PT2253685E - Composição refrigerante - Google Patents

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Description

1
DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE" A presente invenção refere-se a composições refrigerantes que são adequadas, em particular, como substituto ou substituto direto do clorodifluorometano (HCFC-22). 0 HCFC-22 deverá ser eliminado progressivamente em certos países, para aplicações de refrigeração e ar condicionado, para abordar preocupações do Potencial de Depleção do Ozono relacionadas com esse composto. Têm sido sugeridas diferentes composições de substituição para o HCFC-22, por exemplo, R417A, que consiste em 46,6 % por peso de pentafluoroetano (HFC-125), 50 % por peso de 1,1,1,2-tetraf luoroetano (HFC-134a) e 3,4 % por peso de n-butano (R-600) .
Uma área específica de aplicação do HCFC-22 é a refrigeração a baixa temperatura. 0 documento WO-A-01/23493 divulga uma composição refrigerante compreendendo HFC-125, HFC-134a e um aditivo selecionado de um hidrocarboneto saturado, ou uma mistura destes, que está em ebulição no intervalo de -5 até 70°C, em que os pesos de HFC-125 para Rl34a estão situados nos intervalos de 50-80 % por peso de HFC-125, 50-20 % por peso de HFC-134a. O documento WO-A-2004/033582 divulga, em particular, composições que consistem em 85 % por peso de HFC-125, 11,5 % por peso de HFC-134a e 3,5 % por peso de n-butano ou isobutano. 2 A invenção disponibiliza agora composições refrigerantes possuindo potencial nulo de depleção do ozono que são adequadas como substitutos diretos do HCFC-22, especialmente para aplicações de refrigeração de baixa temperatura, e que apresentam vantagens em particular respeitantes à sua capacidade de refrigeração volumétrica. Além disso, geralmente, as composições refrigerantes descobertas são e permanecem não inflamáveis no caso do cenário mais pessimista de fracionamento.
Em consequência, a invenção refere-se a uma composição não inflamável que compreende ou consiste em: HFC-125: mais de 75 até menos de 80 % por peso HFC-134a: mais de 17 até menos de 22,7 % por peso R600: mais de 2,3 até menos de 3,0 % por peso.
As percentagens apresentadas aqui são relativas ao peso total da composição.
Foi descoberto, surpreendentemente, que a composição de acordo com a invenção, quando utilizada para substituir o R22 em sistemas de refrigeração existentes, oferece boas caracteristicas de retorno de óleo enquanto mantém um bom desempenho, em particular respeitante à capacidade de refrigeração volumétrica, transferência de calor e, consequentemente, consumo de energia. O deslize de temperatura da composição de acordo com a invenção é relativamente pequeno; assim, quando as composições são utilizadas como refrigerante, o sobreaquecimento no final do processo de evaporação pode ser significativamente diminuído e, em consequência, a temperatura de evaporação é aumentada. Adicionalmente, o pequeno deslize de temperatura permite uma temperatura do meio mais elevada no evaporador 3 e uma menor temperatura de condensação no condensador. A pressão da composição é, geralmente, um pouco mais elevada em comparação com o R22, mas as composições podem ser utilizadas com segurança com equipamento de refrigeração destinado a utilização com o R22. A composição de acordo com a invenção preferivelmente compreende ou consiste em: HFC-125: 78,5-79,5 % por peso HFC-134a: 17,4-19,0 % por peso R600: 2,5-2,9 % por peso.
Mais preferivelmente, a composição de acordo com a invenção compreende ou consiste em: HFC-125: 78,5-79,5 % por peso HFC-134a: 17, 75-18,75 % por peso R600: 2,75 % por peso.
Uma composição de acordo com a invenção que compreende ou consiste em: HFC-125: 79 % por peso HFC-134a: 18,25 % por peso R600: 2,75 % por peso é mais particularmente preferida. Daqui em diante, a composição de acordo com a invenção que consiste em 79 % por peso de HFC-125, 18,25 % por peso de HFC-134a e 2,75 % por peso de R600 também será referida como "Mistura A".
As composições de acordo com a invenção são não inflamáveis, especialmente quando testadas de acordo com o Padrão ASHRAE 34-2007. A não-inflamabilidade encontra-se geralmente nas fases liquida e de vapor. Composições preferidas são não inflamáveis nas fases liquida e de vapor 4 no caso do cenário mais pessimista de fracionamento, por exemplo, testado de acordo com o Padrão ASHRAE 34-2007.
As composições de acordo com a invenção têm geralmente uma pressão de vapor, medida a 55°C, igual ou menor do que cerca de 25 bar de pressão absoluta. Muitas vezes, esta pressão situa-se num intervalo desde 23 até 25 bar, preferivelmente desde 24 até 25 bar. Foi descoberto que as composições com esta pressão têm uma eficiência particular de transferência de calor.
