BR112013028071A2 - composição para transparência de calor, método para substituir um fluido para transferência de calor existente contido no sistema para transferência de calor, e sistema para transferência de calor - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, MÉTODO PARA SUBSTITUIR UM FLUIDO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EXISTENTE CONTIDO NO SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, E SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR Trata-se de composições, métodos e sistemas que compreendem ou utilizam uma mistura de vários componentes, compreendendo: (a) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 20% a cerca de 50% em peso de HFO-1234ze, HF0-1234yf e combinações desses; (d) de cerca de 15% a cerca de 35% em peso de HFC-134a; e opcionalmente (e) até cerca de 10% em peso de CF3I e até cerca de 5% em peso de HFC0-1233ze, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (e) na composição.

Description

' 1 ' COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, MÉTODO PARA - SUBSTITUIR UM FLUIDO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EXISTENTE CONTIDO NO SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, E SISTEMA

PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR Campo da Invenção Essa invenção refere-se a composições, métodos e sistemas tendo utilidade em aplicações de refrigeração, com benefício particular em aplicações de refrigeração a média e baixa temperatura e, em aspectos particulares, a composições refrigerantes para substituição de fluido refrigerante HFC-404A para aplicações de aquecimento e arrefecimento e a revitalização de sistemas de refrigeração a média e baixa temperatura, incluindo sistemas projetados para uso com HFC-404A. Fundamentos Sistemas de refrigeração mecânica e dispositivos de transferência de calor relacionados, tais como bombas de calor e condicionadores de ar, utilizando líquidos de refrigeração são bem conhecidos na arte para usos industriais, comerciais e domésticos. Fluidos à base de fluorocarbono têm encontrado uso difundido em muitas aplicações residenciais, comerciais e industriais, inclusive como fluido de trabalho em sistemas, como ar condicionado, bomba de calor e sistemas de refrigeração. Por causa de certos problemas ambientais suspeitos,

' 2 : incluindo os potenciais relativamente elevados de . aquecimento global associados ao uso de algumas das composições, que até então foram usadas nessas aplicações, tornou-se cada vez mais desejável usar fluidos tendo baixo ou nenhum potencial de destruição de ozônio e aquecimento global, tais como hidrofluorocarbonos (*HFCS") . Por exemplo, alguns governos assinaram o Protocolo de Quioto para proteger o ambiente global e estabelecer uma redução das emissões de C02 (aquecimento global). Assim, existe a necessidade de uma alternativa não-tóxica, de baixa ou nenhuma inflamabilidade, para substituir alguns dos HFCs de alto aquecimento global.

Um tipo importante de sistema de refrigeração é conhecido como um "sistema de refrigeração a baixa temperatura". Tais sistemas são particularmente importantes para as indústrias de produção, distribuição e varejo de alimentos, em que eles desempenham um papel vital no sentido de garantir que o alimento, que chega ao consumidor, seja fresco e apto a ser ingerido. Em tais sistemas de refrigeração a baixa temperatura, um líquido refrigerante comumente utilizado tem sido HFC-404A (a combinação de HFC-125:HFC-143a:HFCl34a em uma relação em peso aproximada de 44:52:4 é referida na arte como HFC-404A ou R-404A). R-404A tem um alto Potencial de Aquecimento Global (GWP) estimado de 3922. Assim, tem havido uma crescente necessidade de

' 3 ' novos compostos e composições de fluorocarbono e “. hidrofluorocarbono, que sejam alternativas atraentes para as composições até então usadas nestas e noutras aplicações. Por exemplo, tornou-se desejável adaptar sistemas de refrigeração contendo cloro, substituindo refrigerantes contendo cloro por compostos refrigerantes não contendo cloro, que não irão destruir a camada de ozônio, tais como os hidrofluorocarbonos (HFCS). A indústria, em geral, e a indústria de transferência de calor, em particular, estão continuamente buscando novas misturas à base de fluorocarbono, que ofereçam alternativas para, e sejam consideradas substitutos ambientalmente mais seguros para, CFCs e HCFCs. Geralmente considera-se importante, no entanto, pelo menos no que diz respeito a fluidos para transferência de calor, que qualquer potencial substituto também deva possuir essas propriedades presentes em muitos dos fluidos mais utilizados, tais como excelentes propriedades de transferência de calor, estabilidade química, baixa ou nenhuma toxicidade, não-inflamabilidade e/ou compatibilidade lubrificante, entre outros.

No que respeita à eficiência no uso, é importante observar que uma perda na eficiência de energia Ou desempenho termodinâmico de refrigerante pode ter impactos ambientais secundários, por meio de elevado uso de combustíveis fósseis decorrentes de um aumento da demanda de energia elétrica.

