MX2015002082A - Composiciones de transferencia de calor con bajo gwp. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere, en parte, a composiciones y métodos de transferencia de calor que incluyen (a) de aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en peso de HFC-32; (b) de aproximadamente 15% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y (c) de más de aproximadamente 0% a menos de aproximadamente 10% en peso de CO2, a condición de que la cantidad de componente (c) es efectiva para mejorar la capacidad de calentamiento de la composición y reducir el ciclo de descongelación en aplicaciones refrigerantes, en comparación a composiciones que carecen de este componente.

Description

COMPOSICIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR CON BAJO GWF REFERENCIAS CRUZADAS A SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reivindica prioridad a la solicitud provisional de EE.UU. No. de serie 61/684,924, presentada el 20 de agosto de 2012 el contenido de la cual se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a composiciones, métodos y sistemas que tienen utilidad particular en aplicaciones de refrigeración, y en particular los aspectos de transferencia de calor y/o composiciones refrigerantes útiles en sistemas que utilizan típicamente el refrigerante R-410A para aplicaciones de calefacción y refrigeración.

ANTECEDENTES Los fluidos basados en fluorocarbonos han encontrado un amplio uso en muchas aplicaciones comerciales e industriales, incluyendo como el fluido de trabajo en sistemas tales como aire acondicionado, bomba de calor y sistemas de refrigeración, entre otros usos, tales como propelentes de aerosoles, como agentes de soplado, y como dieléctricos gaseosos.

Los fluidos de transferencia de calor, para ser comercialmente viables, deben satisfacer ciertas combinaciones muy especificas y en ciertos casos muy estrictas de propiedades físicas, químicas y económicas. Además, hay muchos tipos diferentes de sistemas de transferencia de calor y equipos de transferencia de calor, y en muchos casos es importante que el fluido de transferencia de calor utilizado en tales sistemas posean una combinación particular de propiedades que coinciden con las necesidades del sistema individual. Por ejemplo, los sistemas basados en el ciclo de compresión de vapor por lo general implican el cambio de fase del refrigerante desde líquido a la fase vapor a través de la absorción de calor a una presión relativamente baja y comprime el vapor a una presión relativamente elevada, condensando el vapor a la fase líquida a través de la eliminación de calor a esta presión y temperatura relativamente elevada, y luego reduciendo la presión para iniciar de nuevo el ciclo.

Ciertos fluorocarbonos, por ejemplo, han sido un componente preferido en muchos fluidos de intercambio de calor, tales como refrigerantes, durante muchos años en muchas aplicaciones. Los fluoroalcanos, tales como clorofluorometanos y clorofluoroetanos, han alcanzado un uso generalizado como fluidos refrigerantes en aplicaciones que incluyen acondicionamiento de aire y aplicaciones de bomba de calor debido a su combinación única de propiedades químicas y físicas, tales como la capacidad de calor, inflamabilidad, estabilidad en las condiciones de operación, y miscibilidad con el lubricante (si lo hay) usado en el sistema. Además, muchos de los refrigerantes utilizados comúnmente en los sistemas de compresión de vapor son cualesquiera fluidos de componentes individuales, o mezclas zeotrópicas, azeotrópicas.

La preocupación ha aumentado en los últimos años acerca de los posibles daños a la atmósfera y el clima de la tierra, y han sido identificados ciertos compuestos a base de cloro dado que es particularmente problemático en este sentido. El uso de composiciones que contienen cloro (tales como los clorofluorocarbonos (CFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y similares) como refrigerantes en aire acondicionado y refrigeración se ha desfavorecido debido a las propiedades que agotan el ozono asociado con muchos de tales compuestos. Por lo tanto ha habido una creciente necesidad de nuevos compuestos de fluorocarbono y de hidrofluorocarbonos que ofrezcan alternativas para aplicaciones de refrigeración y bomba de calor. A modo de ejemplo, en ciertos aspectos, se ha vuelto conveniente modernizar los sistemas de refrigeración que contienen cloro mediante el reemplazo de refrigerantes que contienen cloro con compuestos sin cloro que contienen refrigerantes que no dañan la capa de ozono, como los hidrofluorocarbonos (HFC).

Otra preocupación sobre muchos refrigerantes existentes es la tendencia de muchos de estos productos que causan el calentamiento global. Esta característica se mide comúnmente como potencial de calentamiento global (GWP). El GWP de un compuesto es una medida de la contribución potencial al efecto invernadero de la química contra una molécula de referencia conocida, a saber, CO2 que tiene un GWP = 1. Por ejemplo, los siguientes refrigerantes conocidos poseen los siguientes potenciales de calentamiento global: Aunque cada uno de los refrigerantes anteriormente mencionados ha demostrado ser efectivo en muchos aspectos, estos materiales se vuelven cada vez más menos preferidos ya que es frecuentemente inconveniente utilizar materiales que tienen GWP superior a aproximadamente 1000. Existe una necesidad, por lo tanto, para sustitutos de estos y otros refrigerantes existente que tienen GWP inconvenientes.

