ES2982776T3

ES2982776T3 - Un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor

Info

Publication number: ES2982776T3
Application number: ES22209806T
Authority: ES
Inventors: Denis Clodic; Mary E Koban; Youssef Riachi
Original assignee: Chemours Co FC LLC
Current assignee: Chemours Co FC LLC
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2024-10-17
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: EP2145150B1; CA2682312C; MX2009012100A; US20090120619A1; CN105333653A; ES2935119T3; MX345550B; WO2008140809A2; EP4160127A1; AR066522A1; US11867436B2; EP4349694A2; KR101513319B1; ES2575130T3; JP2010526982A; CA2944695C; WO2008140809A3; EP3091320A1; BRPI0810282A2; EP2145150B8

Abstract

La presente divulgación se refiere a un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que comprende un intercambiador de calor intermedio en combinación con un evaporador de doble fila y un condensador de doble fila. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención.

La presente invención se refiere a un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor tal como se expone en la reivindicación 1 y a un proceso para operar tal sistema según la reivindicación 9.

Concretamente, se refiere al uso de un intercambiador de calor intermedio para mejorar el rendimiento de un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que utiliza un fluido de trabajo que comprende al menos una fluoroolefina.

2. Descripción de la técnica relacionada.

El documento US 2006/196225 divulga: un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que comprende: un circuito cerrado que contiene un fluido de trabajo para su circulación en él, comprendiendo al menos dicho circuito, en comunicación fluida, un evaporador, un compresor, un condensador y un intercambiador de calor intermedio (IHX), en donde dicho compresor tiene una entrada en comunicación fluida con dicho IHX y una salida, y dicho IHX comprende: un primer tubo que tiene una entrada conectada a dicho segundo extremo de salida de dicho condensador y una salida conectada y en comunicación fluida con dicha entrada de dicho evaporador, y un segundo tubo que tiene una entrada conectada a dicha salida de dicho evaporador, y una salida conectada a dicha entrada del compresor, en donde dichos primer y segundo tubos están en contacto térmico entre sí.

Siempre se están buscando métodos para mejorar el rendimiento de los sistemas de transferencia de calor, tales como sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, para reducir el coste de operación de dichos sistemas.

Cuando se proponen nuevos fluidos de trabajo para sistemas de transferencia de calor, incluyendo sistemas de transferencia de calor por compresión de vapor, es importante poder proporcionar medios para mejorar la capacidad de refrigeración y la eficiencia energética de los nuevos fluidos de trabajo.

Sumario de la invención

Los solicitantes han descubierto que el uso de un intercambiador de calor interno en un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que usa una fluoroolefina proporciona beneficios inesperados debido al subenfriamiento del fluido de trabajo que sale del condensador. Por "subenfriamiento" se entiende la reducción de la temperatura de un líquido por debajo del punto de saturación de ese líquido para una presión determinada. El punto de saturación es la temperatura a la que el vapor normalmente se condensa a líquido, pero el subenfriamiento produce un vapor de temperatura más baja a la presión dada. Al enfriar un vapor por debajo del punto de saturación, se puede aumentar la capacidad frigorífica neta. Por tanto, el subenfriamiento mejora la capacidad de enfriamiento y la eficiencia energética de un sistema, tales como los sistemas de transferencia de calor por compresión de vapor, que utilizan fluoroolefinas como fluido de trabajo.

Concretamente, cuando se utiliza la fluoroolefina 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFC-1234yf) como fluido de trabajo, se han logrado resultados sorprendentes con respecto al coeficiente de rendimiento y la capacidad del fluido de trabajo, en comparación con el uso de fluidos de trabajo conocidos como el 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a). De hecho, el coeficiente de rendimiento, así como la capacidad de refrigeración de un sistema que utiliza HFC-1234yf se ha incrementado en al menos un 7,5 % en comparación con un sistema que utiliza HFC-134a como fluido de trabajo. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, la presente divulgación proporciona un método para intercambiar calor en un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor, que comprende:

(a) hacer circular un fluido de trabajo que comprende una fluoroolefina a una entrada de un primer tubo de un intercambiador de calor interno, a través del intercambiador de calor interno y hasta una salida del mismo;

