물 및/또는 대체물에 대한 요구를 본 발명의 조성물이 예외적이고 예상치 못한 방식으로 충족시키는 것을 알아냈다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "300 이하의 GWP"는 (이후에 설명되는 바와 같이 측정되는) GWP가 300 이하인 냉매를 지칭하기 위해 편의상 사용된다.
본 발명은 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
33.0 중량% 내지 45 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
48.5 중량% 내지 67.0 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
1.0 중량% 내지 7.0 중량% 미만의 플루오로에탄(HFC-161)으로 존재하되, 단, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 1로 지칭된다.
본 발명은 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
40 중량% 내지 45 중량%의 HFC-32;
50 중량% 내지 55 중량%의 HFO-1234yf; 및
1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161로 존재하되, 단, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 2로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
33.0 중량% 내지 45 중량%의 HFC-32;
48.5 중량% 내지 67.0 중량%의 HFO-1234yf; 및
1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161로 존재하되, 단, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 3으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
40 중량% 내지 45 중량%의 HFC-32;
50 중량% 내지 55 중량%의 HFO-1234yf; 및
1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161로 존재하되, 단, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 4로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
41.5 중량% 내지 44.5 중량%의 HFC-32;
49.5 중량% 내지 53.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
2.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 5로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
43.5 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-32;
52.5 중량% +2/-0.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
4 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-161. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 6으로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
43.5 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-32;
52.5 중량% +2/-0.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
4 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-161. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 7로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
43.5 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-32;
51.5 중량% +2/-0.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
4 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-161로 존재하되, 단, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 8로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재한다:
43.5 중량%의 HFC-32;
52.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
4 중량%의 HFC-161. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 9로 지칭된다.
본 발명은 하기 3가지 화합물로 이루어지는 냉매를 포함하며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
43.5 중량%의 HFC-32;
52.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
4 중량%의 HFC-161로 존재하며, 냉매는 클래스 A2L 냉매이고 GWP가 300 미만이다. 본 단락에 기재된 바와 같은 냉매는 때때로 편의상 냉매 10으로 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, 2% 초과의 양에 대하여 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/시간 단위)이다. 이는 증발기를 통과할 때의 냉매의 엔탈피 변화(BTU/파운드 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 냉동 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.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 어구 "허용가능한 독성"은 조성물이 ASHRAE 표준 34-2016의 냉매의 지정 및 안전성 분류에 의해 클래스 "A"로 분류되고 ASHRAE 표준 34-2016에 대한 부록 B1에 기재됨을 의미한다(각각의 표준은 본 출원의 출원일로부터 존재하게 됨). 불연성이고 저독성인 물질은 ASHRAE 표준 34-2016 명칭 및 냉매의 안전성 분류에 의해 "A1"로 분류될 것이며, ASHRAE 표준 34-2016에 대한 부록 B1에 기재될 것이다(각각의 표준은 본 출원의 출원일로부터 존재하게 됨).
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 다른 냉매와 함께 사용하기에 적합한 열 전달 시스템에서 본 발명의 조성물을 사용하는 것을 의미한다. 예로서, 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물이 R-410A와 함께 사용하기 위해 설계된 열 전달 시스템에서 사용될 때, 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 상기 시스템에서 R-410A를 대체한다. 따라서, 용어 "대체"는, R-410A와 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.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "증발기 글라이드"는, 증발기 출구에서의 압력이 입구에서의 압력과 동일하다고 가정하여, 증발기 입구에서의 냉매의 포화 온도와 증발기 출구에서의 냉매의 이슬점 사이의 차이를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 어구 "포화 온도"는 주어진 압력에서 액체 냉매가 증기로 비등하는 온도를 의미한다.
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.
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.
용어 "가변 냉매 유동 시스템" 및 "VRF 시스템" 각각은, 하나 초과의 실내 증발기를 사용하고 복수의 증발기로 유동하는 냉매의 양을 제어하는 능력을 갖는 공조 시스템 구성을 의미한다.
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.
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 10을 포함하는 본 발명의 냉매가 열 전달 특성, 허용가능한 독성, 약한 가연성(즉, 클래스 2L), 0 또는 거의 0인 오존 파괴 지수("ODP"), 및 고정식 공조 시스템(주거용 공조, 상업용 공조, VRF 공조 포함), 냉각기(공랭식 냉각기 포함), 히트 펌프 시스템(주거용 공기-물 히트 펌프 시스템 포함), 중온 냉장 및 저온 냉장에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 비롯한 윤활제 상용성을 포함하는 예외적으로 유리한 특성을 제공할 수 있다는 것을 알아냈다.
