專利名稱：包含官能化的有機(jī)化合物的1－乙氧基－1,1,2,2,3,3,4,4,4－九氟丁烷制冷劑組合物及 ...的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2004年6月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/584,785的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于制冷和空調(diào)體系的組合物，所述組合物包含1-乙氧基-1，1，2，2，3，3，4，4，4-九氟丁烷和至少一種氯烴、醇、酮、醚、酯、N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺或其混合物。本發(fā)明還涉及用于使用離心壓縮機(jī)的制冷和空調(diào)體系的組合物，所述組合物包含1-乙氧基-1，1，2，2，3，3，4，4，4-九氟丁烷和至少一種氯烴、醇、酮、醚、酯、N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺或其混合物。本發(fā)明的組合物可為共沸或類共沸的(near-azeotropic)，用于冷卻或加熱或作為傳熱流體。
2.相關(guān)領(lǐng)域的說明制冷業(yè)在過去的幾十年里一直致力于尋找制冷劑來(lái)代替由于蒙特利爾協(xié)議而逐步淘汰的臭氧損耗型氯氟烴(CFC)和氫氯氟烴(HCFC)。大多數(shù)制冷劑生產(chǎn)者的解決辦法為使氫氟烴(HFC)制冷劑商品化。當(dāng)前新型HFC制冷劑HFC-134a應(yīng)用最廣泛，其臭氧損耗潛勢(shì)為零，因此不受當(dāng)前蒙特利爾協(xié)議淘汰規(guī)則的影響。
此外，規(guī)則環(huán)保規(guī)則可最終在全球逐步淘汰某些HFC制冷劑。通常汽車行業(yè)正面臨著關(guān)于用于汽車空調(diào)的制冷劑的全球變暖潛勢(shì)的規(guī)則。因此，目前非常需要確定全球變暖潛勢(shì)降低的新型制冷劑用于汽車空調(diào)市場(chǎng)。認(rèn)為未來(lái)這些規(guī)則應(yīng)在更廣泛的領(lǐng)域?qū)嵤絹?lái)越需要可用于制冷和空調(diào)行業(yè)的所有領(lǐng)域的制冷劑。
通常提出的替代HFC-134a的制冷劑包括HFC-152a、純烴例如丁烷或丙烷或“天然”制冷劑例如CO2或氨。許多這些提出的替代物有毒和/或易燃。因此，仍在持續(xù)尋找新型替代物。
本發(fā)明的目標(biāo)為提供具有獨(dú)特的特性以滿足臭氧損耗潛勢(shì)低或?yàn)榱闱胰蜃兣瘽搫?shì)比目前制冷劑低的新型制冷劑組合物和傳熱流體。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及制冷劑或傳熱流體組合物，所述組合物包含1-乙氧基-1，1，2，2，3，3，4，4，4-九氟丁烷(C4H9OC2H5)和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
本發(fā)明還涉及特別用于使用離心壓縮機(jī)、多級(jí)或兩級(jí)離心壓縮機(jī)或單程/單板(single slab)換熱器的制冷或空調(diào)體系的上述組合物。
本發(fā)明還涉及共沸或類共沸制冷劑組合物。這些組合物用于制冷或空調(diào)體系。所述組合物還用于使用離心壓縮機(jī)的制冷或空調(diào)體系。
本發(fā)明還涉及使用本發(fā)明的組合物由熱源至冷源(heat sink)的制冷、加熱和傳熱的方法。
發(fā)明詳述本發(fā)明的制冷劑組合物包含C4F9OC2H5和至少一種氯烴、醇、酮、醚、酯、N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺或其混合物。
本發(fā)明組合物的有代表性的組分例如氯烴、醇、醚、酮和酯列于表1。
表1
表1所列的化合物市售可得或可通過本領(lǐng)域已知的方法制備。C4F9OC2H5可為表1所示各種異構(gòu)體的混合物且為市售可得的。
可通過任何便利的方法混合所需量的各組分制備為混合物的本發(fā)明的組合物。一種優(yōu)選的方法為稱取所需量的組分，隨后在合適的容器中混合各組分。如果需要，可進(jìn)行攪拌。
本發(fā)明的組合物臭氧損耗潛勢(shì)為零或低且全球變暖潛勢(shì)低。例如，單獨(dú)或?yàn)榛旌衔锏腃4F9OC2H5全球變暖潛勢(shì)低于許多目前使用的HFC制冷劑。
本發(fā)明的制冷劑或傳熱組合物包括各種組合物，所述組合物包含C4F9OC2H5和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
本發(fā)明的制冷劑或傳熱組合物可為共沸或類共沸組合物。共沸組合物為兩種或多種物質(zhì)的液體混合物，具有恒定的沸點(diǎn)，可高于或低于各組分的沸點(diǎn)。由于這種共沸組合物在操作過程中在制冷或空調(diào)體系中不分餾，可降低體系的效率。此外，共沸組合物從制冷或空調(diào)體系泄漏時(shí)不分餾。在混合物的一種組分易燃的情況下，在泄漏過程中分餾可在體系內(nèi)或體系外產(chǎn)生易燃組合物。
類共沸(near-azeotropic)組合物有時(shí)也稱為“共沸樣(azeotropic-like)組合物”，為兩種或多種物質(zhì)的基本恒沸的液體混合物，行為基本相當(dāng)于單種物質(zhì)。表征類共沸組合物的一種方法為通過部分蒸發(fā)或蒸餾液體產(chǎn)生的蒸汽的組成與被蒸發(fā)或蒸餾的液體的組成基本相同，也就是說，混合物蒸餾/回流不顯著改變組成。表征類共沸組合物的另一種方法為在特定溫度下組合物的泡點(diǎn)蒸汽壓和露點(diǎn)蒸汽壓基本相同。本文中，如果除去(例如通過蒸發(fā)或沸騰)50％重量的組合物后，初始組合物與已除去50％重量的初始組合物后剩余的組合物的蒸汽壓的差值小于約10％，則該組合物為類共沸。
本發(fā)明的共沸制冷劑組合物列于表2。
表2
本發(fā)明的類共沸制冷劑組合物和含量范圍列于表3。
表3
表1所列以外的其他化合物可加至本發(fā)明的二元組合物中，形成三元或更多元的組合物。
本發(fā)明的組合物還可包含約0.01％重量-約5％重量的穩(wěn)定劑、自由基清除劑或抗氧化劑。這些添加劑包括(但不局限于)硝基甲烷、受阻酚、羥基胺、硫醇、亞磷酸酯或內(nèi)酯。可使用單種添加劑或多種添加劑的組合。
本發(fā)明的組合物還可包含約0.01％重量-約5％重量的水清除劑(干燥化合物)。這些水清除劑可包括原酸酯，例如原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯或原甲酸三丙酯。
本發(fā)明的組合物還可包含紫外(UV)染料和任選的增溶劑。UV染料為檢測(cè)制冷劑和傳熱流體組合物泄漏的有用的組分，使人們?cè)谛孤c(diǎn)或在制冷或空調(diào)設(shè)備附近觀察到制冷劑或傳熱流體組合物中染料的熒光。在紫外光下可觀察到染料的熒光。可需要增溶劑來(lái)增加這些UV染料在某些制冷劑和傳熱流體中的溶解性。
