导热流体、系统、功效及方法

导热流体、系统、功效及方法
【专利摘要】本发明公开了导热组合物、方法、功效与系统。所述组合物具有四种或更多的已被选择的导热组分/成分，以使所述组合物提供的操作性能与能量效率与R22及目前可用的R22替代品的性能相当或优于R22及目前可用的R22替代品的性能。所述四种或更多的组分具有连续的沸点温度，它们共同作用以延伸相变，从而延伸热吸收相并提升效率。在一些实施例中，所述导热组分包括：以15?25％的重量百分比存在的R32，以1?5％的重量百分比存在的R125，以50?70％的重量百分比存在的R134a，以及以10?20％的重量百分比存在的R227ea。所述组合物也可进一步包括以0.5?3.5％的重量百分比存在的R236。
【专利说明】
导热流体、系统、功效及方法
[00011 本申请要求申请号为No. 14/536422且申请日为2014年11月7日的美国专利申请的 优先权，而申请号为No. 14/536422的美国专利申请要求申请号为No. 62/072931且申请日为 2014年10月30日的美国临时专利申请和申请号为No.62/009102且申请日为2014年6月6日 的美国临时专利申请的优先权。此处所论述的这些和其他所有的外部材料均通过引用整体 并入本文。
技术领域
[0002] 本发明的技术领域为导热流体、系统、功效及方法。
【背景技术】
【背景技术】 [0003] 的说明包括了便于理解本
【发明内容】
的信息。并不意味着任何本文所提供 的信息均是现有技术或相关于本发明专利申请，或者也不意味着任何具体的或明确引用的 出版物为现有技术。
[0004] 导热流体(例如制冷剂)通常被应用在各种传热系统中，包括空调、制冷设备、冷冻 机、加热器和类似物。用于导热流体的许多制剂都是已知的。
[0005] 在本申请提交的这个时候，R22(氯二氟甲烷)正在多个发达国家被停止使用，由于 其具有臭氧消耗潜势(ODP)和高的全球暖化潜势(GWP)。目前亟需导热流体的新组分，所述 导热流体的新组分可作为R22的替代品使用，并且具有改善的ODP值和GWP值。
[0006] 各种传热组合物在 TO2011/077088，AU2007338824，US20070284078，US6511610， US6521141和RU2135541中均有描述。不幸的是，当被作为R22的替代品使用时，当前可用的 导热流体具有一个或多个缺陷。
[0007] 各种R22替代品组合物在改型手册（R_22Retrofit Guidelines and Procedures， (2009)NRI?)中有描述。合适的R22替代品优选具有类似的或更好的性能指标(例如，吸热 量，汽化潜热，安培数，压差，操作温度，循环时间等）以及比R22更好的ODP和GWP。替代品组 合物还优选承载有矿物油（例如，矿物油混溶于该导热流体中），以便该替代品流体能与基 于R22的传热系统一起使用，所述替代品流体目前使用矿物油作为润滑剂。此外，替代品组 合物优选具有低的易燃性级别，其符合行业标准和政府法规。
[0008] 本文中标识的出版物均通过引用并入本文，正如每个单独的出版物或单独的专利 申请被具体地和单独地表示为通过引用而并入一样。其中，被合并的参考文件中术语的使 用或定义与本文所提供的该术语的定义不一致或相反时，采用本文所提供的该术语的定义 而不采用参考文件中该术语的定义。
[0009] 因此，仍然存在改善的导热流体、系统、功效及方法的需求。

【发明内容】

[0010] 本发明的主题提供了装置、系统和方法，其中，一种导热流体组合物包含以下导热 组分：以15-25%的重量百分比存在的R32,以1-5%的重量百分比存在的R125,以50-70%的 重量百分比存在的R134a，以及以10-20%的重量百分比存在的R227ea。这些重量百分比表 示该组合物中的一种特定的导热组分的重量相对于该组合物中的所有导热组分总重量的 百分比。
[0011] 在一些实施例中，所述导热组合物可选地包括以0.5-3.5%的重量百分比存在的 R236。在一些实施例中，R236可包含一种或多种R236fa和R236ea。
[0012] 在一些实施例的另一方面，所述导热流体组合物可包括一种润滑剂或者与一种润 滑剂混合使用。可以进一步预料到的是，该润滑剂组合物可以是一种矿物油、烷基苯油和合 成油，或者它们的任意混合物。
[0013] 优选所述的导热组合物和它们各自的含量，以使所述导热组合物具有的易燃性等 级为IS0817:2009所定义的Al，在100年的积分时间范围（ITH)内具有的全球暖化潜势(GWP) 值小于2000。
[0014] 本文所述的导热组合物可被用于传热系统中，所述传热系统包含：压缩机;冷凝 器，与所述压缩机流体联接;膨胀装置(例如，固定节流孔，毛细管和各种膨胀阀类型），与所 述冷凝器流体联接；以及蒸发器，与所述膨胀装置流体联接;传热系统的例子包括但不限 于：空调、制冷设备、冷冻机和加热器。所述传热系统被设计用于通过利用所述导热组合物 的气-液与液 _气相变特性与外部环境传递热量。
