TWI535684B - 冷媒組合物 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種新穎的冷媒組合物，特別為五氟乙烷(R125)及二氟甲烷(R32)所組成之冷媒組合物。
冷媒，又稱製冷劑、致冷劑、冷凍劑是一種藉由由液態轉變為氣態情況吸收冷凍空間內的熱量，進而使得溫度降低的一種物質。而冷凍系統致冷的其中一個原理是利用壓縮機將低壓低溫的氣態冷媒壓縮成高溫高壓的氣態冷媒，而後再利用冷凝劑使之液化，形成高壓常溫的液態冷媒，並循環再使用。冷凍空調所使用的氟氯碳化物冷媒主要可分為三類，第一類為CFC冷媒(完全鹵化的氟氯碳化物)例如R11、R12、R13等，此種氟氯碳化物中含有氯，故破壞臭氧層指數較高；第二類為HCFC冷媒(含氯元素的氟氯碳化物)，例如R22及R134a等，雖然其中亦含有氯，但由於有氫離子故其臭氧層破壞指數較低，其缺點為本身具有毒性且其生產過程中會排放大量二氧化碳進而造成溫室效應；第三類為HFC冷媒(含氫元素之氯碳化合物)，例如R410A、R407C等，由於其不含氯故目前已作為不破壞臭氧層的新替代冷媒，這種冷媒被稱作環保冷媒。
R410A是一種由R32及R125各占50重量%混合而成的混合冷媒，其主要用於替代R22，具有清潔、低毒性、穩定、不可燃、致冷效果好等優點。
然而，市面上對於具有更好致冷效果的冷媒，仍有需求。
本發明人出乎意料的發現，一種特定比例的冷媒混合物具有較R410A冷媒更高的冷凍能力，且與R410A冷媒使用相同冷凍油的一種非共沸性冷媒，且當該組合物取代R410A冷凍系統中所含之R410A冷媒時，對於原本的冷凍系統中冷媒高低壓不變。此外，該組合亦具有其他用途之優點，例如，發泡劑、推進劑等。
因此，本發明一方面係關於一種組合物，含有70至75重量%之二氟甲烷(R32)及20至25重量%之五氟乙烷(R125)，其中較好為含有75重量%之二氟甲烷及25重量%之五氟乙烷。
於一較佳實施例中，該組合物係進一步包含至少一選自由下列所組成之群組之佐劑：附加潤滑劑、相溶劑、表面活化劑、附加火焰抑制劑、增溶劑、分散劑、阻燃劑、安定劑、多元醇、多元醇預混組份及二或多種上述佐劑之組合。
本發明之另一方面係關於一種傳熱組合物，其包括如本發明上述之組合物，且進一步包含至少一種潤滑劑。
於一較佳實施例中，該潤滑劑選自由下列所組成之群組：礦物油、聚矽氧油、聚烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚伸烷基二醇(PAG)、聚伸烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烴)(PAO)。
本發明之又另一方面係關於一種冷媒，其包含上述之熱傳組合物。
本發明之又另一方面係關於一種冷凍系統，其係包含上述之
冷媒。
於一較佳實施例中，該冷凍系統係汽車空調系統、住宅空調系統、商業空調系統、住宅冰箱系統、住宅冷凍機系統、商業冰箱系統、商業冷凍機系統、冰水機空調系統、冰水機冷凍空調系統或熱泵系統。
本發明又關於一種取代R410A冷凍系統中之R410A冷媒之方法，其係(1)將該R410A冷凍系統中所含R410A冷媒原始重量之一半重量移除，再加入二氟甲烷使恢復至該原始重量或(2)直接將原系統R410A清除乾淨，直接灌入如上述之重量比例之冷媒或(3)直接將一20-25重量%之單一冷媒R125及一70-75重量%之單一冷媒R32灌入系統。。
於一較佳實施例中，該R410A冷凍系統係汽車空調系統、住宅空調系統、商業空調系統、住宅冰箱系統、住宅冷凍機系統、商業冰箱系統、商業冷凍機系統、冰水機空調系統、冰水機冷凍空調系統或熱泵系統。
