Теплопередающие композиции - RU2537599C2

Описание

Изобретение относится к теплопередающим композициям и, в частности, к теплопередающим композициям, которые могут быть подходящими в качестве замены существующих холодильных агентов, таких как R-134a, R-152a, R-1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 и R-404a.

Хорошо известны механические системы охлаждения и соответствующие теплообменники, такие как тепловые насосы и системы кондиционирования воздуха. В таких системах жидкий холодильный агент испаряется при низком давлении, отбирая тепло из окружающей зоны. Затем получающийся пар компримируют и подают в конденсатор, где он конденсируется и отдает тепло второй зоне, конденсат возвращается через дроссельный вентиль в испаритель, заканчивая таким образом цикл. Механическая энергия, необходимая для компримирования пара и перекачки жидкости, получается, например, от электромотора или двигателя внутреннего сгорания.

В дополнение к наличию подходящей точки кипения и высокого значения скрытой теплоты испарения, предпочтительные свойства холодильного агента включают низкую токсичность, невоспламеняемость, отсутствие коррозионной активности, высокую стабильность и отсутствие нежелательного запаха. Другими желательными свойствами являются легкая сжимаемость при давлении менее 25 бар, низкая температура нагнетания при компримировании, высокая хладопроизводительность, высокая производительность (высокий холодильный коэффициент) и давление в испарителе более 1 бара при желательной температуре испарения.

Дихлордифторметан (холодильный агент R-12) обладает подходящей комбинацией свойств и был много лет наиболее широко используемым холодильным агентом. Из-за международной обеспокоенности в том, что полностью и частично галогенированные хлорфторуглероды, такие как дихлордифторметан и хлордифторметан разрушают защитный озоновый слой Земли, имеется общее соглашение, что их изготовление и использование должны быть строго ограничены и, в конечном счете, постепенно сокращены полностью. Использование дихлордифторметана было постепенно сокращено в 1990-ых.

Хлордифторметан (R-22) был введен как замена R-12 из-за его более низкого потенциала разрушения озонового слоя. Из-за опасения, что R-22 является газом, вызывающим значительный парниковый эффект, его использование также постепенно сокращается. R-410A и R-407 (включая R-407A, R-407B и R-407C) были введены как замена холодильного агента R-22. Однако у всех из R-22, R-410A и R-407 высокий потенциал глобального потепления (GWP, также известный потенциал парникового эффекта).

1,1,1,2-Тетрафторэтан (холодильный агент R-134a) был введен в качестве холодильного агента на замену R-12. Однако, несмотря на низкий потенциал разрушения озонового слоя, потенциал парникового эффекта R134a (GWP, также известный как потенциал глобального потепления) составляет 1300. Было бы желательно найти замену R134a, у которого более низкий GWP.

R-152a (1,1-дифторэтан) был определен в качестве альтернативы R-134a. Он несколько более эффективен, чем R-134a, и имеет потенциал парникового эффекта 120. Однако воспламеняемость R-152a представляется слишком высокой, например, для разрешения его безопасного использования в мобильных системах кондиционирования воздуха. В особенности его нижняя точка воспламенения на воздухе слишком низкая, его скорость распространения пламени слишком высокая, и его энергия воспламенения слишком низкая.

R-1234yf (2,3,3,3-тетрафторпропен) рассматривается в качестве альтернативного кандидата на замену R-134a в определенных применениях, в частности передвижных кондиционерах или тепловых насосах. Его GWP составляет около 4. R-1234yf является горючим, но его характеристики воспламеняемости обычно рассматриваются как приемлемые для некоторых применений, включая мобильное кондиционирование воздуха или перекачку тепла. В частности, его нижняя точка воспламенения, энергия воспламенения и скорость распространения пламени все значительно ниже, чем у R-152a. Однако было установлено, что энергоотдача и хладопроизводительность R-1234yf значительно ниже, чем у R-134a, и, кроме того, установлено, что у жидкости повышенное падение давления в трубчатой системе и теплообменниках. В результате этого для того, чтобы использовать R-1234yf и достигнуть энергетической эффективности и хладопроизводительтности, эквивалентной R-134a, требуются повышенная сложность оборудования и увеличенный размер трубчатой системы, что приводит к увеличению непрямых выбросов, связанным с оборудованием. Кроме того, производство R-1234yf представляется более сложным и менее эффективным в использовании сырья (фторирование и хлорирование), чем R-134a. Таким образом, принятие R-1234yf взамен R-134а будет потреблять больше сырья и приведет к большим непрямым выбросам парниковых газов, чем R-134a.