Por lo tanto ha habido una creciente necesidad de nuevos compuestos de fluorocarbono e hidrofluorocarbonos y composiciones que son alternativas atractivas a las composiciones utilizadas hasta ahora en estas y otras aplicaciones. Por ejemplo, se ha vuelto conveniente retroadaptar ciertos sistemas, incluyendo sistemas de refrigeración que contienen cloro y que contienen cierto HFC refrigeración que contienen HFC-mediante la sustitución de los refrigerantes existentes con composiciones refrigerantes que no agotan la capa de ozono, no va a hacer que los niveles deseados de calentamiento global, ya que contiene cloro al mismo tiempo va a cumplir con todos los otros requisitos estrictos de tales sistemas para los materiales utilizados como material de transferencia de calor.

Con respecto a las propiedades de rendimiento, los presentes solicitantes han llegado a apreciar que cualquier potencial refrigerante sustituto deberá poseer también aquellas propiedades presentes en muchos de los fluidos más utilizados, tales como excelentes propiedades de transferencia de calor, estabilidad química, toxicidad baja o nula , inflamabilidad baja o nula y la compatibilidad del lubricante, entre otros.

Con respecto a la eficiencia en uso, es importante tener en cuenta que una pérdida de rendimiento termodinámico de refrigerante o eficiencia energética pueden tener impactos ambientales secundarios a través de un mayor uso de combustibles fósiles derivados de una mayor demanda de energía eléctrica.

Además, se considera generalmente conveniente que los sustitutos de refrigerante sean eficaces sin grandes cambios de ingeniería a la teenología de compresión de vapor convencional que actualmente se utilizan con refrigerantes existentes, como los refrigerantes que contienen CFC.

La inflamabilidad es otra propiedad importante para muchas aplicaciones. Es decir, que es considerada importante o esencial en muchas aplicaciones, incluyendo particularmente en aplicaciones de transferencia de calor, que utilizan composiciones que son no inflamables o de inflamabilidad relativamente baja. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "no inflamable" se refiere a compuestos o composiciones que están determinadas como no inflamables, definidos de conformidad con la norma ASTM E-681, de fecha 2002, que se incorpora en la presente invención por referencia. Desafortunadamente, muchos HFC que de alguna manera son convenientes para utilizarse en composiciones refrigerantes, no son inflamables. Por ejemplo, el fluoroalcano difluoroetano (HFC-152a) y el fluoroalqueno 1,1,1-trifluorpropeno (HFO-1243zf) son cada uno inflamable y por lo tanto no es viable para el uso por sí sola en muchas aplicaciones.

Por lo tanto, los solicitantes han llegado a apreciar la necesidad de composiciones, y en particular las composiciones de transferencia de calor, que son potencialmente útiles en numerosas aplicaciones, incluyendo calefacción de compresión por vapor y sistemas y métodos de enfriamiento, evitando al mismo tiempo una o más de las desventajas indicadas anteriormente.

SUMARIO En ciertos aspectos, la presente invención se refiere a composiciones, métodos, usos y sistemas que comprenden o utilizan una mezcla que comprende múltiples componentes: (a) de aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en peso de HFC-32; (b) de aproximadamente 15% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y (c) de más de aproximadamente 0% a menos de aproximadamente 10% en peso de C02, siempre y cuando la cantidad de componente (c) sea efectiva para mejorar la capacidad de calentamiento de la composición y reducir el ciclo de descongelación en aplicaciones refrigerantes, en comparación con las composiciones que carecen de este componente, en particular las composiciones que incluyen el componente (a) y En aspectos alternativos, el componente (b) se proporciona en una cantidad de aproximadamente 17% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y el componente (c) se proporciona en una cantidad de más de aproximadamente 0% a aproximadamente 8% en peso de C02. En otros aspectos, el componente (b) se proporciona en una cantidad de aproximadamente 19% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y el componente (c) se proporciona en una cantidad de más de aproximadamente 0% a aproximadamente 6% en peso de C02. En aún otros aspectos, el componente (b) se proporciona en una cantidad de aproximadamente 20% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y el componente (c) se proporciona en una cantidad de más de aproximadamente 0% a aproximadamente 5% en peso de C02.

En otros aspectos, el nivel de C02 proporcionado puede estar entre, aproximadamente 1% a aproximadamente 8% en peso; de aproximadamente 1% a aproximadamente 6% en peso; de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% en peso; de aproximadamente 2% a aproximadamente 8% en peso; de aproximadamente 2% a aproximadamente 6% en peso; o de aproximadamente 2% a aproximadamente 5% en peso.

En ciertas modalidades preferidas, el componente (b) de la presente invención comprende, consiste esencialmente en, o consiste de HFO-1234ze. El término HFO-1234ze se utiliza aquí de manera genérica para referirse a 1,1,1,3-tetrafluoropropeno, independiente de si es de forma cis o trans. Los términos "cisHFO-1234ze" y "transHFO-1234ze" se utilizan en la presente invención para describir las formas cis y trans de 1,1,1,3-tetrafluoropropeno respectivamente. El término "HFO-1234ze" incluye por lo tanto dentro de su alcance cisHFO-1234ze, transHFO-1234ze, y todas las combinaciones y mezclas de éstos.