구체적으로 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 특정 이점은 이들이 약하게 가연성이고 허용가능한 독성을 갖는다는, 즉, 각각이 클래스 A2L 냉매라는 점이다. 당업자는 냉매의 가연성이 소정의 중요한 열 전달 응용에서 고려 사항으로 주어진 특징일 수 있다는 것, 및 2L로 분류되는 냉매가 가연성인 것으로 간주되는 냉매에 비해 흔히 이점이 될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 탁월한 열 전달 특성, 허용가능한 독성, 0 또는 거의 0인 ODP, 및 고정식 공조 시스템(주거용 공조, 상업용 공조, VRF 공조 포함), 냉각기(공랭식 냉각기 포함), 히트 펌프 시스템(주거용 공기-물 히트 펌프 시스템 포함), 및 상업용 냉장(중온 냉장 및 저온 냉장 포함)에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 비롯한 윤활제 상용성을 갖는, 410A에 대한 대체물(또는 R-32 및 R454B에 대한 대체물 또는 개장물)로서 사용될 수 있고 사용 시 불연성을 유지하는 냉매 조성물을 제공하는 것이 당업계에서 요구된다. 이러한 바람직한 이점은 본 발명의 냉매에 의해 달성될 수 있으며, 이는 놀랍고 예상치 못한 결과이다.
본 출원인은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매 조성물이 특히 낮은 GWP를 비롯한 특성들의 달성하기 어려운 조합을 달성할 수 있음을 알아냈다. 따라서, 본 발명의 조성물은 GWP가 300 이하이고, 바람직하게는 295 이하이다.
또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매 조성물은 ODP가 0 또는 거의 0이다. 따라서, 본 발명의 조성물은 ODP가 0.02 이하, 더 바람직하게는 0이다.
또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 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 발명의 바람직한 냉매 조성물은 ASHRAE 표준 34 하에 허용가능한 독성 및 약한 가연성 둘 모두를 나타내며, 따라서 클래스 A2L 냉매이다. 본 출원인은, 본 명세서에 기재된 바와 같은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 열 전달 조성물을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물이, 양호한 열 전달 특성, 사용 조건 하에서의 화학적 안정성, 허용가능한 독성, 약한 가연성, 0 또는 거의 0인 오존 파괴 지수("ODP"), 및 고정식 공조 시스템(주거용 공조, 상업용 공조, VRF 공조 포함), 냉각기(공랭식 냉각기 포함), 히트 펌프 시스템(주거용 공기-물 히트 펌프 시스템 포함), 및 상업용 냉장(중온 냉장 및 저온 냉장 포함)에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 비롯한 윤활제 상용성을 포함하는 특성들의 예외적으로 유리하고 예상치 못한 조합을 제공하는 것뿐만 아니라 그러한 시스템에서 특히 R-410A에 대한 대체물로서, 또는 R-32 또는 R454B에 대한 대체물 또는 개장물로서 GWP가 300 이하인 것이 가능하다는 것을 알아냈다.
열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 임의의 냉매로 본질적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 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 성분에는, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매 이외에, 윤활제, 패시베이터, 가연성 억제제, 염료, 가용화제, 상용화제, 안정제, 산화방지제, 부식 억제제, 극압 첨가제 및 마모 방지 첨가제, 및 열 전달 조성물의 특정 특성을 조절하는 다른 화합물 및/또는 성분 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 모든 그러한 화합물 및 성분의 존재는 본 발명의 넓은 범주 내에 있다.
윤활제
본 발명의 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 냉매, 및 윤활제를 포함할 수 있다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 1로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 또한 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 냉매, 및 폴리올 에스테르(POE) 윤활제를 포함할 수 있다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 2로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 7 및 POE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 3으로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 8 및 POE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 4로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 9 및 POE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 5로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 10 및 POE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 6으로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 7 및 폴리비닐 에테르(PVE) 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 7로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 8 및 PVE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 8로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 9 및 PVE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 9로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물은 특히 냉매 10 및 PVE 윤활제를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 10으로 지칭된다.
