專利名稱：用于冷卻器應用的反式-氯-3,3,3-三氟丙烯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多種應用中具有用途的組合物，所述應用包括冷卻器應用，和利用這些組合物的方法和系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及在冷卻器應用中使用包含反式-氯_3，3， 3-三氟丙烯(1233zd(E))的制冷劑組合物的方法。
背景技術(shù)：
以碳氟化合物為基礎(chǔ)的流體廣泛應用于制冷、熱泵、空調(diào)和冷卻器應用中。碳氟化合物被用來將熱量從不需要的位置傳輸?shù)叫枰獰崃康奈恢?。制冷或空調(diào)系統(tǒng)的目的是從冷區(qū)域移走能量。熱泵的目的是向熱的區(qū)域增加能量。制冷劑的物理性質(zhì)，如密度、蒸汽壓和汽化熱，幫助確定哪種應用對于制冷劑是最好的。制冷劑的安全性和對環(huán)境的影響也應予以考慮。例如，可燃性、臭氧消耗潛勢(ODP) 和全球變暖潛勢(GWP)都應予以考慮。制冷劑的混合物通常用于與制冷系統(tǒng)或熱泵系統(tǒng)期望的物理性質(zhì)相匹配。然而， 離心式冷卻器只能適應純制冷劑或者共沸制冷劑，因為非共沸混合物在池沸騰蒸發(fā)器內(nèi)會分離而降低系統(tǒng)的性能。對于用于冷卻器的新的制冷劑，需要考慮的重要因素是COP (以KW記的冷卻量與以KW記的整個冷卻器消耗的能量之間的比率)。COP允許對冷卻器系統(tǒng)中不同的制冷劑進行有效地比較。COP越高，系統(tǒng)將能量轉(zhuǎn)換成所需要冷卻的效率越高。發(fā)明概述本發(fā)明的各方面涉及在冷卻器系統(tǒng)中具有用途的組合物，和利用這種組合物的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明提供包含至少反式1-氯-3，3，3-三氟丙烯(1233zd(E))的組合物。在諸如冷卻器的制冷應用中，從環(huán)境角度講，包含化合物1233zd(E)的組合物是合適的氯氟烴的替代物。發(fā)明詳述已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，1233zd(E)(反式1-氯-3，3，3_三氟丙烯)作為冷卻器應用中的制冷劑特別有用。由于1233zd(E)在大氣中的壽命極短，這些分子的臭氧消耗潛勢和全球變暖潛勢顯著小于目前使用的制冷劑R-123。另外發(fā)現(xiàn)，目前已有的低ODP分子中，在蒙特利爾協(xié)定中沒有被規(guī)劃為逐漸淘汰的所有化合物中，1233zd(E)的COP最高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在冷卻器應用中，制冷劑1233zd(E)的表現(xiàn)優(yōu)于順式異構(gòu)體 1233zd(Z)。1233zd(E)具有高得多的容量，因此傳遞相同的容量可以使用比1233zd(Z)或R123系統(tǒng)更小的系統(tǒng)。1233zd(E)的COP略低于1233zd(Z)的，并且與R123的相當?？捎糜诒景l(fā)明的組合物包括反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯(HCFC-1233zd(E))。 雖然預期本發(fā)明的組合物可以包括寬范圍用量的1233zd(E)，但通常本發(fā)明的制冷劑組合物所包含的1233zd(E)的量為總組合物的至少約50重量％，并且更特別地為至少約70重量％。在多個實施方案中，本發(fā)明的傳熱組合物包含100%的1233zd(E)。用于本發(fā)明的1233zd(E)應該以足夠高的純度使用，以避免給所述系統(tǒng)的冷卻或加熱性能帶來不利影響。本發(fā)明的組合物可包括其它組分，目的是加強或提供組合物的某種功能，或在某些情況下，降低組合物的成本。