[0015] 本发明主题的各种目的，各种特征，各个方面和各种优点通过以下优选实施例的 详细描述以及说明书附图将更加清楚并更便于理解，在说明书附图中，相同的附图标记代 表相同的组件。
【附图说明】
[0016] 图1显示了 5种不同的导热流体组分在不同压力下的沸点。
[0017]图2a显示了 R22倾斜向上升温的时间周期。
[0018]图2b显示了本发明主题所述的一种组合物倾斜向上升温的时间周期。
[0019] 图3比较了 R22与本发明主题所述的一种组合物于1小时内在压缩机放大器使用方 面的性能。
【具体实施方式】
[0020] 以下对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 于以下描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替 代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修 改，都应涵盖在本发明的范围内。
[0021] 可以预料到的是，一种理想的R22替代品最大限度地减少了对环境影响的特征(例 如，GWP和0DP)和潜在危害性的特征(例如，易燃性，毒性），同时最大限度地提升效率(例如， 减少设备的电流量)和同现有的制冷剂系统的兼容性(例如，与作为润滑剂的矿物油的兼容 性）。因而，本发明主题的一方面包括一种新的R22替代品，其在最大限度地提升效率和同现 有系统的兼容性的同时，最大限度地减少了对环境的影响和易燃性。
[0022] 大部分R22替代品组分具有相抵触的缺点与优点，这意味着大部分R22替代品组合 物都不够理想。发明人意外地发现本文中所述的导热组合物具有规则的操作性能与能量效 率，其所具有的操作性能与能量效率可媲美或优于R22和R22替代品的性能。因而，在一些实 施例中，所公开的组合物被研发为：（i)传递与R22相兼容的操作性能并（ii)通过减少的设 备电流量和减少的运行时间相较于R22进一步减少能量消耗。作为提高能量效率的结果，所 述传热系统的机械和操作负荷以可测试量的形式被减少，其中，所述结果可通过减少的能 量消耗表征出来。
[0023]许多R22替代品都是单个组分的共混物。下表1显示了常用的R22替代品组分的一 些特征。
[0024]表1 :R22替代品共混物的常见组分的环境影响
[0026] 如上表1所示，许多R22替代品组分具有的ODP值为0或几乎为0。然而，沸点、GWP和 可燃性数值的变化取决于该组分。这些特征中的每一个均可能使得作为制冷剂或者制冷剂 共混物的组分，成为理想的或不理想的组分。关于R22替代品共混物的讨论在以下文献中有 论述：John A Tomczyk 发表的 "Refrigerant b I ends ； a review of alternate refrigerants and near-azeotropic refrigerant mixtures'，，干丨J登于 1993年5月的 Engineering Systems的第15页。
[0027] 研发人员为了找到无 ODP和低GWP的最佳的制冷剂共混物付出了很大的努力。例 如，表2显示了多种常见的R22替代品组合物的组分与本发明主题所提出的部分实施例的组 分之间的对比。
[0028] 表2:传统R22替代品成分
[0030] 在R22替代品组合物中的一个共同的趋势为利用具有低GWP值的组分，该组分可导 致所获得的共混物具有整体较低的GWP值。例如，在许多应用中，R32是一种普遍的R22替代 品，因为它具有理想的环保性能(675的GWP值和0.00的ODP值）。此外，R32具有与R22类似的 性能指标。R32的一个缺点为它的易燃性(ASHRAE安全级别为A2)。此外，R32不与矿物油相混 溶。关于R32作为一种R22替代品成分的更多详情，请参阅"World's First Adoption of R32,a Refrigerant With Low Global Warming Potential/'Daikin Group CSR Report (2013)。
[0031] 此外，许多已知的R22替代品组合物含有R134a组分。R134a是一种理想的组分，因 为它具有的ODP值为零。然而，许多共混物只包含有适量的R134a(通常小于50%)，由于 R134a具有中等的GWP潜势(GWP值为1320) 4134a的一个另外的缺点为，它不与矿物油相混 溶。
[0032]在许多R22替代品组合物中的另一种常见组分为R125。许多R22替代品组合物使用 大量的R125(通常大于25%)，由于R125所具有的灭火性能。然而，R125具有非常高的GWP值， GWP值为3500,并且其不与矿物油相混溶。
[0033]表3显示了若干R22替代品共混物的性质与本发明主题所述的若干共混物的性质 之间的比较。