As composições de acordo com a invenção têm geralmente um deslize de temperatura, definido como a diferença de temperatura entre o ponto de bolha e o ponto de orvalho à temperatura de ebulição e correspondente pressão de ebulição da composição, que é menor do que 4°C, muitas vezes igual ou menor do que 3,5°C, preferivelmente igual ou menor do que 3,0°C. O deslize de temperatura é geralmente igual ou maior do que 0,5°C, muitas vezes igual ou maior do que 1,0°C. A Tabela 1 apresentada aqui a seguir apresenta o comportamento pressão temperatura e deslize da Mistura A. O comportamento pressão temperatura do R22 é apresentado para referência. 5
Tabela 1 pressão Ponto de ebulição (R22, referencia.) Ponto de bolha (Histuxa A) Ponto de orualho (Hiftura A) Deslize bar «c “C *c "C 0.78 mm -so -46,27 3,73 1.01 -40,83 --45 -4137 3,83 1.28 -35,71 -40 -36.43 3,52 1:,80 -30,80 -35 -31.55 3,42 197 -25,49 -30 -mm 3,32 2,42 -20.39 -25 -21,77 3,23 2.93 -15,28 -20 -18,S7 3,13 3,53 -10:,18 -15 -11.97 3,03: 4,21 -5.,08 -10 -7.08 2,94 4,98 0,02 -5 -2.18 2,84 5,80 5,12 Q: 2,75 2.75 8,85 10,22 5 ?,€5 2,65 ?M7 15,32 10 12,55 2,55 9,21 28,42 15 17,45 2,45 10,59 25,52 28 22.35 2,35 12,12 38,53 25 27 25 2.25 13,88 35,74 39 32.14 2,14 15,88 40,55 35 37,02 2,92 17,89 45,87 40 41,90 1,90 18,82 51,10 45 48.78 1,78 22,35 58,23 50 51,84 1,84 25,00 81,:37 55 .58.49 1,49 .27,89 68,53 80 61,32 1.32 31,03 71,70 65 88,11 111 34.48 78,50 78 70.83 8,83
As composições de acordo com a invenção podem ser combinadas, por exemplo, com aditivos ou auxiliares utilizados em refrigeração, tais como, em particular, um lubrificante. Lubrificantes adequados incluem, em particular, os que são adequados para utilização com HCFC-22. Exemplos de lubrificantes que podem ser adequadamente combinados com a composição de acordo com a invenção são selecionados de óleo mineral, por exemplo, lubrificantes de 6 óleos minerais nafténicos, óleos de alquilbenzeno e óleos de éster de poliol, ou misturas destes.
Quando a composição de acordo com a invenção é combinada com um aditivo, em particular um lubrificante como descrito aqui anteriormente, a razão de pesos composição/aditivo vai geralmente desde igual ou maior do que 99:1 até igual ou menor do que 80:20 (peso/peso), preferivelmente desde igual ou maior do que 98,5:1,5 até igual ou menor do que 95:5 (peso/peso). A invenção também se refere à combinação da composição de acordo com a invenção com um aditivo, como aqui descrito anteriormente. A invenção também se refere a um aparato de refrigeração contendo uma composição de acordo com a invenção ou uma combinação de acordo com a invenção. Um aparato de refrigeração preferido de acordo com a invenção é concebido para utilização com o R22. 0 aparato de refrigeração de acordo com a invenção é preferivelmente adequado para proporcionar refrigeração de baixa temperatura. E entendido que "refrigeração de baixa temperatura" designa, em particular, o arrefecimento de um corpo a ser arrefecido para uma temperatura desde -45°C até -20°C. As composições de acordo com a invenção e o aparato de refrigeração de acordo com a invenção são particularmente adequados para arrefecer um corpo a ser arrefecido para uma temperatura desde -35°C até -20°C.
As composições de acordo com a invenção e o aparato de refrigeração de acordo com a invenção também são adequados 7 para "refrigeração normal", entendendo-se que designa, em particular, o arrefecimento de um corpo a ser arrefecido para uma temperatura maior do que -20°C até +5°C.
Numa forma de realização particular, o aparato de refrigeração de acordo com a invenção tem sido utilizado com R22 e o R22 foi substituído pela composição de acordo com a invenção. Num aspeto particular do aparato de refrigeração de acordo com esta forma de realização, um lubrificante, em particular como descrito acima, foi utilizado com R22, e o referido lubrificante foi mantido, pelo menos parcialmente, no aparato para utilização com a composição de acordo com a invenção. A invenção também se refere à utilização da composição de acordo com a invenção como refrigerante. A composição de acordo com a invenção é preferivelmente utilizada como substituto do R22, em particular como substituto direto do R2 2 .