. 4 ' Além disso, é geralmente considerado desejável que . refrigerantes substitutos de CFC sejam eficazes, sem grandes alterações de engenharia à tecnologia de compressão de vapor convencional usada atualmente com fluidos refrigerantes de CFC.

Inflamabilidade é outra propriedade importante para muitas aplicações. Ou seja, considera-se importante ou essencial em muitas aplicações, incluindo particularmente em aplicações de transferência de calor, usar composições não-inflamáveis. Assim, é frequentemente benéfico usar, em tais composições, compostos que não sejam inflamáveis. Como usado aqui, o termo "não-inflamável" refere-se a compostos ou composições, que são determinados não serem inflamáveis, conforme determinado de acordo com a norma ASTM E-681 de 2002, que é incorporada neste documento por referência. Infelizmente, muitos HFCs, que poderiam ser desejáveis para uso em composições refrigerantes, não são não-inflamáveis, conforme esse termo é usado neste documento. Por exemplo, o fluoroalcano difluoroetano (HFC-152a) e oO fluoroalqueno 1, à, 1-trifluorpropeno (HFO-1243zf) são, cada qual, inflamáveis e, portanto, inviáveis para uso em muitas aplicações.

Assim, os requerentes perceberam a necessidade de composições e, particularmente, de composições para transferência de calor, que sejam altamente vantajosas em sistemas e métodos para aquecimento e arrefecimento,

S 5 ' particularmente sistemas de aquecimento e arrefecimento por " compressão de vapor e, ainda mais particularmente, sistemas de refrigeração a baixa temperatura, incluindo sistemas que são usados com e/ou foram projetados para uso com HFC-404A.

Sumário

Os requerentes verificaram que as necessidades acima indicadas, e outras necessidades, podem ser atendidas por composições, métodos e sistemas que compreendem ou utilizam uma mistura de vários componentes, incluindo: (a) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de difluorometano (HFC-32); (b) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de pentafluoroetano (HFC-125); (c) de cerca de 20% a cerca de 50% em peso de HFO-1234ze, HFO-1234yf e combinações desses; (d) de cerca de 15% a cerca de 35% em peso de 1, 1, 1, 2- tetrafluoroetano (HFC-l134a); e, opcionalmente, (e) até cerca de 10% em peso de CF;I e até cerca de 5% em peso de HFCO-1233ze, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (e) na composição.

Em determinadas formas de realização preferenciais, as composições compreendem —" uma mistura de vários componentes, que compreende: (a) de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 10% a cerca de 30% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 20% a cerca de 50% em peso de HFO-1234ze, HFO-1234yf e combinações desses; (d) de . 25 cerca de 15% a cerca de 35% em peso de HFC-l134a; e, opcionalmente, (e) até cerca de 5% em peso de CF;I e até

S 6 ' cerca de 5% em peso de HFCO-1233ze, com a porcentagem em » peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (e) na composição.

Em outras formas de realização, as composições compreendem uma mistura de vários componentes, que compreende: (a) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC- 125; (c) de cerca de 0% (e/ou mais que 0%) a cerca de 15% em peso de HFO-1234yf e de cerca de 10% a cerca de 30% em peso de HFO-1234ze; (d) de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFC-134a; e, opcionalmente, (e) até cerca de 5% em peso de CF;I e até cerca de 5% em peso de HFCO-1233ze, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (e) na composição.

A presente invenção também fornece métodos e sistemas, que utilizam as composições da presente invenção, incluindo métodos e sistemas para transferência de calor e para equipar os sistemas existentes para transferência de calor.

Certos aspectos preferidos do método da presente invenção se referem a métodos para fornecer arrefecimento a temperatura relativamente baixa, tal como em sistemas de refrigeração a baixa temperatura.

Outros aspectos preferidos do método da presente invenção fornecem métodos de modernização de um sistema de refrigeração existente, de preferência, sistemas de refrigeração a baixa temperatura, projetados para conter e/ou contendo refrigerante R-404A,

. 7 ' compreendendo a introdução de uma composição da presente . invenção no sistema, sem modificação substancial de engenharia do dito sistema de refrigeração existente.

O termo HFO-l1234ze é usado neste documento genericamente para se referir a 1, 1, 1, 3- tetrafluoropropeno, independentemente dele estar na forma cis ou trans.

Os termos "cisHFO-1234ze" e "transHFO-1234ze" são aqui usados para descrever, respectivamente, as formas cis e trans do 1, 1, 1, 3-tetrafluoropropeno.

O termo "HFO- 1234ze", portanto, inclui no seu escopo cisHFO-1234ze, transHFO-1234ze e todas as combinações e misturas desses.

