PT2324092E - Composição frigorigénea incluindo 1,1,1,2- tetrafluoroetano (hfc134a) e 2,3,3,3- tetrafluoropropeno (hfo1234yf) - Google Patents
Composição frigorigénea incluindo 1,1,1,2- tetrafluoroetano (hfc134a) e 2,3,3,3- tetrafluoropropeno (hfo1234yf) Download PDFInfo
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Description
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DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÃO FRIGORIGÉNEA INCLUINDO 1,1,1,2-TETRAFLUOROETANO (HFC134a) E 2,3,3,3-TETRAFLUOROPROPENO (HF01234yf)"
Domínio Técnico A invenção presente diz respeito a uma composição de uma mistura de fluidos frigorigéneos contendo 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) e 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf) para utilização em sistemas de refrigeração e de ar condicionado.
Estado da Técnica
Sendo o aquecimento global uma questão cada vez mais séria em todo o mundo, o desenvolvimento de sistemas de refrigeração e de ar condicionado que sejam amigos do ambiente tem vindo a ganhar importância. Os fluidos frigorigéneos têm uma grande importância não apenas em relação ao aquecimento global, mas também no desempenho dos sistemas de refrigeração e de ar condicionado. Portanto, a selecção do fluido frigorigéneo desempenha um papel importante na diminuição das emissões de dióxido de carbono que contribuem para o aquecimento global. 2
Foram recentemente propostos diversos propenos parcialmente fluorado contendo uma ligação dupla na molécula, que apresentam um menor potencial para o aquecimento global (GWP) do que os clorofluorocarbonetos (CFC), os hidroclorofluorocarbonetos (HCFC), e os hidrofluorocarbonetos (HFC), já conhecidos. 0 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf) é um destes propenos (veja-se, por exemplo, a Literatura de Patentes 1 e a 2) . Este fluido frigorigéneo é inflamável, entrando em ignição a uma concentração de entre 6,5 e 12,5 %, em volume, em ara 21°C.
Lista de Citações
Literatura de Patentes PTL 1: WO2005/105.947 PTL 2: WO2006/094.303
Descrição Resumida da Invenção Problema Técnico
Quando o fluido frigorigéneo é inflamável, é necessária a utilização de um material altamente seguro no sistema eléctrico, e introduz-se um limite superior na quantidade de fluido frigorigéneo que se pode carregar no 3 aparelho. Um objecto da invenção presente é proporcionar um fluido frigorigéneo não inflamável que seja excelentemente manipulável e isento das limitações acima, enquanto mantém a sua capacidade frigorigénea.
Solução do Problema
Os inventores da invenção presente levaram a cabo uma investigação extensa atentos os problemas acima, e verificaram que se podiam resolver estes problemas utilizando uma composição de fluido frigorigéneo contendo entre 36 e 50 %, em massa, de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) e entre 50 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3- tetrafluoropropeno (HF01234yf), e preferivelmente entre 36 e 42 %, em massa, de HFC134a e entre 58 e 64 %, em massa, de HF01234yf, num aparelho no qual o fluido frigorigéneo seja circulado através de um compressor para completar um ciclo de refrigeração. A invenção presente foi conseguida com base neste facto.
Especificamente, a invenção presente proporciona a seguinte composição de fluido frigorigéneo não inflamável.
Item 1. Uma composição frigorigénea incluindo entre 36 e 50 %, em massa, de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) e entre 50 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf). 4
Item 2. A composição frigorigénea de acordo com o Item 1, incluindo entre 36 e 42 %, em massa, de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) e entre 58 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf).
Item 3. A composição frigorigénea de acordo com o Item 1 ou o 2, que inclua também um inibidor de polimerização.
Item 4. A composição frigorigénea de acordo com qualquer um dos Itens 1 a 3, que inclua também um agente de secagem.
Item 5. A composição frigorigénea de acordo com qualquer um dos Itens 1 a 4, que inclua também um estabilizante.