“紫外”染料是指在電磁譜的紫外或“近”紫外區(qū)吸收光的UV熒光組合物?？蓹z測(cè)到在UV燈照射下UV熒光染料發(fā)出的10nm-750nm波長(zhǎng)的熒光。因此，如果包含這種UV熒光染料的制冷劑或傳熱流體從制冷或空調(diào)設(shè)備的指定點(diǎn)泄漏，可在泄漏點(diǎn)檢測(cè)到熒光。這些UV熒光染料包括(但不局限于)萘酰亞胺類、苝類、香豆素類、蒽類、菲(phenanthracene)類、呫噸類、噻噸類、苯并夾氧雜蒽類、熒光素類及其衍生物或組合。本發(fā)明的增溶劑包括至少一種選自以下的化合物烴、烴醚、聚氧化烯二醇醚、酰胺、腈、酮、氯烴、酯、內(nèi)酯、芳基醚、氟醚和1，1，1-三氟烷烴。
本發(fā)明的烴增溶劑包括各種烴，包括直鏈、支鏈或環(huán)狀烷烴，或包含16個(gè)或更少碳原子，且僅有氫，不含其他官能團(tuán)的烯烴。有代表性的烴增溶劑包括丙烷、丙烯、環(huán)丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、辛烷、癸烷和十六烷。
本發(fā)明的烴醚增溶劑包括僅包含碳、氫和氧的各種醚，例如二甲醚(DME)。
本發(fā)明的聚氧化烯二醇醚增溶劑用式R1[(OR2)xOR3]y表示，其中x為1-3的整數(shù)；y為1-4的整數(shù)；R1選自氫和具有1-6個(gè)碳原子和y個(gè)鍵合部位的脂族烴基；R2選自具有2-4個(gè)碳原子的脂族亞烴基；R3選自氫和具有1-6個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；R1和R3中的至少一個(gè)選自所述烴基；且其中所述聚氧化烯二醇醚的分子量為約100-約300原子質(zhì)量單位。本文使用的“鍵合部位”是指與其他基團(tuán)一起形成共價(jià)鍵的可用的基團(tuán)部位。亞烴基是指二價(jià)烴基。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的聚氧化烯二醇醚增溶劑用R1[(OR2)xOR3]y表示，其中x優(yōu)選為1-2；y優(yōu)選為1；優(yōu)選R1和R3獨(dú)立選自氫和具有1-4個(gè)碳原子的脂族烴基；優(yōu)選R2選自具有2或3個(gè)碳原子，最優(yōu)選3個(gè)碳原子的脂族亞烴基；聚氧化烯二醇醚的分子量?jī)?yōu)選為約100-約250原子質(zhì)量單位，最優(yōu)選為約125-約250原子質(zhì)量單位。具有1-6個(gè)碳原子的R1和R3烴基可為直鏈、支鏈或環(huán)狀的。有代表性的R1和R3烴基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、環(huán)戊基和環(huán)己基。在本發(fā)明的聚氧化烯二醇醚增溶劑上的游離羥基可與某些壓縮制冷設(shè)備材料(例如Mylar)的結(jié)構(gòu)組成不相容，優(yōu)選R1和R3為具有1-4個(gè)碳原子，最優(yōu)選1個(gè)碳原子的脂族烴基。具有2-4個(gè)碳原子的R2脂族亞烴基形成重復(fù)的氧化烯基團(tuán)-(OR2)x-，包括氧乙烯基、氧丙烯基和氧丁烯基。在一個(gè)聚氧化烯二醇醚增溶劑分子中包含R2的氧化烯基團(tuán)可相同，或者一個(gè)分子可包含不同的R2氧化烯基團(tuán)。優(yōu)選本發(fā)明的聚氧化烯二醇醚增溶劑包含至少一種氧丙烯基團(tuán)。當(dāng)R1為具有1-6個(gè)碳原子和y個(gè)鍵合部位的脂族或脂環(huán)族烴基時(shí)，所述基團(tuán)可為直鏈、支鏈或環(huán)狀的。具有兩個(gè)鍵合部位的有代表性的R1脂族烴基的實(shí)例有亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞戊基、亞己基、亞環(huán)戊基和亞環(huán)己基。具有三個(gè)或四個(gè)鍵合部位的有代表性的R1脂族烴基包括通過衍生自多元醇的除去羥基后的殘基，所述多元醇例如三羥甲基丙烷、甘油、季戊四醇、1，2，3-三羥基環(huán)己烷和1，3，5-三羥基環(huán)己烷。
有代表性的聚氧化烯二醇醚增溶劑包括(但不局限于)CH3OCH2CH(CH3)O(H或CH3)(丙二醇甲基(或二甲基)醚)、CH3O[CH2CH(CH3)O]2(H或CH3)(二丙二醇甲基(或二甲基)醚)、CH3O[CH2CH(CH3)O]3(H或CH3)(三丙二醇甲基(或二甲基)醚)、C2H5OCH2CH(CH3)O(H或C2H5)(丙二醇乙基(或二乙基)醚)、C2H5O[CH2CH(CH3)O]2(H或C2H5)(二丙二醇乙基(或二乙基)醚)、C2H5O[CH2CH(CH3)O]3(H或C2H5)(三丙二醇乙基(或二乙基)醚)、C3H7OCH2CH(CH3)O(H或C3H7)(丙二醇正丙基(或二正丙基)醚)、C3H7O[CH2CH(CH3)O]2(H或C3H7)(二丙二醇正丙基(或二正丙基)醚)、C3H7O[CH2CH(CH3)O]3(H或C3H7)(三丙二醇正丙基(或二正丙基)醚)、C4H9OCH2CH(CH3)OH(丙二醇正丁基醚)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]2(H或C4H9)(二丙二醇正丁基(或二正丁基)醚)、C4H9O[CH2CH(CH3)O]3(H或C4H9)(三丙二醇正丁基(或二正丁基)醚)、(CH3)3COCH2CH(CH3)OH(丙二醇叔丁基醚)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]2(H或(CH3)3)(二丙二醇叔丁基(或二叔丁基)醚)、(CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]3(H或(CH3)3)(三丙二醇叔丁基(或二叔丁基)醚)、C5H11OCH2CH(CH3)OH(丙二醇正戊基醚)、C4H9OCH2CH(C2H5)OH(丁二醇正丁基醚)、C4H9O[CH2CH(C2H5)O]2H(二丁二醇正丁基醚)、三羥甲基丙烷三正丁基醚(C2H5C(CH2O(CH2)3CH3)3)和三羥甲基丙烷二正丁基醚(C2H5C(CH2OC(CH2)3CH3)2CH2OH)。