O termo "HFO-1233" é usado neste documento para se referir a todos os trifluoro, monocloropropenos.

Dentre os trifluoro, monocloropropenos estão incluídos 1, 1, 1, trifluoro-2, cloro-propeno (HFCO-1233xf), ambos cis- e trans- 1, 1, 1 - trifluo-3, clororopropeno (HFCO-1233zd). O termo HFCO-1233zd é usado neste documento genericamente para se referir a 1, 1, 1 - trifluo-3i, cloropropeno, independentemente dele estar na forma cis ou trans.

Os termos "cisHFCO-1233zd" e "transHFCO-1233zd" são aqui usados para descrever, respectivamente, as formas cis e trans do 1, 1, 1 - trifluro, 3-clororopropeno.

O termo "HFCO-1233zd", portanto, inclui no seu escopo cisHFCO- 1233zd, transHFCO-1233zd, e todas as combinações e misturas desses.

S 8

' Descrição Detalhada das Formas de Realização Preferenciais . Sistemas de refrigeração a baixa temperatura são importantes em muitas aplicações, tais como para as indústrias de produção, distribuição e varejo de alimentos.

Tais sistemas desempenham um papel vital, no sentido de garantir que o alimento chegue ao consumidor de forma fresca e pronta para ser ingerida.

Em tais sistemas de refrigeração a baixa temperatura, um dos líquidos refrigerantes, que tem sido comumente utilizado, tem sido o HFC-404A, que tem um alto Potencial de Aquecimento Global (GWP) estimado de 3922. Os requerentes verificaram que as composições da presente invenção satisfazem, de forma excepcional e inesperada, a necessidade de alternativas e/ou substituições de refrigerantes em tais aplicações, particularmente e de preferência HFC-404A, que ao mesmo tempo têm menores valores GWP e fornecem “fluidos substancialmente não inflamáveis e não-tóxicos, que têm uma estreita correspondência na capacidade e/ou eficiência de refrigeração a HFC-404A em tais sistemas.

A presente invenção também pode abranger métodos, sistemas e composições de refrigeração a média temperatura.

De acordo com determinadas formas de realização preferenciais, os presentes sistemas e métodos envolvem temperaturas do evaporador acima de cerca de -15ºC a cerca de 5ºC.

Um exemplo de tal sistema e método de média | temperatura envolve fornecer resfriamento no compartimento

' de alimentos frescos de uma geladeira residencial. 7 Composições para Transferência De Calor As composições da presente invenção são geralmente adaptáveis para uso em aplicações de transferência de calor, ou seja, como um meio de aquecimento e/ou resfriamento, mas são particularmente bem adaptadas para uso, como acima mencionado, em sistemas de refrigeração a média e baixa temperatura e, de preferência, em sistemas a baixa temperatura, que têm até agora usado HFC-404A e/ou sistemas que têm até agora usado R-22. Os requerentes verificaram que o uso dos componentes da presente invenção dentro dos amplos e estritos intervalos aqui descritos é importante para alcançar as combinações vantajosas, mas difíceis, de propriedades exibidas por presentes composições, particularmente nos sistemas e métodos preferenciais, e que o uso desses mesmos componentes, mas substancialmente fora dos intervalos identificados, pode ter um efeito deletério sobre uma ou mais das propriedades importantes das composições, sistemas ou métodos da invenção.

Combinações altamente preferidas de propriedades são alcançadas para composições tendo uma relação em peso de HFC-32:HFC-125 de cerca de 0,9:1,2 a cerca de 1,2:0,9, com uma relação de aproximadamente 1:1 sendo preferida em certas formas de : 25 realização.

Os requerentes verificaram que combinações altamente preferidas de propriedades também são alcançadas

: para composições tendo uma relação em peso de HFO- . 1234ze:HFO-1234yf de cerca de 5:1 a cerca de 0,7:1, mais de preferência, de cerca de 1:1 a cerca de 3:1. Em determinadas formas de realização preferenciais, uma relação de cerca de 4:1 é preferida.

Para fins de conveniência, a combinação HFO-1234ze e HFO-1234yf é referida neste documento como o "componente de tetrafluoropropeno" ou "TFC" e, em determinadas formas de realização, combinações altamente preferidas de propriedades podem ser alcançadas para uma composição, que compreende uma relação em peso de HFC-134a:TFC de cerca de 5:7 a aproximadamente 1:1, com uma relação de aproximadamente 4:6 sendo preferida em determinadas formas de realização.

Embora esteja previsto que qualquer isômero de HFO- 1234ze possa ser usado, os requerentes verificaram que é preferencial, em determinadas formas de realização, que oO HFO-1234ze inclua transHFO-l1234ze e, de preferência, compreenda transHFO-l1234ze em grande proporção e, em determinadas formas de realização, consista essencialmente de transHFO-1234ze.