Хотя теплообменники того типа, к которым относится настоящее изобретение, являются по существу закрытыми системами, потеря холодильного агента в атмосферу может произойти из-за утечки во время работы оборудования или во время обслуживания. Поэтому важно заменять полностью и частично галогенированные хлорфтороуглеродные холодильные агенты материалами с нулевым потенциалом разрушения озонового слоя.

В дополнение к возможности разрушения озонового слоя предполагалось, что существенные концентрации галогенуглеродных холодильных агентов в атмосфере могли бы способствовать глобальному потеплению (так называемый парниковый эффект). Поэтому желательно использовать холодильные агенты с относительно коротким временем жизни в атмосфере за счет их способности реагировать с другими составляющими атмосферы, такими как гидроксильные радикалы, или в результате быстрого разрушения в фотолитических процессах.

Воздействие на окружающую среду при работе систем кондиционирования воздуха или охлаждения, относительно выбросов парниковых газов, следует рассматривать не только в плане "прямого" GWP холодильного агента, но также и в плане так называемых "непрямых" выбросов, означающих выбросы диоксида углерода, образующихся при потреблении электричества или топлива при работе системы. Разработаны несколько показателей этого общего воздействия GWP, включая известные, как Анализ общего коэффициента эквивалентного потепления (TEWI), или выбросов диоксида углерода за срок эксплуатации (LCCP). Оба из этих показателей включают оценку влияния GWP холодильного агента и энергетической эффективности на общий вклад в потепление.

Существует потребность в создании альтернативных холодильных агентов с улучшенными свойствами, такими как низкая воспламеняемость. Химия сгорания фторуглерода сложна и непредсказуема. Не всегда смешивание негорючего фторуглерода с горючим фторуглеродом уменьшает воспламеняемость жидкости. Например, изобретатели установили, что, если негорючий R-134a смешан с горючим R-152a, нижняя точка воспламенения смеси может быть снижена относительно чистого R-152a (то есть смесь может быть более огнеопасной, чем чистый R-152a). Ситуация представляется более сложной и менее предсказуемой, если рассматривать тройные или четверные композиции.

Также существует потребность в создании альтернативных холодильных агентов, которые могут использоваться в существующих устройствах, таких как холодильные установки с небольшой модификацией или без модификации.

R-1243zf является холодильным агентом с низкой воспламеняемостью и с относительно низким GWP. Его точка кипения, критическая температура и другие свойства делают его возможной альтернативой холодильным агентам с более высоким GWP, таким как R-134a, R-410A и R-407. R-1243zf (также известный как HFC1243zf) является 3,3,3-трифторпропеном (CF₃CH=СН₂).

Однако свойства 1243zf таковы, что он не является идеальной прямой заменой существующих холодильных агентов, таких как R-134a, R-410A и R-407. В частности, его производительность слишком низка, что означает, что холодильная система или система кондиционирования воздуха с фиксированным размещением компрессора, разработанная для существующих холодильных агентов, будет хуже охлаждать при загрузке R-1243zf и использовании при тех же рабочих температурах. Этот недостаток является дополнительным к его горючести, которая также влияет на его пригодность для замещения существующих холодильных агентов при его индивидуальном использовании.

Поэтому основная цель настоящего изобретения состоит в создании теплопередающей композиции, которая является пригодной для индивидуального применения или подходящей в качестве замены существующих использований в охлаждении, которые должны иметь пониженный GWP, кроме того, с производительностью и энергетической эффективностью (которые могут быть удобно выражены как "коэффициент полезного действия") идеально в пределах 20% величины, например, от достигнутых при использовании существующих холодильных агентов (например, R-134a, R-1234yf, R-152a, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 и R-404a), и предпочтительно в пределах 10% или менее (например, около 5%) этих величин. В известном уровне техники отличия такого порядка между жидкостями обычно разрешимы модернизацией оборудования и системы эксплуатационных характеристик, не влекущей за собой существенных различий в стоимости. Композиция также в идеале должна обладать пониженной токсичностью и приемлемой горючестью.

Изобретение устраняет вышеупомянутые и другие недостатки созданием теплопередающей композиции, содержащей:

(i) 1,3,3,3-тетрафторпроп-1-ен (R-1234ze, CF₃CH=CHF)

(ii) второй компонент, содержащий R-1243zf (3,3,3-трифторпропен) или дифторпропен (R-1252), выбранный из R-1252zf, R-1252yf, R-1252ye, R-1252ze и R-1252zc и их смесей; и

(iii) третий компонент, выбранный из R-32 (дифторметан), R-744 (CO₂), R-41 (фторметан), R-1270 (пропен), R-290 (пропан), R-161 (фторэтан) и их смесей.