本發(fā)明的酰胺增溶劑包括那些式R1C(O)NR2R3和環(huán)-[R4C(O)N(R5)-]表示的物質(zhì)，其中R1、R2、R3和R5獨(dú)立選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；R4選自具有3-12個(gè)碳原子的脂族亞烴基；且其中所述酰胺的分子量為約100-約300原子質(zhì)量單位。優(yōu)選所述酰胺的分子量為約160-約250原子質(zhì)量單位。R1、R2、R3和R5可任選包括取代的烴基，也就是說，包含選自鹵素(例如氟、氯)和烷氧基(例如甲氧基)的非烴取代基的基團(tuán)。R1、R2、R3和R5可任選包括雜原子取代的烴基，也就是說，除了由碳原子組成以外，基團(tuán)鏈中還包含氮原子(氮雜-)、氧原子(氧雜-)或硫原子(硫雜-)的基團(tuán)。通常，在R1-3中，每10個(gè)碳原子存在不多于三個(gè)(并優(yōu)選不多于一個(gè))非烴取代基和雜原子，并且任何這些非烴取代基和雜原子的存在必須符合上述分子量的限制。優(yōu)選的酰胺增溶劑由碳、氫、氮和氧組成。有代表性的R1、R2、R3和R5脂族和脂環(huán)族烴基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基及其各種構(gòu)型異構(gòu)體。酰胺增溶劑的優(yōu)選的實(shí)施方案為那些其中在上述式環(huán)-[R4C(O)N(R5)-]中的R4可用亞烴基(CR6R7)n表示的物質(zhì)，即式環(huán)-[(CR6R7)nC(O)N(R5)-]，其中分子量符合上述規(guī)定；n為3-5的整數(shù)；R5為包含1-12個(gè)碳原子的飽和烴基；對(duì)于每個(gè)n，按照上述對(duì)R1-3的定義獨(dú)立選擇R6和R7。在式環(huán)-[(CR6R7)nC(O)N(R5)-]表示的內(nèi)酰胺中，優(yōu)選所有的R6和R7為氫或在n個(gè)亞甲基單元中包含單種飽和烴基，R5為包含3-12個(gè)碳原子的飽和烴基。例如1-(飽和烴基)-5-甲基吡咯烷-2-酮。
有代表性的酰胺增溶劑包括(但不局限于)1-辛基吡咯烷-2-酮、1-癸基吡咯烷-2-酮、1-辛基-5-甲基吡咯烷-2-酮、1-丁基己內(nèi)酰胺、1-環(huán)己基吡咯烷-2-酮、1-丁基-5-甲基哌啶-2-酮、1-戊基-5-甲基哌啶-2-酮、1-己基己內(nèi)酰胺、1-己基-5-甲基吡咯烷-2-酮、5-甲基-1-戊基哌啶-2-酮、1，3-二甲基哌啶-2-酮、1-甲基己內(nèi)酰胺、1-丁基-吡咯烷-2-酮、1，5-二甲基哌啶-2-酮、1-癸基-5-甲基吡咯烷-2-酮、1-十二烷基吡咯烷-2-酮、N，N-二丁基甲酰胺和N，N-二異丙基乙酰胺。
本發(fā)明的酮增溶劑包括式R1C(O)R2表示的酮，其中R1和R2獨(dú)立選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族、脂環(huán)族和芳基烴基，其中所述酮的分子量為約70-約300原子質(zhì)量單位。優(yōu)選在所述酮中的R1和R2獨(dú)立選自具有1-9個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基。優(yōu)選所述酮的分子量為約100-200原子質(zhì)量單位。R1和R2可一起形成互相相連的亞烴基，并形成五元、六元或七元環(huán)環(huán)狀酮，例如環(huán)戊酮，環(huán)己酮和環(huán)庚酮。R1和R2可任選包括取代的烴基，也就是說，包含選自鹵素(例如氟、氯)和烷氧基(例如甲氧基)的非烴取代基的基團(tuán)。R1和R2可任選包括雜原子取代的烴基，也就是說，除了由碳原子組成以外，基團(tuán)鏈中還包含氮原子(氮雜-)、氧原子(氧代-、氧雜-)或硫原子(硫雜-)的基團(tuán)。通常在R1和R2中每10個(gè)碳原子存在不多于三個(gè)(并優(yōu)選不多于一個(gè))非烴取代基和雜原子，并且任何這些非烴取代基和雜原子的存在必須符合上述分子量的限制。通式R1C(O)R2中有代表性的R1和R2脂族、脂環(huán)族和芳基烴基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基及其各種構(gòu)型異構(gòu)體，以及苯基、芐基、異丙苯基、2，4，6-三甲苯基、甲苯基、二甲苯基和苯乙基。
有代表性的酮增溶劑包括(但不局限于)2-丁酮、2-戊酮、苯乙酮、丙基苯基甲酮、苯己酮、環(huán)己酮、環(huán)庚酮、2-庚酮、3-庚酮、5-甲基-2-己酮、2-辛酮、3-辛酮、二異丁基酮、4-乙基環(huán)己酮、2-壬酮、5-壬酮、2-癸酮、4-癸酮、2-萘烷酮、2-三癸酮、二己基酮和二環(huán)己基酮。
本發(fā)明的腈增溶劑包括式R1CN表示的腈，其中R1選自具有5-12個(gè)碳原子的脂族、脂環(huán)族或芳基烴基，且其中所述腈的分子量為約90-約200原子質(zhì)量單位。在所述腈增溶劑中的R1優(yōu)選選自具有8-10個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基。所述腈增溶劑的分子量?jī)?yōu)選為約120-約140原子質(zhì)量單位。R1可任選包括取代的烴基，也就是說，包含選自鹵素(例如氟、氯)和烷氧基(例如甲氧基)的非烴取代基的基團(tuán)。R1可任選包括雜原子取代的烴基，也就是說，除了由碳原子組成以外，基團(tuán)鏈中還包含氮原子(氮雜-)、氧原子(氧代-、氧雜-)或硫原子(硫雜-)的基團(tuán)。通常在R1中每10個(gè)碳原子存在不多于三個(gè)(并優(yōu)選不多于一個(gè))非烴取代基和雜原子，并且任何這些非烴取代基和雜原子的存在必須符合上述分子量的限制。通式R1CN中的有代表性的R1脂族、脂環(huán)族和芳基烴基包括戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基及其各種構(gòu)型異構(gòu)體，以及苯基、芐基、異丙苯基、2，4，6-三甲苯基、甲苯基、二甲苯基和苯乙基。有代表性的腈增溶劑包括(但不局限于)1-氰基戊烷、2，2-二甲基-4-氰基戊烷、1-氰基己烷、1-氰基庚烷、1-氰基辛烷、2-氰基辛烷、1-氰基壬烷、1-氰基癸烷、2-氰基癸烷、1-氰基十一烷和1-氰基十二烷。
本發(fā)明的氯烴增溶劑包括式RClx表示的氯烴，其中x為1或2；R選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；且其中所述氯烴的分子量為約100-約200原子質(zhì)量單位。所述氯烴增溶劑的分子量?jī)?yōu)選為約120-150原子質(zhì)量單位。在通式RClx中，有代表性的R脂族和脂環(huán)族烴基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基及其各種構(gòu)型異構(gòu)體。
有代表性的氯烴增溶劑包括(但不局限于)3-(氯甲基)戊烷、3-氯-3-甲基戊烷、1-氯己烷、1，6-二氯己烷、1-氯庚烷、1-氯辛烷、1-氯壬烷、1-氯癸烷和1，1，1-三氯癸烷。
本發(fā)明的酯增溶劑包括通式R1C(O)OR2表示的酯，其中R1和R2獨(dú)立選自直鏈和環(huán)狀、飽和和不飽和的烷基和芳基。優(yōu)選的酯基本由元素C、H和O組成，分子量為約80-約550原子質(zhì)量單位。
有代表性的酯包括(但不局限于)(CH3)2CHCH2O(O)C(CH2)2-4(O)COCH2CH(CH3)2(二異丁基二元酸酯)、己酸乙酯、庚酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸正丙酯、苯甲酸乙酯、鄰苯二甲酸二正丙酯、苯甲酸乙氧基乙酯、碳酸二丙酯、“Exxate 700”(商品乙酸C7烷基酯)、“Exxate 800”(商品乙酸C8烷基酯)、鄰苯二甲酸二丁酯和乙酸叔丁酯。