Como acima mencionado, os requerentes verificaram que as composições da presente invenção são capazes de alcançar uma combinação de propriedades de difícil obtenção, incluindo particularmente baixo GWP. A título de exemplo não limitativo, a Tabela A seguinte ilustra a

' melhoria substancial no GWP exibido por certas composições é da presente invenção, em comparação com o GWP de HFC-404A,

que possui um GWP de 3922. Tabela A E mes Do e E baseada em componentes identificados) None Sur Porcentagem do GWP de R404A

| R125/R134a/R143a(0,44/0,04/0,52) —|Rraoan|3922 | [OO Tae aaõan | a Juss) as | As composições da presente invenção podem incluir outros “componentes, com a finalidade de melhorar ou fornecer determinadas funcionalidades para a composição ou, em alguns casos, reduzir o custo da composição.

Por exemplo, composições refrigerantes, de acordo com a presente invenção, especialmente aquelas utilizadas em sistemas de compressão de vapor, incluem um lubrificante, geralmente em quantidades de cerca de 30 a cerca de 50% em peso da composição e, em alguns casos, potencialmente em quantidade maior do que cerca de 50 por cento e, em outros casos, em quantidades tão baixas quanto cerca de 5 por cento.

Além disso, as presentes composições também podem incluir um compatibilizante, como propano, com a finalidade de ajudar a compatibilidade e/ou solubilidade do lubrificante.

Tais compatibilizantes, incluindo propano, butanos e pentanos, encontram-se preferencialmente em i quantidades de cerca de 0,5 a cerca de 5% em peso da

B composição.

Combinações de surfactantes e agentes . solubilizantes também podem ser adicionadas nas presentes composições, para auxiliar a solubilidade do óleo, conforme divulgado pela Patente dos EUA Nº. 6.516.837, cuja divulgação é incorporada por referência.

Lubrificantes de refrigeração comumente usados, tais como ésteres de poliol (POEs) e poli alquileno glicóis (PAGs), óleos PAG, óleo de silicone, óleo mineral, alquil benzenos (ABs) e poli(alfa- olefina) (PAO), que são usados em máquinas de refrigeração com refrigerantes de hidrofluorocarbono (HFC), podem ser utilizados com as composições refrigerantes da presente invenção.

Óleos minerais comercialmente disponíveis incluem Witco LP 250 (marca registrada) da Witco, Zerol 300 (marca registrada) de Shrieve Chemical, Sunisco 3GS da Witco, e Calumet R015 da Calumet.

Lubrificantes de alquil benzeno comercialmente “disponíveis incluem Zerol 150 (marca registrada). Ésteres comercialmente disponíveis incluem neopentil glicol dipelargonato, que está disponível como Emery 2917 (marca registrada) e Hatcol 2370 (marca registrada). Outros ésteres úteis incluem ésteres de fosfato, ésteres de ácido dibásico, e fluoroésteres.

Em alguns casos, óleos à base de hidrocarbonetos têm solubilidade suficiente com o refrigerante, que é composto de um iodocarbono, a combinação do iodocarbono e do óleo de hidrocarboneto pode ser mais estável do que outros tipos de | lubrificante.

Portanto, essa combinação pode ser vantajosa.

' 13 Í Lubrificantes preferenciais incluem polialquileno glicóis e . ésteres. Polialquileno glicóis são altamente preferidos em determinadas formas de realização, porque eles estão atualmente em uso em aplicações particulares, tais como ar condicionado móvel. É claro que diferentes misturas de diferentes tipos de lubrificantes podem ser utilizadas. Outros aditivos não mencionados neste documento também podem ser incluídos pelas pessoas qualificadas na arte, tendo em conta os ensinamentos aqui contidos, sem se afastar das características novas e básicas da presente invenção. Métodos e Sistemas para Transferência de Calor Os presentes métodos, sistemas e composições são, portanto, adaptáveis para uso em conexão com uma ampla variedade de sistemas de transferência de calor em geral, e sistemas de refrigeração em particular, tais como ar condicionado (incluindo sistemas de condicionamento de ar estacionários e móveis), refrigeração, sistemas de bombas de calor, e afins. Em determinadas formas de realização preferenciais, as composições da presente invenção são usadas em sistemas de refrigeração originalmente projetados para uso com um refrigerante HFC, tal como, por exemplo, R-

404. As composições preferenciais da presente invenção tendem a exibir muitas das características desejáveis de R- ' 25 404A, mas têm um GWP, que é substancialmente menor do que aquele de R-404A, enquanto ao mesmo tempo tendo uma

, capacidade e/ou eficiência, que é substancialmente . semelhante, ou substancialmente coincide com, e de preferência é tão alta quanto ou maior do que aquela de R- 404A.