(b) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del primer tubo del intercambiador de calor interno hasta una entrada de un evaporador, a través del evaporador para evaporar el fluido de trabajo, convirtiendo el fluido de trabajo en un fluido de trabajo gaseoso, y a través de una salida del evaporador;

(c) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del evaporador hasta una entrada de un segundo tubo del intercambiador de calor interno para transferir calor desde el fluido de trabajo líquido del condensador al fluido de trabajo gaseoso del evaporador, a través del intercambiador de calor interno, y hasta una salida del segundo tubo; (d) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del segundo tubo del intercambiador de calor interno hasta una entrada de un compresor, a través del compresor para comprimir el fluido de trabajo gaseoso y hasta una salida del compresor;

(e) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del compresor hasta una entrada de un condensador y a través del condensador para condensar el fluido de trabajo gaseoso comprimido dando un líquido y hasta una salida del condensador;

(f) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del condensador a una entrada del primer tubo del intercambiador de calor intermedio para transferir calor del líquido del condensador al gas del evaporador y hasta una salida del segundo tubo; y

(g) hacer circular el fluido de trabajo desde la salida del segundo tubo del intercambiador de calor interno de regreso al evaporador.

Además, se ha encontrado que el subenfriamiento mejora el rendimiento y la eficacia de sistemas que utilizan un intercambiador de calor de corriente cruzada/contracorriente, tales como los que emplean un condensador de doble hilera o un evaporador de doble hilera.

Por lo tanto, adicionalmente de acuerdo con el método de la presente invención, la presente divulgación proporciona también que la etapa de condensación pueda comprender:

(i) hacer circular el fluido de trabajo a una hilera posterior del condensador de doble hilera, donde la hilera posterior recibe el fluido de trabajo a una primera temperatura, y

(ii) hacer circular el fluido de trabajo a una hilera frontal del condensador de doble hilera, donde la hilera frontal recibe el fluido de trabajo a una segunda temperatura, donde la segunda temperatura es menor que la primera temperatura, para que el aire que viaja a través de la hilera frontal y la hilera posterior se precaliente, por lo que la temperatura del aire es mayor cuando llega a la hilera posterior que cuando llega a la hilera frontal.

En una realización, el fluido de trabajo de la presente invención puede ser 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFC-1234yf). Adicionalmente de acuerdo con el método de la presente invención, la presente divulgación proporciona también que la etapa de evaporación pueda comprender:

(i) hacer pasar el fluido de trabajo a través de una entrada de un evaporador de doble hilera que tiene una primera hilera y una segunda hilera,

(ii) hacer circular el fluido de trabajo en una primera hilera en una dirección perpendicular al flujo de fluido a través de la entrada del evaporador, y

(iii) hacer circular a través de la entrada el fluido de trabajo en una segunda hilera en una dirección generalmente contraria a la dirección del flujo del fluido de trabajo.

También de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor para intercambiar calor que comprende un intercambiador de calor intermedio en combinación con un condensador de doble hilera o un evaporador de doble hilera o ambos.

Breve descripción de los dibujos

La presente divulgación se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras, en donde:

la figura<1>es un diagrama esquemático de una realización de un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que incluye un intercambiador de calor intermedio, utilizado para poner en práctica el método de intercambio de calor en un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor según la presente invención. La Figura 1A es una vista en sección transversal de una realización particular de un intercambiador de calor intermedio donde los tubos del intercambiador de calor son concéntricos entre sí.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un condensador de doble hilera que se puede utilizar con el sistema de transferencia de calor por compresión de vapor de la figura<1>.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de un evaporador de doble hilera que se puede utilizar con el sistema de transferencia de calor por compresión de vapor de la figura<1>.

Descripción detallada de la invención

Una realización de la presente divulgación proporciona un método para intercambiar calor en un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor. Un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor es un sistema de circuito cerrado que reutiliza el fluido de trabajo en múltiples etapas, produciendo un efecto de enfriamiento en una etapa y un efecto de calentamiento en una etapa diferente. Tal sistema generalmente incluye un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión, y es conocido en la técnica. Se hará referencia a la figura<1>al describir este método.