本發(fā)明的內(nèi)酯增溶劑包括結(jié)構(gòu)[A]、[B]和[C]表示的內(nèi)酯 這些內(nèi)酯在六元環(huán)(A)或優(yōu)選五元環(huán)(B)中包含官能團(tuán)-C(O)O-，其中對(duì)于結(jié)構(gòu)[A]和[B]，R1-R8獨(dú)立選自氫或直鏈、支鏈、環(huán)狀、雙環(huán)的飽和和不飽和的烴基。各R1-R8可與另一個(gè)R1-R8相連形成環(huán)。所述內(nèi)酯可含有如結(jié)構(gòu)[C]中的環(huán)外亞烷基，其中R1-R6獨(dú)立選自氫或直鏈、支鏈、環(huán)狀、雙環(huán)的飽和和不飽和的烴基。各R1-R6可與另一個(gè)R1-R6相連形成環(huán)。所述內(nèi)酯增溶劑的分子量為約80-約300原子質(zhì)量單位，優(yōu)選為約80-約200原子質(zhì)量單位。
有代表性的內(nèi)酯增溶劑包括(但不局限于)表4所列的化合物。
表4

通常內(nèi)酯增溶劑于40℃下的運(yùn)動(dòng)粘度小于約7厘沲。例如γ-十一烷酸內(nèi)酯的運(yùn)動(dòng)粘度為5.4厘沲，順式-(3-己基-5-甲基)二氫呋喃-2-酮的粘度為4.5厘沲(均為40℃)。內(nèi)酯增溶劑可市售可得，或采用于2004年8月3日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)10/910,495所述的方法制備，該專利通過引用結(jié)合到本文中來(lái)。
本發(fā)明的芳基醚增溶劑包括式R1OR2表示的芳基醚，其中R1選自具有6-12個(gè)碳原子的芳基烴基；R2選自具有1-4個(gè)碳原子的脂族烴基；且其中所述芳基醚的分子量為約100-約150原子質(zhì)量單位。在通式R1OR2中，有代表性的R1芳基包括苯基、聯(lián)苯基、異丙苯基、2，4，6-三甲苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基和吡啶基。在通式R1OR2中，有代表性的R2脂族烴基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基。有代表性的芳族醚增溶劑包括(但不局限于)甲基苯基醚(苯甲醚)、1，3-二甲氧基苯、乙基苯基醚和丁基苯基醚。
本發(fā)明的氟醚增溶劑包括通式R1OCF2CF2H表示的那些，其中R1選自具有約5-約15個(gè)碳原子的脂族、脂環(huán)族和芳族烴基，優(yōu)選伯、直鏈、飽和烷基。有代表性的氟醚增溶劑包括(但不局限于)C8H17OCF2CF2H和C6H13OCF2CF2H。應(yīng)注意到，如果所述制冷劑為氟醚，則增溶劑可為不相同的氟醚。
氟醚增溶劑還可包括衍生自氟代烯烴和多元醇的醚。氟代烯烴可為CF2＝CXY型，其中X為氫、氯或氟，Y為氯、氟、CF3或ORf，其中Rf為CF3、C2F5或C3F7。有代表性的氟代烯烴為四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯和全氟甲基乙烯基醚。多元醇可為直鏈或支鏈的。直鏈多元醇可為HOCH2(CHOH)x(CRR′)yCH2OH型，其中R和R′為氫、CH3或C2H5，其中x為0-4的整數(shù)，y為0-4的整數(shù)。支鏈多元醇可為C(OH)t(R)u(CH2OH)v[(CH2)mCH2OH]w型，其中R可為氫、CH3或C2H5，m可為0-3的整數(shù)，t和u可為0或1，v和w為0-4的整數(shù)，并且其中t+u+v+w＝4。有代表性的多元醇為三羥甲基丙烷、季戊四醇、丁二醇和乙二醇。
本發(fā)明的1，1，1-三氟烷烴增溶劑包括通式CF3R1表示的1，1，1-三氟烷烴，其中R1選自具有約5-約15個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基，優(yōu)選伯、直鏈、飽和烷基。有代表性的1，1，1-三氟烷烴增溶劑包括(但不局限于)1，1，1-三氟己烷和1，1，1-三氟十二烷。
本發(fā)明的增溶劑可以單種化合物形式存在，或可以多于一種增溶劑的混合物形式存在。多種增溶劑的混合物可包含兩種選自同類化合物的增溶劑(例如兩種內(nèi)酯)或兩種選自不同類的增溶劑(例如內(nèi)酯和聚氧化烯二醇醚)。
在包含制冷劑和UV熒光染料，或包含傳熱流體和UV熒光染料的本發(fā)明的組合物中，約0.001％重量-約1.0％重量的組合物為UV染料，優(yōu)選為約0.005％重量-約0.5％重量，最優(yōu)選為0.01％重量-約0.25％重量。
這些UV熒光染料在制冷劑和傳熱流體中的溶解性可能差。因此，向制冷或空調(diào)設(shè)備中引入這些染料的方法一直難用、昂貴且耗時(shí)。美國(guó)專利RE 36,951描述了這樣一種方法，其中使用可插入制冷或空調(diào)設(shè)備的部件中的染料粉末、固體粒料或染料的淤漿。由于制冷劑和潤(rùn)滑劑循環(huán)通過設(shè)備，將染料溶解或分散并攜帶通過設(shè)備。將染料引入制冷或空調(diào)設(shè)備的許多其他方法見述于文獻(xiàn)。
理想情況下，UV熒光染料可溶解于制冷劑本身，從而不需要任何專門的方法引入制冷或空調(diào)設(shè)備。本發(fā)明涉及包含UV熒光染料的組合物，該組合物可引入制冷劑體系。本發(fā)明的組合物使得包含染料的制冷劑和傳熱流體可存儲(chǔ)和運(yùn)輸，即使在低溫下染料仍保持在溶液中。
在包含制冷劑、UV熒光染料和增溶劑，或包含傳熱流體、UV熒光染料和增溶劑的本發(fā)明的組合物中，約1-約50％重量，優(yōu)選約2-約25％重量，最優(yōu)選約5-約15％重量的混合后的組合物為制冷劑或傳熱流體的增溶劑。在本發(fā)明的組合物中，UV熒光染料的含量為制冷劑或傳熱流體的約0.001％重量-約1.0％重量，優(yōu)選為0.005％重量-約0.5％重量，最優(yōu)選為0.01％重量-約0.25％重量。
如果需要，可任選向本發(fā)明的組合物中加入常用的制冷或空調(diào)體系添加劑，以增強(qiáng)性能和體系穩(wěn)定性。這些添加劑為制冷和空調(diào)領(lǐng)域已知的，包括(但不局限于)抗磨添加劑、極壓潤(rùn)滑劑、緩蝕劑和氧化抑制劑、金屬表面去活化劑、自由基清除劑和泡沫控制劑。通常，相對(duì)于整個(gè)組合物，這些添加劑以少量存在于本發(fā)明的組合物中。每種添加劑可使用的通常的含量小于約0.1％重量至約3％重量?；诟黧w系的需求選擇這些添加劑。這些添加劑包括EP(極壓)潤(rùn)滑性添加劑的磷酸三芳基酯族化合物，例如丁基化的磷酸三苯酯(BTPP)或其他烷基化的磷酸三芳基酯，例如Syn-0-Ad 8478(得自AkzoChemicals)、磷酸三甲苯酯和相關(guān)化合物。此外，二烷基二硫代磷酸金屬鹽(例如二烷基二硫代磷酸鋅(或ZDDP)、Lubrizol 1375和該家族的其他化合物可用于本發(fā)明的組合物。其他抗磨添加劑包括天然產(chǎn)物油和不對(duì)稱多羥基潤(rùn)滑添加劑，例如Synergol TMS(InternationalLubricants)。同樣，可使用穩(wěn)定劑例如抗氧化劑、自由基清除劑和水清除劑。此類化合物可包括(但不局限于)丁基化的羥基甲苯(BHT)和環(huán)氧化物。