본 출원인은 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 10을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물이, 냉매에 대하여 본 명세서에서 확인된 유리한 특성들 이외에, 고정식 공조 시스템(주거용 공조, 상업용 공조, VRF 공조 포함), 냉각기(공랭식 냉각기 포함), 히트 펌프 시스템(주거용 공기-물 히트 펌프 시스템 포함), 및 상업용 냉장(중온 냉장 및 저온 냉장 포함)에서 사용되는 작동 온도 및 농도 범위에 걸친 POE 및/또는 PVE 윤활제와의 혼화성을 비롯한 탁월한 냉매/윤활제 상용성을 포함하는 특성들의 예외적으로 유리하고 예상치 못한 조합을 제공할 수 있다는 것을 알아냈다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어진 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 1로 지칭된다.
본 발명의 열 전달 조성물에 사용하기에 바람직한 구매가능한 POE에는 Emery 2917(등록 상표) 및 Hatcol 2370(등록 상표)으로 입수가능한 네오펜틸 글리콜 다이펠라르고네이트 및 CPI Fluid Engineering에 의해 상표명 Emkarate RL32-3MAF 및 Emkarate RL68H로 판매되는 것들을 포함하는 펜타에리트리톨 유도체가 포함된다. Emkarate RL32-3MAF 및 Emkarate RL68H는 하기의 확인된 특성을 갖는 바람직한 POE 윤활제이다:
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및 윤활제 1을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 11로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 7 및 윤활제 1을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 12로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 8 및 윤활제 1을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 13으로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 9 및 윤활제 1을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 14로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 10 및 윤활제 1을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 15로 지칭된다.
열 전달 조성물의 중량을 기준으로 ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 POE로 본질적으로 이루어진 윤활제가 본 명세서에서 윤활제 2로 지칭된다.
ASTM D445에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70인 본 발명의 열 전달 조성물에서 사용하기에 바람직한 구매가능한 폴리비닐 에테르에는 Idemitsu로부터 상표명 FVC32D 및 FVC68D 하에 판매되는 윤활제가 포함된다.
바람직한 열 전달 조성물은 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및 윤활제 2를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 16으로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 7 및 윤활제 2를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 17로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 8 및 윤활제 2를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 18로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 9 및 윤활제 2를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 19로 지칭된다.
바람직한 열 전달 조성물은 냉매 10 및 윤활제 2를 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 20으로 지칭된다.
본 발명은, 윤활제가 열 전달 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재하는, 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 20을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 21로 지칭된다.
본 발명은, 윤활제가 열 전달 조성물의 약 0.1 중량%내지 약 2 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재하는, 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 20을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 22로 지칭된다.
본 발명은, 윤활제가 열 전달 조성물의 약 0.1 중량%내지 약 1 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재하는, 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 20을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 23으로 지칭된다.
본 발명은, 윤활제가 열 전달 조성물의 약 0.1 중량%내지 약 0.5 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재하는, 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 20을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 24로 지칭된다.
본 발명은, 윤활제가 열 전달 조성물의 약 0.2 중량%내지 약 0.5 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재하는, 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 20을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물은 때때로 편의상 열 전달 조성물 25로 지칭된다.
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
시스템
본 발명은, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 모든 유형의 열 전달 시스템을 포함한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 1로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 고정식 공조 시스템을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 2로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 고정식 주거용 공조 시스템을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 3으로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 고정식 상업용 공조 시스템을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 4로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 고정식 VRF 공조 시스템을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 5로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 냉각기(공랭식 냉각기 포함)를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 6으로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 히트 펌프 시스템(주거용 공기-물 히트 펌프 시스템 포함)을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 7로 지칭된다.
본 발명은 또한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매를 포함하고/하거나 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물을 포함하는 상업용 냉장(저온 상업용 냉장 및 중온 상업용 냉장 포함)을 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 본 단락에 기재된 바와 같은 열 전달 시스템은 때때로 편의상 열 전달 시스템 8로 지칭된다.
열 전달 시스템은 하기 표에 표시된 열 전달 시스템 번호에 의해 식별되는 열 전달 시스템을 포함하며, 냉매 컬럼의 번호는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 냉매 번호를 참조한다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및/또는 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물과 함께 유리하게 사용될 수 있는 주거용 공조 시스템의 예에는 덕트 분리형(ducted split) 또는 무덕트 분리형(ductless split), 창문형 또는 휴대용 공조 시스템이 포함된다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및/또는 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물과 함께 유리하게 사용될 수 있는 상업용 공조 시스템의 예에는 냉각기 시스템, 슈퍼마켓 냉장, 패키지형 옥상 유닛(packaged rooftop unit), 및 상업용 가변 냉매 유동(VRF) 시스템이 포함된다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및/또는 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물과 함께 유리하게 사용될 수 있는 히트 펌프의 예에는 주거용 공기-물 히트 펌프/순환수식 시스템 및 상업용 공기열원, 수열원 또는 지열원(ground source) 히트 펌프 시스템이 포함된다.