Con referencia a la figura 1, el fluido de trabajo líquido de un condensador 41 fluye a través de una línea a un intercambiador de calor intermedio, o simplemente<i>H<x>. El intercambiador de calor intermedio incluye un primer tubo 30, que contiene un fluido de trabajo líquido relativamente caliente y un segundo tubo 50, que contiene un fluido de trabajo gaseoso relativamente más frío. El primer tubo del IHX está conectado a la línea de salida del condensador. El fluido de trabajo líquido luego fluye a través de un dispositivo de expansión 52 y a través de una línea 62 a un evaporador 42, que se encuentra en las proximidades de un cuerpo que se va a enfriar. En el evaporador, el fluido de trabajo se evapora, que lo convierte en un fluido de trabajo gaseoso, y la vaporización del fluido de trabajo proporciona enfriamiento. El dispositivo de expansión 52 puede ser una válvula de expansión, un tubo capilar, un tubo de orificio o cualquier otro dispositivo donde el fluido de trabajo puede sufrir una reducción brusca de la presión. El evaporador tiene una salida, a través de la cual fluye el fluido de trabajo gaseoso frío hacia el segundo tubo 50 del IHX, en donde el fluido de trabajo gaseoso frío entra en contacto térmico con el fluido de trabajo líquido caliente en el primer tubo 30 del IHX y, por tanto, el fluido de trabajo gaseoso frío se calienta algo. El fluido de trabajo gaseoso fluye desde el segundo tubo del IHX a través de una línea 63 hasta la entrada de un compresor 12. El gas se comprime en el compresor y el fluido de trabajo gaseoso comprimido se descarga del compresor y fluye hacia el condensador 41 a través de una línea 61 en donde se condensa el fluido de trabajo, emitiendo así calor, y, a continuación, el ciclo se repite.

En un intercambiador de calor intermedio, el primer tubo que contiene el fluido de trabajo líquido relativamente más caliente y el segundo tubo que contiene el fluido de trabajo gaseoso relativamente más frío están en contacto térmico, permitiendo así la transferencia de calor del líquido caliente al gas frío. Los medios por los cuales los dos tubos están en contacto térmico pueden variar. En una realización, el primer tubo tiene un diámetro mayor que el segundo tubo y el segundo tubo está dispuesto concéntricamente en el primer tubo y un líquido caliente en el primer tubo rodea un gas frío en el segundo tubo. Esta realización se muestra en la Figura 1<a>, donde el primer tubo (30a) rodea al segundo tubo (50a).

Asimismo, en una realización, el fluido de trabajo en el segundo tubo del intercambiador de calor interno puede fluir en dirección contraria a la dirección de flujo del fluido de trabajo en el primer tubo, enfriando así el fluido de trabajo en el primer tubo y calentando el fluido de trabajo en el segundo tubo.

El intercambio de calor de corriente cruzada/contracorriente se puede proporcionar en el sistema de la figura 1 mediante un condensador de doble hilera o un evaporador de doble hilera, si bien se debe señalar que este sistema no se limita a tales condensadores o evaporadores de doble hilera. Dichos condensadores y evaporadores se describen con detalle en la solicitud de patente estadounidense provisional n.° 60/875,982, presentada el 19 de diciembre de 2006 (ahora solicitud internacional PCT/US07/25675, presentada el 17 de diciembre de 2007) y puede diseñarse particularmente para fluidos de trabajo que comprendan composiciones no azeotrópicas o casi azeotrópicas. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que comprende un condensador de doble hilera o un evaporador de doble hilera o ambos. Tal sistema es el mismo que el descrito anteriormente con respecto a la figura<1>, excepto por la descripción del condensador de doble hilera o el evaporador de doble hilera.