增溶劑例如酮會(huì)有令人討厭的氣味，可通過加入氣味掩蔽劑或香料進(jìn)行掩蔽。氣味掩蔽劑或香料的典型的實(shí)例可包括Evergreen、Fresh Lemon(清新檸檬)、Cherry(櫻桃)、Cinnamon(肉桂)、Peppermint(薄荷)、Floral(花香)或Orange Peel(橙皮)(均市售可得)以及d-檸檬烯和蒎烯。這種氣味掩蔽劑可用的含量占?xì)馕堆诒蝿┖驮鋈軇┛傊亓康募s0.001％至約15％。
本發(fā)明還涉及一種在制冷或空調(diào)設(shè)備中使用所述制冷劑或傳熱流體組合物的方法，所述組合物還包含紫外熒光染料和任選的增溶劑。所述方法包括向制冷或空調(diào)設(shè)備中引入制冷劑或傳熱流體組合物?？稍谠鋈軇┐嬖谙?，將UV熒光染料溶解于制冷劑或傳熱流體組合物中，隨后將這種組合引入設(shè)備。或者，可將增溶劑和UV熒光染料混合，隨后將所述組合引入包含制冷劑和/或傳熱流體的制冷或空調(diào)設(shè)備。所得到的組合物可用于制冷或空調(diào)設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種使用包含紫外熒光染料的制冷劑或傳熱流體組合物以檢測(cè)泄漏的方法。在組合物中存在染料可檢測(cè)制冷或空調(diào)設(shè)備中制冷劑的泄漏。檢測(cè)泄漏有助于提出、解決或防止設(shè)備或體系低效率操作或設(shè)備故障。檢測(cè)泄漏還有助于人們?cè)谠O(shè)備操作中化學(xué)品不外泄。
所述方法包括向制冷和空調(diào)設(shè)備提供包含制冷劑和紫外熒光染料，或包含本文所述的傳熱流體和紫外熒光染料和任選的本文所述的增溶劑的組合物，并使用合適的裝置來(lái)檢測(cè)包含UV熒光染料的制冷劑。檢測(cè)染料的合適的裝置包括(但不局限于)紫外燈，通常稱為“黑光(black light)”或“藍(lán)光(blue light)”。這種紫外燈，購(gòu)自專門設(shè)計(jì)用于該目的的多種來(lái)源。一旦將包含紫外熒光染料的組合物引入制冷或空調(diào)設(shè)備，并使其循環(huán)通過體系，則在所述設(shè)備上點(diǎn)亮所述紫外燈可發(fā)現(xiàn)泄漏，并在任何泄漏點(diǎn)附近觀察到染料的熒光。
本發(fā)明還涉及一種使用本發(fā)明的組合物冷卻或加熱的方法，其中所述方法包括在待冷卻物體附近蒸發(fā)所述組合物進(jìn)行冷卻，隨后冷凝所述組合物；或在待加熱物體附近冷凝所述組合物進(jìn)行加熱，隨后蒸發(fā)所述組合物。當(dāng)本發(fā)明的組合物包含含有紫外熒光染料和/或增溶劑的制冷劑或傳熱流體組合物時(shí)，蒸發(fā)所述組合物的制冷劑或傳熱流體組分，隨后冷凝，進(jìn)行冷卻或冷凝，隨后蒸發(fā)，進(jìn)行加熱。
機(jī)械制冷主要為熱力學(xué)應(yīng)用，其中冷卻介質(zhì)例如制冷劑經(jīng)過循環(huán)，使得可回收再使用。通常使用的循環(huán)包括蒸汽壓縮、吸收、蒸汽噴射或蒸汽噴射器和空氣。
蒸汽壓縮制冷體系包括蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹裝置。蒸汽壓縮循環(huán)在多級(jí)中重復(fù)使用制冷劑，在一步中產(chǎn)生冷卻效果并在不同的步驟中產(chǎn)生加熱效果。所述循環(huán)可簡(jiǎn)單地描述如下。液體制冷劑通過膨脹裝置進(jìn)入蒸發(fā)器，隨后液體制冷劑在蒸發(fā)器中低溫沸騰，形成氣體，進(jìn)行冷卻。低壓氣體進(jìn)入壓縮機(jī)，氣體在此被壓縮，以提高其壓力和溫度。隨后較高壓(壓縮后的)氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器，制冷劑在此被冷凝，并向環(huán)境中放熱。制冷劑返回膨脹裝置，通過膨脹裝置液體從冷凝器中的較高壓力水平膨脹至蒸發(fā)器的低壓水平，因此重復(fù)循環(huán)。
本發(fā)明還涉及一種冷卻方法，所述方法包括在待冷卻物體附近蒸發(fā)本發(fā)明的組合物，隨后冷凝所述組合物。
本發(fā)明還涉及一種加熱方法，所述方法包括在待加熱物體附近冷凝本發(fā)明的組合物，隨后蒸發(fā)所述組合物。
有各種類型的壓縮機(jī)可用于制冷應(yīng)用。根據(jù)壓縮流體的機(jī)械方法，壓縮機(jī)通常可分類為往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、噴氣式、離心式、渦桿式、螺旋式或軸流式，或者根據(jù)機(jī)械元件如何作用于待壓縮的流體，可分類為容積式(例如往復(fù)式、渦桿式或螺旋式)或動(dòng)態(tài)式(例如離心或噴氣式)壓縮機(jī)。
容積式或動(dòng)態(tài)式壓縮機(jī)可用于本發(fā)明的方法。離心型壓縮機(jī)為本發(fā)明制冷劑組合物優(yōu)選的設(shè)備。
離心壓縮機(jī)使用旋轉(zhuǎn)元件沿徑向加速制冷劑，通常在箱殼中裝有葉輪和擴(kuò)散器。離心壓縮機(jī)通常將流體吸入葉輪風(fēng)眼或循環(huán)葉輪的中心入口，隨后沿徑向加速甩出去。葉輪中靜態(tài)壓力有一定程度的上升，但大多數(shù)壓力上升發(fā)生在箱殼的擴(kuò)散器部分，在此將速度轉(zhuǎn)換為靜態(tài)壓力。每一個(gè)葉輪-擴(kuò)散器裝置為一級(jí)壓縮機(jī)。根據(jù)最終所需的壓力和待處理制冷劑的體積，離心壓縮機(jī)可具有1-12或更多級(jí)。
壓縮機(jī)的壓力比或壓縮比為絕對(duì)排出壓力與絕對(duì)入口壓力的比率。離心壓縮機(jī)輸送的壓力在較寬范圍的容量?jī)?nèi)幾乎恒定。
容積式壓縮機(jī)將蒸汽吸進(jìn)室，隨后該室體積減小，以壓縮蒸汽。壓縮后，通過進(jìn)一步將室的體積降低至零或接近零，進(jìn)一步壓縮室內(nèi)的蒸汽。容積式壓縮機(jī)可累積壓力，僅受限于容積效率和受壓零件的強(qiáng)度。
與容積式壓縮機(jī)不同，離心壓縮機(jī)完全靠高速葉輪的離心力將蒸汽壓縮通過葉輪。沒有正位移，因而被稱為動(dòng)態(tài)壓縮。
離心壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力取決于葉輪的端速(tip speed)。端速為在其葉輪末端測(cè)得的速度，與葉輪的直徑及其每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。由通過葉輪的通道(passage)大小確定離心壓縮機(jī)的容量。與容量相比，壓縮機(jī)的大小更取決于所需的壓力。
由于高速操作，離心壓縮機(jī)基本為大體積的低壓機(jī)器。離心壓縮機(jī)最好與低壓制冷劑一起使用，例如三氯氟甲烷(CFC-11)或1，2，2-三氯三氟乙烷(CFC-113)。
大離心壓縮機(jī)通常以3000-7000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)運(yùn)行。設(shè)計(jì)小渦輪離心壓縮機(jī)用于高速運(yùn)行，為約40,000-約70,000(rpm)，且小葉輪大小通常小于0.15米(約6英寸)。