La presente invención proporciona también métodos y sistemas que utilizan las composiciones de la presente invención, incluyendo métodos y sistemas para la transferencia de calor, y métodos y sistemas para la sustitución de un fluido de transferencia de calor existente en un sistema de transferencia de calor existentes, y los métodos de selección de un fluido de transferencia de calor de acuerdo con la presente invención para reemplazar uno o más fluidos de transferencia de calor existentes. Mientras que en ciertas modalidades, las composiciones, métodos y sistemas de la presente invención se pueden usar para reemplazar cualquier fluido de transferencia de calor conocido, además, y en algunos casos en modalidades preferidas, las composiciones de la presente solicitud pueden usarse como un reemplazo para R-410A.

Los sistemas de refrigeración contemplados de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no se limitan a, sistemas automotrices de aire acondicionado, sistemas de aire acondicionado residenciales, sistemas de aire acondicionado comerciales, sistemas congeladores residenciales, sistemas frigoríficos residenciales, sistemas refrigeradores comerciales, sistemas congeladores comerciales, sistemas de acondicionamiento de aire enfriador, sistemas de refrigeración de enfriadores, sistemas de bomba de calor, y combinaciones de dos o más de estos. En ciertas modalidades preferidas, los sistemas de refrigeración incluyen sistemas de refrigeración estacionarios y sistemas de bomba de calor o cualquier sistema donde se usa R-410A como refrigerante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 ilustra temperatura media de evaporador, sensor de temperatura de descongelación de bobina, y consumo de ventilador de condensador durante 1 ciclo comparando R-410A con la composición A (HDR-60) y la composición B (HDR-78).

La Figura 2 proporciona una ilustración gráfica de la comparación de consumo de energía (como porcentaje del R-410A) con diferentes porcentajes de C02 proporcionados en una composición refrigerante en un modo de refrigeración.

La Figura 3 proporciona una ilustración gráfica de la comparación de consumo de energía (como porcentaje del R-410A) con diferentes porcentajes de C02 proporcionados en una composición refrigerante en un modo de calefacción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS R-410A se utiliza comúnmente en los sistemas de aire acondicionado, unidades de aire acondicionado especialmente estacionarias y sistemas de bomba de calor. Tiene un Potencial de Calentamiento estimado Global (GWP) de 2088, que es mucho mayor que la que se desea o se requiere. Los solicitantes han encontrado que las composiciones de la presente invención satisfacen de una manera excepcional e inesperada la necesidad de nuevas composiciones para tales aplicaciones, en particular, aunque no exclusivamente, de aire acondicionado y bombas de calor, los sistemas que tienen mejor rendimiento con respecto a impacto ambiental mientras que al mismo tiempo proporcionan otras características de rendimiento importante, como la capacidad, eficiencia, inflamabilidad y toxicidad. En modalidades preferidas, las presentes composiciones proporcionan alternativas y/o sustitutos de los refrigerantes actualmente utilizados en tales aplicaciones, en particular y preferiblemente R-410A, que a la vez tienen valores más bajos de GWP y tienen una estrecha correspondencia en la calefacción y la capacidad de refrigeración a R-410A en tales sistemas.

COMPOSICIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR Las composiciones de la presente invención son generalmente adaptables para su uso en aplicaciones de transferencia de calor, es decir, como un medio de calentamiento y/o enfriamiento, pero están particularmente bien adaptados para su uso, como se mencionó anteriormente, en AC y sistemas de bomba de calor que tiene este documento para R-410A usado.

Los solicitantes han encontrado que el uso de los componentes de la presente invención dentro de los intervalos indicados es importante para lograr el importante, pero difícil de conseguir combinaciones de propiedades exhibidas por las presentes composiciones, especialmente en los sistemas y métodos preferidos, y que el uso de estos mismos componentes, pero sustancialmente fuera de los intervalos identificados, pueden tener un efecto perjudicial en una o más de las propiedades importantes de las composiciones de la invención.

En ciertas modalidades, el HFC-32 está presente en las composiciones de la invención en una cantidad de aproximadamente 65 % en peso a aproximadamente 75 % en peso de las composiciones.

En otras modalidades, el compuesto seleccionado de entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de estos comprende HFO-1234ze, preferiblemente donde dichos compuestos están presentes en las composiciones en cantidades de aproximadamente 15 % en peso a aproximadamente 35 % en peso. En otras modalidades, este componente se proporciona en una cantidad de aproximadamente 17 % en peso a aproximadamente 35% en peso; de aproximadamente 19 % en peso a aproximadamente 35% en peso; o de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 35 % en peso. En ciertas modalidades, el segundo componente consiste esencialmente en, o consiste en, HFO-1234ze.