Em particular, os requerentes identificaram que determinadas formas de realização preferenciais das presentes “composições tendem a exibir potenciais de aquecimento "global ("GWPs") relativamente baixos, de preferência menores de cerca de 2500, mais de preferência, menores de aproximadamente 2400 e, ainda mais de preferência, não maiores do que cerca de 2300. Em determinadas formas de realização, as presentes composições têm um GWP de cerca de 1500 ou menos e, ainda mais preferível, de menos que 1000. Em certas outras formas de realização preferenciais, as presentes composições são usadas em sistemas de refrigeração que continham e/ou tinham sido originalmente projetados para uso com R-404A.

Composições de refrigeração preferenciais da presente invenção podem ser usadas em sistemas de refrigeração contendo um lubrificante usado convencionalmente com R-404A, tais como óleos minerais, polialquilbenzeno, óleos de polialquileno glicol e afins, ou podem ser usadas com outros lubrificantes tradicionalmente usados com fluidos refrigerantes de HFC.

Nesse documento, o termo "sistema de refrigeração" se refere geralmente a qualquer sistema ou | aparelho, ou a qualquer parte ou porção de tal sistema ou

: aparelho, que utilize um fluido refrigerante para fornecer W resfriamento. Tais sistemas de refrigeração incluem, por exemplo, condicionadores de ar, refrigeradores elétricos, refrigeradores (incluindo refrigeradores usando compressores centrífugos) e afins.

Como acima mencionado, a presente invenção alcança vantagem excepcional no contexto de sistemas conhecidos como sistemas de refrigeração a baixa temperatura. Neste documento, o termo "sistema de refrigeração a baixa temperatura" se refere a sistemas de refrigeração a compressão de vapor, que utilizam um ou mais compressores e uma temperatura de condensador de cerca de 35ºC a cerca de 45ºC. Em formas de realização preferenciais de tais sistemas, os sistemas têm uma temperatura de evaporador de cerca de -40ºC a menos de cerca de -15ºC, mais de preferência, de -35ºC a cerca de -25ºC, com uma temperatura de evaporador, de preferência, de cerca de -32ºC. Além disso, nas formas de realização preferidas de tais sistemas, os sistemas têm um grau de superaquecimento na saída do evaporador de cerca de 0ºC a cerca de 10ºC, com um grau de superaquecimento na saída do evaporador, de preferência, de cerca de 4ºC a cerca de 6ºC. Além disso, em formas de realização preferenciais de tais sistemas, os sistemas têm um grau de superaquecimento na linha de sucção de cerca de 15ºC a cerca de 25ºC, com um grau de | superaquecimento na linha de sucção, de preferência, de

' cerca de 20ºC a cerca de 25ºC, r Em uma forma de realização não limitativa, as composições para transferência de calor da presente invenção podem ser utilizadas para adaptar um sistema de refrigeração existente, com ou sem ter que modificar substancialmente o sistema, e com ou sem ter que drenar completamente o refrigerante existente. Em um aspecto, parte da carga de refrigerante é drenada do sistema, que pode incluir mais de 5%, 10%, 25%, 50%, 75% ou semelhante.

A carga de refrigerante removida é, então, substituída por um ou uma combinação dos refrigerantes não-inflamáveis com baixo GWP discutidos neste documento.

Em formas de realização alternativas, ao invés de drenar parcialmente o sistema existente, os refrigerantes da presente invenção podem ser usados para 'recompletar' sistemas existentes após um vazamento parcial de refrigerante. Muitos sistemas comerciais, por exemplo, têm taxas relativamente altas de vazamento de gás refrigerante, que exigem adição rotineira de refrigerante ao longo da vida útil do sistema. Em um método da presente invenção, um sistema de refrigeração é abastecido com menos do que a carga completa ou nominal de fluido refrigerante no sistema que, em formas de realização preferenciais, Ocorre como resultado da fuga de refrigerante do sistema, e uma composição refrigerante da presente invenção é usada para i recarregar o sistema, de preferência, durante a manutenção

] 17

: normal de recarga.

Se o sistema vazou R404A, por exemplo, ” ele pode ser recarregado com uma ou uma combinação das misturas identificadas neste documento.

Os presentes métodos permitem que tal ocorra, enquanto que mantendo substancialmente a capacidade do sistema, mantendo Ou melhorando a eficiência energética (menor consumo de eletricidade, que equivale a um menor custo operacional para os usuários), e abaixando o GWP do refrigerante contido no sistema (reduzindo o impacto ambiental). Em formas de realização preferenciais, tal método pode ser executado independentemente do quanto refrigerante vazou, de preferência, sem um cálculo de mistura, e fornece uma maneira simples (e de baixo custo) para reduzir O impacto ambiental associado à recarga de um sistema existente, sem se desviar do programa de manutenção de rotina do sistema.