多級(jí)葉輪可用于離心壓縮機(jī)，以改進(jìn)壓縮機(jī)效率，從而需要較少能量。對(duì)于兩級(jí)體系，在操作中，第一級(jí)葉輪的排出物進(jìn)入第二葉輪的抽氣入口?？墒褂脝屋S運(yùn)行兩個(gè)葉輪。每一級(jí)可使壓縮比增至約4∶1；也就是說，絕對(duì)排出壓力可為絕對(duì)吸入壓力的四倍。兩級(jí)離心壓縮機(jī)體系的幾個(gè)實(shí)例，特別是對(duì)于汽車應(yīng)用，見述于美國(guó)專利5,065,990和美國(guó)專利5,363,674，二者通過引用結(jié)合到本文中來(lái)。
適用于使用離心壓縮機(jī)的制冷或空調(diào)體系的本發(fā)明的組合物包含C4F9OC2H5和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
以上所列組合物還適用于多級(jí)離心壓縮機(jī)，優(yōu)選兩級(jí)離心壓縮機(jī)設(shè)備。
本發(fā)明的組合物可用于固定的空調(diào)、熱泵或移動(dòng)的空調(diào)和制冷體系。固定的空調(diào)和熱泵應(yīng)用(包括窗式、無(wú)風(fēng)管式、風(fēng)管式、末端整體式、冷凍器)和商業(yè)應(yīng)用(包括屋頂整裝式)。制冷應(yīng)用包括家庭或住宅電冰箱和冷凍機(jī)、制冰機(jī)、獨(dú)立的冷凍器和冷凍機(jī)、進(jìn)人的冷凍器和冷凍機(jī)和運(yùn)輸制冷體系。
本發(fā)明的組合物還可用于使用管翅式換熱器、微通道換熱器和垂直或水平單程管型或板型換熱器的空調(diào)、加熱和制冷體系。
常規(guī)的微通道換熱器對(duì)于本發(fā)明的低壓制冷劑組合物可能是不理想的。低操作壓力和密度導(dǎo)致流速高且所有的組分的相對(duì)損耗高。在這些情況下，可改變蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)?？墒褂脝伟?單程換熱器，而不用串聯(lián)(就制冷劑的路徑而言)的數(shù)個(gè)微通道板。因此，對(duì)于本發(fā)明的低壓制冷劑，優(yōu)選的換熱器為單板/單程換熱器。
除了適用于兩級(jí)或其他多級(jí)離心壓縮機(jī)設(shè)備，還適用于使用單板/單程換熱器的制冷或空調(diào)設(shè)備的本發(fā)明的組合物包含C4F9OC2H5和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
本發(fā)明的組合物特別可用于小渦輪離心壓縮機(jī)(微型離心壓縮機(jī))，此類壓縮機(jī)可用于汽車和窗式空調(diào)、熱泵或運(yùn)輸制冷以及其他應(yīng)用。這些高效微型離心壓縮機(jī)可通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的速度運(yùn)行。恒定的壓縮機(jī)速度使得體系在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下提供較恒定的冷卻容量。與常規(guī)的R-134a汽車空調(diào)體系相比，可改進(jìn)效率，特別是在較高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下。當(dāng)考慮在高驅(qū)動(dòng)速度下常規(guī)體系循環(huán)操作時(shí)，這些低壓體系的優(yōu)勢(shì)變得更明顯。
或者，不使用電能，微型離心壓縮機(jī)可通過發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪或帶有成比例的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成比例的齒輪傳動(dòng)組件提供動(dòng)力。目前汽車設(shè)計(jì)中可用的電能為約14伏，但是新型微型離心壓縮機(jī)需要的電能為約50伏。因此，使用另一種能源是有利的。通過發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪提供動(dòng)力的制冷或空調(diào)設(shè)備詳述于2005年3月4日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/658,915，該專利通過引用結(jié)合到本文中來(lái)。通過成比例的齒輪傳動(dòng)組件提供動(dòng)力的制冷或空調(diào)設(shè)備詳述于2005年3月21日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/663924，該專利通過引用結(jié)合到本文中來(lái)。
本發(fā)明還涉及一種冷卻方法，所述方法包括在通過發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪提供動(dòng)力的微型離心壓縮機(jī)中壓縮本發(fā)明的組合物；冷凝所述組合物；隨后在待冷卻物體附近蒸發(fā)所述組合物。
本發(fā)明還涉及一種冷卻方法，所述方法包括在通過帶有成比例的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成比例的齒輪傳動(dòng)組件提供動(dòng)力的微型離心壓縮機(jī)中壓縮本發(fā)明的組合物；冷凝所述組合物；隨后在待冷卻物體附近蒸發(fā)所述組合物。
本發(fā)明的某些低壓制冷劑流體可適于隨式(drop-in)替代現(xiàn)有離心設(shè)備中的CFC-113。
本發(fā)明還涉及一種替代現(xiàn)有制冷設(shè)備或空調(diào)設(shè)備中的CFC-113的方法，所述方法包括提供本發(fā)明的組合物作為替代物。
本發(fā)明還涉及一種從熱源至冷源的傳熱方法，其中本發(fā)明的組合物用作傳熱流體。所述傳熱方法包括將本發(fā)明的組合物從熱源傳遞至冷源。
通過輻射、傳導(dǎo)或?qū)α鳎脗鳠崃黧w將熱從一個(gè)空間、位置、標(biāo)或物體轉(zhuǎn)移(transfer)、移走(move)或移除(remove)至不同的空間、位置、目標(biāo)或物體。通過提供從遠(yuǎn)距離制冷(或加熱)體系傳遞冷(或熱)的裝置可將傳熱流體用作第二冷卻劑。在某些體系中，在整個(gè)傳遞過程中(即不蒸發(fā)或冷凝)，傳熱流體可保持恒定的狀態(tài)。或者，蒸發(fā)冷卻過程也可利用傳熱流體。
熱源可定義為希望從該處轉(zhuǎn)移、移動(dòng)或除去熱量的任何空間、位置、目標(biāo)或物體。熱源的實(shí)例可為需要制冷或冷卻的空間(敞開或密閉的)，例如超市中的電冰箱或冷凍機(jī)，需要空調(diào)的建筑空間或需要空調(diào)的汽車的乘客隔間。冷源可定義為能吸收熱量的任何空間、位置、目標(biāo)或物體。蒸汽壓縮制冷體系為這種冷源的一個(gè)實(shí)例。
實(shí)施例實(shí)施例1蒸汽泄漏的影響在特定溫度下向容器中加入初始組合物，測(cè)定組合物的初始蒸汽壓。讓組合物從容器中泄漏，而溫度保持恒定，直至除去50％重量的初始組合物，此時(shí)測(cè)定容器中剩余組合物的蒸汽壓。結(jié)果匯總于下表5。
