MX2014008818A - Fluidos de trabajo que comprenden difluorometano y éster de dipentaeritritol. - Google Patents

Abstract

En la presente invención se observó que las mezclas de ésteres de neopentilpoliol seleccionados son sumamente miscibles con el refrigerante R-32 a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas. Por lo tanto, la presente invención se refiere a fluidos de trabajo que comprenden R-32 y una composición lubricante de tipo éster de poliol que tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 120 cSt, donde dicha composición lubricante comprende ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de dipentaeritritol en la que al menos un 40% molar, normalmente más, de los grupos alquilcarboxilato de los ésteres alquilcarboxílicos son grupos pentanoílo.

Description

FLUIDOS DE TRABAJO QUE COMPRENDEN DIFLUOROMETANO Y ESTER DE DIPENTAERITRITOL CAMPO DE LA INVENCION Se proporcionan fluidos de trabajo adecuados para dispositivos de transferencia de calor incluidos los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, donde dicho fluido de trabajo comprende un refrigerante hidrofluorocarbonado, es decir, difluorometano, también denominado R-32, y una composición lubricante de tipo éster de poliol que tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 120 cSt, que comprende ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales y ramificados de dipentaeritritol, donde un 40% molar o más, normalmente un 60% molar o más, de los ésteres alquilcarboxilicos C5_io de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados. En muchas realizaciones, el difluorometano es el refrigerante predominante o único del fluido de trabaj o .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos de transferencia de calor tales como los refrigeradores, congeladores, bombas de calor y sistemas de aire acondicionado son muy conocidos. En términos sencillos tales dispositivos operan mediante un ciclo donde un refrigerante de un punto de ebullición adecuado se evapora a presión baja tomando calor de su entorno, el vapor pasa a un condensador donde se condensa y vuelve al estado liquido y desprende calor en su nuevo entorno, y a continuación el condensado se devuelve al evaporador y se completa el ciclo. Además de las partes mecánicas de un dispositivo de refrigeración tales como un compresor, etc., se necesitan materiales especialmente adecuados, incluidos el refrigerante, materiales para la transferencia de calor adecuados, selladores para prevenir la pérdida de refrigerante y lubricantes para permitir el funcionamiento de las partes movibles del dispositivo.

Por ejemplo, es deseable una cantidad suficiente del lubricante en el compresor para proporcionar lubricación y sellado. El lubricante proporciona protección contra el desgaste de las partes móviles tales como los apoyos que soportan la carga, elimina calor del compresor, ayuda a conservar los sellados para prevenir la pérdida de refrigerante, sella los espacios libres para garantizar una compresión eficaz del gas desde una presión baja hasta una elevada y se puede utilizar para reducir el ruido (amortiguación) .

Es necesario que el lubricante tenga buenas propiedades de flujo a baja temperatura y que sea estable térmicamente .

También es necesario que el lubricante refrigerante sea compatible con el refrigerante. Por ejemplo, en lo que se refiere al compresor, se considera al fluido lubricante como una solución de refrigerante disuelta en el lubricante. En otras partes del sistema de refrigeración tales como el evaporador, se puede considerar al aceite como un lubricante disuelto en el refrigerante. Generalmente, es deseable tener un alto grado de miscibilidad entre el lubricante y el refrigerante en las condiciones de operación (temperaturas y presiones) del sistema de refrigeración completo y una miscibilidad parcial puede provocar problemas con la transferencia de calor y también puede interferir con el retorno de los aceites al compresor.

Por ejemplo, el evaporador es la parte más fría del sistema y es un sitio en el que es probable que ocurra la separación de fases, pero el fluido de trabajo que contiene el lubricante también debe funcionar a las temperaturas más elevadas que se encuentran en otra parte del sistema.

Por lo tanto, las combinaciones de refrigerante y lubricante se clasifican como completamente miscibles, parcialmente miscibles o inmiscibles dependiendo de su grado de solubilidad mutua. Las mezclas parcialmente miscibles de refrigerante y lubricante son mutuamente solubles a ciertas temperaturas y concentraciones de lubricante en refrigerante, y se separan en dos o más fases líquidas en otras condiciones.

Las preocupaciones sobre la disminución del ozono y el calentamiento global han dado lugar al reemplazo de refrigerantes clorofluorocarbonados tradicionales con materiales alternativos o nuevos. Un ejemplo de una alternativa a los refrigerantes clorofluorocarbonados, difluorometano, es un refrigerante sumamente eficaz sin las propiedades dañinas relacionadas con la disminución del ozono de los clorofluorocarburos . Sin embargo, existen obstáculos técnicos que deben superarse con el fin de aprovechar plenamente este refrigerante sumamente deseable.