Эти композиции также могут содержать четвертый компонент (iv), выбранный из R134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), R-125 (пентафторэтан), R-1234yf (2,3,3,3-тетрафторпропен) и их смесей.

Вышеуказанные химические реагенты коммерчески доступны, например поставляемые Apollo Scientific (UK).

Если не оговорено иное, эти композиции далее будут называться как композиции изобретения. Эта заявка описывает много осуществлений, соответствующих композициям изобретения, определенных выше. Например, соединения для каждого из компонентов в композициях изобретения и предпочтительное количество этих соединений и компонентов также подробно описаны, так же как положительные свойства композиций изобретения и их предложенные применения. Следует понимать, что такие признаки изобретения, которые раскрыты в описании, могут быть объединены любым соответствующим образом, что понятно специалистам в данной области техники.

Потенциал разрушения озонового слоя композиций изобретения равен нулю.

Неожиданно было установлено, что композиции изобретения обеспечивают приемлемые свойства для использования в качестве альтернативы существующим холодильным агентам, таким как R-134a, R-152a, R-1234yf, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 и R-404a, снижая GWP и не приводя к высокой огнеопасности.

Если не оговорено иное, в соответствии с использованием в описании "низкотемпературное охлаждение" означает охлаждение с температурой испарения около -40--80°С. "Среднетемпературное охлаждение" означает охлаждение с температурой испарения около -15--40°С.

Если не оговорено иное, в описании используются значения GWP TAR (третий оценочный доклад) IPCC (межправительственная комиссия по изменению климата). GWP R-1243ze был взят равным 4 в соответствии с известными данными по скоростям атмосферных реакций и по аналогии с R-1234yf и R-1225ye (1,2,3,3,3-пентафторпроп-1-ен).

GWP выбранных существующих смесей холодильных агентов на этой основе следующие:

R-407A 1990

R-407B 2695

R-407C 1653

R-404A 3784

R-507 3850

R-134a 1300

В осуществлении GWP композиций изобретения менее R-134a, R-22, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507 или R-404a. Соответственно GWP композиций изобретения составляет менее около 3500, 3000, 2500 или 2000. Например, GWP может быть менее 2500, 2400, 2300, 2200, 2100, 2000, 1900, 1800, 1700, 1600 или 1500, GWP композиций изобретения может быть менее 1300, предпочтительно менее 1000, более предпочтительно менее 500, 400, 300 или 200, особенно менее 150 или 100, даже менее 50 в некоторых случаях.

Предпочтительно композиции имеют пониженную огнеопасность по сравнению с индивидуальными горючими компонентами композиций (например, R-1243zf). В одном аспекте композиции имеют одну или более характеристик из (а) более высокая нижняя точка воспламенения; (b) более высокая энергия воспламенения или (с) более низкая скорость распространения пламени по сравнению с индивидуальным R-1243zf. В предпочтительном осуществлении композиции изобретения являются невоспламеняющимися.

Воспламеняемость может быть определена в соответствии со стандартом 34 ASHRAE, включающим стандарт Е-681 ASTM с методикой испытаний согласно приложению 34р, датированного 2004, все содержание которого включено в описание посредством ссылки.

В некоторых применениях отсутствует необходимость классификации рецептур как невоспламеняющихся по методу ASHRAE 34; можно разработать жидкости, точка воспламенения которых будут достаточно понижена на воздухе, чтобы придать им безопасность при использовании, например, если физически будет невозможно получить огнеопасную смесь, при протечке вещества зарядки холодильного оборудования в окружающую среду. Мы нашли, что эффект добавления дополнительных холодильных агентов к R-1234ze (E) изменяет воспламеняемость в смесях с воздухом таким образом.

Температурный гистерезис, который можно рассматривать как разницу между температурами точки начала кипения и точкой росы зеотропной (неазеотропной) смеси при постоянном давлении, является характеристикой холодильного агента; если необходимо заменить жидкость смесью, то часто предпочтительно иметь подобный или пониженный гистерезис альтернативной жидкости. В осуществлении композиции изобретения являются зеотропными.

Соответственно, температурный гистерезис (в испарителе) композиций изобретения составляет менее 15 К, например менее около 10 К или 5 К.

Предпочтительно объемная хладопроизводительность композиций изобретения составляет около 15% существующего жидкого заменяемого холодильного агента, предпочтительно около 10% или даже около 5%.

В одном осуществлении кпд цикла (холодильный коэффициент) композиций изобретения составляет около 10% существующего заменяемого жидкого холодильного агента, предпочтительно около 5%, или еще лучше, чем существующего заменяемого холодильного агента.