각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및/또는 각각의 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물과 함께 유리하게 사용될 수 있는 냉각기의 예에는 용적식 냉각기 및 공랭식 또는 수냉식 직접 팽창식 냉각기(이는 모듈식일 수 있거나 통상적으로 단독으로 패키징될 수 있음)가 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, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 로딩, 및 POE 및 PVE 윤활제를 포함하는 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(26)는 응축기 출구에서의 냉매 유동의 일부분을 액체 라인/흡입 라인 열 교환기로 우회시키며, 여기서 액체 냉매로부터 증발기(50)를 떠나는 냉매 증기로 열이 전달된다.
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.
용도
일반적인 용도
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에서 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에서 냉매 7의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에서 냉매 8의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에서 냉매 9의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에서 냉매 10의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기에서 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기에서 냉매 7의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기에서 냉매 8의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기 시스템에서 냉매 9의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기 시스템에서 냉매 10의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에서 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에서 냉매 7의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에서 냉매 8의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에서 냉매 9의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에서 냉매 10의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에서 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에서 냉매 7의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에서 냉매 8의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에서 냉매 9의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에서 냉매 10의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
대체물 용도
본 발명은 또한 R-410에 대한 대체물로서, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다. 하기 표에 기재된 다양한 대체물 용도가 본 발명에 포함되며, 대체 냉매의 번호는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 냉매 번호를 참조한다.
개장물 용도
본 발명은 또한 열 전달 시스템에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에 포함된 R-32에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기 시스템에 포함된 R-32에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에 포함된 R-32에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에 포함된 R-32에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 열 전달 시스템에서 R-454B에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 고정식 공조 시스템에 포함된 R-454B에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 냉각기 시스템에 포함된 R-454B에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 히트 펌프 시스템에 포함된 R-454B에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
본 발명은 또한 상업용 냉장 시스템에 포함된 R-454B에 대한 개장물로서, 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매의 용도를 포함하고 이와 관련된 특정 이점을 제공한다.
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 냉매 10으로부터 선택되는 임의의 냉매를 포함함)를 증발시켜 냉매 증기를 생성하는 단계;
(b) 상기 냉매 증기를 압축하여 약 150℃ 미만의 배출 온도의 냉매를 생성하는 단계; 및
(c) 약 20℃ 내지 약 70℃의 온도에서 상기 압축기로부터의 냉매를 응축시켜 냉매 증기를 생성하는 단계를 포함한다. 본 단락에 따른 냉각 방법은 본 명세서에서 냉각 방법 1로 지칭된다.
본 발명은, 상기 증발 단계에서 냉매가 3.5℃ 미만의 냉매 글라이드를 갖는, 냉각 방법 1에 따른 방법을 포함한다. 본 단락에 따른 냉각 방법은 본 명세서에서 냉각 방법 2로 지칭된다.
본 발명은, 상기 증발 단계에서 냉매가 3.0℃ 미만의 냉매 글라이드를 갖는, 냉각 방법 1에 따른 방법을 포함한다. 본 단락에 따른 냉각 방법은 본 명세서에서 냉각 방법 3으로 지칭된다.
본 발명은, 상기 증발 단계에서 냉매가 2.5℃ 미만의 냉매 글라이드를 갖는, 냉각 방법 1에 따른 방법을 포함한다. 본 단락에 따른 냉각 방법은 본 명세서에서 냉각 방법 4로 지칭된다.
본 발명은 고정식 공조 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 고정식 주거용 공조 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 고정식 상업용 공조 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 고정식 VRF 공조 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 냉각기 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 공랭식 냉각기 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 히트 펌프 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 주거용 공기-물 히트 펌프 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상업용 냉장 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상업용 저온 냉장 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상업용 중온 냉장 시스템에서 냉각 방법 1 내지 냉각 방법 4 중 임의의 것에 따라 냉각을 수행하는 단계를 포함한다.
구체적인 냉각 방법은 하기 표에 표시된 냉각 방법 번호에 의해 식별되는 냉각 방법을 포함하며, 냉매 컬럼의 번호는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 냉매 번호를 참조하고, 모든 온도 값 앞에는 "약"이 붙는다.