En aún otras modalidades, las composiciones de la invención incluyen C02 en una cantidad de más de aproximadamente 0 % en peso a menos de aproximadamente 10 % en peso. En modalidades adicionales, C02 se proporciona en una cantidad de más de aproximadamente 0 % en peso a aproximadamente 8 % en peso, o de más de aproximadamente 0 % en peso a aproximadamente 6 % en peso. En ciertas modalidades preferidas, C02 se proporciona en una cantidad mayor que 0 % en peso a aproximadamente 5%. En modalidades adicionales, C02 puede estar entre, de aproximadamente 1% a aproximadamente 8% en peso de C02; de aproximadamente 1% a aproximadamente 6% en peso de C02; de aproximadamente 1%) a aproximadamente 5% en peso de C02; de aproximadamente 2% a aproximadamente 8% en peso de C02; de aproximadamente 2% a aproximadamente 6% en peso de C02; o de aproximadamente 2% a aproximadamente 5% en peso de C02.

En ciertos aspectos de la invención, los solicitantes han encontrado que la inclusión de C02 en las composiciones de la presente invención, mientras que el aumento de deslizamiento, se traduce en una mejora sorprendente e inesperada de la capacidad de composición, en particular en el modo de calefacción, y de descongelación sistema. Deslizamiento refiere a la diferencia entre las temperaturas inicial y final de un proceso de cambio de fases por un refrigerante dentro de un sistema de refrigeración, y de descongelación se refiere a la eliminación de hielo y la escarcha acumulada en el sistema refrigerante durante el transcurso de un ciclo de refrigeración. Un aumento en deslizamiento normalmente obliga al sistema a trabajar a presiones de succión inferior, lo que da como resultado una disminución del rendimiento y también aumenta el tiempo de ciclo y la energía gastada en el sistema de desescarchamiento. Los solicitantes demuestran en el presente documento, sin embargo, que la adición de C02 a composiciones incluyen HFO-1234 y HFC-32, mientras que el aumento de deslizamiento, sorprendente e inesperadamente mejora la capacidad del sistema, en particular en el modo de calefacción. También se demuestra en el presente documento para disminuir sorprendente e inesperada el tiempo de ciclo y la energía requerida para descongelar el sistema.

Los solicitantes también han encontrado que las composiciones de la presente invención son capaces de lograr una combinación difícil de propiedades, incluyendo bajo GWP. A modo de ejemplo no limitativo, la siguiente Tabla A ilustra la superioridad sustancial GWP de determinadas composiciones de la presente invención, que se describen entre paréntesis en términos de fracción en peso de cada componente, en comparación con el GWP de R-410A, que tiene un GWP de 2088.

CUADRO A Las composiciones de la presente invención pueden incluir otros componentes para el propósito de mejorar o proporcionar cierta funcionalidad a la composición, o en algunos casos para reducir el costo de la composición. Por ejemplo, las composiciones de refrigerante de acuerdo con la presente invención, especialmente los utilizados en sistemas de compresión de vapor, incluyen un lubricante, generalmente en cantidades de aproximadamente 30 a aproximadamente 50 por ciento en peso de la composición, y en algunos casos potencialmente en una cantidad mayor que aproximadamente 50 por ciento y otros casos en cantidades tan bajas como aproximadamente el 5 por ciento.

Los lubricantes de refrigeración utilizados comúnmente tales como ásteres de poliol (POEs) y poli alquilen glicoles (PAGs), aceites PAG, aceite de silicona, aceite mineral, alquilbencenos (ABS) y poli (alfa-olefina) (PAO) que se utilizan en maquinaria de refrigeración con refrigerantes de hidrofluorocarbono (HFC) se pueden usar con las composiciones refrigerantes de la presente invención. Los aceites minerales comercialmente disponibles incluyen Witco LP 250 (marca registrada) de Witco, Zerol 300 (marca registrada) de Shrieve Chemical, Sunisco 3GS de Witco, y Calumet R015 de Calumet. Los lubricantes de benceno de alquilo comercialmente disponibles incluyen Zerol 150 (marca registrada). Los ésteres comercialmente disponibles incluyen de dipelargonato de neopentilo, que está disponible como Emery 2917 (marca registrada) y Hatcol 2370 (marca registrada). Otros ésteres útiles incluyen ésteres de fosfato, ésteres de ácidos dibásicos, y fluoroésteres. En algunos casos, los aceites basados en hidrocarburos tienen suficiente solubilidad con el refrigerante que se compone de un yodocarbono, en el que la combinación de la yodocarbono y el aceite de hidrocarburo son más estables que otros tipos de lubricante. Por lo tanto, tales combinaciones son ventajosas. Los lubricantes preferidos incluyen glicoles y ésteres de polialquileno. Los polialquilenglicoles son muy preferidos en ciertas modalidades porque están actualmente en uso en aplicaciones particulares, tales como equipos de aire acondicionado. Por supuesto, se pueden usar diferentes mezclas de diferentes tipos de lubricantes.

MÉTODOS Y SISTEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Los presentes métodos, sistemas y composiciones son por lo tanto adaptables para su uso en conexión con una amplia variedad de sistemas de transferencia de calor en sistemas de refrigeración generales y, en particular, como el aire acondicionado (incluyendo tanto los sistemas de aire acondicionado estacionarios como móviles), refrigeración, sistemas de bomba de calor, y similares. En general, tales sistemas de refrigeración contemplados de acuerdo con la presente invención incluyen, pero no se limitan a, sistemas de aire acondicionado de automóviles, sistemas de aire acondicionado residenciales, sistemas de aire acondicionado comerciales, sistemas refrigeradores residenciales, sistemas de congelación residenciales, sistemas de refrigeración comerciales, sistemas de refrigeración pequeños, sistemas congeladores comerciales, sistemas de aire acondicionado de enfriadores, sistemas de refrigeración enfriadores, sistemas de bomba de calor, y combinaciones de dos o más de estos.