定義
說明書中所使用的術語大體上在技術領域、本發明上下文中及發明說明書內文中依每個術語的使用而有其普通的意義。有些術語用來詳述本發明將討論如下，或規範於說明書其他地方以提供實踐者就發明內容額外的指示。為方便起見，某些術語會以如斜體或引號的方式強調，而該強調對於術語的範圍及意義沒有任何影響；在相同之內文中，無論是否有作強調，術語的範圍及意義是相同的。應當明白同樣的事情可使用不同的說法，因此，可使用替代語言及同義詞表示任一或多個此處討論的術語，且無論術語在本文中被闡述或討論，其置於何處皆沒有特殊的意義。某些
術語有提供同義詞但列舉出之一或多個同義詞並不排除其他同義詞的使用。在本發明說明任何地方之實例，包含此處討論述語之實例僅用於說明而非對於本發明之範圍及意義或任何例示之術語有任何限制。相同地，本發明並不限於說明書提供的各種實例。
除非另有限定，所有於此之技術及科學術語語本發明所屬技術領域中通常知識者之通常理解之意義相同。但若有衝突，則以本說明書之定義為準。
本文之「R410A」係指是一種由50重量%之二氟甲烷(R-32)和50重量%之五氟乙烷(R-125)混合而成的近共沸製冷劑。
本文之「R125」係指五氟乙烷，分子量120.02，沸點-48.65°C，破壞臭氧層潛能值(ODP)為0，全球暖化係數值(GWP)為0.84，可做為製冷劑，為諸多混合冷媒中重要的組成成分。
本文之「R32」係指二氟甲烷，化學式CH2F2，分子量52.02，沸點-51.7℃，無色透明液化氣體，不溶於水，溶於乙醇，破壞臭氧層潛能值(ODP)為0。
本文之「冷凍系統」一般指使用冷媒以提供冷卻作用之任何系統或裝置，或此系統或裝置之任一部分。此等冷卻系統包括，如空調、電冰箱、冰水機、運輸冷凍系統、商業冷凍系統等。
本文之「約(around)」、「大約(about)」或「近乎(approximately)」大體上意指在給定值或範圍之5%、較佳係2%，更佳係1%之內。本文中之數值為近似值，也就是說即使沒有明確的說明，也可推斷有所謂「約(around)」、「大約(about)」或「近乎(approximately)」之意義。
在本文中，若述及一個數值或是範圍，則技藝人士應理解其代表涵蓋相關於本發明中特定領域之合適且合理之範圍。
本文中術語「一」或「一種」當與「包含」連用於申請專利範圍或說明書中，可能代表有一個，但也符合「一或多個」或「至少一個」。
本發明組合物適用於傳熱流體
本發明之組合物可適用於傳熱應用，即，組合物可作為加熱及/或冷卻介質。在一較佳實施例中，該組合物係包含自70至75重量%之二氟甲烷(R32)及自20至25重量%之五氟乙烷(R125)，其中較好為75重量%之二氟甲烷及25重量%之五氟乙烷。
本發明之組合物做為傳熱流體適用於多種傳熱應用，且所有此等應用皆屬於本發明之範圍。本發明組合物做為傳熱流體的應用上，得到特別的好處及意外有利的性質。
在某些較佳具體實施例中，本發明該等組合物可使用原先經設計以使用R410A冷媒之冷凍系統中。本發明該等較佳組合物傾向於具有較R410A冷媒為佳的特性，其包括由於R410A之價格較R32高，而本發明之較佳組合物中R32所佔比例較R410內之R32多，因此價錢較R410A便宜、此等組合物具有較高冷房能力，此外，以本發明之組合物取代原R410A冷媒之冷凍系統時，冷凍系統中的高低壓不變，因此不需要修改原本的R410A冷凍系