Se hará referencia a la figura 2 para describir un sistema de este tipo que incluye un condensador de doble hilera. Un condensador de doble hilera se muestra en 41 en la figura<2>. En este diseño de doble hilera de corriente cruzada/contracorriente, un fluido de trabajo caliente entra en el condensador a través de una primera hilera, o posterior, 14. pasa a través de la primera fila y sale del condensador a través de una segunda hilera, o frontal, 13. La primera fila está conectada a una entrada, o colector,<6>, para que el fluido de trabajo entre en la primera hilera 14 a través del colector,<6>. La primera hilera comprende un primer colector de admisión y una pluralidad de canales, o pasajes, una de las cuales se muestra en 2 en la figura 2. El fluido de trabajo entra en la entrada y fluye dentro del primer pasaje 2 de la primera hilera. Los canales permiten que el fluido de trabajo a una primera temperatura fluya hacia el colector y luego a través de los canales en al menos una dirección y se recolecte en un segundo colector de salida, que se muestra en 15 en la Figura 2. En la primera hilera, o posterior, el fluido de trabajo se enfría a contracorriente por aire, que se ha sido calentada por la segunda o hilera frontal 13 de este condensador de doble hilera. El fluido de trabajo fluye desde el primer pasaje 2 de la primera hilera 14, a una segunda hilera, 13 que está conectada a la primera fila. La segunda hilera comprende una pluralidad de canales para conducir el fluido de trabajo a una segunda temperatura menor que la de trabajo en la primera hilera. El fluido de trabajo fluye desde el primer pasaje 2 de la primera hilera hacia un pasaje 3 de la segunda por un conducto, o conexión 7 y por un conducto 16. El fluido de trabajo luego fluye del pasaje 3 al pasaje 4 en la segunda hilera 13 a través de un conducto o conexión<8>, que conecta la primera y la segunda hilera. El fluido de trabajo luego fluye del pasaje 4 al pasaje 5 a través de un conducto o conexión 9. Luego, el fluido de trabajo subenfriado sale del condensador a través del colector de salida 15 por una conexión, o salida, 10. El aire circula a contracorriente en relación con el flujo del fluido de trabajo, como indica la flecha que tiene los puntos 11 y 12 de la figura 2. El diseño mostrado en la Figura 2 es genérico y puede usarse para cualquier condensador de aire a refrigerante en aplicaciones estacionarias así como en aplicaciones móviles.

Ahora se hará referencia a la figura 3 al describir un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor que comprende un evaporador de doble hilera. Un evaporador de doble hilera se muestra en 42 en la figura 3. En este diseño de doble hilera de corriente cruzada/contracorriente, el evaporador de doble hilera incluye una entrada, una primera, o frontal, hilera 17 conectada a la entrada, una segunda segunda, o posterior, hilera 18, conectada a la primera hilera, y una salida conectada a la hilera posterior. Concretamente, el fluido de trabajo entra en el evaporador 19 a la temperatura más baja a través de una entrada o colector, 24 como se muestra en la figura 3. A continuación, el fluido de trabajo fluye hacia abajo a través de un tanque 20 a un tanque 21 a través de un colector 25, después del tanque 21, a un tanque 22 en la hilera posterior a través de un colector 26. El fluido de trabajo luego fluye desde el tanque 22 a un tanque 23 a través de un colector 27 y finalmente sale del evaporador a través de una salida o colector, 28. El aire circula en una disposición de contracorriente cruzada como lo indica la flecha que tiene los puntos 29 y 30, de la Figura 3.

En las realizaciones mostradas en las Figuras 1, 1A, 2 y 3, las líneas de conexión entre los componentes del sistema de transferencia de calor por compresión de vapor, a través del cual puede fluir el fluido de trabajo, puede construirse con cualquier material de conducto típico conocido para tal fin. En una realización, se pueden usar tuberías de metal o tubos metálicos (tales como tubos de aluminio o cobre o de aleación de cobre) para conectar los componentes del sistema de transferencia de calor. En otra realización, en el sistema se pueden usar mangueras, construidas de diversos materiales, tales como polímeros o elastómeros, o combinaciones de dichos materiales con materiales de refuerzo tales como mallas metálicas, etc. Un ejemplo de un diseño de manguera para sistemas de transferencia de calor, en particular para sistemas de aire acondicionado de automóviles, se proporciona en la solicitud de patente estadounidense provisional N.° 60/841.713, presentada el 1 de septiembre de 2006 (ahora solicitud internacional PCT/US07/019205 presentada el 31 de agosto de 2007 y publicada como WO2008-027255A1 el<6>de marzo de 2008). Para los tubos del IHX, las tuberías o tuberías de metal proporcionan una transferencia de calor más eficiente desde el fluido de trabajo líquido caliente al fluido de trabajo gaseoso frío.