En ciertas modalidades preferidas, las composiciones de la presente invención se utilizan en sistemas de refrigeración diseñados originalmente para su uso con un refrigerante HCFC, tales como, por ejemplo, R-410A. Tales sistemas de refrigeración pueden incluir, pero no se limitan a, sistemas de refrigeración comerciales, sistemas de refrigeración pequeños, sistemas de refrigeración estacionarios y sistemas de bomba de calor o cualquier sistema en el que se utiliza R-410A como refrigerante.

Las composiciones preferidas de la presente invención tienden a exhibir muchas de las características convenientes de R-410A, pero tienen un GWP que es sustancialmente menor que la de R-410A, mientras que al mismo tiempo que tiene una capacidad que es sustancialmente similar a, o sustancialmente coincide con, y preferiblemente es tan alta o mayor que R-410A. En particular, los solicitantes han reconocido que ciertas modalidades preferidas de las presentes composiciones tienden a exhibir relativamente bajos potenciales de calentamiento global ("GWP"), preferiblemente menos de aproximadamente 1000, preferiblemente no mayor que 500, más preferiblemente no mayor que aproximadamente 400, e incluso más preferiblemente no mayor de aproximadamente 350.

Como se mencionó anteriormente, la presente invención logra ventajas excepcionales en relación con los sistemas de refrigeración comerciales y, en ciertos aspectos preferidos de sistemas de refrigeración estacionarios. Los ejemplos no limitantes de tales sistemas de refrigeración estacionarios son proporcionados en los Ejemplos 4 y 5, a continuación. Para tal fin, dichos sistemas pueden incluir aplicaciones de baja temperatura comerciales (Ejemplo 5), incluyendo congeladores comerciales o sistemas que pueden utilizarse para el almacenamiento y mantenimiento de los productos congelados. También pueden incluir la aplicación de temperaturas medias comerciales (Ejemplo 4), tales como refrigeradores comerciales, incluyendo sistemas el almacenamiento de productos frescos. Los ejemplos siguientes proporcionan condiciones típicas y los parámetros que se utilizan para tales aplicaciones. Sin embargo, no se considera que Estas condiciones limitan la invención, como un experto en la téenica apreciará que se pueden variar en base a uno o más de una miríada de factores, incluyendo pero no limitado a, las condiciones ambientales, la aplicación prevista, época del año, y similares. Tales ejemplos tampoco son necesariamente limitantes para la definición del término "equipos fijos de refrigeración" o "refrigeración comercial".

Las composiciones proporcionados en este documento pueden ser utilizadas en los sistemas de tipo similar o, en ciertas modalidades, en cualquier sistema alternativo donde R-410A es o puede ser adaptado para su uso como refrigerante.

En ciertas otras modalidades preferidas, las composiciones de refrigeración de la presente invención pueden ser utilizados en sistemas de refrigeración que contienen un lubricante usado convencionalmente con R-410A, tales como aceites de éster de poliol, y similares, o pueden ser utilizados con otros lubricantes utilizados tradicionalmente con los refrigerantes HFC, como se discute en mayor detalle anteriormente. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "sistema de refrigeración" se refiere generalmente a cualquier sistema o aparato, o cualquier parte o porción de un sistema o aparato de este tipo, que emplea un refrigerante para proporcionar un calentamiento o enfriamiento. Tales sistemas de refrigeración de aire incluyen, por ejemplo, acondicionadores de aire, refrigeradores eléctricos, enfriadores, o cualquiera de los sistemas previstos en el presente documento o conocidos en la téenica .

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se proporcionan para el propósito de ilustrar la presente invención pero sin limitar el alcance de la misma.

Ejemplo 1 - Rendimiento Se probó una bomba de calor reversible de aire a aire representativa diseñada para R410A. Esta unidad con conducto se puso a prueba en laboratorio de aplicaciones de Buffalo, Nueva York de Honcywell. La unidad con conducto es de 3 toneladas (capacidad de enfriamiento 10.5 kW) 13 SEER (factor de rendimiento estacional de refrigeración 3.8, SPF) con una capacidad de calefacción de 10.1 kW y un HSPF de 8.5 (puntuación calefacción SPF de ~ 2.5), equipado con un pergamino compresor. Este sistema tiene los intercambiadores de calor de tubo y aletas, válvulas de marcha atrás y válvulas de expansión termostáticas para cada modo de funcionamiento. Debido a las diferentes presiones y densidades de los refrigerantes probados, algunas de las pruebas requieren el uso de válvulas de expansión electrónica (EEV) para reproducir los mismos grados de recalentamiento observado con los refrigerantes originales.