El refrigerante R-32, es decir, difluorometano, es un hidrofluorocarburo (HFC) con un potencial de disminución del ozono (ODP, por sus siglas en inglés) de 0 y un potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés) de 650. Sin embargo, R-32 es moderadamente inflamable pero, lo que es más importante, no es lo suficientemente miscible con los lubricantes que tienen las propiedades requeridas para poder utilizarlos en los sistemas de transferencia de calor actuales. Para superar estos obstáculos técnicos, se utiliza R-32 en mezclas, p. ej . , R-140A es una mezcla azeotrópica (50%/50%) p/p de difluorometano (R-32) con pentafluoroetano (R-125); R-407A es una mezcla azeotrópica de difluorometano con pentafluoroetano y tetrafluoroetano (R-134a) . Aunque superan algunos de los obstáculos que aparecen cuando se utiliza R-32 solo, estas mezclas no son tan deseables desde un punto de vista ecológico o del rendimiento.

Tal como se ha mencionado, R-32 tiene un GWP de 650 que es considerablemente menor que el del refrigerante R-410A, GWP = 2100. Se ha considerado R-410A como el reemplazo del refrigerante HCFC (clorodifluorometano) R-22 que tiene un ODP de 0.055 y un GWP de 1810. R-32 también tiene una capacidad volumétrica un 10% mayor que R-410A, lo que da lugar a un coeficiente de rendimiento (COP, por sus siglas en inglés) superior.

Recientemente ha tenido lugar un resurgimiento del desarrollo de la refrigeración y equipo de AC que pueden funcionar exclusivamente con R-32. R-32 opera a una presión más elevada que R-410A pero las mejoras en el diseño del equipo con una mayor rentabilidad han convertido el uso de R-32 en una consideración práctica. Las mejoras en los controles técnicos para minimizar los riesgos de inflamabilidad, R-410A se considera no inflamable (calificación Al) mientras que R-32 se considera moderadamente inflamable (calificación A2), asi como la creciente aceptación de refrigerantes hidrocarbonados inflamables (calificación A3) para algunas aplicaciones, han aumentado la posibilidad de que R-32 se convierta en el refrigerante con un GWP bajo de nueva generación principal para el equipo nuevo.

Un asunto pendiente que obstaculizaría la aceptación de R-32 es que los lubricantes sintéticos utilizados en la actualidad con R-410A no son totalmente adecuados para la utilización con R-32. Los lubricantes utilizados más comúnmente con R-410A son ésteres de poliol y éteres polivinílieos . Los lubricantes comercializados en la actualidad no tienen una miscibilidad/solubilidad adecuada con R-32 a lo largo de todo el intervalo de operación de los sistemas de refrigeración/AC, especialmente en las viscosidades del lubricante más deseadas. El equipo basado en R-32 también funciona a temperaturas de descarga superiores, lo cual supone requisitos adicionales para la estabilidad térmica del lubricante.

Los lubricantes a base de ésteres sintéticos son lubricantes de refrigeración eficaces en muchos sistemas. Las propiedades físicas de las mezclas de ésteres, por ejemplo, la viscosidad y similares, dependen de los tipos de ésteres y las proporciones de los ésteres presentes.

La Patente de EE. UU. 6.444.626 presenta fluidos formulados adecuados para ser utilizados como un refrigerante o un lubricante que comprende mezclas de ésteres de pentaeritritol, dipentaeritritol, tripentaeritritol y tetrapentaeritritol así como mezclas con los ésteres mencionados anteriormente y ésteres de poliol de tipo trimetilol. Las mezclas de ésteres de pentaeritritol y polipentaeritritol de la patente de EE. UU. 6.444.626 se preparan a partir de un poliol de partida que es predominantemente monopentaeritritol en un proceso de dos pasos siguiendo el contenido general de la Patente de EE. UU. 3.670.013 esterificando parcialmente el poliol en condiciones ácidas utilizando menos ácido carboxilico del que se necesita para una esterificación completa en condiciones que también conducen a la oligomerización del poliol/éster . El siguiente paso completa la esterificación de los grupos hidroxi.

La Patente de EE. UU . 5.486.302 presenta lubricantes de tipo POE con una viscosidad más elevada obtenidos esterificando un poliol utilizando ácidos carboxilicos de cadena ramificada; desafortunadamente, estos ésteres de cadena ramificada exhiben un poder lubricante insuficiente para utilizarlos en ciertos dispositivos de transferencia de calor.

El documento US 6.774.093 presenta un lubricante de refrigeración que comprende ésteres similares a los de la Patente de EE. UU. 6.444.626, pero con una viscosidad mucho más elevada que lo hace adecuado para utilizarlo con refrigerantes fluorados tales como R-410A.