Se pueden usar varios tipos de compresores en el sistema de transferencia de calor por compresión de vapor de las realizaciones de la presente invención, incluyendo flujo recíproco, rotativo, de chorro, centrífugo, desplazamiento, de tornillo o axial, dependiendo de los medios mecánicos para comprimir el fluido o como desplazamiento positivo (por ejemplo, recíproco, de desplazamiento o tornillo) o dinámico (por ejemplo, centrífugo o de chorro).

En determinadas realizaciones, los sistemas de transferencia de calor divulgados en el presente documento pueden emplear intercambiadores de calor de tubo y aleta, intercambiadores de calor de microcanales e intercambiadores de calor de tipo placa o tubo de un solo paso vertical u horizontal, entre otros, para el evaporador y el condensador.

El sistema de transferencia de calor por compresión de vapor de circuito cerrado como se describe en el presente documento puede usarse en refrigeración estacionaria, aire acondicionado y bombas de calor o sistemas móviles de aire acondicionado y refrigeración. Las aplicaciones estacionarias de aire acondicionado y bombas de calor incluyen ventanas, sin conductos, con conductos, terminal empaquetado, enfriadores y sistemas de aire acondicionado comerciales y comerciales ligeros, incluyendo empaquetados en azoteas. Las aplicaciones de refrigeración incluyen refrigeradores y congeladores domésticos o domésticos, máquinas de hielo, neveras y congeladores autónomos, cámaras frigoríficas y congeladores y sistemas de supermercados, y sistemas de refrigeración de transporte.

Los sistemas móviles de refrigeración o aire acondicionado se refieren a cualquier sistema de refrigeración o aire acondicionado incorporado en una unidad de transporte por carretera, ferrocarril, mar o aire. Además, aparato, que se pretende que proporcionen refrigeración o aire acondicionado a un sistema independiente de cualquier vehículo en movimiento, conocidos como sistemas "intermodales", están incluidos en la presente invención. Dichos sistemas intermodales incluyen "contenedores" (transporte combinado marítimo/terrestre) así como "cajas móviles" (transporte combinado por carretera y ferrocarril). La presente invención es particularmente útil para el transporte por carretera de aparatos de refrigeración o aire acondicionado, tales como aparatos de aire acondicionado para automóviles o equipos de transporte por carretera refrigerados.

El fluido de trabajo utilizado en el sistema de transferencia de calor por compresión de vapor comprende al menos una fluoroolefina. El término “fluoroolefina” significa cualquier compuesto que contiene carbono, flúor y opcionalmente hidrógeno u oxígeno y que contiene también al menos un enlace doble. Estas fluoroolefinas pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas.

Las fluoroolefinas tienen una variedad de utilidades en fluidos de trabajo, que incluyen su uso como agentes espumantes, agentes de soplado, agentes de extinción de incendios, medios de transferencia de calor (tales como fluidos de transferencia de calor y refrigerantes para su uso en sistemas de refrigeración, refrigeradores, sistemas de aire acondicionado, bombas de calor, enfriadores y similares), por nombrar algunos.

En algunas realizaciones, las composiciones de transferencia de calor pueden comprender fluoroolefinas que comprenden al menos un compuesto con de<2>a<12>átomos de carbono, en otra realización las fluoroolefinas comprenden compuestos con de 3 a 10 átomos de carbono, y en aún otra realización las fluoroolefinas comprenden compuestos con de 3 a 7 átomos de carbono. Fluoroolefinas representativas incluyen, entre otros, todos los compuestos enumerados en la tabla 1, la tabla 2 y la tabla 3.