[0034] 表3:共混物的环境特征
[0036] *单个组分的综合指数;**与组合物5的比较
[0037] 如表3中所示，本发明所述的组合物具有Al的易燃性级别并且其GWP值为小于 2000。此外，本发明所述的组合物具有HOOkPa下的液相压力与230-234kJ/kg的汽化潜热。
[0038] 所述汽化潜热是在恒定的温度和压力下与物质由液相至气相转变相关联的特定 焓变。因为本发明所述的组合物是多组分混合物，所以找到每种掺杂物的汽化潜热是一个 非常艰巨的任务。这是因为，不同的组分不以相同的速率汽化。这导致了一个温度范围，其 中，该混合物作为两相体系存在，具有不断变化的液相和气相质量分数。由于该液相和气相 组合物在整个两相区域都不同，因此，焓变差异不能被用于判定汽化潜热。所述液相和气相 组合物在沸点和露点是相同的，但是这并不能被用于判定汽化潜热，这是因为:它们存在于 不同的温度下。这表明相变和升温都有助于整体焓变。正是由于这些原因，所统计出的焓变 数据（如用行业标准的NIST REFPR0P软件所计算出的）不能被用于准确预测本发明所述组 合物的汽化潜热。
[0039]高度准确的预测汽化潜热离不开使用先进的过程建模软件进行计算，但是适度准 确的预测可通过使用两种不同的方法来完成。第一种方法(方程1)以kj/kg为单位通过将各 组分产品的汽化潜热乘以各组分产品相应的质量分数的乘积求和预测了汽化潜热。例如：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 其中，Tb表示以开尔文温度为单位的标准沸点，Tc表示以开尔文温度为单位的临界 温度，P。表示在大气压中的临界压力，而V表示以kj/mol为单位的汽化潜热。
[0044] 由每种方法给出的汽化潜热估算值的差异小于5%。然而，值得注意的是，其中没 有任何一种方法能够给出高度精确的估算值，由于每种方法都没有将各组分之间可能的相 互作用考虑进去。方程2可能提供了更准确的估算值，这是因为"陈"方程对混合物的整体性 质而非仅对单个组分的性质进行了考虑。当计算所有已知的组分共混物和如本文所包括本 发明所述的共混物的汽化潜热的时候，发明人采用方程2。
[0045]发明人已经发现，以新颖的量存在的组分的某些共混物显著优于类似的R22替代 品组合物。在本发明主题的一个方面里，发明人已经发现了含有连续或间断"沸点"的特定 导热组分的混合物，其具有优异的传热性能。超越现有的R22替代品的改进，要远远优于基 于每个组分的单个或整体的化学吸热属性所预期的改进。
[0046] 对于此改进的一个之前不被重视的原因是，交错的沸点产生了"多米诺骨牌"效 应，因为每个单独的组分达到了其沸点。此"多米诺骨牌"效应最大化了每个组分的热量吸 收，直至该热量吸收开始饱和。当单个组分的热量吸收容量开始饱和时，接下来的一个组分 达到其沸点，其最大化每个组分的热量吸收直至该热量吸收开始饱和。对于每种导热组分 而言均是如此，这在通过装置的蒸发器和冷凝器的蛇形管进行的液-气和气-液相变过程中 产生了一个更加一致相变。此效果通过采用至少4种导热组分能够得到最好的说明，并且可 通过采用具有连续沸点的5种或更多导热组分得到进一步说明。
[0047] 本发明的主题提供了导热组合物，所述导热组合物具有至少4种导热组分，所述导 热组分被有意地选定以提供交错的沸点和相关的P/T图表。5种可能的导热组分及它们各自 的沸点如下所示(也请参见表3):
[0048] 1.R32: 沸点为-51.7C(-61.0F)
[0049] 2.R125: 沸点为-48.5C(-55.3F)
[0050] 3.R134a: 沸点为-26 · 3C(_15 · 3F)
[0051 ] 4.R227ea:沸点为-16 · 4C(+2 · 5F)
[0052] 5.R236ea:沸点为 _1 · 0C(+30 · 2F)
[0053] 图1中的压力/温度曲线图显示了这5种导热组分的连续性质（例如，"堆叠的"或 "交错的"）。当R32，R125，R134a，R227ea和R236fa显示于图1中时，本发明的主题包括替代性 的导热组分，其具有类似的特性(例如，易燃性，沸点温度/压力，GWP，ODP等等）以提供与R22 性能相当的且相对于R22减少了能量消耗的导热组合物。例如，所述导热组合物可包括：以 15-25%的重量百分比存在的R32,以1-5%的重量百分比存在的R125,三种另外的组分，这 三种组分在101.31^^(14.696?314)压力下所具有的沸点温度分别在-55°(：(-67°?)至-35 1€ (-31。卩)之间，-40。(：（-40°卩)至-20°(：(68°卩)之间，以及-25°(：(-13°卩)至-5°(：(23°卩)之间。这 三种另外的组分被优选选定，以便所述导热组合物具有至少230kJ/kg的汽化潜热，以及在 37.781：(100°?)下小于14001^ &(203?316)的液相压力。本领域技术人员也会理解的是，本 申请提交之后研发出的新的导热组分也可与本文所述的发明原理一致地使用，以提供一种 导热组合物，以完成既定目标(例如，交错的沸点温度，改进的汽化潜热，更低的液/气相压 力，可接受的易燃性等等）。