Las pruebas que se muestran en la tabla 2 se realizaron con condición estándar [AHRI, 2008] de funcionamiento en la Tabla 1. Todas las pruebas se llevaron a cabo dentro de cámaras ambientales equipadas con instrumentación para medir tanto del lado del aire y los parámetros del lado del refrigerante. El flujo de refrigerante se midió usando un medidor de flujo de Coriolis, mientras que se midió el flujo de aire y la capacidad de uso de un túnel de aire entalpia diseñado de acuerdo con normas de la industria [ASHRAE, 1992]. Todos los sensores de medición primarios fueron calibrados a ± 0.25 °C para las temperaturas y de ± 0.25 kPa para la presión. Las incertidumbres experimentales para la capacidad y la eficiencia fueron en promedio ± 5%. Los valores de capacidad representan las mediciones del lado aire, que fueron calibrados cuidadosamente utilizando el fluido de referencia (R-410A). Tanto mezclas de desarrollo composición A (73% R32/24% 1234ze (E)/3% C02) y la composición B (73% R32/27% 1234ze (E)) se ensayaron en ambos modos de refrigeración y calefacción a lo largo de la linea de base con el refrigerante R -410A.

Tabla 1 - Condiciones de funcionamiento Nota - MOC -> condición de funcionamiento máximo A. Modo de enfriamiento La Tabla 2 muestra los resultados de rendimiento en modo de refrigeración. Para una prueba casi de disminución, la composición A muestra la eficiencia comparable a R410A con capacidades de 96%. La segunda mezcla (composición B) tiene un deslizamiento del evaporador más alta, pero todavía coincide con la capacidad y la eficiencia de R410A (las diferencias se encuentran dentro de la incertidumbre experimental de +/- 3%).

B. Modo de Calefacción La Tabla 2 también muestra los resultados de rendimiento en el modo de calefacción. Cuando se evaluó a la baja temperatura, la composición A muestra una menor capacidad comparable a R410A ligeramente con mayor eficiencia. Esto es principalmente para el deslizamiento que obliga a que el sistema funcione a presiones de succión inferior. Esto, en general, es un resultado típico del uso de una mezcla con deslizamiento: cuanto mayor es el deslizamiento peor es el rendimiento, especialmente en el modo de calefacción. Además se prueba la composición de deslizamiento superior B muestra un rendimiento mejorado y comparable con R410A. Esto es inesperado porque se espera que el aumento de deslizamiento de la composición A a la composición B para dar como resultado una disminución del rendimiento, de nuevo, porque debe forzar al sistema a trabajar a una presión de succión inferior. Como es evidente a partir de la Tabla 2, sin embargo, la composición B demuestra sorprendentemente un aumento en la capacidad de calefacción sobre la composición A, con la adición de C02.

Tabla 2 Resultados de Prueba de Modo de Enfriamiento y Calentamiento Ejemplo 2 - Prueba de Formación Calefacción Modo Escarcha AHRI Std. H2 Condición La prueba AHRI Std. H2 según la norma, requiere tener en cuenta el ciclo de descongelación. Este ciclo de descongelación depende del fabricante. Por ejemplo, la descongelación se inicia si la temperatura del sensor de la bobina está por debajo de 1.6°C durante más de 34 min y la diferencia entre la temperatura del sensor de la bobina y la temperatura del sensor de aire es por debajo de cierto umbral. El descongelamiento termina cuando la temperatura del sensor de la bobina excede 21.11°C. Los ajustes del fabricante se mantuvieron durante las pruebas con las 3 mezclas pruebas. Resultados de la Tabla 3 y gráfica 1 muestran que una mezcla con mayor deslizamiento (composición A) tiende a tener ciclos de descongelación más largos (157% de 410A). Para este fin, se esperaba que la prueba de la mayor mezcla de deslizamiento (composición B) para producir un ciclo de descongelación más largo que el de la composición A. Como se demuestra a continuación, sin embargo, lo contrario fue sorprendente e inesperadamente obtenido y el ciclo de descongelación para la composición B fue más corto que la composición A.

Tabla 3: Ciclo de Descongelamiento Ejemplo 3 Análisis de las diferentes cantidades de C02 El coeficiente de rendimiento (COP) es una medida universalmente aceptada de rendimiento de refrigerante, especialmente útil en la representación de la eficiencia termodinámica relativa de un refrigerante en un ciclo de calentamiento o enfriamiento especifica que implica evaporación o condensación del refrigerante. En la ingeniería de la refrigeración, este término expresa la relación de refrigeración útil a la energía aplicada por el compresor en la compresión del vapor. La capacidad de un refrigerante representa la cantidad de refrigeración o calefacción que ofrece y proporciona una cierta medida de la capacidad de un compresor para bombear cantidades de calor para un caudal volumétrico dado de refrigerante. En otras palabras, dado un compresor específico, un refrigerante con una capacidad mayor será suministrar más potencia de refrigeración o calefacción. Uno de los medios para estimar COP de un refrigerante en condiciones específicas de operación es de las propiedades termodinámicas del refrigerante que utilizan téenicas estándar de análisis del ciclo de refrigeración (véase, por ejemplo, RC Downing, FLUOROCARBON REFRIGERANTES MANUAL, Capítulo 3, Prentice-Hall, 1988).