Преимущественно температура на выходе компрессора композиций изобретения составляет около 15 К существующего жидкого заменяемого холодильного агента, предпочтительно около 10 К или даже около 5 К (например, R-407B/R-404A/R-507).

Первый компонентом является (i) 1,3,3,3-тетрафторпропен (R-1234ze). R-1234ze существует в виде Е- и Z-геометрических изомеров. В композициях изобретения предпочтительно использовать Е-изомер (R-1234ze (Е) или транс-1234ze). Потому что относительно высокая точка кипения Z-изомера (около +9°С) по сравнению с Е-изомером (около -19), как полагают, вызывает трудности при замене существующих холодильных агентов (например, R-134a и R-1234yf) на композицию, содержащую R-1234ze (Z).

Композиции изобретения обычно содержат около 5-95% масс. R-1234ze (Е), относительно общей массы композиции, например около 5-90% или около 5-80%, или около 5-70%, или около 5-60%; или около 10-90%, или около 10-80%, или около 10-70%, или около 10-60%; или от около 20 до 90%, или около 20-80%, или около 20-70%, или около 20-60%.

В одном аспекте композиции изобретения содержат менее около 50% масс. R-1234ze (Е), например около 5-50% масс., например около 10-50% или около 20-50%.

В одном осуществлении вторым компонентом является R-1243zf (3,3,3-трифторпропен).

Второй компонент (например, R-1243zf) может присутствовать в композициях изобретения в количестве около 5-95% масс., относительно общей массы композиции, например около 10-95% или около 20-95%, или около 30-95%; или около 10-90%, или около 20-90%, или около 30-90%; или около 10-85%, или около 20-85%, или около 30-85%.

В одном аспекте композиции изобретения содержат более около 40% масс. второго компонента (например, R-1243zf), например около 40-95% масс., например около 40-90% или около 20-85%.

В одном осуществлении третьим компонентом является R-32 (дифторметан).

Третий компонент (например, R-32), может присутствовать в композициях изобретения в количестве около 1-40% масс., относительно общей массы композиции, например около 2-40% или около 3-40%, или около 5-40%; или около 1-30%, или около 2-30%, или около 5-30%; или около 1-20%, или около 2-20%, или около 5-20%.

В одном аспекте композиции изобретения содержат менее около 15% масс. третьего компонента (например, R-32), например около 1-15% масс., например около 2-15% или около 3-15%.

Композиции изобретения необязательно содержат четвертый компонент (iv), выбранный из R-134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), R-125 (пентафторэтан), R-1234yf (2,3,3,3-тетрафторпропен) и их смесей. В одном аспекте четвертый компонент выбран из R-134a, R-1234yf и их смесей. Предпочтительно четвертым компонентом является R-134a.

Четвертый компонент (например, R-134a и/или R-1234yf), может присутствовать в количестве около 1-70% масс., относительно общей массы композиции. Например, композиции изобретения могут содержать четвертый компонент в количестве около 1-40% или около 1-50% масс., относительно общей массы композиции, например около 2-40% или около 3-40%, или около 5-40%; или около 1-25%, или около 2-25%, или около 5-25%; или около 1-15%, или около 2-15%, или около 5-15%.

В одном аспекте композиции изобретения содержат менее около 10% масс. третьего компонента (например, R-32), например около 1-10% масс., например около 2-10% или около 3-10%.

В дополнительном аспекте композиции изобретения могут содержать больше четвертого компонента (например, R-134a), например, для снижения воспламеняемости. Такие композиции могут содержать около 40-70%, около 50-70%, около 40-60% или около 50-60% масс. четвертого компонента относительно общей массы композиции.

Композиции согласно изобретению предпочтительно по существу не содержат (например, 0,5% или менее, предпочтительно 0,1% или менее) R-1225 (пентафторпропен), предпочтительно по существу без R-1225ye (1,2,3,3,3-фторпропен) или R-1225zc (1,1,3,3,3-фторпропен), соединений, которые могут быть связаны с проблемами токсичности.

Количество компонентов композиций изобретения может меняться от заданных значений, изложенных выше, и будет зависеть от таких факторов, как конкретные соединения, используемые в качестве вторых и третьих компонентов, заменяемый холодильный агент и использование композиций, например, при кондиционировании воздуха или охлаждении.

В соответствии с использованием в описании, все количества, указанные в %, включая формулу изобретения, являются массовыми относительно общей массы композиций, если не оговорено иное.

Предпочтительно композиции изобретения являются тройными, то есть они включают R-1243ze и по одному из каждого соединения, перечисленного среди вторых и третьих компонентов (ii) и (iii). Однако альтернативно композиции могут содержать четыре или более соединений. Например, они могут содержать R-1243ze и по одному из каждого соединения, перечисленного среди вторых, третьих и четвертых компонентов (ii), (iii) и (iv).