[0054]还应当理解的是，所述另外的导热组分可基于给定温度下的其分压进行选择，所 述给定温度可以不是它们的沸点温度，或者是包括它们的沸点温度在内的各种温度。例如， 第一另外组分可以具有:〇°C(32°F)下 503.3kPa(73PSIG)至 641.2kPa(93PSIG)的分压，10°C (50°?)下737.71^^(107?516)至875.61^^(127?516)的分压，和/或35°(：(95°?)下16061^^ (233PSIG)至 1744kPa(253PSIG)的分压。第二另外组分可以具有：0°C(32°F)Tl24.1kPa (18PSIG)至 262kPa(38PSIG)的分压，10°C(50°F)下 241.3kPa(35PSIG)至 379.2kPa(55PSIG) 的分压，和/或 35°C(95°F)下 717.11^^(104?316)至854.91^^(124?316)的分压。第三另外组 分可以具有：0。(：（32°卩）下27.581^^(4?516)至165.51^^(24?516)的分压，10°(：(50°卩）下 110.3kPa(16PSIG)至 248.2kPa(36PSIG)的分压，和/或 35°C(95°F)下 441.3kPa(64PSIG))至 579 · 2kPa(84PSIG)的分压。
[0055] 所提出的组分的组合出于很多原因是预料不到的。例如，虽然R32是一种非常有效 的制冷剂，但它会增加电力消耗的易燃等级和高的操作压力。因此，许多R22替代品并不使 用R32(见上表2和表3)。
[0056] 然而，所公开的组合物采用了多种具有不同沸点和操作压力的阻燃性或火焰抑制 性组分，以抵消R32的易燃性和高的操作压力。该多个组分的间断沸点序列有效抵消了 R32 的易燃性和高的操作压力，以提供一种不易燃、低压力、节能和高效的导热组合物。
[0057]所公开的组合物是预料不到的，这是因为:虽然R22替代品组合物含有R134a，但是 其中所包含的R134a的含量并不会超过50% 4134a是一种优秀的制冷剂，但许多共混物仅 仅采用适量的R134a(通常小于50%)，由于R134a具有中等的全球暖化潜势(GWP)值，GWP值 为1430并且R134a不与矿物油相混溶。
[0058]设计制冷剂的传统方法给出了反对使用R236fa与R227ea的教导，由于它们具有高 的GWP值。但是，当以本发明所提供的方式与其它组分叠加使用时，R236f a的不理想的特性 可被最小化。另外，R227ea被用于在矿物油中提供混溶性。为了使共混物可混溶，许多R22替 代品含有R6〇〇a与R601a。然而，与R227ea不同，R600a与R601a是非常易燃的（见表1，表2b和 表3)。总而言之，发明人已经发现了 R22替代品组分的一种独特组合，所述独特组合具有以 下特性：当各组分当混合在一起时，不仅优化了可燃性、GWP和0DP，而且相较于已知的由类 似组分制成的制冷剂共混物而言提供了性能和效率上预料不到的改进。
[0059]本发明主题的预料不到的效果
[0060]所述本发明的主题包括R22替代品组分新颖的组合，它比期待的传统理解的R22替 代物效果更好。用于增加 R22测量效果两个重要指标包括汽化潜热（以kj/kg测量)和液相压 力（以kPa测量）。优秀的R22替代品在最大化汽化潜热的同时最小化该液相压力，还同时最 小化GWP值和易燃性。常见的R22替代品与本发明主题所述的某些实施例的这些数值的每个 测量结果如上表3所示。
[0061] 发明人已经发现了在电流节约与能量消耗方面表现得比常见的R22替代品意外地 好的某些共混物，尽管它们就已知的组合物而言具有类似的汽化潜热值和液相压力值。
[0062] 为了说明这一点，发明人于受控环境中在两个不同的分裂传热系统（一个是具有 两台压缩机的承载9072公斤(2e+004镑)的封装屋顶热栗机组，另一个是具有一台压缩机的 承载4104吨系统的封装屋顶热栗机组）中进行了一系列测试。发明人通过使用数字化数据 记录技术实时获取初始测试数据。发明人收集了对应于每种组分的15个数据点，并通过用 于标准化数据测量的内部数据积累过程处理了这些数据。发明人通过行业标准NIST REFPROP和Refleak软件进一步处理了所测得的数据，以衡量测试数据的有效性和可接受 性。对比测试将所检测的制冷剂性能与方差程度的验证提供给所建立的工业操作模式，用 于操作性能、效率与可接受性(分别以A T，压缩机安培值以及EPA易燃性要求来检测）。发明 人针对此行业标准测量了所捕获的数据。虽然使用了两种不同的暖通空调系统，发明人将 数据标准化，以便能够做出比较。（现有测试表明：当与承载9072kg的具有两台压缩机的系 统比较时，承载410kg的具有一台压缩机的系统以85%的效率运行）。下表4显示了 5种组合 物与R22和其它常见的R22替代品相比较的检测结果。