例如，根據(jù)本發(fā)明的制冷劑組合物，特別是用于蒸汽壓縮系統(tǒng)中的那些，包括潤滑劑，通常占組合物的約30至約50重量％。另外，本發(fā)明組合物還可包括兼容劑，如丙烷和戊烷，目的是輔助潤滑劑的相容性和/或溶解度。這種兼容劑，包括丙烷、丁烷和戊烷，優(yōu)選占組合物的約0. 5至約5重量％。表面活性劑和增溶劑的組合也可以添加到本發(fā)明的組合物中，以輔助油溶性，如美國專利號6，516，837所披露的，該披露內(nèi)容被引入作為參考。與氫氟烴(HFC)制冷劑共同用于制冷機械中的常用的制冷潤滑劑， 如多元醇酯(POEs)和聚亞烷基二醇(PAGs)、硅油、礦物油、烷基苯(ABs)和聚(α -烯烴) (PAO)，可與本發(fā)明的制冷劑組合物共同使用。還可以加入作為穩(wěn)定劑的硝基甲烷。許多現(xiàn)有制冷系統(tǒng)目前已適應與現(xiàn)有制冷劑共同使用，據(jù)信本發(fā)明的組合物可以適用于許多這類系統(tǒng)，系統(tǒng)可以進行改造也可以不進行改造。在許多應用中，本發(fā)明的組合物可以作為目前基于具有相對高容量的制冷劑的系統(tǒng)的替代物提供其優(yōu)勢。另外，在例如因為成本的原因，希望使用本發(fā)明的較低容量的制冷劑組合物代替較高容量的制冷劑的實施方案中，本發(fā)明組合物的這些實施方案提供一個潛在的優(yōu)勢。因此，在某些實施方案中優(yōu)選使用本發(fā)明的組合物，特別是包含顯著比例的1233zd(E)，并且在一些實施方案中基本上由1233zd(E)組成的組合物作為現(xiàn)有制冷劑如R-Il和R-123的替代物。在某些應用中， 本發(fā)明的制冷劑潛在地允許較大排量壓縮機的使用優(yōu)勢，從而導致較其它制冷劑如R-13^ 具有更好的節(jié)能效率。因此，包括1233zd(E)的制冷劑組合物，提供了實現(xiàn)制冷劑替代應用中以能量為基礎(chǔ)的競爭優(yōu)勢的可能性。預期包括1233zd(E)的組合物在通常連同工業(yè)空調(diào)系統(tǒng)使用的冷卻器中也有優(yōu)勢(在原系統(tǒng)中或者當作為制冷劑如R-12和R-500的替代物使用時)。不需要易燃性抑制劑，因為1233zd(E)是不可燃的。此外，1233zd(E)可以作為易燃性抑制劑添加到使用可燃制冷劑的冷卻器中。本發(fā)明的方法、系統(tǒng)和組合物因此適用于連同汽車空調(diào)系統(tǒng)和設備、工業(yè)制冷系統(tǒng)和設備、冷卻器、家用冰箱和冷凍機、一般空調(diào)系統(tǒng)、熱泵等一起使用。因此，所述組合物被用在多種方法和系統(tǒng)中，包括在用于傳遞熱量的方法和系統(tǒng)中的傳熱流體中，如在制冷、空調(diào)和熱泵系統(tǒng)中使用的制冷劑。例如，傳熱方法一般包括提供本發(fā)明的組合物，并造成熱量被傳輸?shù)浇M合物或從組合物傳出而使組合物發(fā)生相變。例如，本發(fā)明方法提供了通過從流體或者制品吸熱以進行冷卻，優(yōu)選地通過蒸發(fā)位于待冷卻物體或流體附近的本發(fā)明制冷劑組合物以得到包含本發(fā)明組合物的蒸汽。優(yōu)選的方法包括壓縮制冷劑蒸汽的另外步驟，通常使用壓縮機或者類似設備以得到相對壓力升高的本發(fā)明組合物的蒸汽。一般來說，壓縮蒸汽步驟的結(jié)果是蒸汽的熱量增加，導致相對高壓蒸汽的溫度升高。優(yōu)選地，本發(fā)明方法包括從這個相對高溫、 高壓蒸汽移除至少一部分通過蒸發(fā)和壓縮步驟加入的熱量。移除熱量的步驟優(yōu)選地包括當蒸汽在相對高壓條件下時，冷凝高溫高壓蒸汽，以得到相對高壓的包含本發(fā)明組合物的液體。這種相對高壓的液體優(yōu)選地隨后經(jīng)歷了名義上的等焓減壓的過程以得到相對低溫、低壓的液體。在這樣的實施方案中，正是這種被降溫的制冷劑液體，隨后又被來自待冷卻物體或者流體所傳遞的熱量蒸發(fā)。