Item 6. Um método de operar um frigorífico que inclua circular-se a composição frigorigénea de acordo com qualquer um dos Itens 1 a 5 através de um compressor.
Item 7. Um método de produzir a composição frigorigénea de acordo com o Item 1, que inclua misturar-se entre 36 e 50 %, em massa, de 1, 1, 1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) com entre 50 5 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFOl234yf).
Item 8. Um frigorífico que inclua a composição frigorigénea de acordo com qualquer um dos Itens 1 a 5.
Efeitos Vantajosos da Invenção
Podem conseguir-se os seguintes efeitos com a composição frigorigénea da invenção presente. (1) A composição frigorigénea da invenção consegue o mesmo desempenho por ciclo, ou um melhor, em comparação com o do novo HF01234yf proposto, quando utilizada como agente frigorigéneo num aparelho de bomba de calor. (2) A composição frigorigénea da invenção é não inflamável. Portanto, não é necessária uma modificação da especificação do aparelho, tal como a utilização de material altamente seguro. (3) A composição frigorigénea da invenção não tem qualquer potencial para diminuição do ozono (ODP); portanto, ela não contribui para a diminuição da camada de ozono, mesmo quando não se consegue recolher por completo após a sua utilização. 6
Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 é um alçado da configuração do aparelho utilizado num teste de inflamabilidade.
Descrição das Concretizações
Os inventores presentes levaram a cabo investigação extensa acerca de relação entre a inflamabilidade e as razões de mistura do HF01234yf com uma gama inflamável, com o HFC134a sem uma gama inflamável. Avalia-se a inflamabilidade de acordo com o método descrito no Exemplo de Teste 2.
Em resultado, verificaram gue a composição frigorigénea contendo entre 36 e 50 %, em massa, de HFC134a e entre 50 e %, em 64 massa, de HF01234yf (a composição frigorigénea que contém HFC134a/HF01234yf numa razão mássica de entre 36/64 e 50/50 %) é não inflamável, enquanto mantém a sua capacidade frigorigénea. Além disto, a composição frigorigénea contendo entre 36 e 42 %, em massa, de HFC134a e entre 58 a 64 %, em massa, de HF01234yf (a composição frigorigénea contendo HFC134a/HF01234yf numa razão mássica de 36/64 a 42/58 %), consegue efeitos mais excelentes, e a composição frigorigénea contendo entre 38 a 42 %, em massa, de HFC134a e entre 58 e 62 %, em massa, de HF01234yf (a composição frigorigénea contendo 7 HFC134a/HF01234yf numa razão mássica de entre 38/62 e 42/58 %) consegue os efeitos mais excelentes de todos. 0 HFC134a apresenta um valor de GWP (Período Horizonte de Integração; ITH = 100 anos) de 1.430, enquanto o GWP do HF01234yf é de 4. Quando o conteúdo em HFC134a na mistura frigorigénea for de 36 a 50 %, em massa, o valor de GWP da mistura é inferior a cerca de metade do valor do HFCl34a por si só. A composição não inflamável da invenção apresenta uma forte estabilidade. Caso seja necessário, podem adicionar-se estabilizantes para cumprir a especificação de alta estabilidade sob condições severas.
Incluem-se nos exemplos destes estabilizantes (i) compostos nitroalifáticos tais como o nitrometano e o nitroetano; e compostos nitroaromáticos, tais como o nitrobenzeno e o nitroestireno; (ii) éteres tais como o 1,4-dioxano; e aminas tais como a 2,2,3,3,3-pentafluoropropalamina e a difenilamina; butil-hidroxixileno, benzotriazole, etc. os estabilizantes podem utilizar-se por si sós ou em combinações de dois ou mais. A quantidade de estabilizante pode variar dependendo do tipo de estabilizante, desde que não prejudique o desempenho da composição não inflamável. Em geral, a quantidade de estabilizante é preferivelmente de entre cerca de 0,1 e cerca de 10 partes, em peso, e mais preferivelmente de entre cerca de 0,1 e cerca de 5 partes em peso, por 100 partes em peso da mistura de HFC134a com HF01234yf. A composição da invenção presente pode também conter um inibidor de polimerização. Incluem-se nos exemplos destes, o 4-metoxi-l-naftol, a hidroquinona, o éter hidroquinonametilico, o dimetil-t-butilfenol, o 2,6-di-terc-butil-p-cresol, o benzotriazole, etc.