[0064] 扣与R22的比较
[0065] **在载体410系统中测定
[0066] 上表4显示了组合物5的测试数据，其通过以下各组分的重量百分比表示：R-32/ 125/134a/227ea/236fa(20/4/61/12/3)。组合物5的测试数据表明，相较于R22,本发明的方 法能够节省13.9 %的压缩机节省电流量和降低9 %的能耗。
[0067]在一个实施例中，当将本发明主题所预期的组合物的性能与R425a的性能比较时， 表4中的结果是尤为预料不到的。R425a采用了类似的概念以最大化汽化潜热（232kJ/kg)， 最小化压力（1262kPa)并抵消易燃性(Al等级）。为了达到此目标，R425a包含69.5%R134a， 18.5%R32和12%R227ea。通过这些测量，一位本领域技术人员将会预料到它将优于本发明 主题所预期的组合物，所述本发明主题所预期的组合物具有类似的汽化潜热值（230-234kJ/kg)和稍高的压力值。然而，如表4所示，R425a显然要劣于本发明主题所述的组合物。 发明人推断:之所以这样的原因是，R425a缺乏交错的组分以既在穿过蛇形管全长过程中增 加冷却又通过提升冷却速度来减少循环时间。
[0068]为了进一步研究这种性能方面的差异，发明人在一个单独的检测验证中直接对 R425a与组合物5的性能进行了比较。在此检测验证中，为两种产品所设定的外部空气温度 平均为31.1°C(88°F)。在运行条件下，两种产品均表现出平均5.3的压缩机安培值。然而，组 分5将蒸发器蛇形管的温度减少至平均3.9°C (39.1°F)，而采用R425a所获得的平均温度为 5.2°(：(41.5°?)，可见后者的平均温度高出了1.3°(：(°?)(5.6%)。整体冷却性能的比较是基 于目标△ T(室内空气温度减去供应空气温度）的方差。组合物5的目标方差为24.2 % 4425a 的目标方差为12.1 %。与R425a相比，组合物5的性能显著地超过了R425a的性能的50%。
[0069]从这些检测得出的结论提供了本发明主题可确定的有效性，即本发明创造了意想 不到的且之前没见过的系统运行性能的模式，基于通过较低的操作压力和温度，同时提供 更短的操作周期和较低的电流强度来获得堪比R22的性能。
[0070] 按照EPA相关指南中关于易燃性的内容，烃的引入增加了不达标的可能性。
[0071] 在测试期间，人们注意到许多组合物趋向于满足为本发明主题设立的性能标准， 但是不符合由管理机构确定的易燃性评价的要求。这些组合物对于其中使用了 R22的许多 应用而言是仍然可行的，例如，制冷、冷冻机和住宅系统。出于最大化本发明所发现的低压/ 低温性能的目的，许多应用之一可以在小型、中型和大型暖通空调系统的加热和冷却需求 中。
[0072] 在检测过程中，
【申请人】还意外地发现以上所公开的组合物在系统启动时于更短的 时间内开始吸收热量，并且与R22相比更迅速地达到最佳的性能。此属性被称为斜坡时间， 导致与基于R22的装置相比在设备开启时或运行时减少，所述基于R22的装置降低了能耗。 [0073]图2A和2B中显示的数据是所观察的本发明主题的"斜坡时间"的一种表示形式，它 从断开至系统运行时循环。斜坡时间曲线的斜率表示所公开的组分更迅速地吸热并更快地 获得最佳运行性能的能力，由于顺序间隔沸点能力。获得最佳运行性能所减少的时间导致 了更短的周期时间并降低了 15-30%的千瓦时。图2A和2B中的比较是在具有两台压缩机的 承载9072公斤(2e+004镑）的封装屋顶热栗机组上进行的。
[0074]所公开的组合物已在测试中表现出减少正在服务的被提供给空间的空气流(供 气)温度的特点和能力，由于蒸发器在冷却的较高程度上进行。测试表明，汽化功能的温度 范围通常优于或相当于使用R22替代品导热流体的传热系统。除了在表4中关于组合物5的 结果以外，在图2A和2B中的测试数据进一步阐述了这一发现。
[0075]下表5显示了于24小时内R22与组合物5之间的比较。该测试采用几乎相同的温度 并在不同的日期内进行；以便能够使用相同的测试设备。
[0076] 表5: R22与组合物5之间的平均性能比较
[0078]表5中的数据显示了，于24小时期间在安培量与总能量(kWh)方面，组合物5大大超 越了R22。由于本发明所提供的新颖的组合物的性能，在降低操作温度的一个另外的演示 中，该传热系统的压缩机的操作温度已经展现出降低的物理温度(例如，压缩机在较低的温 度下运行）。