En una realización, los presentes métodos usan fluidos de trabajo que comprenden fluoroolefinas que tienen la fórmulaE-o Z-R1CH=CHR2 (Fórmula I), en donde R1 y R2 son, independientemente, grupos perfluoroalquilo C<1>a C6. Ejemplos de los grupos R1 y R2 incluyen, entre otros, CF<3>, C<2>F<5>, CF<2>CF<2>CF<3>, CF(CF<3>)<2>, CF<2>CF<2>CF<2>CF<3>CF(CF<3>)CF<2>CF<3>, CF2CF(CF3)2, C(CF3)3, CF<2>CF<2>CF<2>CF<2>CF<3>, CF2CF2CF(CF3)2, C(CF3)2C2F5, CF<2>CF<2>CF<2>CF<2>CF<2>CF<3>, CF(CF3), CF<2>CF<2>C<2>F<5>, y C(CF<3>)<2>CF<2>C<2>F<5>. En una realización, las fluoroolefinas de fórmula I tienen al menos aproximadamente 4 átomos de carbono en la molécula. En otra realización, las fluoroolefinas de fórmula I tienen al menos aproximadamente 5 átomos de carbono en la molécula, Compuestos de fórmula I ilustrativos no limitantes se presentan en la tabla 1.

continuación

Los compuestos de fórmula I se pueden preparar poniendo en contacto un yoduro de perfluoroalquilo de fórmula R1I con una perfluoroalquiltrihidroolefina de fórmula R<2>CH=CH<2>para formar un trihidroyodoperfluoroalcano de fórmula R<1>CH<2>CHIR<2>Este trihidroyodoperfluoroalcano se puede someter después a deshidroyodación para formar R<1>CH=CHR<2>De manera alternativa, la olefina R<1>CH=CHR<2>se puede preparar mediante deshidroyodación de un trihidroyodoperfluoroalcano de fórmula R<1>CHICH<2>R<2>formado a su vez haciendo reaccionar un yoduro de perfluoroalquilo de fórmula R2I con una perfluoroalquiltrihidroolefina de fórmula R<1>CH=CH<2>.

El contacto de un yoduro de perfluoroalquilo con una perfluoroalquiltrihidroolefina puede tener lugar de un modo discontinuo combinando los reactantes en un recipiente de reacción adecuado capaz de operar a la presión autógena de los reactantes y los productos a la temperatura de reacción. Recipientes de reacción adecuados incluyen los fabricados en acero inoxidable, en particular de tipo austenítico, y las aleaciones de alto contenido de níquel bien conocidas tales como aleaciones de níquel-cobre Monel®, aleaciones a base de níquel Hastelloy® y aleaciones de níquel-cromo Inconel®.

De manera alternativa, la reacción se puede llevar a cabo de uno modo semicontinuo en el que el reactante de perfluoroalquiltrihidroolefina se añade al reactante de yoduro de perfluoroalquilo mediante un aparato de adición adecuado tal como una bomba a la temperatura de reacción

La proporción entre el yoduro de perfluoroalquilo y la perfluoroalquiltrihidroolefina debe ser de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 4:1, preferentemente de aproximadamente 1,5:1 a 2,5:1. Proporciones inferiores a 1,5:1 tienden a dar como resultado grandes cantidades del aducto 2:1 según lo comunicado por Jeanneaux,et. al.enJournal of Fluorine Chemistry,vol. 4, páginas 261-270 (1974).

Las temperaturas preferentes para poner en contacto dicho yoduro de perfluoroalquilo con dicha perfluoroalquiltrihidroolefina están preferentemente en el intervalo de aproximadamente 150 °C a 300 °C, preferentemente de aproximadamente 170 °C a aproximadamente 250 °C, y lo más preferente de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 230 °C.

Los tiempos de contacto adecuados para la reacción del yoduro de perfluoroalquilo con la perfluoroalquiltrihidroolefina son de aproximadamente 0,5 horas a 18 horas, preferentemente de aproximadamente 4 a aproximadamente 12 horas.

El trihidroyodoperfluoroalcano preparado mediante reacción del yoduro de perfluoroalquilo con la perfluoroalquiltrihidroolefina se puede usar directamente en la etapa de deshidroyodación o preferentemente se puede recuperar y purificar mediante destilación antes de la etapa de deshidroyodación.

La etapa de deshidroyodación se lleva a cabo poniendo en contacto el trihidroyodoperfluoroalcano con una sustancia básica. Sustancias básicas adecuadas incluyen hidróxidos de metales alcalinos (por ejemplo, hidróxido de sodio o hidróxido de potasio), óxidos de metales alcalinos (por ejemplo, óxido de sodio), hidróxidos de metales alcalino-térreos (por ejemplo, hidróxido de calcio), óxidos de metales alcalino-térreos (por ejemplo, óxido de calcio), alcóxidos de metales alcalinos (por ejemplo, metóxido de sodio o etóxido de sodio), amoníaco acuoso, amida de sodio, o mezclas de sustancias básicas tales como la cal sodada. Sustancias básicas preferentes son hidróxido de sodio e hidróxido de potasio.