가열 방법
구체적인 가열 방법은 하기 표에 표시된 가열 방법 번호에 의해 식별되는 가열 방법을 포함하며, 냉매 컬럼의 번호는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 냉매 번호를 참조하고, 모든 온도 값 앞에는 "약"이 붙는다.
본 발명은 각각의 가열 방법 1을 포함하는, 가열 공기를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 약 15℃ 내지 약 25℃의 온도의 가열된 공기를 제공한다.
본 발명은 각각의 가열 방법 1을 포함하는, 가열 공기를 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 약 18℃ 내지 약 24℃의 온도의 가열된 공기를 제공한다.
본 발명은 각각의 가열 방법 2 및 가열 방법 3을 포함하는, 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 약 50℃ 내지 약 65℃의 온도의 가열된 물을 제공한다.
본 발명은 각각의 가열 방법 2 및 가열 방법 3을 포함하는, 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 약 50℃ 내지 약 60℃의 온도의 가열된 물을 제공한다.
본 발명은 각각의 가열 방법 2 및 가열 방법 3을 포함하는, 가열을 제공하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 약 50℃ 내지 약 55℃의 온도의 가열된 물을 제공한다.
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 베인 포함), 스크롤 압축기, 스크루 압축기, 또는 원심 압축기를 포함하는 열 전달 시스템에 사용하기 위한, 각각의 냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 냉매 및/또는 냉매 1 내지 냉매 10 중 어느 하나를 함유하는 것들을 포함하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 열 전달 조성물의 각각 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 10을 포함하는 냉매 및/또는 냉매 1 내지 냉매 10 중 어느 하나를 함유하는 것들을 포함하는 열 전달 조성물의 각각 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.
냉매 1 내지 냉매 10을 포함하는 본 발명의 냉매, 및 열 전달 조성물 1 내지 열 전달 조성물 25를 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은 각각 하기 각각에서의 사용을 포함하여, 상업용 냉장 시스템에서 사용하기 위해 제공된다:
­ 저온 상업용 냉장고,
­ 슈퍼마켓 냉장,
­ 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 10 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 시스템에서 사용하기 위해 제공된다.
냉매 1 내지 냉매 10 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 중온 시스템에 사용하기 위해 제공된다.
본 발명의 조성물은 R-410A의 바람직한 특성들 중 다수를 나타내지만, 300 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 10을 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 10을 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 10을 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 102를 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 10 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 10을 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
비교예 1
표 CE1에서 하기에 나타낸 바와 같은 2가지 조성물을 본 발명의 바람직한 제형과 비교하기 위해 평가하였다:
[표 EC1]
ASHRAE 표준 34에 기초하여 시뮬레이션에 의해 연소 속도를 결정하는 데 필요한 실험 데이터를 얻기 위해 CE1로 식별된 조성물을 시험하였으며, 이러한 기준으로 연소 속도는 10.8 cm/초인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이 조성물은 ASHRAE에 따른 클래스 2L 냉매(약한 가연성) 요건을 충족하지 못했다. CE1로 식별된 조성물은 ASHRAE 표준 34에 따라 시험하여 연소 속도가 10을 훨씬 초과하는 것으로 밝혀졌으며, 또한 클래스 2L로 분류되지 않을 것이고, 따라서 가연성으로 간주될 것이다.
실시예 1 내지 실시예 6
본 발명에 따른 2가지 조성물을 하기 표 E1-6에 나타낸 바와 같이 제형화한다:
[표 E1-6]
상기 표 E1-6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험된 모든 조성물은 10 미만의 연소 속도를 달성하고, 따라서 클래스 2L 냉매이며, 동시에 각각의 냉매가 또한 300 미만의 GWP를 갖는다. 이는 특성들의 예상치 못한 조합이다.
시스템 성능 실시예
다음의 시스템 성능 실시예에서, 상기 표 E1-6에서 E1 및 E2로 식별된 냉매를 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. 2원 쌍에 대한 증기/액체 평형 거동 데이터는 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 입수가능하며 이를 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.
