含有二氟甲烷和氟代烯烴的組合物的制作方法
【專利說明】含有二氣甲燒和氣代稀輕的組合物
[oow] 相關申請
[0002] 本申請要求2013年2月25日提交的序列號為No. 61/769, 179的美國臨時申請的 優先權，其內容通過引用W其整體并入本文。
技術領域
[0003] 本發明設及傳熱組合物、方法和系統并且更特別地設及良好適用于固定式制冷和 空調設備的組合物和方法。
【背景技術】
[0004] 氣碳化合物基流體已經廣泛使用于許多商業和工業應用中，包括在系統（諸如空 調、熱累和制冷系統）中作為工作流體，W及其它用途，如作為氣霧劑拋射劑、作為發泡劑， 和作為氣態電介質。 陽〇化]要成為商業上可用的傳熱流體，必須滿足特定的非常具體并且在一定情況下非常 嚴格的物理、化學和經濟性能的組合。而且，存在許多不同類型的傳熱系統和傳熱設備，W 及在許多情況下，重要的是在此類系統中使用的傳熱流體具有與獨立的系統需求相匹配的 性能的特定組合。例如，基于蒸氣壓縮循環的系統通常設及制冷劑在相對較低的壓力下通 過吸收熱由液相到氣相的相變，并且將蒸氣壓縮到相對升高的壓力，在此相對升高的壓力 和溫度下通過移除熱從而使蒸氣冷凝為液相，并隨后減小壓力W重新開始循環。
[0006] 例如，特定的氣碳化合物在許多傳熱流體中已是優選的組分，例如多年來在許多 應用中的制冷劑。氣代燒控，例如氯氣甲燒和氯氣乙燒，由于其獨特的化學和物理性能的組 合，例如熱容、可燃性、在操作條件下的穩定性、W及與系統中使用的潤滑劑（如果存在）的 可混溶性，已經作為制冷劑在包括空調和熱累應用的用途中獲得了廣泛使用。另外，許多普 遍用于蒸氣壓縮系統中的制冷劑要么是單一組分流體，要么是非共沸、共沸混合物。
[0007] 近年來，人們對地球大氣和氣候潛在破壞的關注逐漸增加，并且認定某些氯基化 合物在運一方面尤其成問題。由于與許多含氯組合物（例如，氯氣碳化合物（CFC)、氨氯氣 碳化合物（HCFC)等等）相關的臭氧損耗性質，此類化合物在空調和制冷系統中作為制冷劑 的用途已經變得不受歡迎。因此，越來越需要為制冷和熱累應用提供替代物的新型氣碳化 合物和氨氣碳化合物。例如，人們期望通過使用不會損耗臭氧層的不含氯制冷劑化合物，例 如氨氣碳化合物（HFC)，來代替含氯制冷劑從而改進含氯制冷系統。
[0008] 圍繞許多現有制冷劑的另一個關注點是許多此類產品造成全球變暖的趨勢。運一 特征通常W全球變暖潛勢（GW巧來衡量。化合物的GWP是化學品相對于已知的參照分子， 即C〇2(其GWP= 1)，對溫室效應的潛在貢獻的量度。例如，已知制冷劑R-410的全球變暖 潛勢為2088。盡管該制冷劑經證明在許多方面是有效的，但它已經變得越來越不優選，因為 使用GWP大于約1000的材料通常是不可取的。因此，需要使用更環境友好的替代物來代替 常規的高GWP制冷劑W及在具有不期望的GWP的特定制冷劑中的R-410A。例如，人們期望 通過使用不損耗臭氧層、不造成不期望程度的全球變暖，并且同時滿足此類系統對于用作 傳熱材料的所有其它嚴格要求的制冷劑組合物來代替現有制冷劑w改進特定系統（包括 含氯和某些含HFC的制冷系統）。
[0009] 就使用性能而言，本申請人已經認識到任何潛在的替代制冷劑還必須具備存在于 許多最廣泛使用的流體中的那些性質，其中包括例如優異的傳熱性能、化學穩定性、低毒性 或無毒性、低可燃性或不可燃性W及潤滑劑相容性。
[0010] 就使用效率而言，重要的是注意制冷劑熱力學性能或能量效率的損失可能會通過 因電能需求增加引起的礦物燃料的用量增加而造成二次環境影響。
[0011] 另外，人們通常期望制冷劑替代物是有效的，而不需要對目前與現有制冷劑（例 如，含CFC的制冷劑）一起使用的傳統蒸氣壓縮技術進行重大工程變更。
[0012] 因此，申請人已經認識到對于潛在適用于包括蒸氣壓縮加熱和冷卻系統及方法在 內的多種應用中，同時避免一種或多種上述缺點的組合物，且特別是傳熱組合物的需求。
[0013] 申請人還已經認識到潤滑劑相容性在許多應用中特別重要。更具體而言，人們非 常期望用于大多數制冷系統中的制冷流體與壓縮機裝置中所使用的潤滑劑相容。遺憾的 是，包括HFC在內的許多不含氯的制冷流體在傳統上與CFC及HFC-起使用的各類型潤滑 劑中相對不可溶和/或不可混溶，所述潤滑劑包括例如礦物油、烷基苯或聚（a-締控）。為 了使制冷流體-潤滑劑組合在壓縮制冷、空調和/或熱累系統中W預期效率水平工作，潤滑 劑應該能夠在寬的操作溫度范圍中充分溶解于制冷流體。運樣的溶解性降低了潤滑劑的黏 度并且允許其更易于流過整個系統。若缺乏運樣的溶解性，則潤滑劑易于滯留在該制冷、空 調或熱累系統的蒸發器線圈W及該系統的其它部分中，從而降低系統性能。