Em geral, a quantidade de inibidor de polimerização é preferivelmente de entre cerca de 0,01 e cerca de 5 partes em peso, e mais preferivelmente de entre cerca de 0,05 e cerca de 2 partes em peso, por 100 partes em peso da mistura de HFC134a com HF01234yf. A composição da invenção presente pode também conter um agente de secagem.
Pode conseguir-se um ciclo de refrigeração circulando a composição frigorigénea da invenção presente através de um compressor. Também é possivel produzir-se um aparelho para se formar um ciclo de refrigeração no qual a composição frigorigénea da invenção presente é circulada através de um compressor.
Incluem-se nos exemplos de sistemas de refrigeração capazes de utilizar a composição frigorigénea da invenção, sem que eles se limitem a estes, 9 condicionadores de ar para carros, unidades refrigeração para máquinas de venda de produtos, condicionadores de ar domésticos ou industriais, bombas de calor com gases (GHP)/bombas de calor eléctricas (EHP), etc.
Exemplos A invenção presente será descrita em mais pormenor adiante através de Exemplos; no entanto, a invenção não se limita a estes exemplos.
Exemplo de Teste 1 A titulo de fluidos frigorigéneos, utilizaram-se HFC134a e HF01234yf na seguinte razão mássica (HFC134a/HF01234yf): 40/60 %, em massa, no Exemplo 1, e 50/50 %, em massa, no Exemplo 2. Utilizando um aparelho de bomba de calor com uma capacidade de refrigeração nominal de 4 kW, conduziu-se a operação a uma temperatura de evaporação do fluido frigorigéneo no evaporador, de 10°C, uma temperatura de condensação do fluido frigorigéneo no condensador, de 45°C, e graus de sobreaquecimento e de sobrearrefecimento de 0°C. A titulo de comparação, operou-se o aparelho de bomba de calor utilizando HF01234yf (Exemplo de Comparação 1) nas mesmas condições que as acima, excepto que se ajustou o graus de sobreaquecimento a 2,4°C. 10
Com base nos resultados acima, o coeficiente de desempenho (COP) e o efeito de refrigeração foram obtidos utilizando as fórmulas que se seguem. COP = capacidade de arrefecimento/consumo de energia
Efeito de refrigeração = capacidade de arrefecimento/quantidade de circulação de fluido frigorigéneo A Tabela 1 mostra o COP e o efeito de refrigeração dos fluidos frigorigéneos utilizados nos Exemplos 1 e 2 em relação aos do fluido frigorigéneo utilizado no Exemplo de Comparação 1 (= 100).
Tabela 1 ^ |Razão | |entre ! 1 COP | Razão entre |Pressão de | Efeitos de |evaporação ^Refrigeração! (MPa) ^\ww\\\\\\\\\\\\\\\\www\\^ ^ Pressão de ij ^Condensação!; I (MPa) !j | Exemplo 1 | Exemplo 2 |HFC134a/HF01234yfI | (40/60 %, em | 101 ^ massa) | |HFC134a/HF01234yf| I (50/50 %, em | 101 | massa) | | 110 | 0,46 I 111 | 0,46 1 1,22 II | 1,23 |! |Exemplo de ^Comparação | 1 | HF01234yf | 100 | 100 | 0,43 | 1,23 !
Exemplo de Teste 2
Avaliou-se a inflamabilidade da mistura de fluidos frigorigéneos que constituem o fluido frigorigéneo presente medindo a gama de inflamabilidade utilizando um 11 aparelho de medição de acordo com a ASTM E681-2001. Veja-se a Fig. 1.