A continuación, se proporciona un ejemplo sistema de bomba de calor que trabaja en el modo de enfriamiento, la temperatura del condensador se ajusta a 47.2 °C, que corresponde generalmente a una temperatura exterior de alrededor de 35 °C. El grado de sub-enfriamiento en la entrada del dispositivo de expansión se establece en 5.55 °C. La temperatura de evaporación se ajusta a 10.6 °C, que corresponde a una temperatura ambiente de interior de alrededor de 20 °C. El grado de sobrecalentamiento en la salida del evaporador se ajusta a 5.55 °C. La eficiencia del compresor se establece en 70%, y la eficiencia volumétrica se establece en 95%. La disminución de presión y transferencia de calor en las lineas de conexión (lineas de succión y líquidos) se consideran insignificantes, y se ignora la fuga de calor a través del alojamiento del compresor. Varios parámetros de funcionamiento se determinan para las composiciones identificadas en la Tabla A anterior de acuerdo con la presente invención, y estos parámetros de funcionamiento se presentan a continuación, en base a R410A que tiene un valor COP de 1.00 y un valor de capacidad de 1.00.

Para el mismo sistema de trabajo en la calefacción, la temperatura del condensador se ajusta a 41.7 °C, que corresponde generalmente a una temperatura interior de aproximadamente 21.1 °C. El grado de sub-enfriamiento en la entrada del dispositivo de expansión se establece en 8.4 °C. La temperatura de evaporación se ajusta a 2.2 °C, que corresponde a una temperatura ambiente al aire libre de aproximadamente 8.3 °C. El grado de sobrecalentamiento en la salida del evaporador se ajusta a 3.33 °C. El compresor rendimiento isoentrópico se establece en 70%, y la eficiencia volumétrica se establece en 95%. La pérdida de carga y transferencia de calor en las líneas de conexión (líneas de succión y líquidos) se consideran insignificantes, y se ignoran las fugas de calor a través del alojamiento del compresor. Varios parámetros de funcionamiento se determinan para las composiciones identificadas en la Tabla A anterior de acuerdo con la presente invención, y estos parámetros de funcionamiento se presentan a continuación, en base a R410A que tiene un valor COP de 1.00 y un valor de capacidad de 1.00.

De acuerdo con las condiciones anteriores calentamiento y el rendimiento de las composiciones se calcularon utilizando cantidades variables de C02 de refrigeración. En una primera composición, el C02 fue proporcionado al 1% y se aumentó, sucesivamente, en un 2% en otras composiciones hasta un total de 15%. Varios parámetros de funcionamiento se determinan y se presentan a continuación en las Tablas 4 y 5 y las Figuras 2 y 3, que se basa en R-410A que tiene un valor COP de 1.00 y una capacidad de 1.00.

En ciertas modalidades preferidas, el reemplazo no debería necesitar un rediseño sustancial del sistema y no hay ningún elemento importante de equipo necesita ser reemplazado con el fin de dar cabida al refrigerante de la presente invención. Para ello, el reemplazo cumple preferiblemente uno o más de, y preferiblemente todos, los siguientes requisitos: • Capacidad de refrigeración que está dentro de + 115% (preferiblemente 110%) y 95% de la capacidad de refrigeración que usa el mismo sistema R-410A. Este parámetro es potencialmente importante en ciertas modalidades, ya que pueden ayudar a garantizar la refrigeración adecuada de producto que es refrigerado. También debe tenerse en cuenta que el exceso de capacidad puede causar sobrecarga del motor eléctrico por lo que también deben evitarse.

· Eficiencia (COP) que es similar al R-410A (± 5%), sin incurrir en un exceso de capacidad como se señaló anteriormente.

• Consumo de energía (COP) es de + 110% de la I-410A (preferiblemente + 110%) para evitar sobrecarga del motor eléctrico.

Tabla 4 - Modo de enfriamiento Deslizamiento T distr. T Distr., Capacidad Potencia Enfriamiento evaporador (°C) R410A (°C) enfriamiento (kW) (kW) COP 73 26 1 4.1 11.2 95.0% 92.3% 102.9% 73 24 3 4.9 12.7 99.4% 97.4% 102.0% 73 22 5 5.7 14.1 103.8% 102.5% 101.3% 73 20 7 6.3 15.3 108.3% 107.7% 100.5% 73 18 9 6.8 16.5 112.7% 112.9% 99.8% 73 16 11 7.3 17.6 117.1% 118.2% 99.1% 73 14 13 7.7 18.6 121.5% 123.5% 98.4% 73 12 15 8.0 19.4 125.9% 128.8% 97.7% Tabla 5 - Modo de Calentamiento %R1234ze 8 Deslizamiento T distr. T Distr., Capacidad Potencia Enfriamiento evaporador (°C) R410A (°C) enfriamiento (kW) (kW) COP 73 26 1 4.3 12.7 93.1% 92.0% 101.2% 73 24 3 5.2 14.4 97.9% 97.2% 100.7% 73 22 5 6.0 15.9 102.6% 102.4% 100.2% 73 20 7 6.7 17.3 107.5% 107.7% 99.8% 73 18 9 7.3 18.6 112.3% 113.0% 99.3% 73 16 11 7.8 19.8 117.1% 118.4% 98.9% 73 14 13 8.2 20.9 122.0% 123.9% 98.5% 73 12 15 8.6 21.9 126.9% 129.4% 98.0% Como puede verse más arriba, suponiendo un límite de uso de 110% de consumo de energía con respecto al R410A, el umbral para C02 es de aproximadamente 8%. Suponiendo un límite de uso de 5% (que puede ser conveniente en climas cálidos), un límite de C02 es de aproximadamente 6 Ejemplo 4: El rendimiento en equipos fijos de refrigeración (refrigeración comercial), aplicaciones de temperatura media El rendimiento de algunas composiciones preferidas fue evaluado contra otras composiciones refrigerantes en las condiciones típicas de la refrigeración de temperatura media.