[0079] 图3是一个一小时期间（在两个测试日内的9:00AM-9:59AM)的曲线图，其中比较了 R22和组合物5的安培使用。如图3所示，组合物5整体上使用了更少的安培。除此以外，组合 物5所使用的安培比R22更稳定。当与组合物5相比时，R22所使用的安培具有较大的方差。 [0080]在另外的实施例中，如上表3中所示的检测数据，与R22替代品组合物相比，组合物 6和组合物7在明显更低的液相与气相压力下具有高等级的热吸收。高的热吸收与较低的气 压的结合减少了暖通设备的能量需求，从而减少了能量消耗。该检测结果也显示了添加了 R236与未添加 R236的组合物之间的比较。添加了即使小的重量百分比体积的R236的产品， 显示出汽化潜热大幅增加，同时获得可测量的较低的压力。
[0081] 本文所述的组合物的另一个重要特点为它们携带矿物油的能力。特别是，所述组 合物中的某些导热组分被专门选择用于展现它们承载矿物油的特点。众所周知，一些压缩 机油之间存在冲突（例如，矿物油、P〇E、PAG)，而现有的制冷剂需要更换压缩机油或者通过 向该制冷剂中添加高度易燃的烃。本文所公开的组合物的特性通过利用所选组分的承载特 定油的性质专门解决这个压缩机油问题，以在暖通空调系统中实现润滑而无需更换压缩机 油或向该制冷剂中添加易燃的经，从而允许持续的系统运行，而没有更换或扩充机油方面 的要求。
[0082] 在一些实施例的一个方面，本发明的主题包括一种导热组合物，其在基于R22的装 置中充分承载矿物油以获得润滑，无需在该导热组合物中使用烃成分。该所公开的组合物 包括足量的R227ea和R236,以充分承载矿物油，从而在基于R22的装置中获得润滑，同时仍 然保持Al等级的易燃性。在一些实施例中，该组合物包括多达15-25wt%的R32;10-20wt% 的R227ea以及0.5-3.5￥七％的1?236。所述组合物可另外包括50-70￥七％的1?1343和1-5￥七％的 R125〇
[0083] 本发明中已认识到一个重要的发现，R236在所有的基于HFC制冷剂中具有最强的 偶极矩（即，键的极性是通过其偶极矩测量的）。该强偶极矩给予R236对质子受体化合物诱 导氢键的能力。
[0084]发明人理论上认为，R236的氢键属性能够与该组合物的剩余部分相键合，因此延 伸其它组分的相变，从而延伸吸热相并提升该装置的效率。
[0085]此外，由于R236的高沸点，微小液滴可能保持在悬浮在其它组分蒸气中的液相里， 其可作为一种催化剂，有助于压缩蒸气返回至液相，从而减少压缩机的工作。
[0086] 人们相信这些微小液滴和/或纳米液滴利用化学、极性能量以有助于诱导气液相 变，从而降低动能和压缩机所需的电力消耗。因此，本发明的主题包括具有5种或更多种具 有连续沸点温度的导热组分的组合物，其中，第五种(或者最后的)组分具有高的极性，其中 该分子的极性是该分子中所有键的极性的总和。在一些实施例中，第五种(或者最后的）组 分的极性优选接近或甚至超过1?236的极性的-6.7±0.5 10-24〇113。在其他实施例中，第五 种(或者最后的）组分不但具有该组合物里所有导热组分中最高的沸点温度，而且具有该组 合物里所有导热组分中最高的极性。
[0087] 本发明所述组合物的特征、功能和性能可通过润滑剂的掺入进一步增强，所述润 滑剂可在生产过程之前/之后加入，以进一步增强性能、能量的节约，以及当使用所公开的 组合物时特别经历的温度的降低。预期的润滑油包括矿物油、烷基苯油和合成油，或者它们 的结合。常用的合成材料包括聚氧乙基甘油醚(PAG)，酯（二酯和多元醇酯）以及聚-α-烯烃 (PAO) 0
[0088] 每个人都应该明白，所公开的技术方案提供了许多有益的技术效果，包括用于导 热系统的导热流体，所述导热系统提供改善的性能指标。
[0089] 在一些实施例中，数字表示成分的量、性质，如浓度、反应条件等等，被用于描述并 要求本发明某些实施例的权利;都将被理解为在某些情况下被"约"这一术语所修改。因此， 在一些实施例中，在书面说明书和所附权利要求书中提出的数值参数均为近似值，可以根 据所需的性质而变化，力求通过特定的实施方案来获得。在一些实施例中，所述数值参数应 当根据报道的显著数值的数字并通过应用普通的四舍五入法来理解。尽管本发明的一些实 施例中阐述的较大数值范围和参数范围均为近似值，具体实施例中提出的数值被报道为尽 可能的精确。本发明某些实施例中的数值可能包含某些错误，必定由它们各自的试验测量 中的标准偏差所导致。
[0090] 除非上下文存在相反的说明，本文阐述的所有范围应被解释为包括其端点。而开 放式范围应被解释为仅仅包括市售实际值。类似地，列出的所有数值应该被认为是包括中 间值，除非本文中做出了相反的说明。
[0091] 本文中数值范围的表述仅意在用作落入到范围内的单独提及每一个单独值的缩 写方法。除非本文另外指出，否则每个单独值均被并入到本说明书里，就如它在本文中单独 列举一样。本文中所述的所有方法都能够以任何合适的顺序实施，除非本文另有说明或者 通过上下文出现明显矛盾。所使用的任何和所有实施例，或者在特定实施例中所提供的示 例性表述(例如，"如"）仅仅是为了更好地阐述本发明，并不对本发明的保护范围或另外的 要求造成限制。说明书中的任何文字均不应被解释为本发明实施所必不可少的非要求性元 素。