La Solicitud de Patente de EE. UU. N.° 12/684.315, tramitada junto con la presente, presenta lubricantes de refrigeración que comprenden mezclas de ésteres carboxilicos de oligomeros de tipo mono-, di-, tri-, tetra-y superiores de pentaeritritol, donde al menos un 25% son ésteres de oligomeros de tetrapentaeritritol o superiores, útiles con CO2 como refrigerante. La Solicitud de Patente de EE. UU. N.° 13/080.739, tramitada junto con la presente, también presenta lubricantes con una viscosidad elevada útiles con C02, los cuales contienen predominantemente ésteres de ácidos carboxilicos lineales de cadena lineal C3-6, por ejemplo, ésteres de ácido n-pentanoico, y que comprenden un 30% en peso o más de ésteres de oligomeros de pentaeritritol que contienen 4 o más grupos de pentaeritritol .

Se ha observado de manera sorprendente que ciertas mezclas de ésteres de poliol que comprenden ésteres carboxilato de dipentaeritritol, donde al menos un 40%, por ejemplo, al menos un 50, un 60 o un 70% de los grupos carboxilato son de tipo pentanoilo, pueden proporcionar un aceite de base lubricante idealmente adecuado para su uso con el refrigerante R-32. Dichos ésteres de alquilcarboxilato, y sus mezclas con otros ésteres de neopentilpoliol , no solo tienen una miscibilidad con R-32 y una viscosidad mayores que las esperadas, sino que también tienen un poder lubricante, una formación de películas y unas propiedades de admisión de carga excelentes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona un fluido de trabajo adecuado para dispositivos de transferencia de calor que comprende el refrigerante hidrofluorocarbonado difluorometano, es decir, R-32, y una composición lubricante de tipo éster de poliol con una viscosidad cinemática a 40°C de 32 cSt o superior, donde dicha composición lubricante comprende ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol y al menos un 40% molar, un 60% molar o más de los grupos alquilcarboxilato son grupos pentanoilo.

Aunque otros tipos de refrigerantes pueden estar presentes, los refrigerantes hidrofluorocarbonados , es decir, HFC, constituyen la mayoría de todos los refrigerantes presentes, en muchas realizaciones el refrigerante está constituido de manera predominante o exclusiva por refrigerantes HFC. En muchas realizaciones el fluido de trabajo comprende difluorometano como el refrigerante predominante y en ciertas realizaciones particulares el refrigerante está constituido esencialmente por difluorometano, es decir, cualquier refrigerante que no sea difluorometano está presente únicamente en cantidades que no afectan materialmente a las características novedosas y básicas de la invención.

Los ésteres de poliol de tipo dipentaeritritol de la invención se preparan convenientemente mediante métodos conocidos y se pueden mezclar con otros ésteres de poliol, por ejemplo, ésteres de ácido carboxílico de pentaeritritol , neopentilglicol o trimetilolpropano . En una realización, la composición lubricante de tipo éster de poliol de la invención comprende una mezcla de ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de pentaeritritol y ésteres alquilcarboxílieos C5-10 de dipentaeritritol donde al menos un 50% molar, normalmente un 60% molar o más, de todos los grupos alquilcarboxilato son pentanoilos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un fluido de trabajo que comprende: i) un refrigerante que comprende difluorometano (R-32), y ii) una composición lubricante de tipo éster de poliol que comprende ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de dipentaeritritol donde al menos un 40% molar de los grupos alquilcarboxilato de los ésteres alquilcarboxílicos de dipentaeritritol son grupos pentanoílo, donde la composición lubricante de tipo éster de poliol tiene una viscosidad cinemática a 40°C de 32 cSt, a menudo superior a 40 cSt, por ejemplo, una viscosidad cinemática a 40°C de 50 cSt o superior o una viscosidad cinemática a 40°C de 60 cSt o superior.

La composición lubricante de tipo éster de poliol comprende ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales y ramificados en una proporción comprendida entre 9:1 y 1:9 de ésteres de cadena lineal respecto a los ramificados.

Los presentes lubricantes tienen una viscosidad cinemática a 40°C de al menos 32 cSt, 40 cSt, 46 cSt, 60 cSt o superior, y puede ser tan elevada como 90 cSt, 100 cSt, 110 cSt, 120 cSt o 150 cSt. En muchos casos la viscosidad a 40°C estará comprendida entre 32 y 120 cSt, p. ej . , entre 32 y 100 cSt, p. ej . , entre 40 y 100 cSt o entre 46 y 100 cSt. Generalmente, el lubricante de la invención tiene un grado de viscosidad ISO comprendido entre 32 y 100, entre 48 y 100, y funcionará bien en los sistemas que requieran, por ejemplo, grados de viscosidad ISO de 48, 68, 100 o algún valor intermedio.