Предпочтительной композицией изобретения является тройная смесь R-1234ze (E), R-1243zf и R-32.

Соединения изобретения, которые являются смесью R-1243zf, R-32 и R-1234ze (E), обычно содержат:

около 5-95%, 5-90%, 5-80%, 5-70%, 10-95%, 10-90%, 10-80%, 10-70%, 15-95%, 15-90%, 15-80%, 15-70%, 20-95%, 20-90%, 20-80%, 20-70%, например около 15-80 или 90% (например, около 20-70%) R-1243zf относительно общей массы композиции; около 5-95%, 5-90%, 5-80%, 5-70%, 10-95%, 10-90%, 10-80%, 10-70%, 15-95%, 15-90%, 15-80%, 15-70%, 20-95%, 20-90%, 20-80%, 20-70%, например около 15-80% (например, около 20-70%) R-1234ze (E) относительно общей массы композиции; и около 1-20%, 2-20%, 5-20%, 1-15%, 2-15%, 5-15%, 1-12%, 2-12%, 5-12% (например, около 2-10 или 15%) R-32 относительно общей массы композиции.

В одном аспекте смеси R-1243zf, R-32 и R-1234ze (E) обычно содержат менее около 15% масс. R-32 и менее около 50% масс. R-1234ze (E), остальное R-1243zf, относительно общей массы композиции.

В дополнительном аспекте смеси R-1243zf, R-32 и R-1234ze (E) содержат около 5-15% масс. R-32, около 5-95% масс. R-1234ze (E) и около 5-95% масс. R-1243zf. Такие смеси могут содержать около 5-15% масс. R-32, около 5-50% масс. R-1234ze (E) и около 35-90% масс. R-1243zf. Ряд таких смесей, содержащих переменное количество каждого компонента, представлен в примерах.

Любая из смесей R-1243zf, R-32 и R-1234ze (E), описанная в заявке, может дополнительно содержать четвертый компонент, например R-134a и/или R-1234yf.

Осуществление изобретения относится к четверной смеси R-1243zf, R-32, R-134a и R-1234ze (E). R-134a может присутствовать в количестве около 1-70% масс. относительно общей массы композиции.

В одном аспекте четверные смеси R-1243zf, R-32, R-134a и R-1234ze (E) обычно содержат R-134a в количестве около 1-20%, около 2-20%, около 3-20%, около 1-15%, около 2-15%, около 3-15%, около 1-12%, около 2-12%, около 3-12%, масс. (например, около 1-10 или 15%) относительно общей массы композиции.

Например, смеси R-1243zf, R-32, R-134a и R-1234ze (E) могут содержать около 1-15% масс. R-32 (например, около 2-10%), около 1-15% масс. R-134a (например, около 2-10%), около 5-95% масс. R-1234ze (E) (например, около 10-90%) и около 5-95% масс. R-1243zf (например, около 10-90%) относительно общей массы композиции. Ряд таких четверных смесей представлен в примерах.

Предпочтительные смеси R-1243zf, R-32, R-134a и R-1234ze (E) могут содержать около 1-15% масс. R-32, около 2-10% масс. R134a, около 5-50% масс. R-1234ze (E) и около 25-92% масс. R-1243zf относительно общей массы композиции.

Некоторые существующие технологии, разработанные для R-134a, возможно не могут быть приемлемыми для некоторых из жидкостей изобретения даже с пониженной воспламеняемостью (любая жидкость изобретения с GWP менее 150, как полагают, является до некоторой степени огнеопасной).

Изобретатели использовали методику стандарта 34 ASHRAE при 60°С в 12-литровом сосуде, чтобы определить предел воспламеняемости композиций двойных смесей R-1243zf с R-134a и R-1234yf с R-134a. Было установлено, что смесь 48%/52% (масс.) R-134a/R-1234yf будет неогнеопасной и что смесь 79%/21% (масс.) R-134a/R-1243zf будет неогнеопасной. Смесь R-1234yf имеет более низкий GWP (625), чем эквивалентная неогнеопасная смесь R-1243zf, а также демонстрирует немного более высокую объемную хладопроизводительность. Однако его характеристики падения давления и кпд цикла будут хуже, чем смеси R-1243zf. Желательно было попытаться улучшить эти эффекты.

Дополнительный аспект изобретения относится к смесям R-32, R-134a, R-1234ze (E) и R-1243zf, общее воздействие на окружающую среду которых ниже, чем у R-134a, эквивалентной неогнеопасной двойной смеси R-134a/R-1234yf, или неогнеопасной двойной смеси R-134a/R-1243zf, композиции которых неогнеопасны.

