[发明专利]可用作有机朗肯循环工作流体的氟烯烃化合物

说明书

本申请是一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2012年12月03日、申请号为201280068384.X (PCT/US2012/067514)、发明名称为“可用作有机朗肯循环工作流体的氟烯烃化合物”。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月2日提交的美国临时申请序号No. 61/566,585的优先权，各自的内容全文经此引用并入本文。

本申请还是2009年12月3日提交的美国申请序号No. 12/630,647的部分继续申请案，其要求2008年12月5日提交的美国临时申请No. 61/120,125的优先权，还是2009年1月9日提交的美国申请No. 12/351,807的部分继续申请案，各自的内容全文经此引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及有机朗肯循环工作流体。本发明更特别涉及作为有机朗肯循环工作流体的氟烯烃，包括氯氟烯烃和溴氟烯烃。

背景技术

水，通常以蒸汽形式，是迄今用于将热能转化成机械能的最常用的工作流体。这部分归因于其广泛可得性、低成本、热稳定性、无毒性质和广泛的潜在工作范围。但是，在某些用途中，如在海洋热能转换（OTEC）系统中已使用其它流体，如氨。在一些情况下，流体例如CFC-113已用于从废热，如燃气轮机废气中回收能量。另一可能性使用两种工作流体，如用于高温/高压第一阶段的水和用于较冷的第二阶段的更挥发性的流体。这些混合动力系统（通常也被称作二元动力系统）可比仅使用水和/或蒸汽更有效。

为了获得安全可靠的动力源，数据中心、军事设施、政府大楼和酒店例如使用分布式发电系统。为避免随电网电力损耗发生的服务损耗，包括在旨在防止发生这种损耗的设备失效时发生的大规模级联停电，分布式发电系统的使用很可能增长。通常，现场原动机，如微型燃气轮机驱动发电机并制造现场使用的电力。将该系统连向电网或在某些情况下可独立于电网运行。类似地，在分布式发电中使用能用不同燃料源运行的内燃机。燃料电池也已在商业上用于分布式发电。来自这些来源的废热以及来自工业操作、垃圾填埋场燃烧的废热和来自太阳能和地热源的热可用于热能转换。在可获得低级至中级热能的情况下，通常在朗肯循环中使用有机工作流体（代替水）。有机工作流体的使用主要归因于在这些低温下如果使用水作为工作流体则需要提供大容积（大设备尺寸）。

源温度与冷源温度（sink temperatures）之差越大，有机朗肯循环的热力学效率越高。因此，使工作流体与源温度匹配的能力影响有机朗肯循环系统效率。工作流体的蒸发温度越接近源温度，效率越高。工作流体临界温度越高，可达到的效率越高。但是，也要实际考虑影响工作流体的性能和成功性的热稳定性、可燃性和材料相容性。例如，为了接近高温废热源，通常使用甲苯作为工作流体。但是，甲苯可燃并具有毒理学担忧。在175℉至500℉（79℃至260℃）的温度范围内，通常使用不可燃流体，如HCFC-123（1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷）和HFC-245fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）。但是，HCFC-123具有相对较低的容许暴露水平并已知在低于300℉下形成毒性HCFC-133a。为避免热分解，HCFC-123可能限于200℉-250℉（93℃-121℃）的蒸发温度。这限制循环效率和功输出。在HFC-245fa的情况下，临界温度低于许多实施方案所需的温度。除非使用更稳健的设备以利用跨临界循环（trans-critical cycle），否则使HFC-245fa有机朗肯循环保持在低于309℉（154℃）临界温度。

申请人已经认识到，可以超过HCFC-123和HFC-245fa的上述限制提高某些有机朗肯循环系统的有效功输出和/或效率，同时保持使该系统有效和成功所必须的其它性质和特征的组合（mosaic）。申请人已经发现在用于可提供相对较低源温度（如某些燃气轮机和内燃机废气中可能存在的温度）的朗肯循环系统时具有优异性能特征的工作流体。