La composición lubricante de tipo éster de poliol puede estar constituida por una mezcla de ésteres de dipentaeritritol , pero en muchas realizaciones el lubricante comprende una mezcla de ésteres de dipentaeritritol con otros ésteres de neopentilpoliol , p. ej . , ésteres de neopentilglicol , trimetilolpropano, pentaeritritol, tripentaeritritol y/o oligómeros que comprenden 4 o más monómeros de pentaeritritol, que tienen viscosidades idénticas o inferiores, para obtener la composición lubricante de tipo éster de poliol con una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 100 cSt.

Los ésteres de dipentaeritritol de la invención son mezclas de compuestos de fórmula I: donde cada R es independientemente un alquilcarbonilo lineal o ramificado de entre 5 y 10 átomos de carbono, donde un 60% molar, a menudo un 70% molar, un 75% molar o más de los alquilcarbonilos son alquilcarbonilos C5. La proporción de alquilcarbonilos lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 9:1 y 1:9, a menudo entre 6:1 y 1:6 o entre 5:1 y 1:5.

Al menos un 30%, por ejemplo, un 50%, un 60% o un 75% en peso de todos los ésteres de la composición lubricante de tipo éster de poliol son compuestos de fórmula I, en una realización un 90% o más son compuestos de fórmula I y en una realización particular esencialmente todos los ésteres de poliol de la composición lubricante son compuestos de fórmula I.

En algunas realizaciones, los ésteres de dipentaeritritol se mezclan con ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales o ramificados de neopentilglicol, trimetilolpropano, pentaeritritol y oligómeros de pentaeritritol . En estas mezclas, un 50% molar o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 presentes son ésteres alquilcarboxilicos C5 y un 60% molar, un 70% molar, un 75% molar o más de todos los ésteres de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5.

En una realización la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende una mezcla de compuestos de fórmula I y ésteres de pentaeritritol, es decir, compuestos de fórmula II: II, donde cada R es independientemente un alquilcarbonilo lineal o ramificado de entre 5 y 10 átomos de carbono. En este tipo de realizaciones, la composición lubricante de tipo éster de poliol puede comprender entre un 30 y un 70% en peso de ésteres de dipentaeritritol de fórmula I y entre un 30 y un 70% en peso de ésteres de pentaeritritol de fórmula II, donde un 50% o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 son ésteres alquilcarboxilicos C5.

En otras realizaciones, la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende una mezcla de compuestos de fórmula I y ésteres de alquilcarboxilato C5-10 de neopentilglicol y/o trimetilolpropano, o compuestos de fórmula I y compuestos de fórmula II con ésteres de alquilcarboxilato C5-10 de neopentilglicol y/o trimetilolpropano .

Aunque algunos lubricantes de tipo éter polivinilico y éster de poliol utilizados comúnmente son miscibles con el refrigerante R-32, o una mezcla refrigerante constituida predominante o esencialmente por R-32, estos lubricantes tienen viscosidades bajas, p. ej . , una viscosidad cinemática a 40°C de 32 cSt y no son tan miscibles en el amplio intervalo de temperaturas como los lubricantes de la presente invención. Se prefieren, y en muchos casos se requieren, lubricantes con una mayor viscosidad para muchos sistemas de transferencia de calor, es decir, refrigeración, acondicionamiento de aire, etc. Los lubricantes de la presente invención tienen el intervalo requerido de miscibilidad con R-32 y pueden adquirirse con las viscosidades mayores.

En la presente solicitud, "un" compuesto o "un elemento" se refiere, a menos que se especifique lo contrario, a "uno o más" compuestos o elementos. La "mayoría" se refiere a un 50% o más, normalmente más de un 50%, y "predominantemente" se refiere a una mayoría significativa, por ejemplo, un 70% o superior, en el caso del refrigerante, "predominantemente R-32" se refiere a que menos de un 15% en peso del refrigerante no es R-32, a menudo menos de un 10% o un 5%.

Aunque cada R en las fórmulas I y II, así como cada alquilcarbonilo presente en cualquier otro éster de alcohol neopentílico de la invención, es independientemente un alquilcarbonilo de 5 a 10 átomos de carbono, que puede ser lineal o ramificado, al menos un 45% o más de todos los ésteres de alquilcarboxilato C5-10, normalmente un 50%, un 60%, un 70%, un 75%, un 90% o más de todos los grupos alquilcarbonilo de la composición lubricante son pentanoílos .