Это может быть достигнуто четверной R-1243zf/R-32/R-134a/R-1234ze (E) композицией изобретения, содержащей относительно высокое количество R-134a. Например, изобретение предлагает смеси R-1243zf/R-32/R-134a/R-1234ze (E), содержащие около 1-10% масс. (например, около 2-8%) R-32, около 40-70% масс. (например, около 50-60%) R-134a, около 10-40% масс. (например, около 20-30%) R-1234ze (E) и около 5-40% масс. (например, около 10-25%) R-1243zf относительно общей массы композиции. Ряд таких четверных смесей представлен в примерах.

Теплопередающие композиции изобретения являются подходящими для использования в существующих конструкциях оборудования и являются совместимыми со всеми классами смазочных материалов, используемых в настоящее время с традиционными холодильными агентами HFC. Они могут быть необязательно стабилизированы или сделаны совместимыми с минеральными маслами при помощи соответствующих добавок.

Предпочтительно, когда используется в теплообменном оборудовании, композиция изобретения объединена со смазочным материалом.

Предпочтительно смазочный материал выбран из группы, состоящей из минерального масла, силиконового масла, полиалкилбензолов (PABs), сложных эфиров полиспиртов (POEs), полиалкиленгликолей (PAGs), сложных эфиров полиалкиленгликоля (сложные эфиры PAG), поливиниловых простых эфиров (PVEs), поли(альфа-олефинов) и их комбинаций.

Преимущественно смазочный материал дополнительно включает стабилизатор.

Предпочтительно, стабилизатор выбран из группы, состоящей из соединений на основе диенов, фосфатов, фенольных соединений и эпоксидов, и их смесей.

Преимущественно композиция холодильного агента дополнительно включает дополнительный антипирен.

Преимущественно дополнительный антипирен выбран из группы, состоящей из три-(2-хлорэтил)-фосфата, (хлорпропил)фосфата, три-(2,3-дибромпропил)-фосфата, три-(1,3-дихлорпропил)-фосфата, диаммоний фосфата, различных галогенированных ароматических соединений, оксида сурьмы, тригидрата оксида алюминия, поливинилхлорида, фторированного йодуглерода, фторированного бромуглерода, трифторйодметана, перфторалкиламинов, бром-фторалкиламинов и их смесей.

Предпочтительно теплопередающая композиция является композицией холодильного агента.

Преимущественно теплообменник является холодильным аппаратом.

Преимущественно теплообменник выбран из группы, состоящей из автомобильных систем кондиционирования воздуха, бытовых систем кондиционирования воздуха, коммерческих систем кондиционирования воздуха, бытовых холодильных систем, бытовых морозильных систем, коммерческих холодильных систем, коммерческих морозильных систем, холодильных систем кондиционирования воздуха, холодильных систем холодильников и коммерческих или бытовых систем теплового насоса. Предпочтительно теплообменник является холодильным аппаратом или системой кондиционирования.

Преимущественно теплообменник содержит компрессор центробежного типа.

Изобретение также предлагает использование композиции изобретения в теплообменнике в соответствии с описанием.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен пенообразователь, включающий композицию изобретения.

Согласно другому аспекту изобретения предложена вспениваемая композиция, включающая один или более компонентов, способных образовывать пену, и композицию изобретения.

Предпочтительно одни или более компонентов, способных образовывать пену, выбраны из полиуретанов, термопластических полимеров и смол, таких как полистирол и эпоксидные смолы.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, предложена пена, получаемая из вспениваемой композиции изобретения.

Предпочтительно пена включает композицию изобретения.

Согласно другому аспекту изобретения предложена способная к распылению композиция, включающая распыляемый материал и пропеллент, включающий композицию изобретения.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ охлаждения изделия, который включает конденсацию композиции изобретения и последующее испарение указанной композиции вблизи от охлаждаемого изделия.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ нагрева изделия, который включает конденсацию композиции изобретения вблизи от нагреваемого изделия и последующее испарение указанной композиции.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ экстракции вещества из биомассы, включающий контактирование биомассы с растворителем, включающим композицию изобретения, и отделение вещества от растворителя.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ очистки изделия, включающий контактирование изделия с растворителем, включающим композицию изобретения.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ экстракции материала из водного раствора, включающий контактирование водного раствора с растворителем, включающим композицию изобретения, и отделение вещества от растворителя.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ экстракции материала из дисперсной твердой матрицы, включающий контактирование дисперсной твердой матрицы с растворителем, включающим композицию изобретения, и отделение вещества от растворителя.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложено механическое устройство для получения энергии, содержащее композицию изобретения.