表5
結(jié)果表明，對(duì)于本發(fā)明的組合物，初始組合物和已除去50％重量后剩余的組合物之間的蒸汽壓差值小于約10％。這說明本發(fā)明的組合物為共沸或類共沸的。
實(shí)施例2端速產(chǎn)生的壓力可通過使用離心壓縮機(jī)的制冷設(shè)備的某些基本關(guān)系來(lái)估計(jì)端速。在理想的情況下，葉輪賦予氣體的扭矩定義如下T＝m*(V2*r2-v1*r1)方程式1其中T＝扭矩，N-m
m＝質(zhì)量流速，kg/sv2＝離開葉輪的制冷劑的切向速度(端速)，m/sr2葉輪出口半徑，mv1＝進(jìn)入葉輪的制冷劑的切向速度，m/sr1＝葉輪入口半徑，m假定制冷劑以基本軸線方向進(jìn)入葉輪，切向組分的速度v1＝0，因此T＝m*v2*r2方程式2軸上所需的功率為扭矩和旋轉(zhuǎn)速度的乘積。
P＝T*ω方程式3其中P＝功率，Wω＝角速度，弧度/s因此，P＝T*w＝m*v2*r2*ω方程式4在制冷劑流速低時(shí)，葉輪端速與制冷劑的切向速度基本相同；因此r2*w＝v2方程式5和P＝m*v2*v2方程式6理想功率的另一種表達(dá)為質(zhì)量流速和壓縮等熵功的乘積，P＝m*Hi*(1000J/kJ)方程式7其中Hi＝蒸發(fā)條件下制冷劑飽和蒸汽與飽和冷凝條件下制冷劑飽和蒸汽的焓差，kJ/kg。
結(jié)合方程式6和7，得出v2*v2＝1000*Hi方程式8
雖然方程式8基于某些基本的假設(shè)，但可很好地估計(jì)葉輪的端速，提供了一種重要的方法來(lái)比較制冷劑的端速。
本發(fā)明中下表說明計(jì)算得出的1，2，2-三氯三氟乙烷(CFC-113)和3-乙基戊烷的理論端速。假定進(jìn)行比較的條件是
以下為小型渦輪離心壓縮機(jī)運(yùn)行的典型條件。
表6
該實(shí)施例表明，本發(fā)明的大多數(shù)化合物的端速為CFC-113的約30％以內(nèi)，可有效地替代CFC-113，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的變化最小。最優(yōu)選的組合物的端速為CFC-113的約15％以內(nèi)。
實(shí)施例3性能數(shù)據(jù)下表說明與CFC-113相比，各種制冷劑的性能。數(shù)據(jù)基于以下條件。
表7
數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的組合物的蒸發(fā)器和冷凝器壓力與CFC-113相似。某些組合物的容量比CFC-113高。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑或傳熱流體組合物，所述組合物包含C4F9OC2H5和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
2.一種適用于使用(i)離心壓縮機(jī)或(ii)多級(jí)離心壓縮機(jī)或(iii)單板/單程換熱器的制冷設(shè)備或空調(diào)設(shè)備的制冷劑或傳熱流體組合物，所述組合物包含C4F9OC2H5和至少一種選自以下的化合物丙酮；1，1-二氯乙烷；二異丙基醚；1，2-二甲氧基乙烷；二甲氧基甲烷；乙醇；乙酸乙酯；甲酸乙酯；異丙醇；甲醇；乙酸甲酯；甲酸甲酯；叔丁基甲基醚；反式-1，2-二氯乙烯；和N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
3.一種共沸或類共沸組合物，所述組合物包含約66-約99％重量的C4F9OC2H5和約34-約1％重量的丙酮；約1-約99％重量的C4F9OC2H5和約99-約1％重量的1，1-二氯乙烷；約1-約88％重量的C4F9OC2H5和約99-約12％重量的二異丙基醚；約1-約76％重量的C4F9OC2H5和約99-約24％重量的二甲氧基甲烷；約35-約80％重量的C4F9OC2H5和約65-約20％重量的甲酸乙酯；約39-約82％重量的C4F9OC2H5和約61-約18％重量的乙酸甲酯；約27-約81％重量的C4F9OC2H5和約73-約19％重量的甲酸甲酯；約1-約80％重量的C4F9OC2H5和約99-約20％重量的叔丁基甲基醚；或約1-約66％重量的C4F9OC2H5和約99-約34％重量的N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺。
4.一種共沸組合物，所述組合物包含96.4％重量的C4F9OC2H5和3.6％重量的丙酮，于約67.2℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；7.8％重量的C4F9OC2H5和92.2％重量的1，1-二氯乙烷，于約57.1℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；55.5％重量的C4F9OC2H5和44.5％重量的二異丙基醚，于約63.0℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；39.2％重量的C4F9OC2H5和60.8％重量的二甲氧基甲烷，于約43.9℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；55.7％重量的C4F9OC2H5和44.3％重量的甲酸乙酯，于約45.6℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；59.9％重量的C4F9OC2H5和40.1％重量的乙酸甲酯，于約47.6℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；43.7％重量的C4F9OC2H5和56.3％重量的甲酸甲酯，于約29.0℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；41.7％重量的C4F9OC2H5和58.3％重量的叔丁基甲基醚，于約57.2℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)；或11.1％重量的C4F9OC2H5和88.9％重量的N-(二氟甲基)-N，N-二甲胺，于約48.9℃下的蒸汽壓為約14.7psia(101kPa)。
5.一種冷卻方法，所述方法包括在待冷卻物體附近蒸發(fā)權(quán)利要求1、2、3或4的組合物，隨后冷凝所述組合物。
6.一種加熱方法，所述方法包括在待加熱物體附近冷凝權(quán)利要求1、2、3或4的組合物，隨后蒸發(fā)所述組合物。
7.一種使用權(quán)利要求1、2、3或4的組合物傳熱的方法，所述方法包括將所述組合物從熱源傳輸至冷源。
8.權(quán)利要求1的組合物，所述組合物還包含至少一種選自以下的紫外熒光染料萘酰亞胺類、苝類、香豆素類、蒽類、菲類、呫噸類、噻噸類、苯并夾氧雜蒽類、熒光素類及其衍生物。
