[发明专利]包括CO2的低GWP传热组合物

说明书

发明领域

本发明涉及特别可用于制冷用途的组合物、方法和系统，在某些方面中涉及特别可用在此前通常使用制冷剂R-508B的系统中的制冷剂组合物，特别作为低温或超低温用途中的制冷剂。

背景

使用制冷剂液体的机械制冷系统和相关传热装置，如热泵和空调机在业内公知用于工业、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、商业和工业用途，包括作为如空调、热泵和制冷系统之类的系统中的工作流体。由于与迄今用于这些用途的一些组合物的使用相关的某些可疑的环境问题，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（“HFC”）。此外，许多政府已签署了京都议定书以保护全球环境，其提出降低CO₂排放（全球变暖）。因此，需要低易燃或不易燃的无毒替代品以替代某些高全球变暖HFC。

一种重要类型的制冷系统被称作“低温制冷系统”或“超低温制冷系统”。这样的系统通常需要等于或低于-20℃，在某些情况中等于或低于-40℃，在另一些情况中等于或低于-80℃的蒸发温度。在这样的低温制冷系统中，常用的制冷剂液体是R-508B（HFC-23:HFC-116以46:54重量比的近似比率的组合）。但是，这种制冷剂具有极高的全球变暖潜势（GWP=13,396），这被认为比期望和/或要求的值高。随着全球变暖越来越令人担忧，制冷工业正为每一部门寻求具有低或降低的GWP的解决方案。

因此越来越需要作为此前用在这些和其它用途中的组合物的有吸引力的替代品的新型化合物和组合物。但是，至少就传热流体而言，通常被认为重要的是，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、低易燃性和/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通过由电能需求的增加造成的化石燃料用量的增加而具有二次环境影响。

此外，制冷剂代用品在不对目前使用现有制冷剂的传统蒸气压缩技术作出重大工程改变的情况下有效工作通常被认为合意。

可燃性是许多用途中的另一重要性质。也就是说，在许多用途中，特别包括在传热用途中，使用不可燃或只有轻度可燃性的组合物被认为重要或基本。因此，在这样的组合物中使用轻度可燃或甚至可燃性低于轻度可燃的化合物通常有益。本文所用的术语“轻度可燃”是指根据经此引用并入本文的ASHRAE标准34（日期为2010年）被归类为2L的化合物或组合物。

迄今没有任何单一分子已表明满足对R-508B替代品的所有要求，包括（但不限于）不可燃性、良好的容积冷却能力(volumetriccoolingcapacity)、良好的冷却效率、低GWP和可接受的排放温度。因此，申请人已认识到需要在蒸气压缩加热和冷却系统和方法中，特别是在低温和超低温制冷剂系统，包括设计成使用R-508B的系统中非常有利的组合物，特别是传热组合物。

发明概述

申请人已经发现，根据本发明的一个方面可以通过包含或利用多组分混合物的组合物、方法、用途和系统满足上述需要和其它需要，所述多组分混合物包含：(a)CO2作为第一组分；(b)选自R-116、R-23或其组合的第二组分；和(c)任选地，选自C1-C5取代或未取代的、饱和或不饱和烃（不同于组分(b)的化合物）、稀有气体或其组合的第三组分。本发明的组合物在某些优选实施方案中具有低于R-508A的GWP。在某些方面中，该GWP低于10,000、低于7,500或在某些优选方面中低于5,000。

在某些非限制性方面中，第三组分包括饱和、未取代的C1-C5直链或支链链烷（例如但不限于乙烷）和/或C1-C5直链或支链链烯（例如但不限于偏二氟乙烯）。在其它某些非限制性方面中，第三组分包含稀有气体（例如但不限于氙气）。

组分(a)可以以组分(a)-(c)的总重量的大约10重量%至大约90重量%或在某些实施方案中大约35重量%至大约85重量%的量提供。除非文中另行指明，术语“重量%”是指基于所述组合物中组分(a)–(c)的总量的重量百分比。

组分(b)可以以组分(a)-(c)的总重量的大约5重量%至大约50重量%的量，或以大约20重量%至大约40重量%的量，或以大约10重量%至大约30重量%的量提供。

组分(c)可以以组分(a)-(c)的总重量的大约5重量%至大约35重量%的量，或以大约5重量%至大约30重量%的量提供。