Em conformidade com o acima exposto, os requerentes identificaram que mesmo quantidades relativamente grandes de R404A, quando usadas em combinação com as misturas da presente invenção, quer sob a forma de um contaminante não intencional, como um ingrediente adicionado intencionalmente, ou como o refrigerante residual após uma substituição ou recarga de sistema, não têm um efeito significativamente prejudicial sobre o desempenho dos refrigerantes e/ou sistemas de refrigeração da presente invenção.

Por outro lado, os requerentes identificaram que i quantidades relativamente grandes das misturas da presente

. invenção em R404A, seja na forma de um contaminante não ” intencional, ou como um ingrediente intencionalmente adicionado, não têm um efeito substancialmente deletério no desempenho do refrigerante. Nesse sentido, considerando que, em outros casos, a presença de tal contaminante pode de outra forma desqualificar o uso do refrigerante com o contaminante, os requerentes passaram a reconhecer que oO uso de tais misturas de fluidos refrigerantes será em geral aceitável para a finalidade pretendida. Por conseguinte, uma vantagem dos métodos e composições da presente invenção é que, do ponto de vista operacional, geralmente não há um grande incentivo para garantir que R404A esteja totalmente ausente dos fluidos refrigerantes com baixo GWP e vice- versa e, sob tais circunstâncias, há uma maior possibilidade que, na ausência dos métodos fornecidos pela presente invenção, substanciais e graves problemas possam surgir com o funcionamento de muitos sistemas de purga automática existentes. No entanto, os presentes métodos superam esses problemas e adicionam confiabilidade, segurança e eficiência aos sistemas.

Exemplos Os exemplos a seguir são fornecidos para ilustrar a presente invenção, mas sem limitar seu âmbito de aplicação. Exemplo 1: Parâmetros de Desempenho - 25 O coeficiente de desempenho (COP) é uma medida

' universalmente aceita para desempenho de refrigerante, " especialmente útil para representar a eficiência termodinâmica relativa de um refrigerante em um ciclo específico de aquecimento ou arrefecimento envolvendo evaporação ou condensação do refrigerante. Na engenharia de refrigeração, este termo exprime a relação entre refrigeração útil e energia aplicada pelo compressor na compressão do vapor. A capacidade de um fluido refrigerante representa a quantidade de resfriamento ou aquecimento por ele fornecida, e fornece uma medida da capacidade de um compressor para bombear quantidades de calor para uma determinada vazão volumétrica do fluido refrigerante. Em outras palavras, dado um compressor específico, um refrigerante com uma maior capacidade irá entregar mais poder de arrefecimento ou aquecimento. Um dos meios para estimar o COP de um refrigerante em condições operacionais específicas é através das propriedades termodinâmicas do refrigerante, usando técnicas de análise do ciclo de refrigeração padrão (ver, por exemplo, R.C. Downing, FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK, Capítulo 3, Prentice- Hall, 1988).

É fornecido um sistema de refrigeração a baixa temperatura. No caso de tal sistema ilustrado nesse Exemplo, a temperatura do condensador é definida como 40,55ºC, que geralmente corresponde a uma temperatura i exterior de cerca de 35ºC. O grau de sub-resfriamento na

: entrada do dispositivo de expansão é definido como 5,55ºC. a A temperatura de evaporação é definida como -3,6ºC, o que corresponde a uma temperatura de caixa de cerca de -26ºC. O grau de superaquecimento na saída do evaporador é definido como 5,55ºC. O grau de superaquecimento na linha de sucção é definido como 13,88ºC, e a eficiência do compressor é definida como 65%. A queda de pressão e transferência de calor nas linhas de ligação (linhas de sucção e líquidas) são consideradas negligenciáveis, e fugas de calor através da carcaça do compressor são ignoradas. Vários parâmetros operacionais são determinados para as composições Al - A4, identificadas na Tabela A acima, em conformidade com a presente invenção, e esses parâmetros operacionais são relatados na Tabela 1 abaixo, com base em HFC-404A tendo um valor COP de 100%, um valor de capacidade de 100% e uma temperatura de descarga de 97,6ºC.