在本發(fā)明的另一個方法實施方案中，本發(fā)明的組合物可以被用在產(chǎn)生熱量的方法中，包括冷凝位于待加熱液體或物體附近的包含所述組合物的制冷劑。這種方法，如上文提到的，經(jīng)常是上文提到的制冷循環(huán)的逆循環(huán)。對于本發(fā)明的目的，離心式冷卻器表示使用離心式壓縮以將制冷劑氣體從低壓轉(zhuǎn)換到高壓的制冷設備。壓縮可以以單階段或多階段進行。優(yōu)選地該方法的多階段操作包括約兩階段到約五階段，更優(yōu)選約兩階段到約四階段，最優(yōu)選約兩階段到約三階段壓縮。所述階段的確切數(shù)目取決于實際應用，并且不需要過分的實驗就能確定。本發(fā)明的1233zd(E)組合物可以用在產(chǎn)生制冷的方法中，包括冷凝制冷劑和其后蒸發(fā)位于待冷卻物體附近的該制冷劑。可選地，本發(fā)明的1233zd(E)組合物可以用在產(chǎn)生加熱的方法中，包括冷凝位于待加熱物體附近的制冷劑和其后蒸發(fā)該制冷劑。在另一種實施方案中，本發(fā)明的1233zd(E)組合物可以用于使用離心式冷卻器產(chǎn)生制冷的方法中，包括通過離心壓縮壓縮本發(fā)明的化合物或混合物和蒸發(fā)位于待冷卻物體附近的制冷劑。下面的實施例用來舉例說明本發(fā)明但并不限制其范圍。實施例11233zd(E)的蒸汽壓借助MKS加熱壓力傳感器測定。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生制冷的方法，包括壓縮包含1233zd(E)的制冷劑組合物，其中所述壓縮在離心式冷卻器系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生。
2.權(quán)利要求1的方法，其中COP在4.7和4. 96之間。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述制冷劑組合物包含至少50wt%的1233zd(E)，基于組合物的總重量。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述制冷劑組合物包含至少70wt%的1233zd(E)，基于組合物的總重量。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述制冷劑組合物包含基本上由1233zd組成的氫氟烯烴， 其中所述1233zd的大部分為1233zd(E)。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述1233zd由1233zd(E)和1233zd(Z)按約2 1到約 99 1的比例組成。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述比例為約4 1到約19 1。
8.產(chǎn)生制冷的方法，包括在冷卻器內(nèi)壓縮包含至少50wt%1233zd(E)的制冷劑，并且隨后在鄰近待冷卻物體處蒸發(fā)所述制冷劑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述制冷劑基本上由1233zd(E)組成。
10.離心式冷卻器系統(tǒng)，包括a 離心式壓縮機；和b 包含1233zd(E)的制冷劑，其中所述制冷劑在所述離心式壓縮機內(nèi)被處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及可用于冷卻器應用的包含反式-氯-3，3，3-三氟丙烯(1233zd(E))的制冷劑組合物和使用1233zd(E)的方法。
文檔編號C09K5/04GK102264860SQ200980102660
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者M·W·斯帕茨, R·R·辛赫, R·赫爾斯 申請人:霍尼韋爾國際公司