실시예 E7 - 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 E1 및 냉매 E2를 상기에 기재된 바와 같이 주거용 공조 시스템의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 7에 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 E7]
실시예 8 - 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 E1 및 냉매 E2를 상기에 기재된 바와 같은 VRF의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 E8에 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 E8]
실시예 9 - 상업용 공조 시스템 - 냉각기
상업용 공조 시스템(냉각기)은 보통 사무실, 병원 등과 같은 대형 건물에 냉각된 물(약 7℃)을 공급하도록 사용된다. 응용에 따라, 냉각기 시스템은 일년 내내 가동될 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 냉매 E1 및 냉매 E2에 대하여 시험하며, 성능 결과가 하기 표 E9에 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 E9]
새로운 시스템의 경우, 압축기 변위가 증가되어 용량을 구성할 수 있다. 조성물 E1 및 조성물 E2 각각은 예상치 못하게 이러한 시스템에서 4℃ 미만의 증발기 글라이드를 달성할 수 있으며, 동시에 300 미만의 GWP 및 2L의 가연성 등급을 달성할 수 있다.
실시예 10 - 주거용 히트 펌프 시스템(난방)
주거용 히트 펌프 시스템은 겨울에 건물에 따뜻한 공기(21℃)를 공급하는 데 사용되고, 전형적으로 주거용 공조 시스템과 동일하게 구성된다. 그러나, 그러한 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 또는 미세채널 열 교환기이고, 압축기는 전형적으로 왕복 압축기 또는 회전 압축기(롤링 피스톤 또는 회전 베인) 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 E1 및 냉매 E2를 상기에 기재된 바와 같은 주거용 히트 펌프 시스템의 시뮬레이션에서 사용하였으며, 성능 결과가 하기 표 E10에 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 E10]
실시예 11 - 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 E1 및 냉매 E2를 사용하여 시험하며, 성능 결과가 표 E115에 보고되어 있다. 작동 조건은 다음과 같았다: 응축 온도 = 60℃ (상응하는 실내 유출수(leaving water) 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 E11]
조성물 E1 및 조성물 E2 각각은 예상치 못하게 이러한 시스템에서 3℃ 미만의 증발기 글라이드를 달성할 수 있으며, 동시에 300 미만의 GWP 및 2L의 가연성 등급을 달성할 수 있다.
실시예 12 - 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 EA1 및 냉매 E2를 사용하여 시험하며, 성능 결과가 하기 표 E12에 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 E12]
실시예 13 - 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 E1 및 냉매 E2를 사용하여 시험하며, 성능 결과가 표 E13에 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 E13]

Claims (10)

  1. 약 98.5 중량% 이상의 하기 3가지 화합물을 포함하는 냉매로서, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율:
    33.0 중량% 내지 43.5 중량%의 다이플루오로메탄(HFC-32);
    48.5 중량% 내지 67.0 중량%의 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf); 및
    1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 플루오로에탄(HFC-161)으로 존재하고, 상기 냉매는 클래스 2L 냉매이고 GWP가 300 미만인, 냉매.
  2. 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지는 냉매로서, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    40 중량% 내지 45 중량%의 HFC-32;
    49 중량% 내지 55 중량%의 HFO-1234yf; 및
    1.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161.
  3. 제2항에 있어서, 상기 냉매는 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    41.5 중량% 내지 44.5 중량%의 HFC-32;
    49.5 중량% 내지 53.5 중량%의 HFO-1234yf; 및
    2.0 중량% 내지 6.0 중량%의 HFC-161.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉매는 하기 3가지 화합물로 본질적으로 이루어지며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    43.5 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-32;
    52.5 중량% +1/-2 중량%의 HFO-1234yf; 및
    4 중량% +1/-2 중량%의 HFC-161.
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉매는 하기 3가지 화합물로 이루어지며, 각각의 화합물은 하기 상대 백분율로 존재하는, 냉매:
    43.5 중량% +0.5/-2 중량%의 HFC-32;
    52.5 중량% +1/-2 중량%의 HFO-1234yf; 및
    4 중량% +1/-2 중량%의 HFC-161.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 냉매를 증발시키는 단계를 포함하는 열 전달 방법으로서, 상기 냉매는 증발기 글라이드(evaporator glide)가 5℃ 미만인, 열 전달 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉매는 증발기 글라이드가 4℃ 미만인, 냉매.
  8. 제5항의 냉매 및 POE 및 PVE로부터 선택되는 적어도 하나의 윤활제를 포함하는, 열 전달 조성물.
  9. 압축기 및 증발기 및 응축기를 포함하고 제8항에 따른 열 전달 조성물을 함유하는, 열 전달 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열 전달 시스템은 주거용 공조, 상업용 공조, 냉각기, 주거용 공기-물 히트 펌프 순환수식 시스템, 중온 냉장 및 저온 냉장 중 하나 이상을 포함하는, 열 전달 시스템.
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