[发明专利]用于制冷的组合物和方法

说明书

相关申请

本申请涉及和要求2009年9月9日提交的美国临时申请序号No. 61/240,786和2009年10月1日提交的No. 61/247,816各自的优先权，并且是2009年7月29日提交的美国申请12/511,954的部分继续申请案，它们各自全文经此引用并入本文。

发明领域

本发明涉及可用于许多应用的组合物、方法和系统，包括在家用和小型制冷和/或空调应用和/或热泵应用中，特别涉及用于替代用于加热和/或冷却应用的制冷剂HFC-134a的制冷剂组合物和涉及改装制冷剂和/或空调系统，包括设计成使用HFC-134a的系统。

背景

使用制冷剂液体的机械制冷系统和相关传热装置，如热泵和空调机，在本领域中公知用于工业、商业和家庭用途。基于碳氟化合物的流体已广泛用于许多住宅、商业和工业应用，包括作为诸如空调、热泵和制冷系统之类的系统中的工作流体，包括相对小型的系统如用于家用冰箱和冰柜和用于汽车空调的系统。由于与迄今用于这些应用的一些组合物的使用相关的某些潜在的环境问题，包括相对较高的全球变暖潜势，越来越希望使用具有低或甚至零臭氧消耗潜势的流体，如氢氟烃（“HFCs”）。例如，许多政府已签署了京都议定书以保护全球环境并宣布降低CO₂排放（全球变暖）。因此，需要用于替代某些高全球变暖HFCs的低易燃或不易燃的无毒替代品。

一种重要类型的制冷系统被称作“小型制冷”或“家用制冷”系统，其涵盖了通常在住宅、公寓等等中民用于冰箱、冰柜等的系统。这类中还常包括自动售货机等。另一重要的制冷系统包括汽车空调系统。在这样的制冷系统中，常用的制冷剂液体是HFC-134a，也称作R-134a。

因此越来越需要作为此前用在这些和其它应用中的组合物的有吸引力的替代品的新型碳氟化合物和氢氟烃化合物和组合物。例如，已希望通过将含氯制冷剂替换成不消耗臭氧层的非含氯制冷剂，如氢氟烃（HFCs）来改造含氯制冷系统。笼统而言工业，特别是传热工业不断寻找能替代CFCs和HCFCs并被视为它们的更环保的代用品的新型碳氟化合物基混合物。但是，至少就传热流体而言，通常认为重要的是，任何可能的代用品还必须具有许多最广泛使用的流体中存在的那些性质，例如优异的传热性质、化学稳定性、低毒性或无毒性、不可燃性和/或润滑剂相容性等。

就使用效率而言，重要的是指出，制冷剂热力学性能或能量效率的损失可能通过由电能需求增加造成的化石燃料用量增加而具有二次环境影响。

此外，CFC制冷剂代用品在不对目前使用CFC制冷剂的常规蒸汽压缩技术作出重大工程改变的情况下有效工作通常认为是合意的。

可燃性对许多应用而言是另一重要性质。也就是说，在许多应用中，特别包括在传热应用中，使用不可燃组合物被认为是重要或基本的。因此，在这种组合物中使用不可燃化合物通常有益。本文所用的术语“不可燃”是指根据经此引用并入本文的ASHRAE Standard 34-2007，包括ANSI/ASHRI Addenda，测定为第1类的化合物或组合物。可惜，在其它方面适合用在制冷剂组合物中的许多HFCs并非不可燃的和/或并非第1类的。例如，氟代烷二氟乙烷（HFC-152a）和氟代烯1,1,1-三氟丙烯（HFO-1243zf）均可燃并因此不可用于许多应用。

申请人因此已认识到需要在蒸汽压缩加热和冷却系统和方法中，特别是在此前使用或设计成使用HFC-134a的那类制冷剂和热泵系统中非常有利的组合物、系统和方法，特别是传热组合物。

概述

申请人已经发现，包含或利用包含HFC-134a和至少一种选自HFO-1234ze和HFO-1234yf的氟代烯烃的多组分混合物的组合物、方法和系统可满足上述需要和其它需要。

在优选实施方案中，本发明的组合物包含：(a) 大约30重量%至大约65重量%的HFC-134a；(b) 大约0重量%至大约70重量%的HFO-1234ze，优选反式-HFO-1234ze；和(c) 大约0重量%至大约70重量%的HFO-1234yf，条件是该组合物中HFO-1234ze加上HFO-1234yf的量为至少大约35重量%，其中重量百分比基于该组合物中组分(a)–(c)的总量。申请人已经意外地发现，本发明组合物中的组分组合，尤其是在本文中规定的优选范围内，能够立刻实现由单独的任一组分都无法实现的重要和难以实现的制冷剂性能特性的组合。例如，本发明的优选组合物在可燃性方面为第1类并具有合意地低的GWP。