En muchas realizaciones, la mayoría de todos los grupos alquilcarbonilo se derivan de una mezcla de aproximadamente un 66% de ácido Ji-pentanoico y aproximadamente un 34% de ácido 2-metilbutanoico. Por ejemplo, un 60%, un 70%, un 80% o un 90% de todos los grupos alquilcarbonilo se derivan de una mezcla de aproximadamente un 66% de ácido n-pentanoico y aproximadamente un 34% de ácido 2-metilbutanoico.

Normalmente, la proporción presente de alquilcarbonilos C5-10 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 9:1 y 1:9, a menudo entre 6:1 y 1:6 o entre 5:1 y 1:5, por ejemplo, entre 3:1 y 1:3. A menudo, la proporción de alquilcarbonilos C5 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 5:1 y 1:3, a menudo entre 3:1 y 1:1.

La mezcla de ésteres de poliol de la invención se preparan por métodos muy conocidos.

En el fluido de trabajo pueden estar presentes pequeñas cantidades de otros compuestos similares a aquellos de fórmula I o II descritos anteriormente. Por ejemplo, una esterificación incompleta puede dar lugar a la presencia de compuestos donde uno o más grupos R son hidrógeno y también son posibles oligómeros superiores que muestran grados mayores de ramificación dependiendo del método sintético usado.

Se ha observado que los lubricantes anteriores tienen una miscibilidad con R-32 notablemente mejorada en comparación con lubricantes similares que contenían cantidades mayores de grupos alquilcarbonilo lineales o no pentanoílicos .

El fluido de trabajo de la invención comprende el lubricante anterior y un refrigerante que comprende R-32. El refrigerante puede ser una mezcla de más de un compuesto de tipo HFC o contener compuestos que no son HFC, pero generalmente, el refrigerante es predominantemente R-32. Por ejemplo, otros refrigerantes que pueden estar presentes en el fluido de trabajo incluyen C02, amoniaco y similares, pero al menos un 85% en peso, y a menudo más, del refrigerante es HFC, normalmente al menos un 90% o un 95%, y a menudo más, del refrigerante es R-32.

La proporción de mezcla del lubricante de tipo éster de poliol respecto al refrigerante no está restringida de manera particular pero el lubricante puede estar presente en una proporción de 1 a 500 partes en peso, más preferentemente de 2 a 400 partes en peso por 100 partes en peso del refrigerante. En una realización, el fluido de trabajo comprende entre un 5 y un 20 por ciento en peso del lubricante de tipo éster basándose en el peso del lubricante y refrigerante.

Los ejemplos de realizaciones especificas de la invención incluyen: Un liquido de trabajo para un dispositivo de transferencia de calor que comprende: i) un refrigerante que comprende difluorometano (R-32), y ii) una composición lubricante de tipo áster de poliol que tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 120 cSt que comprende ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales y ramificados de dipentaeritritol en una proporción comprendida entre 9:1 y 1:9, a menudo comprendida entre 6:1 y 1:6 o comprendida entre 5:1 y 1:5, de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados, donde un 60% molar o más, por ejemplo, un 70% molar o más y a menudo un 75% molar o más de los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados; o el fluido de trabajo descrito anteriormente donde una composición lubricante de tipo éster de poliol tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 100 cSt, o de entre 46 y 100 cSt.

Un fluido de trabajo para un dispositivo de transferencia de calor que comprende: i) un refrigerante que comprende difluorometano (R-32), y ii) una composición lubricante de tipo éster de poliol que tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 120 cSt que comprende los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales y ramificados de dipentaeritritol descritos anteriormente y que además comprende los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de neopentilglicol, trimetilolpropano, pentaeritritol , tripentaeritritol y/u oligómeros que comprenden 4 o más monómeros de pentaeritritol, donde un 50% molar o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados y donde toda la combinación de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 presentes está en una proporción comprendida entre 9:1 y 1:9, entre 6:1 y 1:6 o entre 5:1 y 1:5 de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados; el fluido de trabajo anterior donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 30 y un 90% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol y entre un 10 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de neopentilglicol, trimetilolpropano y/o pentaeritritol, donde el % en peso se basa en el peso total de la composición lubricante de tipo éster de poliol; el fluido de trabajo anterior donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 50 y un 90% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol y entre un 10 y un 50% en peso de ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de neopentilglicol, trimetilolpropano y/o pentaeritritol; o el fluido de trabajo anterior donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 30 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de dipentaeritritol y entre un 30 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxílicos C5-10 de pentaeritritol.

Cualquiera de los fluidos de trabajo anteriores donde el refrigerante comprende R-32 y menos de un 15% en peso, por ejemplo, menos de un 10% en peso, del refrigerante no es R-32 y se selecciona entre otros refrigerantes hidrofluorocarbonados , CO2, amoniaco y refrigerantes hidrocarbonados , o donde el refrigerante está constituido esencialmente por R-32.