統，可直接取代R410A空調系統，包含定頻、變頻、多聯空調等，且使用本組合物時，壓縮機的電流強度減小，可延長壓縮機的壽命。因此，本發明之組合物尤佳可作為R410之替代物或取代物。另外，R32之效率雖然較高，但較易燃，故與R125混合可減緩易燃度。
在一些較佳具體實施例中，本發明組合物(尤其呈傳熱流體形式之組合物，且更加地，呈冷媒形式之組合物)進一步包含潤滑劑。各種習知及非習知潤滑劑中之任一種皆可使用在本發明組合物內。潤滑劑的重要功能為當其使用於冷凍系統時，必須有足夠的潤滑劑返回該系統之壓縮機，以致使該壓縮機精潤滑。因此，任一特定系統之潤滑劑適用性可部份藉由該冷媒/潤滑劑特性決定及部份藉由計劃使用該潤滑劑之系統之特性決定。合適之潤滑劑實例通常為此等在使用或經設計以使用R410A冷媒之冷凍機中普遍使用之潤滑劑，其包括但不限於礦物油、聚矽氧油、聚烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚伸烷基二醇(PAG)、聚伸烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烴)(PAO)及鹵烴油等。礦物油(其右包括石蠟油或環烷系油等)，可於市面上購得。就使用就設計以使用HFC之冷凍系統而言(尤其就包含冷凍壓縮、空調(尤其汽車空調)及熱泵之系統而言)，通常較佳使用PAG、PAG酯、PVE及POE作為潤滑劑。就使用或經設計以使用R410A冷凍系統而言，通常較佳使用POE油做為潤滑劑。在某些較佳具體實施例中，本發明之進一步包含的潤滑油即為合成多元醇酯類冷凍油(POE)。
本發明之組合物在商業空調及冷凍系統中習用之冰水機中亦具有優點(在原有系統中或當作為例如R410A等之冷媒取代物)。在某些較佳具體實施例中，本發明組合物較佳包含附加燃燒抑制劑。
本明之組合物因此可適用於汽車空調系統及裝置、商業冷凍系統及裝置、冰水機(其包括利用離新壓縮機之系統)、住宅冰箱及冷凍機、一般空調系統、熱泵等。
雖然文中並未明確陳述任何附加組份(例如，安定劑、鈍化劑等)，但是熟悉本技藝者知道可添加該等附加組份至該組合物內以使該等物質適合需要。
含本發明組合物之系統及原系統內冷媒之替代方法
本發明另一方面包括使用根據本發明之傳熱流體將熱轉移至物體或自物體轉移熱之系統。熟悉本技藝者瞭解根據文中之教示，許多已知方法皆適用本發明，且所有此等方法皆屬於其廣大之範圍。例如，蒸氣壓縮循環為冷凍及/或空調普遍使用之方法。該蒸氣壓縮循環之最簡單型式包括提供呈液體型式之本發明傳熱流體，並通常於相當低壓下藉由吸熱將該冷媒自液相轉變成該氣相，然後通常於高壓下藉由去熱將該冷媒自該氣相轉變成液相。在此等具體實施例中，本發明之組合物做為冷媒時，在一或多容器(例如，蒸發器，其係直接或間接與該欲冷卻之物體接觸)內氣化。該蒸發器內之壓力可致使該傳熱流體於在該欲冷卻物體之溫度以下之溫度下發生氣化。因此，熱會自該物體流至冷媒，並導致該冷媒氣化。接著較佳藉由壓縮機等移除呈氣體型式之該傳熱流體，該壓縮機可立刻在蒸發器內維持相當低壓，並將該蒸氣壓縮至相當高的壓力。由於藉由該壓縮機增加機械能，所以該蒸氣之溫度通常亦增加。接著使該高壓蒸氣轉移至一或多容器(較佳為冷凝器)，然後與較低溫度之介質產生熱交換，移除該靈敏性潛熱，以產生後續冷凝反應。然後使該液體冷媒(其可視需要進一步經
冷卻)較移至該膨脹閥，並隨時可進行再循環。