[0014] 對于許多應用而言，可燃性是另一重要性質。也就是說，在許多應用中（特別是包 括在傳熱應用中），使用不可燃或可燃性相對較低的組合物被認為是重要或必要的。如本 文所用的術語"不可燃"是指如根據2002年的ASTM標準E-681 (其通過引用并入本文）所 決定的，被確定為不可燃的化合物或組合物。遺憾的是，許多除此W外可能期望被用于制冷 劑組合物中的HFC并非是可燃的。例如，氣代燒控二氣乙燒（HFC-152a)和氣代締控1，1， 1-S氣丙締（HF0-1243zf)各自都是可燃的，因此無法單獨用于許多應用中。
[0015] 有人建議使用高級氣代締控，即具有至少五個碳原子的氣取代締控，來作為制冷 劑使用。美國專利No. 4, 788, 352-Smutny-設及至少具有一定程度不飽和度的Cs-Cs氣代化 合物的制備。Smutny專利確定此類已知的高級締控具有作為制冷劑、殺蟲劑、電介質流體、 傳熱流體、溶劑和各種化學反應中的中間體的用途（參見第1欄，11-22行）。
[0016] 雖然Smutny中所述的氣代締控在傳熱應用中具有一定程度的有效性，但據信運 樣的化合物也可能具有某些缺點。例如，運些化合物中的一些可能易于破壞基材，特別是常 用的塑料制品，例如丙締酸樹脂和ABS樹脂。而且，由于Smutny中所述的高級締控化合物 具有潛在程度的可能由殺蟲劑活性引起的毒性（如Smutny中所述），因此此類化合物可能 也不適合于某些應用。同時，此類化合物可能具有過高的沸點，W致于它們不可用作某些應 用中的制冷劑。
[0017] 發明概述
[0018] 根據本發明的一個方面，申請人已發現包含并且在某些優選的實施方案中基本上 由約61重量％至約69重量％的二氣甲燒（R-32)和約31重量％至約39重量％的四氣丙 締、更優選1，1，1，3-四氣丙締（HF0-1234ze)、且甚至更優選反式-1，1，1，3-四氣丙締（反 式HF0-1234ze或HF0-1234ze巧)）組成的制冷劑組合物可W滿足上述的一種或多種需求W及可能的其它需求。
[0019] 本文中使用的術語"HF0-1234"指的是所有四氣丙締。運些四氣丙締中包括1，1， l，2-四氣丙締（HF0-1234yf)W及順式-和反式-l，l，l，3-四氣丙締（HF0-1234ze)。術語 HF0-1234ze在本文中通常用來表示1，1，1，3-四氣丙締，不論其為順式形式還是反式形式。 術語"順式HF0-1234ze"和"反式HF0-1234ze"在本文中分別用來描述1，1，1，3-四氣丙締 的順式形式和反式形式。因此，術語"HF0-1234ze"在其范圍內包含了順式HF0-1234ze、反 式HF0-1234ze、W及運些的所有組合和混合物。
[0020] 本發明還提供了使用本發明的制冷劑組合物的方法和系統，在制冷系統中，特別 地且優選地包括在其迄今為止使用制冷劑R-410A的系統和方法中，特別地包括固定式制 冷系統，包括家用和商用空調設備。本發明的其它方面包括使用本發明的制冷劑替代現有 傳熱系統中R-410A的方法和系統。
[0021] 優選實施方案的詳細說明 柳巧組合物
[0023] 如本文中所提供的，本發明的制冷劑組合物包含二氣甲燒（R-32)和四氣丙締。在 本發明的制冷劑組合物中，HFC-32和四氣丙締的相對量對于本發明的優選方面所提供的性 能和特征的供應而言是至關重要的。更具體地，并且如本文的實施例中詳細解釋的那樣，W 本發明權利要求所規定的量包含組分的制冷劑組合物產生了非常合意的但無法預見的性 能組合，特別是包括傳熱容量和傳熱效率，其非常匹配R-410和/或提供了超越R-410的改 進，而且同時提供了在制冷劑的環境性能方面的顯著改進。能夠容易理解的是，運一發現對 于許多重要的制冷劑方法和系統的配方來說具有潛在的巨大優勢和益處。
[0024] 通常優選的是，本發明中的四氣丙締包含，并且在許多優選實施方案中基本上由 (反式）HF0-1234ze組成。已知HF0-1234ze巧）的標準沸點為-19°C。相比之下，（順式） HF0-1234ze的標準沸點為+9°C。因此，在某些應用中，相對少量（例如，組合物的最多5重 量％ )的順式-和反式-異構體，W及或許其它的四氣丙締，例如HF0-1234yf，在許多實施 方案中可能是可接受的和/或優選的。雖然如此，在某些高度優選的實施方案中，四氣化物 是HF0-1234ze巧），且根據本發明其基本上由HF0-1234ze巧）組成，并且在某些實施方案中 其甚至更優選由HF0-1234ze巧）組成。
[0025]本發明的某些實施方案的另一優點是提供了具有優異的可燃性性能同時