El éster de los ésteres de poliol también se puede mezclar con otros lubricantes, tales como polialfadefinas, polialquilenglicoles , compuestos aromáticos alquilados, éteres polivinílieos , aceites minerales, otros lubricantes a base de ésteres incluidos ésteres de oligómeros de pentaeritritol, aceites vegetales, etc., para formar la composición lubricante. Sin embargo, la mezcla de ésteres de poliol definida anteriormente es el componente mayoritario, predominante o único de la composición lubricante utilizada para preparar el fluido de trabajo y se debe tener cuidado cuando se añadan otros aceites de base lubricantes de modo que las propiedades deseables de la composición de tipo éster de poliol en lo que se refiere a su uso con el refrigerante no se vean reducidas.

Por lo tanto, el fluido de trabajo de la invención puede comprender adicionalmente además de los componentes i) y ii) uno o más de los siguientes componentes: un aceite mineral, poli- -olefina, alquilbencenos , éster de un ácido carboxilico que no sea el éster de neopentilpoliol del componente ii) , poliéter, éter polivinilico, perfluoropoliéter , éster de ácido fosfórico o una mezcla de estos, aunque en cantidades pequeñas, normalmente menos de un 10% en peso, menos de un 5% en peso y generalmente menos de un 2% en peso.

Los fluidos de trabajo de la invención pueden comprender otros componentes comunes en la técnica, incluidos los aditivos, otros lubricantes, etc. Los aditivos comunes que también pueden estar presentes en el fluido de trabajo incluyen antioxidantes, aditivos de presión extrema, aditivos antidesgaste, aditivos para reducir la fricción, agentes desespumantes, agentes que favorecen la espuma, desactivadores metálicos, secuestradores de ácidos y similares.

Los ejemplos de antioxidantes que se pueden utilizar incluyen antioxidantes fenólicos tales como 2, 6-di- t-butil-4-metilfenol y 4 , 4 ' -metilenbis (2 , 6-di- -butilfenol ) ; antioxidantes de tipo amina tales como P,P~ dioctilfenilamina, monooctildifenilamina, fenotiazina, 3,7-dioctilfenotiazina, fenil-l-naftilamina, fenil-2-naftilamina, alquilfenil-l-naftilamina y alquilfenil-2-naftilamina; antioxidantes que contienen azufre tales como disulfuro de alquilo, ásteres de ácido tiodipropiónico y benzotiazol; y ditiofosfato dialquilico de zinc y ditiofosfato diarílico de zinc.

Los ejemplos de los aditivos de presión extrema, aditivos antidesgaste, aditivos para reducir la fricción que se pueden utilizar incluyen compuestos de zinc tales como ditiofosfato dialquilico de zinc y ditiofosfato diarílico de zinc; compuestos con azufre tales como ésteres de ácido tiodipropiónico, sulfuro dialquilico, sulfuro dibencílico, polisulfuro dialquilico, alquilmercaptano, dibenzotiofeno y 2 , 2 ' -ditiobis (benzotiazol ) ; aditivos antidesgaste sin cenizas con azufre/nitrógeno tales como dialquildimercaptotiadiazoles y metilenbis (N,N-dialquilditiocarbamatos ) ; compuestos con fósforo tales como fosfatos triarílicos tales como fosfato tricresílico y fosfatos trialquílieos ; fosfatos dialquílicos o diarilicos; fosfitos trialquílicos o triarílicos; sales de amonio de ésteres de ácido alquil- y dialquilfosfórico tales como la sal de dodecilamonio del éster del ácido dimetilfosfórico; fosfitos dialquílicos o diarilicos; fosfitos monoalquílieos o monoarílicos; compuestos con flúor tales como poliéteres de perfluoroalquilo, polímeros de trifluorocloroetileno y fluoruro de grafito; compuestos con silicio tales como silicona modificada con ácidos grasos; disulfuro de molibdeno, grafito y similares. Los ejemplos de modificadores de la fricción orgánicos incluyen aminas grasas de cadena larga y ásteres de glicerol.

Los ejemplos de agentes desespumantes y que favorecen la espuma que se pueden utilizar incluyen aceites de silicona tales como dimetilpolisiloxano y organosilicatos tales como silicato dietílico. Los ejemplos de desactivadores metálicos que se pueden utilizar incluyen benzotriazol, -—toliltriazol, alizarina, quinizarina y mercaptobenzotiazol . Además, los compuestos epoxi tales como los éteres fenil glicidílicos, éteres alquil glicidílieos , ásteres alquilglicidílicos , ésteres de ácido epoxiesteárico y aceite vegetal epoxidizado, compuestos de organoestaño y compuestos con boro se pueden añadir como secuestradores de ácidos o estabilizantes.