本發明之以本發明組合物替代原本R410A系統中之R410A時，該替代步驟為直接替代步驟，即不需要大程度地再設計該系統及並不需要替換主要項目之設備，即可適應本發明之冷媒。在某些較佳具體實施例中，該等方法其包括自該空調或冷凍系統移除至少部分R410A冷媒，並藉由將R32冷媒導入該空調系統內調配比例至該冷凍系統中冷媒比例符合本發明之組合物，或移除全部R410冷媒並藉由將液態R410A(成份為50重量%之R125及50重量%之R32)配合單一R32調配成符合本發明比例之冷媒導入該空調系統內，亦可直接將單一冷媒R125及單一冷媒R32由冷媒回收機(Appion G5 Twin Cylinder Refrigerant Recovery Unit)依本發明比例重量吸入電子秤(TIF9055)確認後定量填充，達成本發明之組合物。
或又一實施例中，可直接將原空調系統中之R410A移除，並灌入本發明冷媒組合物即可。
當然，本發明之一實施例也包含一冷凍系統，含有本發明之組合物做為冷媒。
推進劑及氣溶膠組合物
在另一實施例中，本發明之組合物可作為可噴灑組合物之推進劑。欲與惰性成份、溶劑及其它物質一起噴灑之該活性成份亦可存在於該可噴灑混合物內。該可噴灑組合物較佳為氣溶膠。欲噴灑之合適活性物質包括(但不限於)化粧用物質(例如，除臭劑、香料、噴霧髮膠水及清潔劑)及拋光劑與醫用物質及/或生物活性物質。
在其它具體實施例中，本發明提供可發泡組合物及製備發泡
體之方法。本發明該等可發泡組合物通常包括一或多種可形成具有通常呈多泡狀結構之發泡體之組份，及根據本發明之發泡劑。
實施例
以下實例進一步說明本發明，該等實例僅係用以說明並使技術領域之人士了解本發明之手段，並非用以限制本發明。
實施例一
型號：三菱MXZ-4A71NA，搭配三台室內機，測試時外部氣溫35℃。改機前後溫度及電流數據如下表1所示。
銘牌：冷媒/填充量R410A/2.7kg
額定冷氣能力7.1kw
預估冷媒補充量0.3kg
運轉電流13.82A
額定電壓1Φ220V
改機方式：銘牌所標示之冷媒填充量2.7Kg加上預估冷媒補充量0.3Kg共3Kg系統冷媒量，利用冷媒回收機(Appion G5 Twin cylinder
Refrigerant recovery unit)將R410冷媒以液態回收，回收總量之50重量%約1.5Kg，經冷媒電子秤(TIF-9055)確認，再將單一冷媒R32經電子秤灌入系統約1.5Kg，並經冷媒電子秤確認，運轉一小時後測試並記錄改機後數值如上表1。
結論：相較於原來的R410A系統，應用本發明之組合物冷媒共省電14%，冷房能力提升33%，且改機後出風口溫度均降低，有更佳的冷房功效。
實施例二
型號：日立RAM-108NA，搭配二台室內機，測試時外部氣溫37℃，改機前後溫度及電流數據如下表2所示。
銘牌：冷媒/填充量：R410A/2.5kg
額定冷氣能力：3.73kw
運轉電流：17.1A
額定電壓：1Φ220V
改機方式：因冷媒不足所以無法判斷冷媒總量，故暫以銘牌
所示之2.5Kg為基準，以冷媒回收機液態回收R410A共1.2Kg，並以電子秤確認，而後將1.2Kg單一冷媒R-32經電子秤灌入系統，改機後運轉一小時測量並記錄其改機後各項數值，如上表2。
結論：相較於原來的R410A系統，應用本發明組合物冷媒共省電13.2%，冷房能力提升43%，且改機後出風口溫度均降低，有更佳的冷房功效。
實施例三
型號：大金DAIKIN VRVIII INVERTER RXYQ10PAYU多聯410A系統，搭配八台室內機，改機前後溫度及電流數據如下表3所示。
銘牌：冷媒/填充量：R410A/7.9kg
額定電壓：3Φ380V
額定冷氣能力：7.9kw
改機方式：依據銘牌所標示之冷媒填充量7.9Kg加上預估冷媒補充量2.1Kg(補充量係依實際施工銅管換算)，總量為10Kg，以冷媒回收