[0092] 本发明中所述的任何基团均不应当被理解为对本发明的限定。
[0093]如本文中所述，除非本文中另有相反的说明，术语"连接到"旨在包括直接连接(其 中，被耦合到彼此的两个元件彼此接触)和间接连接(其中，至少一个额外的元件位于这两 个元件之间）。因此，术语"连接到"或"联接"使用起来所表示的意思是一样的。
[0094]应当理解的是，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。 因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围 内。此外，在解释说明书和权利要求书的时候，所有的术语应以与上下文一致的尽可能大的 语意方式进行解释。尤其是，术语"包含"和"包括"应该被解释为以非排他的方式来引用元 件、组分或步骤，这表明被引用的元件、组分或步骤可以与其它未明确提到的元件、组分或 步骤一并存在或使用或结合。其中，说明书中描述了 "选自A、B、C……和N组成的组中的至少 一种"，该文本应当被理解为从A、B、C……和N组成的组中选出仅仅一种，而不是A加 N或B加 N 等等。
【主权项】
1. 一种导热组合物，其特征在于，其包含按以下百分比存在的导热组分： 以15-25 %的重量百分比存在的R32; 以1-5%的重量百分比存在的R125; 以50-70%的重量百分比存在的R134a;以及 以10-20%的重量百分比存在的R227ea。2. 根据权利要求1所述的导热组合物，其特征在于，还包括以0.5-3.5%的重量百分比 存在的R236。3. 根据权利要求1所述的导热组合物，其特征在于，所述R32、R125、R134a和R227ea共同 组成所述导热组合物的至少96.5%。4. 根据权利要求1所述的导热组合物，其特征在于，还包含一种润滑剂组合物。5. 根据权利要求4所述的导热组合物，其特征在于，所述润滑剂是矿物油、烷基苯油以 及合成油中的一种或多种的组合。6. 根据权利要求1所述的导热组合物，其特征在于，组合物的量被进行选择以使所述组 合物具有IS0817:2009所定义的A1等级的易燃性。7. 根据权利要求1所述的导热组合物，其特征在于，组合物的量被进行选择以便所述组 合物在100年的积分时间范围（ITH)内具有的全球暖化潜势(GWP)值小于2000。8. -种传热系统，其特征在于，包括： 压缩机； 冷凝器，与所述压缩机流体联接； 膨胀装置，与所述冷凝器流体联接； 蒸发器，与所述膨胀装置流体联接；以及 如权利要求1所述的导热组合物。9. 一种导热组合物，其特征在于，所述的导热组合物利用R227ea和R236,在基于R22的 传热系统中充分地承载有矿物油而无需烃，所述导热组合物流体包含： 15-25wt% 的 R32; 10-20wt% 的R227ea;以及 0.5-3.5￥七％的1?236。10. 根据权利要求9所述的导热组合物，其特征在于，还包含l_5wt %的R125。11. 根据权利要求9所述的导热组合物，其特征在于，还包含50-70wt %的R134a。12. 根据权利要求9所述的导热组合物，其特征在于，还包含R125和R134a中的至少一 种。13. 根据权利要求9所述的导热组合物，其特征在于，还包含R125和R134a。14. 一种用于基于R22的传热系统的导热组合物，其特征在于，所述组合物包含： 以15-25 %的重量百分比存在的R32; 以1-5%的重量百分比存在的R125;以及 其中，所述组合物具有至少230kJ/kg的汽化潜热以及在37.78°(：(100°?)下小于 1400kPa(2〇3PSIG)的液相压力。15. 根据权利要求14所述的导热组合物，其特征在于，所述导热流体还包含50-70wt% 的R134a。16. 根据权利要求15所述的导热组合物，其特征在于，所述导热流体进一步包含10-20wt% 的 R227ea〇17. 根据权利要求16所述的导热组合物，其特征在于，所述导热流体进一步包含0.5- 3.5界七％的1?236。18. 根据权利要求14所述的导热组合物，其特征在于，所述导热流体进一步包含R134a， R227ea与R236中的至少两种。19. 根据权利要求15所述的导热组合物，其特征在于，所述导热流体进一步包含R134a， R227ea和R236。20. -种用于传热系统的导热组合物，其特征在于，包含R32和至少第二、第三和第四额 外组分，其中： a) 所述第二额外组分在14.696PSIA下的沸点为-55°C(_67°F)至-35°C(_31°F)之间； b) 所述第三额外组分在14.696PSIA下的沸点为-40°C(_40°F)至-20°C(_4°F)之间；以 及 c) 所述第四额外组分在14.696PSIA下的沸点为-25°C(_13°F)至-5°C(23°F)之间。21. 