Предпочтительно механическое устройство для получения энергии адаптировано для использования цикла Ранкина или его модификации для получения работы из тепла.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ модернизации теплообменника, включающий стадию удаления существующей теплопередающей жидкости и введения композиции изобретения. Предпочтительно теплообменник является холодильной установкой или (стационарной) системой кондиционирования воздуха. Преимущественно способ дополнительно включает стадию получения разрешения на квоту на выброс парниковых газов (например, диоксида углерода).

В дополнительном аспекте изобретения предложен способ снижения воздействия на окружающую среду, в результате использования продукта, включающего существующие соединение или композицию, способ, включающий замену, по меньшей мере частичную, существующего соединения или композиции композицией изобретения. Предпочтительно этот способ включает стадию получения разрешения на квоты на выброс парниковых газов.

В воздействие на окружающую среду мы включаем получение и выброс парниковых газов при использовании продукта.

Как указано выше, это воздействие на окружающую среду можно рассмотреть как включающее не только те выбросы соединений или композиций, имеющих существенное воздействие на окружающую среду, при утечке или других потерях, но также и включающее выброс диоксида углерода, вызванного потреблением энергии устройством за период его эксплуатации. Такое воздействие на окружающую среду может быть определено количественно показателем, известным как общий коэффициент эквивалентного потепления (TEWI). Этот показатель использовался в количественном определении воздействия на окружающую среду определенного холодильного оборудования и кондиционирования воздуха, включая, например, холодильные системы супермаркета (см., например, http://en.wikipedia.org/wiki/Total_equivalent_warming_impact).

Воздействие на окружающую среду далее можно оценивать, включая выброс парниковых газов, появляющихся в результате синтеза и изготовления соединений или композиций. В этом случае выбросы при производстве добавляют к потреблению энергии и прямым потерям для получения показателя, известного как выбросы диоксида углерода за срок эксплуатации (LCCP, см., например, http://www.sae.org/events/aars/presentations/2007papasavva.pdf). Использование LCCP является обычным в оценке воздействия на окружающую среду автомобильных систем кондиционирования воздуха.

Квота(ы) на выбросы предоставляют за падение выбросов загрязнителя, которые способствует глобальному потеплению и могут быть, например, внесены в банк, обменены или проданы. Они традиционно выражены в эквивалентном количестве диоксида углерода. Таким образом, если предотвращены выбросы 1 кг R-407A, тогда может быть представлена квота на выбросы 1×1990=1990 кг СО₂.

В другом осуществлении изобретения предложен способ получения квоты(квот) на выброс парниковых газов, включающий (i) замену существующего соединения или композиции композицией изобретения, в котором GWP композиции изобретения ниже, чем существующего соединения или композиции; и (ii) получение квоты на выброс парниковых газов на указанную стадию замены.

В предпочтительном осуществлении использование композиции изобретения приводит к оборудованию с более низким общим коэффициентом эквивалентного потепления, и/или более низким выбросам диоксида углерода за срок эксплуатации, чем те, что были бы достигнуты с использованием существующего соединения или композиции.

Эти способы могут быть осуществлены с любым подходящим продуктом, например, в области кондиционирования, охлаждения (например, низко- и среднетемпературное охлаждение), теплопередачи, пенообразователей, аэрозолей или способных к распылению пропеллентов, газообразных диэлектриков, криохирургии, ветеринарии, стоматологии, тушении огня, пламегасителей, растворителей (например, носителях вкусовых ароматизирующих веществ и ароматизаторов), чистящих средств, пневматических звуковых сигналов, пневматического оружия, местных анестезирующих средств и применений для объемного расширения. Предпочтительно областью использования является кондиционирование или охлаждение.

Примеры подходящих продуктов включают теплообменники, пенообразователи, вспениваемые композиции, способные к распылению композиции, растворители и механические устройства для получения энергии. В предпочтительном осуществлении продукт является теплообменником, например холодильным устройством или установкой кондиционирования.

Воздействие на окружающую среду по определению GWP, и/или TEWI, и/или LCCP существующих соединений или композиций выше, чем композиций изобретения, которые их заменяют. Существующие соединения или композиции могут включать фторуглеродные соединения, такие как перфтор-, гидрофтор-, хлорфтор- или гидрохлорфторуглеродные соединения, или они могут включать фторированный олефин.

Предпочтительно существующие соединения или композиции являются теплопередающими соединениями или композициями, такими как холодильный агент. Примеры холодильных агентов, которые могут быть заменены, включают R-134a, R-152a, R-1234yf, R-410A, R-407A, R-407B, R-407C, R-507, R-22 и R-404A.