Tabela 1 Lose | em | TT ad o dot o | evaporador (ºC) (%) (%) ron aaa oos —j1004%| Ear Ba [Os CO ss [1108] aaa as o3%8 —[1084%| NS: EE CR RT O Rr A ETEA aaa Ba | est 110%] Como pode ser visto na Tabela 1 acima, os requerentes verificaram que as composições da presente invenção são capazes de, ao mesmo tempo, alcançar muitos dos importantes parâmetros de desempenho do sistema de ' refrigeração próximos aos parâmetros para o R-404A, e em

: 21 , particular suficientemente próximos para permitir que essas . composições sejam usadas como um substituto para o R-404A em sistemas de refrigeração a baixa temperatura e/ou para uso em tais sistemas existentes com somente pequenas modificações do sistema.

Por exemplo, composições Al - A4 exibem capacidades nesse sistema de refrigeração a baixa temperatura, que estão dentro de cerca de 8% e, ainda mais de preferência, dentro de cerca de 5% daquelas de R404A.

Todas essas misturas têm eficiências (COPs) maiores que aquela de R404A da ordem de 10%, que é muito desejável.

Tendo em vista a melhoria do GWP das composições Al - A4, essas composições da presente invenção são excelentes candidatas para uso como substitutos para sistemas de refrigeração a baixa temperatura contendo originalmente e/ou destinados a conter R-404A.

Visto que muitos sistemas de refrigeração a baixa temperatura existentes foram projetados para R-404A, Ou para outros refrigerantes com propriedades similares ao R- 404A, as pessoas qualificadas na arte irão perceber a vantagem substancial de um refrigerante com baixo GWP e elevada eficiência, que pode ser usado como substituto para O R-404A Ou refrigerantes similares com modificações relativamente mínimas para oO sistema.

Além disso, as pessoas qualificadas na arte irão perceber que as presentes composições são capazes de proporcionar vantagem substancial para uso em sistemas de refrigeração novos ou

: 22 7 recentemente projetados, de preferência, incluindo sistemas . de refrigeração a baixa temperatura.

Exemplo 2: Parâmetros de Remodelagem É previsto que, em determinadas formas de realização, a presente invenção fornece métodos de remodelagem, que abrangem a retirada de pelo menos uma parte do refrigerante existente no sistema e substituição de pelo menos uma parte do refrigerante removido por uma composição da presente invenção, de preferência, sem modificação substancial do sistema e, ainda mais de preferência, sem qualquer alteração nos componentes principais do sistema, tais como compressores, condensadores, evaporadores, e válvulas de expansão.

Devido a certas características dos sistemas de refrigeração a baixa temperatura, incluindo particularmente sistemas de refrigeração a baixa temperatura contendo ou projetados para conter refrigerante R404A, é importante em determinadas formas de realização que tais sistemas sejam capazes de exibir parâmetros operacionais confiáveis de sistema com refrigerantes substitutos.

Tais parâmetros operacionais incluem: * Pressão no lado de alta que está dentro de cerca de 105% e, ainda mais de preferência, dentro de cerca de 103% da pressão no lado de alta do sistema usando R404A. . 25 Esse parâmetro é importante em tais formas de realização, porque ele permite o uso de componentes de pressão

SÍ 23 " existentes.

- * Temperatura de descarga, que é, de preferência, mais baixa do que cerca de 130ºC e, ainda mais de preferência, inferior a cerca de 125ºC. A vantagem de tal característica é que ela permite o uso de equipamentos existentes, sem ativação dos aspectos de proteção térmica do sistema, que de preferência são projetados para proteger componentes do compressor. Esse parâmetro é vantajoso, em que ele evita o uso de controles dispendiosos, tais como a injeção de líquidos para reduzir a temperatura de descarga.

* Menores pressões de sucção são aceitáveis, se elas não fizerem com que o sistema entre em pressão subatmosférica a baixas temperaturas de evaporação. Esta pressão positiva é necessária para garantir que o sistema tenha sempre pressão positiva, evitando qualquer contaminação com ar úmido em caso de vazamento. Para avaliar este requisito, deve-se empregar uma propriedade denominada "Temperatura de Ebulição Normal" (NBT: temperatura de ebulição à pressão atmosférica) do fluido em questão. Essa NBT deve ser a mais próxima possível daquela do fluido substituído (R404A) e pelo menos menor do que a mais baixa temperatura de evaporação encontrada em sistemas comerciais típicos (exemplo: -40ºC).