Los ejemplos de secuestradores de la humedad incluyen trialquilortoformatos tales como trimetilortoformato y trietilortoformato, acétales tales como 1/3-dioxaciclopentano y aminoacetales tales como 2,2-dialquiloxazolidinas .

Los fluidos de trabajo que comprenden los presentes ésteres de poliol y un refrigerante se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones de refrigeración y transferencia de energía calorífica. Los ejemplos no limitantes incluyen todos las gamas de equipamiento de aire acondicionado, desde acondicionadores de aire de ventana pequeños, unidades acondicionadoras de aire domésticas centralizadas hasta acondicionadores de aire industriales ligeros y unidades industriales grandes para fábricas, edificios de oficinas, edificios de apartamentos y almacenes. Las aplicaciones de refrigeración incluyen desde electrodomésticos pequeños tales como dispensadores de hielo, máquinas expendedoras, refrigerantes de agua, neveras y congeladores domésticos, hasta pistas de patinaje sobre hielo y almacenes refrigerados a gran escala. También se incluirían en las aplicaciones industriales los sistemas de congelación y refrigeración en cascada de tiendas de comestibles. Las aplicaciones de transferencia de energía calorífica incluyen bombas de calor para calentadores de agua caliente y calefacción doméstica. Las aplicaciones relacionadas con el transporte incluyen acondicionamiento de aire para camiones y automóviles, semirremolgues refrigerados así como contenedores de transporte por ferrocarril y por vía marítima refrigerados.

Los tipos de compresores útiles para las aplicaciones anteriores se pueden clasificar en dos categorías amplias: compresores dinámicos y de desplazamiento positivo. Los compresores de desplazamiento positivo aumentan la presión de vapor del refrigerante reduciendo el volumen de la cámara de compresión mediante el trabajo aplicado al mecanismo del compresor. Los compresores de desplazamiento positivo incluyen muchos tipos de compresores en uso en la actualidad tales como reciprocantes, rotatorios (de pistón rodante, de paleta rotatoria, de tornillo individual, de tornillo doble) y orbitales (de espiral o trocoidal) . Los compresores dinámicos aumentan la presión de vapor del refrigerante mediante una transferencia continua de energía cinética desde el miembro giratorio al vapor, seguido por la conversión de esta energía en una subida de presión. Los compresores centrífugos funcionan de acuerdo a estos principios .

EJEMPLOS Se prepararon fluidos de trabajo que comprenden difluorometano, es decir, R-32, y lubricantes y se determinó la miscibilidad R-32/lubricante a diversas temperaturas y % en peso.

Los EJEMPLOS 1-7 se prepararon utilizando las mezclas de éster de dipentaeritritol mostradas en la Tabla 1.

Los EJEMPLOS COMPARATIVOS A-G se prepararon utilizando los lubricantes mostrados en la Tabla 2.

En los siguientes ejemplos, i-C5 es una mezcla ~ 66/34 de ácido pentanoico/ácido 2-metilbutanoico, i-C9 es ácido 3, 5, 5-trimetilhexanoico, PE es pentaeritritol, DiPE es dipentaeritritol y PVE es éter polivinilico .

Tabla 1 Ya que i-C5 es una mezcla ~ 2:1 de ácido pentanoico/ácido 2-metilbutanoico, en los Ejemplos 1-3 y 5-7, un 67% de los grupos alquilcarbonilo Cs se derivan de ácido n-pentanoico y un 33% se derivan de ácido 2-metilbutanoico .

Tabla 2 La Tabla 3 enumera las temperaturas por encima de las cuales se observa la miscibilidad lubricante/R-32 para los fluidos de trabajo anteriores a diversos % en peso de lubricante. Son evidentes dos fases en los % en peso de lubricante enumerados cuando la temperatura cae por debajo de la mostrada.

Tabla 3 significa no miscible Un requisito básico para muchos lubricantes de refrigeración es que forme una única fase con el refrigerante a todas las concentraciones por encima de 0°C. A partir de los datos anteriores, esto se logra con cada uno de los lubricantes de dipentaeritritol de los EJEMPLOS 1-5, pero no con los de los EJEMPLOS 6, 7 y COMPARATIVOS A-H.

En los EJEMPLOS 8-16 los lubricantes sumamente miscibles de los EJEMPLOS 1, 2 y 5 se mezclaron con los lubricantes que no eran de tipo éster de dipentaeritritol y se determinó la miscibilidad R-32/lubricante a diversas temperaturas y % en peso. La Tabla 4 enumera los ácidos a partir de los cuales se derivan los carboxilatos, se observan algunos errores de redondeo. Las proporciones mostradas son proporciones en peso. La Tabla 5 enumera los resultados de miscibilidad.