Esta aplicación cubre la refrigeración de los alimentos frescos. Las condiciones en las que se evaluaron las composiciones se muestran en la Tabla 6: Tabla 6 La Tabla 7 compara composiciones de interés para el refrigerante de linea de base, R-410A, en una aplicación típica de temperatura media.

Tabla 7 Como puede verse, las composiciones muestran una mayor eficacia que el refrigerante de linea de base, R-410A y dentro de 10% de la capacidad.

Ejemplo 5 - Potencia en equipos fijos de refrigeración (refrigeración comercial) - bajo aplicaciones de temperatura: El rendimiento de algunas composiciones preferidas fue evaluado contra otras composiciones refrigerantes en las condiciones típicas de la refrigeración de baja temperatura.

Esta aplicación cubre la refrigeración de alimentos congelados. Las condiciones en las que se evaluaron las composiciones se muestran en la Tabla 8: Tabla 8 La tabla 9 compara composiciones de interés para el refrigerante de referencia, R-410A en la aplicación de temperatura típica baja.

Tabla 9 Como puede verse, las composiciones se encuentran dentro de 5% de la eficiencia del refrigerante de linea de base, R-22 y dentro de 5% de la capacidad.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1.- Una composición de transferencia de calor que comprende: (a) de aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en peso de HFC-32; (b) de aproximadamente 15% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y (c) de más de aproximadamente 0% a menos de aproximadamente 10% en peso de C02, siempre que la cantidad de componente (c) sea efectiva para mejorar la capacidad de calentamiento de la composición y reducir el ciclo de descongelación en aplicaciones de refrigerante, en comparación con composiciones que carecen de este componente.

2.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde dicho componente (b) comprende HFO-1234ze.

3.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 2, en donde dicho componente (b) consiste esencialmente de HFO-1234ze.

4.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde dicho componente (b) comprende desde aproximadamente 17% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y el componente (c) comprende de más de aproximadamente 0% a aproximadamente 8% en peso de C02.

5.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde dicho componente (b) comprende desde aproximadamente 20% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y el componente (c) comprende de más de aproximadamente 0% a aproximadamente 5% en peso de C02.

6.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde dicho componente (c) comprende de aproximadamente 2% a aproximadamente 8% en peso de C02.

7.- La composición de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde dicho componente (c) comprende de aproximadamente 2% a aproximadamente 5% en peso de C02.

8.- Un método de sustitución de un fluido de transferencia de calor existente contenido en el sistema de transferencia de calor que comprende eliminar al menos una porción de dicho fluido de transferencia de calor existente de dicho sistema, el fluido de transferencia de calor existentes, el HFC-410A y la sustitución de al menos una porción de dicho existente del fluido de transferencia de calor mediante la introducción en dicho sistema de una composición de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

9.- Un sistema de transferencia de calor que comprende un compresor, un condensador y un evaporador en comunicación de fluido, y una composición de transferencia de calor en dicho sistema, dicha composición de transferencia de calor que comprende la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

10.- El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 9, en donde dicho sistema de transferencia de calor se selecciona entre el grupo que consiste en sistemas de aire acondicionado de automóviles, sistemas de aire acondicionado residenciales, sistemas de aire acondicionado comerciales, sistemas refrigeradores residenciales, sistemas de congelación residenciales, sistemas de refrigeración comerciales, sistemas de congelación comerciales, sistemas pequeños de refrigeración, sistemas de refrigeración estacionarios, sistemas de aire acondicionado de enfriadores, sistemas de refrigeración, sistemas de enfriadores de bomba de calor, y combinaciones de dos o más de estos. RESUMEN La presente invención se refiere, en parte, a composiciones y métodos de transferencia de calor que incluyen (a) de aproximadamente 65% a aproximadamente 75% en peso de HFC-32; (b) de aproximadamente 15% a aproximadamente 35% en peso de un compuesto seleccionado entre propenos terminados en -CF3 insaturado, butenos terminados en -CF3 insaturado, y combinaciones de éstos; y (c) de más de aproximadamente 0% a menos de aproximadamente 10% en peso de C02, a condición de que la cantidad de componente (c) es efectiva para mejorar la capacidad de calentamiento de la composición y reducir el ciclo de descongelación en aplicaciones refrigerantes, en comparación a composiciones que carecen de este componente.