Os parâmetros operacionais acima indicados e outros mais são determinados para as composições Al - A4, identificadas na tabela A acima, em conformidade com a

= 24 7 presente invenção, e esses parâmetros operacionais são . relatados na Tabela 2 abaixo: TABELA 2 Pressão de Temp. de Pressão de Temp NoFIA descarga > de ebulição descarga (%) . sucção (%) . (ºC) (ºC) 100% | 46,2 | NS SR A E O RC, O E TT A 103% 113,4 CN O 118,3 Jo sor O a5,3 | Ea Ss OL io Ts O as Em determinadas formas de realização preferenciais, a etapa de substituição é uma substituição alternativa, no sentido de que nenhuma reformulação ou modificação substancial do sistema é necessária e nenhum item importante de equipamento precisa ser substituído, a fim de acomodar o refrigerante da presente invenção. Este é O caso das composições de Al - A4, que em geral podem ser usadas na maioria dos procedimentos de remodelagem sem qualquer alteração dos componentes principais. Em todas as composições Al - A4, a pressão de descarga e a temperatura estão abaixo do limite, e a Temperatura de Ebulição Normal é semelhante ao R404A, portanto, elas podem ser usadas na maioria dos sistemas de refrigeração existentes.

Embora a invenção tenha sido descrita com referência às formas de realização preferidas, deve ser compreendido pelas pessoas qualificadas na arte que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por seus elementos sem se afastar do âmbito da : invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas

: 25 " para adaptar uma situação ou material específico aos . ensinamentos da invenção, sem se afastar de seu escopo essencial.

Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada às formas de realização particulares divulgadas, mas que a invenção inclua todas as formas de realização abrangidas pelo âmbito das reivindicações acrescentadas ou quaisquer reivindicações adicionadas mais tarde.

i 2 7 - REIVINDICAÇÕES - - 1. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, caracterizada pelo fato de compreender: (a) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 0% a cerca de 15% em peso de HFO-1234yf e de cerca de 10% a cerca de 30% em peso de HFO-1234ze; (d) de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFC-134a, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (d) na composição.

2. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do dito HFO-1234ze compreender trans-HFO-1234ze.

3. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter uma relação em peso de HFC-32:HFC-125 de cerca de 0,9:1,2 à cerca de 1,2:0,9.

4. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender de mais que 0% a cerca de 15% em peso de HFO- 1234yf e de cerca de 10% a cerca de 30% em peso de HFO- 1234ze.

5. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter uma relação em peso de 134a para uma combinação de HFO- 1234ze e HFO-1234yf entre cerca de 5:7 e cerca de 1:1. : 6. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de

: 2 " acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de - HFO-1234ze ser fornecido em um montante de cerca de 20%, e de HFO-1234yf ser fornecido em um montante de cerca de 9%.

7. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de HFO-1234ze ser fornecido em um montante de cerca de 26%.

8. COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de HFO-1234ze ser fornecido em um montante de cerca de 17%, e de HFO-1234yf ser fornecido em um montante de cerca de 9%.

9. MÉTODO PARA SUBSTITUIR UM FLUIDO PARA

TRANSFERÊNCIA DE CALOR EXISTENTE CONTIDO NO SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, caracterizado pelo fato de incluir a remoção de pelo menos uma parte do referido fluido para transferência de calor existente do referido sistema, dito fluido para transferência de calor existente sendo HFC- 404A, e substituição de pelo menos uma parte do dito fluido para transferência de calor existente por introdução, no dito sistema, de uma composição para transferência de calor compreendendo: (a) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 0% a cerca de 15% em peso de HFO- 1234yf e de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFO- 1234ze; (d) de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFC- 1l134a, com à porcentagem em peso sendo baseada no total dos : componentes (a) - (d) na composição.

: 3 . 3 10. SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, ” caracterizado pelo fato de incluir um compressor, um condensador e um evaporador em comunicação fluida, e uma composição para transferência de calor no referido sistema, dita composição para transferência de calor compreendendo: (a) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 20% a cerca de 30% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 0% a cerca de 15% em peso de HFO-1234yf e de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFO-1234ze; (d) de cerca de 15% a cerca de 30% em peso de HFC-l34a, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (d) na composição, dito condensador tendo uma temperatura operacional de cerca de 35ºC a cerca de 45ºC. »

: 2 ” S - RESUMO - ” COMPOSIÇÃO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, MÉTODO PARA

SUBSTITUIR UM FLUIDO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EXISTENTE CONTIDO NO SISTEMA PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR, E SISTEMA

PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR Trata-se de composições, métodos e sistemas que compreendem ou utilizam uma mistura de vários componentes, compreendendo: (a) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de HFC-32; (b) de cerca de 10% a cerca de 35% em peso de HFC-125; (c) de cerca de 20% a cerca de 50% em peso de HFO- 1234ze, HFO-1234yf e combinações desses; (d) de cerca de 15% a cerca de 35% em peso de HFC-134a; e opcionalmente (e) até cerca de 10% em peso de CF;I e até cerca de 5% em peso de HFCO-1233ze, com a porcentagem em peso sendo baseada no total dos componentes (a) - (e) na composição.

CF »