El EJEMPLO 8 utiliza una mezcla 1:2 del lubricante del Ej 2 con el lubricante del Ej Comparativo B.

Los EJEMPLOS 9-11 utilizan mezclas 1:2, 1:1 y 1:2 del lubricante del Ejemplo 1 con el lubricante del Ejemplo Comparativo B.

El EJEMPLO 12 utiliza una mezcla 3:2 del lubricante del Ej 1 con un éster de pentaeritritol derivado de una mezcla 72:28 de ácido n-pentanoico: ácido 3,5,5-trimetilhexanoico .

Los EJEMPLOS 13 y 14 utilizan mezclas 9:1 y 4:1 del lubricante del Ej 1 con ésteres n-heptanoílieos de neopentilglicol .

El EJEMPLO 15 utiliza una mezcla 3:1 del lubricante del Ej 1 con ésteres preparados a partir de pentaeritritol de grado técnico que comprende un 80-95% de pentaeritritol y un 15-20% de dipentaeritritol y una mezcla de 43:41:16 de ácido n-pentanoico, n-heptanoico y 3,5,5-trimetilhexanoico .

El EJEMPLO 16 utiliza una mezcla 3:2 del lubricante del Ej 1 con el lubricante del Ej Comparativo B.

Tabla 4 Un requisito básico para muchos lubricantes refrigeración es que deben formar una única fase con refrigerante a todas las concentraciones por encima de 0° A partir de la Tabla 5 posterior, esto se logra con ca una de las mezclas de los Ejemplos 8-16.

Tabla 5 Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (17)

REIVINDICACIONES :

1. Un fluido de trabajo para un dispositivo de transferencia de calor que comprende: i) un refrigerante que comprende difluorometano (R-32), y ii) una composición lubricante de tipo éster de poliol que tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 120 cSt que comprende ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales y ramificados de dipentaeritritol en una proporción comprendida entre 9:1 y 1:9 de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados, donde un 60% molar o más de los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados.

2. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 donde un 70% molar o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados.

3. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 donde un 75% molar o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol son ésteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados.

4. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 3 donde la proporción de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 6:1 y 1:6.

5. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 3 donde la proporción de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 5:1 y 1:5.

6. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 donde la composición lubricante de tipo éster de poliol tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 32 y 100 cSt.

7. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 donde una composición lubricante de tipo éster de poliol tiene una viscosidad cinemática a 40°C de entre 46 y 100 cSt.

8. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende además ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales o ramificados de neopentilglicol, trimetilolpropano, pentaeritritol, tripentaeritritol y/u oligómeros que comprenden 4 o más monómeros de pentaeritritol, donde un 50% molar o más de todos los ésteres alquilcarboxilicos C5_io son ásteres alquilcarboxilicos C5 lineales o ramificados y donde todos los ésteres alquilcarboxilicos C5-10 presentes están en una proporción comprendida entre 9:1 y 1:9 de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados .

9. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 8, donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 30 y un 90% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol y entre un 10 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de neopentilglicol , trimetilolpropano y/o pentaeritritol, donde el % en peso se basa en el peso total de la composición lubricante de tipo éster de poliol.

10. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 9, donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 50 y un 90% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de dipentaeritritol y entre un 10 y un 50% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de neopentilglicol, trimetilolpropano y/o pentaeritritol.

11. El fluido de trabajo de acuerdo con la reivindicación 8, donde la composición lubricante de tipo éster de poliol comprende entre un 30 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-io de dipentaeritritol y entre un 30 y un 70% en peso de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 de pentaeritritol .

12. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11 donde la proporción de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 6:1 y 1:6.

13. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-11 donde la proporción de ésteres alquilcarboxilicos C5-10 lineales respecto a los ramificados está comprendida entre 5:1 y 1:5.

14. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 6-11 donde el refrigerante comprende R-32 y menos de un 15% en peso del refrigerante no es R-32 y se selecciona entre otros refrigerantes hidrofluorocarbonados, CO2, amoniaco y refrigerantes hidrocarbonados .

15. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 6-11 donde el refrigerante comprende R-32 y menos de un 10% en peso del refrigerante no es R-32.

16. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 6-11 donde el refrigerante hidrofluorocarbonado está constituido esencialmente por R-32.

17. El fluido de trabajo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 6-11 que además comprende uno o más antioxidantes, aditivos de presión extrema, aditivos antidesgaste, aditivos para reducir la fricción, agentes desespumantes, agentes que favorecen la espuma, desactivadores metálicos, secuestradores de ácidos o mezclas de estos.