9.權(quán)利要求8的組合物，所述組合物還包含至少一種選自以下的增溶劑烴、二甲醚、聚氧化烯二醇醚、酰胺、酮、腈、氯烴、酯、內(nèi)酯、芳基醚、氟醚和1，1，1-三氟烷烴；其中所述制冷劑或傳熱流體可為與所述增溶劑不相同的化合物。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中所述增溶劑選自a)式R1[(OR2)xOR3]y表示的聚氧化烯二醇醚，其中x為1-3的整數(shù)；y為1-4的整數(shù)；R1選自氫和具有1-6個(gè)碳原子和y個(gè)鍵合部位的脂族烴基；R2選自具有2-4個(gè)碳原子的脂族亞烴基；R3選自氫和具有1-6個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；R1和R3中至少一個(gè)選自所述烴基；且其中所述聚氧化烯二醇醚的分子量為約100-約300原子質(zhì)量單位；b)式R1CONR2R3和環(huán)-[R4CON(R5)-]表示的酰胺，其中R1、R2、R3和R5獨(dú)立選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基以及具有6-12個(gè)碳原子的最多一個(gè)芳族基團(tuán)；R4選自具有3-12個(gè)碳原子的脂族亞烴基；且其中所述酰胺的分子量為約100-約300原子質(zhì)量單位；c)式R1COR2表示的酮，其中R1和R2獨(dú)立選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族、脂環(huán)族和芳基烴基，其中所述酮的分子量為約70-約300原子質(zhì)量單位；d)式R1CN表示的腈，其中R1選自具有5-12個(gè)碳原子的脂族、脂環(huán)族或芳基烴基，且其中所述腈的分子量為約90-約200原子質(zhì)量單位；e)式RClx表示的氯烴，其中x為選自1或2的整數(shù)；R選自具有1-12個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；且其中所述氯烴的分子量為約100-約200原子質(zhì)量單位；f)式R1OR2表示的芳基醚，其中R1選自具有6-12個(gè)碳原子的芳基烴基；R2選自具有1-4個(gè)碳原子的脂族烴基；且其中所述芳基醚的分子量為約100-約150原子質(zhì)量單位；g)式CF3R1表示的1，1，1-三氟烷烴，其中R1選自具有約5-約15個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；h)式R1OCF2CF2H表示的氟醚，其中R1選自具有約5-約15個(gè)碳原子的脂族和脂環(huán)族烴基；或者其中所述氟醚衍生自氟代烯烴和多元醇，其中所述氟代烯烴可為CF2＝CXY型，其中X為氫、氯或氟，Y為氯、氟、CF3或ORf，其中Rf為CF3、C2F5或C3F7；且所述多元醇為直鏈或支鏈的，其中所述直鏈多元醇為HOCH2(CHOH)x(CRR′)yCH2OH型，其中R和R′為氫、CH3或C2H5，x為0-4的整數(shù)，y為0-3的整數(shù)，z為0或1，且所述支鏈多元醇為C(OH)t(R)u(CH2OH)v[(CH2)mCH2OH]w型，其中R可為氫、CH3或C2H5，m為0-3的整數(shù)，t和u為0或1，v和w為0-4的整數(shù)，并且其中t+u+v+w＝4；i)結(jié)構(gòu)[B]、[C]和[D]表示的內(nèi)酯 其中R1-R8獨(dú)立選自氫或直鏈、支鏈、環(huán)狀、雙環(huán)、飽和和不飽和的烴基；且分子量為約100-約300原子質(zhì)量單位；和j)式R1CO2R2表示的酯，其中R1和R2獨(dú)立選自直鏈和環(huán)狀、飽和和不飽和的烷基和芳基；其中所述酯的分子量為約80-約550原子質(zhì)量單位。
11.一種向壓縮制冷或空調(diào)設(shè)備中引入紫外熒光染料的方法，所述方法包括在增溶劑存在下，在權(quán)利要求1、2、3或4的組合物中溶解紫外熒光染料，隨后將所述組合引入所述壓縮制冷或空調(diào)設(shè)備。
12.一種在權(quán)利要求1、2、3或4的組合物中溶解紫外熒光染料的方法，所述方法包括在增溶劑存在下，將紫外熒光染料與所述組合物接觸。
13.一種檢測(cè)泄漏的方法，所述方法包括提供壓縮制冷設(shè)備或空調(diào)設(shè)備，將權(quán)利要求8或9的組合物引入所述設(shè)備，在所述設(shè)備附近提供合適的裝置檢測(cè)所述組合物。
14.一種冷卻方法，所述方法包括在待冷卻物體附近蒸發(fā)權(quán)利要求8的組合物的制冷劑或傳熱流體組分，隨后冷凝所述制冷劑或傳熱流體組分。
15.一種加熱方法，所述方法包括在待加熱物體附近冷凝權(quán)利要求8的組合物的制冷劑或傳熱流體組分，隨后蒸發(fā)所述制冷劑或傳熱流體組分。
16.權(quán)利要求1、2、3或4的組合物，所述組合物還包含穩(wěn)定劑、水清除劑或氣味掩蔽劑。
17.權(quán)利要求16的組合物，其中所述穩(wěn)定劑選自硝基甲烷、受阻酚、羥基胺、硫醇、亞磷酸酯和內(nèi)酯。
18.一種使用權(quán)利要求1、2、3或4的組合物的方法，其中所述方法包括在使用多級(jí)離心壓縮機(jī)的制冷或空調(diào)設(shè)備中加熱或冷卻。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述多級(jí)離心壓縮機(jī)為兩級(jí)離心壓縮機(jī)。
20.權(quán)利要求16的組合物，其中所述水清除劑為原酸酯。
21.一種冷卻方法，所述方法包括在通過發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪提供動(dòng)力的微型離心壓縮機(jī)中壓縮權(quán)利要求1、2、3或4的組合物；冷凝所述組合物；隨后在待冷卻物體附近蒸發(fā)所述組合物。
22.一種冷卻方法，所述方法包括在通過帶有成比例的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成比例的齒輪傳動(dòng)組件提供動(dòng)力的微型離心壓縮機(jī)中壓縮權(quán)利要求1、2、3或4的組合物；冷凝所述組合物；隨后在待冷卻物體附近蒸發(fā)所述組合物。
23.一種替代現(xiàn)有的制冷設(shè)備或空調(diào)設(shè)備中的CFC-113的方法，所述方法包括提供權(quán)利要求1、2、3或4的組合物作為替代物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制冷和空調(diào)體系的組合物，所述組合物包含1－乙氧基－1，1，2，2，3，3，4，4，4－九氟丁烷和至少一種選自氯烴、醇、酮、醚、酯、N－(二氟甲基)－N，N－二甲胺的化合物或其混合物。本發(fā)明還涉及用于使用離心壓縮機(jī)的制冷和空調(diào)體系的組合物，所述組合物包含1－乙氧基－1，1，2，2，3，3，4，4，4－九氟丁烷和至少一種選自氯烴、醇、酮、醚、酯、N－(二氟甲基)－N，N－二甲胺的化合物或其混合物。本發(fā)明的組合物可為共沸或類共沸的，該組合物用于冷卻或加熱或作為傳熱流體。
文檔編號(hào)C09K5/00GK1977021SQ200580021410
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者B·H·米諾爾 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司