Pretende-se que os exemplos apresentados aqui a seguir ilustrem a invenção, mas sem a limitarem.
Exemplo 1: Refrigeração com uma composição de acordo com a invenção
Num aparato operando com um ciclo simples de refrigeração contendo a Mistura A, a evaporação da composição refrigerante é conduzida a -30°C e a condensação é efetuada a temperaturas variáveis (30/ 35 / 40 / 45°C). O sobreaquecimento é 5 K e o subarrefecimento é 2 K. A eficiência do compressor às diferentes temperaturas encontra-se na tabela aqui apresentada em seguida.
Exemplo 2 (comparaçao): Refrigeração com refrigerantes da técnica anterior
Seguindo o mesmo procedimento do exemplo 1, a capacidade de refrigeração volumétrica do R22, R417A e a composição HFC-125/HFC-134a/pentano 76,8/19,2/4,0 (% por peso), divulgado em WO-A-O1/23493 (daqui em diante "Mistura B"), é determinada a diferentes temperaturas.
Os resultados dos exemplos 1 e 2 estão apresentados na Tabela 2. Fica claro que a composição de acordo com a invenção é a mais próxima da capacidade de refrigeração volumétrica do R22 e é superior aos substitutos do R22 sem capacidade de depleção do ozono da técnica anterior.
Tabela 2 Eífiigcrantc T. 3V»iJ. aC T csEsríd. ®C psvsp. bar Eiaião p oondip.. ewap Eficiência iscjvtrópica do cojTç-rcssor OOP OvdL, kSfoê R22 -SC 30 1,64 7,27 0,745 2,33 1105 -SC 35 1,64 3.26 0,734 2,06 1602 -30 40 1,64 9,35 0,723 1 32 1072 -3Q 45 1,64 10,65 0.71 i.,81 1024 A -SC m 1,71 8.03 0,737 1.93 378 -SC- 35 1,71 9,11 0,725 1,38 307 -SC 40 1,71 10,3 0,713 1,42 832 -SC 45 1,71 11,6 0,69S 1,21 758 Mia E -30 30 0,7 18,33 0.628 1,17 417 -30- 35 0,7 20,78 0.603 1 368 -30 4*3 0,7 23,48 0,575 0,84 359 -?C 45 0,7 26,38: 0.S44 0,71 330 R417Â • 3:C 33 1,23 9,17 D.725 1,90 783 -30- 35 1,23 10,44 0,711 1.7 734 -30 43 1,23 11,83 0,397 1,47 ess 9
Refrigerante T. sv&p.; C T ísofsdL ;':C p evsp. fesF Rasao p oondip, amp Eficiência if«xvtrópica do coeipressor COP 45 1,23 13.38 0.SS1 1 &34 T.-evsp. Temperatura de Evaporação T SOirsá. Temperatura de Condensação p ievap.. Pressão de evaporação £> COftd. Pressão de condensação COP Coeficiente de Desempenho Qys<j·. Capacidade Volumétrica
Exemplo 3: Inflamabilidade de uma composição de acordo com a invenção
Foi determinado que a Mistura A é não inflamável de acordo com o Padrão ASHRAE 34-2007.
Exemplo 4: Caso do cenário mais pessimista de fracionamento de uma composição de acordo com a invenção A concentração de componentes refrigerantes após fugas de vapor da Mistura A com 90 % de liquido como pior cenário da condição de partida é determinada de acordo com o Padrão ASHRAE 34-2007. O teor máximo de R600 é atingido após 93 % de fugas de vapor com a evaporação do último liquido. A composição completa das fases de vapor e liquida neste ponto está apresentada na Tabela 3, com os componentes indicados na mesma ordem da coluna "Refrigerante". A concentração máxima do R600 neste ponto é cerca de 3,7 % por peso na fase de vapor e cerca de 4,1 % por peso na fase liquida. Ambas as fases liquida e de vapor são não inflamáveis.
Exemplo 5 (comparação) 10
Tal como no exemplo 4, determina-se a concentração de componentes refrigerantes após fugas de vapor, mas da mistura refrigerante B, com 90 % de liquido como pior cenário da condição de partida. O teor máximo de Pentano é atingido no final da fase liquida. A composição completa das fases de vapor e liquida neste ponto está apresentada na Tabela 3, com os componentes indicados na mesma ordem da coluna "Refrigerante". A concentração máxima de Pentano neste ponto é cerca de 96,3 % por peso na fase liquida e 52,6 % por peso na fase de vapor. Ambas as fases liquida e de vapor são altamente inflamáveis.