機液態回收R410A共5Kg並經電子秤確認無誤，將5Kg單一冷媒R32經電子秤灌入系統，運轉一小時後測試並記錄各項結果，如上表2。
結論：相較於原來的R410A系統，依據本案比例改機後可省電24.4%，使用電流可減少12.5%，冷房能力可提高33%，且可使用與R410A相同之POE由，高低壓不變。
實施例四及比較例1
機型：日立變頻冷氣RAC-45JW，1Φ220V，測試時外部氣溫33℃。
銘牌：1.4kw~6kw
運轉電流：1.5~8.4A
冷媒/填充量：R410A/1.25kg
改機方式：
比較例1：原R410A系統冷媒回收至真空，再將R410灌入0.4625Kg(1.25Kg*(18.5%+18.5%))，而後再以R32將冷媒重量補回至原本之重量1.25Kg，使R125與R32之比例變為18.5%及81.5%。
實施例4：原R410A系統冷媒回收至真空，再將內含有25%原重量R125之R410灌入(共有25%R125及25%R32)，而後再以R32將冷媒重量補回至原本之重量1.25Kg，使R125與R32之比例變為25%及75%。改機後測試一小時並記錄各項結果。
由上述之實施例可見，當原本的R410A系統中的冷媒置換為本發明特定比例的組合物時，不僅置換前後系統高低壓不變，且以本發明組合物改機後，壓縮機的電流減小，可延長壓縮機壽命且較為省電，具有不可預期之功效，為特定比例之選擇發明。此外，本案與原本R410A冷媒使用一樣的冷凍油(POE油)，而不需調整。因此本發明組合物之混合式冷媒確可用為取代單一R410冷媒系統中之冷媒，且有更佳之功效。
Claims (8)
- 一種組合物，其係由一混合冷媒及一佐劑所組成，其特徵為該混合冷媒為含有75重量%之二氟甲烷(R32)及25重量%之五氟乙烷(R125)，且該佐劑包含至少一選自由下列所組成之群組之佐劑：附加潤滑劑、相溶劑、表面活化劑、附加火焰抑制劑、增溶劑、分散劑、阻燃劑、安定劑、多元醇、多元醇預混組份及二或多種上述佐劑之組合。
- 一種傳熱組合物，其包括如請求項1之組合物，且進一步包含至少一種潤滑劑。
- 如請求項2之傳熱組合物，其該潤滑劑選自由下列所組成之群組：礦物油、聚矽氧油、聚烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚伸烷基二醇(PAG)、聚伸烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烴)(PAO)。
- 一種冷媒，其包含如請求項3之熱傳組合物。
- 一種冷凍系統，其係包含如請求項5之冷媒。
- 如請求項5之冷凍系統，其係汽車空調系統、住宅空調系統、商業空調系統、住宅冰箱系統、住宅冷凍機系統、商業冰箱系統、商業冷凍機系統、冰水機空調系統、冰水機冷凍空調系統或熱泵系統。
- 一種以請求項1組合物取代R410A冷凍系統中之R410A冷媒之方法，其係(1)將該R410A冷凍系統中所含R410A冷媒原始重量之一半重量移除，再加入二氟甲烷使恢復至該原始重量或(2)直接將原系統R410A清除乾淨，直接灌入一已調配為如請求項1組合物重量比例之混合冷媒或(3)直接將一25重量%之冷媒R125及一75重量%之冷媒R32灌入系統，其中該R410冷媒是一種由R32及R125各佔50重量%混合而成的冷媒。
- 如請求項7之方法，其中該R410A冷凍系統係汽車空調系統、住宅空調系統、商業空調系統、住宅冰箱系統、住宅冷凍機系統、商業冰箱系統、商業冷凍機系統、冰水機空調系統、冰水機冷凍空調系統或熱泵系統。
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