Любое количество существующих соединений или композиций может быть заменено для снижения воздействия на окружающую среду. Это может зависеть от воздействия на окружающую среду заменяемых существующих соединений или воздействия на окружающую среду замещающей композиции изобретения. Предпочтительно существующие соединения или композиции в продукте полностью заменены композицией изобретения.

Примеры

Характеристики выбранных композиций изобретения оценивают по теоретической модели парокомпрессионного цикла. В модели используют экспериментально измеренные данные по давлению пара и равновесному поведению смесей жидкость - пар, обращаясь к уравнению состояния Пенг Робинсона, вместе с корреляциями энтальпии идеального газа для каждого компонента, чтобы вычислить соответствующие термодинамические свойства жидкостей. Модель осуществлена в пакете программ Matlab, поставляемом в Великобритании Mathworks Ltd. Энтальпии идеального газа R-32 и R-134a взяты из безлицензионной информации по измерениям, а именно базы данных по свойствам жидкостей NIST, представленной в пакете программ REFPROP v8.0. Надежные методы оценки, основанные на методе вклада группы Джобака, как описано в "Свойствах газов и жидкостей (The Properties of Gases and Liquids)" 5^-ый выпуск под ред. Полинга (Poling) и др. (которая включена в описание ссылкой), используют для оценки изменения энтальпии идеального газа от температуры для фторировавших олефинов. Кроме того, теплоемкость идеального газа R-1234yf и R-1234ze (E) экспериментально определяют в диапазоне температур. Результаты показали, что предсказательный метод Джобака дает приемлемую точность для теплоемкости фторированных пропенов.

Эти вычисления выполняют стандартным подходом, как используется, например, в программном обеспечении INEOS Fluor "KleaCalc" (также могут быть использованы другие доступные модели для прогнозирования охлаждения и систем кондиционирования воздуха, известные специалистам в данной области техники), используя следующие условия:

Средняя температура испарения: 5°С

Средняя температура конденсации: 50°С

Перегрев испарителя: 10 К

Переохлаждение конденсатора 5 К

Падение давления в испарителе 0 бар

Падение давления во всасывающем трубопроводе 0 бар

Падение давления в конденсаторе 0 бар

Хладопроизводительность 6 кВт

Температура всасывания компрессора 15°С

Изоэнтропийный кпд компрессора 67%

Относительные характеристики падения давления жидкостей в условиях линии всасывания оценивают, используя уравнение Дарси-Вейсбаха для падения давления несжимаемой жидкости, используя отношение Колбрука для фрикционного падения давления и исходя из следующего:

Постоянная хладопроизводительность (6 кВт, как указано выше)

Эффективный внутренний диаметр трубы всасывания: 16,2 мм

Принимая трубу всасывания гладкой изнутри.

Плотность газа оценивают при температуре всасывания и давлении компрессора

Газ считается несжимаемым.

Вязкость газа принимают эквивалентной вязкости R-134a при той же температуре и давлении.

Вид уравнений Дарси-Вейсбаха и Колбрука взяты из Справочника (Handbook) ASHRAE (Основной том 2001) Секция 2, который включен в описание ссылкой.

Таблица 1 представляет сравнительные характеристики чистых жидкостей R-1234yf, R-134a и R-1243zf.

Можно заметить, что падение давления и характеристики производительности и R-1243zf, и R-1234ze хуже по сравнению с R-134a.

Технические характеристики (рассчитанные с использованием вышеуказанных методов) некоторых тройных R-32/R-1234ze (E)/R-1243zf и четверных R-32/R-1234ze (E)/R-1243zf7R-134a смесей изобретения представлены в таблицах 2-9. Композиции таблицы 2, как полагают, неогнеопасны.

Примеры носят только иллюстративный характер и не являются ограничивающими. Объем притязаний изобретения определяется формулой изобретения

Реферат

Изобретение относится к теплопередающей композиции, содержащейE-1,3,3,3-тетрафторпроп-1-ен (R1234ze(E)), 3,3,3 трифторпропен (R-1243zf) и дифторметан (R32). Описывается использование указанной композиции в теплообменнике, в составе вспениваемой композиции, распыляемой композиции, для охлаждения или нагрева изделия, в способах очистки или экстракции материалов, снижения воздействия на окружающую среду продукта эксплуатации существующего хладагента. Предложенная композиция обладает улучшенными характеристиками охлаждения при пониженной огнеопасности и пониженном значении потенциала глобального потепления и может быть подходящей для замены существующих холодильных агентов, у которых эти показатели ниже. 15 н. и 33 з.п. ф-лы, 9 табл.

Формула