Exemplo 6 (comparação)
Tal como no exemplo 4, determina-se a concentração de componentes refrigerantes após fugas de vapor, mas de uma combinação Rl25/Rl34a/n-butano com 75,02 / 21,48 / 3,5, com 90 % de liquido como pior cenário da condição de partida. O teor máximo de n-butano é atingido no final da fase liquida. A composição completa das fases de vapor e liquida neste ponto está apresentada na Tabela 3, com os componentes indicados na mesma ordem da coluna "Refrigerante". A concentração máxima de butano neste ponto é 5,37 % por peso na fase liquida e 5,05 % por peso na fase de vapor. Ambas as fases liquida e de vapor são inflamáveis.
Tabela 3
Refrigerante Quantidade de fuga de Gás, % Liquido (% por peso) Fase de vapor R125 / R134a / n-Butano 93 % 50,3/ 63,3/ (79,0 / 18,25 / 2,75 % por 45, 6/ 33,0/ peso) (invenção) (Mistura A) 4,1 3,7 R125 / R134a / Pentano (76,8 98 % 1, 0/ 18,9/ / 19,2 / 4,0 % por peso) 2,7/ 28,5/ 11
Refrigerante Quantidade de fuga de Gás, % Liquido (% por peso) Fase de vapor (comparação) (Mistura B) 96,3 52,6 R125 / R134a / Pentano (76,8 91,5 % 14,2/ 64, 0/ / 19,2 / 4,0 % por peso) 8, 4/ 22,2/ (comparação) (Mistura B) 77, 4 13,85 R125 / R134a / n-Butano 95,54 % 38,33/ 51,82143,14/ (75,02 / 21,48 3,5% por 56,30/ 5, 05 peso) 5,37 (comparação)
Exemplo 7: Substituição direta do R22 pela composição de acordo com a invenção
Um sistema de refrigeração para a câmara de conservação de alimentos e vitrinas de uma cantina, operado para arrefecer a câmara para cerca de 0°C e as vitrinas para cerca de -5°C, foi monitorizado durante a operação com R22. Durante um certo período de tempo, o compressor estava no estado operacional, quando era necessário refrigerar a câmara e vitrinas, ou em modo de pausa, quando estavam a uma temperatura aceitável. A percentagem de tempo operacional do compressor necessário para refrigerar a câmara e vitrinas foi considerada um padrão de referência para a eficiência do R22 no sistema de refrigeração. Subsequentemente efetuou-se uma substituição direta do R22 pela Mistura A de acordo com a invenção. 0 tempo operacional do compressor foi monitorizado como descrito aqui anteriormente para o R22, em condições semelhantes e durante um período de tempo semelhante. A comparação das percentagens do tempo operacional do compressor necessário com a Mistura A e com o R22, respetivamente, revelou que a Mistura A foi tão eficiente quanto o R22.
Lisboa, 9 de Dezembro de 2011

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Composição não inflamável que compreende ou consiste em: HFC-125: mais de 75 até menos de 80 % por peso HFC-134a: mais de 17 até menos de 22,7% por peso R600: mais de 2,3 até menos de 3,0% por peso.
2. Composição da reivindicação 1, que compreende ou consiste em: HFC-125: 78,5-79,5% por peso HFC-134a: 17,4-19,0% por peso R600: 2,5-2,9% por peso.
3. Composição da reivindicação 2, que compreende ou consiste em: HFC-125: 78,5-79,5% por peso HFC-134a: 17,75-18, 75% por peso R600: 2,75% por peso.
4. Composição da reivindicação 3, que compreende ou consiste em: HFC-125: 79% por peso HFC-134a: 18,25% por peso R600 : 2,75% por peso.
5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 4, que tem uma pressão de vapor, medida a 55°C, inferior a 25 bar.
6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 5, que tem um deslize de temperatura desde 0,5°C até menos de 4°C. 2
7. Combinação de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 6 com um lubrificante.
8. Combinação de acordo com a reivindicação 7, em que o lubrificante é selecionado de óleo mineral e óleo de alquilbenzeno.
9. Combinação de acordo com as reivindicações 7 ou 8, em que a razão de pesos composição/lubrificante vai desde 99:1 até 80:20 (peso/peso).
10. Aparato de refrigeração que contém uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 6 ou uma combinação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 9.
11. Aparato de refrigeração de acordo com a reivindicação 10, que é concebido para utilização com R22.
12. Aparato de refrigeração de acordo com a reivindicação 10 ou 11, que é adequado para proporcionar refrigeração de baixa temperatura.
13. Utilização da composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 6 como refrigerante.
14. Utilização de acordo com a reivindicação 13, como substituto direto do R22. Lisboa, 9 de Dezembro de 2011
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