根据权利要求20所述的导热组合物，其特征在于，第二、第三和第四额外组分中的 至少一种是选自R125、R134a、R227ea和R236所组成的组。22. 根据权利要求20所述的导热组合物，其特征在于，第二、第三和第四额外组分中的 至少二种是选自R125、R134a、R227ea和R236所组成的组。23. 根据权利要求20所述的导热组合物，其特征在于，第二、第三和第四额外组分中的 每一种选自R125、R134a、R227ea和R236所组成的组。24. 根据权利要求20所述的导热组合物，其特征在于，第二、第三和第四额外组分分别 为R125，R134a和R227ea。25. 根据权利要求23所述的导热组合物，其特征在于，还包含一种第五额外组分，其在 101 · 325KPa( 14· 696PSIA)下的沸点为-10°C (14° F)至 10°C (50° F)。26. 根据权利要求25所述的导热组合物，其特征在于： a) 所述第二额外组分包含以1-5 %的重量百分比存在的R125; b) 所述第三额外组分包含以50-70%的重量百分比存在的R134a; c) 所述第四额外组分包含以10-20 %的重量百分比存在的R227ea; d) 所述第五额外组分包含以0.5-3.5%的重量百分比存在的R236fa。27. 根据权利要求25所述的导热组合物，其特征在于，所述第五额外组分具有高的键极 性。28. 根据权利要求25所述的导热组合物，其特征在于，所述第五额外组分具有比R32、第 二额外组分、第三额外组分和第四额外组分中的每一种较更强的偶极矩。29. -种用于传热系统的导热组合物，其特征在于，包含R32和至少第二、第三和第四额 外组分，其中，在〇°C(32°F)下： a) 所述第二额外组分具有503.3kPa(73PSIG)至641.2kPa(93PSIG)的分压； b) 所述第三额外组分具有124. lkPa( 18PSIG)至262kPa(38PSIG)的分压；以及 c) 所述第四额外组分具有27.58kPa(4PSIG)至165.5kPa(24PSIG)的分压。30. 根据权利要求29所述的导热组合物，其特征在于，在10 °C (50° F)下： a) 所述第二额外组分具有737.7kPa( 107PSIG)至875.6kPa( 127PSIG)的分压； b) 所述第三额外组分具有241.3kPa(35PSIG)至379.2kPa(55PSIG)的分压；以及 c) 所述第四额外组分具有110.3kPa(16PSIG)至248.2kPa(36PSIG)的分压。31. 根据权利要求31所述的导热组合物，其特征在于，在35 °C (95° F)下： a) 所述第二额外组分具有1606kPa(233PSIG)至1744kPa(253PSIG)的分压； b) 所述第三额外组分具有717. lkPa( 104PSIG)至854.9kPa( 124PSIG)的分压；以及 c) 所述第四额外组分具有441.3kPa(64PSIG)至579.2kPa(84PSIG)的分压。32. 根据权利要求31所述的导热组合物，其特征在于，还包括一种第五额外组分，所述 第五额外组分在 〇°C(32°F)下具有 OkPa(OPSIG)至 27.58kPa(4PSIG)的分压，在 10°C(50°F) 下具有 41.37kPa(6PSIG)至68.95kPa(10PSIG)的分压，并且在 35°C(95°F)下具有 206.8kPa (30PSIG)至 344.7kPa(50PSIG)的分压。33. 根据权利要求29所述的导热组合物，其特征在于，还包括以小于5 %的重量百分比 存在的R125a。34. 根据权利要求29所述的导热组合物，其特征在于，还包括以小于70%的重量百分比 存在的R134a。35. 根据权利要求29所述的导热组合物，其特征在于，还包括以小于20%的重量百分比 存在的R227ea。36. 根据权利要求29所述的导热组合物，其特征在于，还包括以小于3.5%的重量百分 比存在的一种不同于町34&，1?125，1?22763和1?236的组分。37. -种用于传热系统的导热组合物，其特征在于，包含： 以15-25 %的重量百分比存在的R32; 含有至少第二、第三和第四额外组分的多种额外组分，在101.325KPa(14.696PSIA)下 具有连续的沸点温度；以及 一种以小于5%的重量百分比存在的组分，其在101.325KPa(14.696PSIA)下具有比所 述第二、第三、第四额外组分更高的沸点温度，并且其被选择以延长所述组合物的液相到气 相的相变时间。38. 根据权利要求37所述的导热组合物，其特征在于，所述组分为R236。
【文档编号】C09K5/04GK105829490SQ201580002722
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年6月5日
【发明人】麦克斯·查皮
【申请人】布鲁昂能量有限责任公司