Utilizou-se um recipiente esférico em vidro com 12 de modo a que o estado de combustão pudesse ser visualmente observado e fotograficamente registado num video. Durante a geração do excesso de pressão por combustão, permitiu-se o escape de gás através de uma tampa superior. Conseguiu-se a ignição através de uma descarga entre eléctrodos colocados a um terço da distância a partir da base.
Esférico com Φ de 280 mm (Volume interno: 12 litro) ±3°C ±0,7 kPa ±0,0005 g ±0,2 %, em volume ±0,1 %, em massa ±0,05 s.
Recipiente do teste:
Temperatura do teste: 60°C Pressão: 101,3 kPa Água: 0,0088 g por grama de ar seco Razão de mistura de fluido frigorigéneo/ar: incrementos de 1 %, em volume
Mistura frigorigénea: Método de ignição: descarga de AC Distância entre eléctrodos: 6,4 mm (1/4 de polegada)
Faísca: 0,4 s.
Critérios de avaliação: Quando uma chama se prolonga a um ângulo de 90° ou mais partir do ponto de ignição, considerou-se o material inflamável (propagação). A Tabela 2 mostra os resultados de avaliação de inflamabilidade das misturas de HFC134a com HF01234yf. Os resultados revelam que a fronteira entre não inflamável e inflamável é estabelecida quando a razão entre HFC134a/HF01234yf é de 36/64 %, em massa, e que a 12 composição contendo 36 %, em massa, ou mais, de HFC134a, é não inflamável, ainda que seja misturada com ar a qualquer razão. Portanto, é relevante que o fluido frigorigéneo da invenção presente é não inflamável.
Tabela 2 wwwwwwwwwwwv Concentração de gás misturado com ar §Concentração| I em HFC134a | na mistura 1 de gases
; ^xx\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\x\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\vi; ^\\\\vc 34 %, em 1 Não A\\\\\\\\\\\\\\V Não massa |inflamávelj!inflamável| |Inflamável Não | Não | |inf1amável|inflamável! em $ Não 1 Não -Ί , , $ . -Ί , J , .. , Ί$ Inflamável $ inflamável § inflamável $ j | 36 %, em | Não | Não | Não Ij ^ massa |inflamável|inflamável|inflamávels; 35 massa wwwwwwwwwwv Não Não |inf1amável^inflamável
Aplicabilidade
Industrial A da invenção sistemas de composição de mistura de fluidos frigorigéneos presente é eficaz a titulo de composição para refrigeração e de condicionamento de ar.
Lista de Sinais de Referência 1 Fonte de ignição 2 Entrada de amostra 3 Molas 4 Recipiente em vidro com 12 Litro 5 Eléctrodos 6 Agitador 7 Câmara isolada
Lisboa , 7 de Maio de 2012.
Claims (8)
1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma composição de um fluido frigorigéneo compreendendo entre 36 e 50 %, em massa, de 1,1,1,2- tetrafluoroetano (HFC134a) e entre 50 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf).
2. Uma composição de fluido frigorigéneo de acordo com a reivindicação 1, incluindo entre 36 e 42 %, em massa, de 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC134a) e entre 58 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf).
3. Uma composição de fluido frigorigéneo de acordo com a reivindicação 1, que também inclua um inibidor de polimerização.
4 . Uma composição de fluido frigorigéneo de acordo com a reivindicação 1, que também inclua um agente de secagem.
5. Uma composição de fluido frigorigéneo de acordo com a reivindicação 1, que também inclua um estabilizante
• 6. Um método de operar um frigorifico que inclua fazer- -se circular uma composição frigorigénea de acordo com a reivindicação 1 através de um compressor. 2
7. Um método de produzir uma composição frigorigénea de acordo com a reivindicação 1, que inclua misturar-se entre 36 e 50 %, em massa, de 1,1,1,2- tetrafluoroetano (HFC134a) com entre 50 e 64 %, em massa, de 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HF01234yf).
8. Um frigorifico que inclua uma composição frigorigénea de acordo com a reivindicação 1. Lisboa, 7 de Maio de 2012.
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