El contacto del trihidroyodoperfluoroalcano con una sustancia básica puede tener lugar en la fase líquida, preferentemente en presencia de un disolvente capaz de disolver al menos una porción de ambos reactantes. Disolventes adecuados para la etapa de deshidroyodación incluyen uno o más disolventes orgánicos polares tales como alcoholes (por ejemplo, metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, y terc-butanol), nitrilos (por ejemplo, acetonitrilo, propionitrilo, butironitrilo, benzonitrilo, o adiponitrilo), dimetilsulfóxido, N,N-dimetilformamida, N,N-dimetilacetamida, o sulfolano. La selección del disolvente pude depender del punto de ebullición del producto y de la facilidad para separar trazas del disolvente del producto durante la purificación. Normalmente, el etanol o el isopropanol son buenos disolventes para la reacción.

Normalmente, la reacción de deshidroyodación se puede llevar a cabo mediante la adición de uno de los reactantes (la sustancia básica o el trihidroyodoperfluoroalcano) al otro reactante en un recipiente de reacción adecuado. La reacción se puede fabricar en vidrio, cerámica o metal y preferentemente se agita con un mecanismo de agitación o un impulsor.

Las temperaturas adecuadas para la reacción de deshidroyodación son de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 100 °C, preferentemente de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 70 °C.

La reacción de deshidroyodación se puede llevar a cabo a presión ambiente o a presión elevada o reducida. Son destacables las reacciones de deshidroyodación en las que el compuesto de fórmula I se extrae mediante destilación del recipiente de reacción a medida que se forma.

De manera alternativa, la reacción de deshidroyodación se puede llevar a cabo poniendo en contacto una solución acuosa de dicha sustancia básica con una solución del trihidroyodoperfluoroalcano en uno o más disolventes orgánicos de baja polaridad tales como un alcano (por ejemplo, hexano, heptano, u octano), hidrocarburo aromático (por ejemplo, tolueno), hidrocarburo halogenado (por ejemplo, cloruro de metileno, cloroformo, tetracloruro de carbono, o percloroetileno), o éter (por ejemplo, dietil éter, metil terc-butil éter, tetrahidrofurano,<2>-metiltetrahidrofurano, dioxano, dimetoxietano, diglima, o tetraglima) en presencia de un catalizador de transferencia de fase. Los catalizadores de transferencia de fase adecuados incluyen haluros de amonio cuaternario (por ejemplo, bromuro de tetrabutilamonio, hidrosulfato de tetrabutilamonio, cloruro de trietilbencilamonio, cloruro de dodeciltrimetilamonio y cloruro de tricaprililmetilammonio), haluros de fosfonio cuaternario (por ejemplo, bromuro de trifenilmetilfosfonio y cloruro de tetrafenilfosfonio), o compuestos poliéter cíclicos conocidos en la técnica como éteres corona (por ejemplo, 18-corona-<6>y 15-corona-5).

De manera alternativa, la reacción de deshidroyodación se puede llevar a cabo en ausencia del disolvente mediante la adición del trihidroyodoperfluoroalcano a una sustancia básica sólida o líquida.

Los tiempos de reacción adecuados para las reacciones de deshidroyodación son de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente seis horas o más dependiendo de la solubilidad de los reactantes. Normalmente la reacción de deshidroyodación es rápida y requiere de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente tres horas para su finalización.

El compuesto de fórmula I se puede recuperar de la mezcla de reacción de deshidroyodación mediante separación de fases tras la adición de agua, mediante destilación, o mediante una combinación de las mismas.

En otra realización de la presente invención, las fluoroolefinas comprenden fluoroolefinas cíclicas (ciclo-[CX=CY(CZW)n-] (Fórmula II), en donde X, Y, Z, y W se seleccionan independientemente entre H y F, y n es un número entero de 2 a 5). En una realización, las fluoroolefinas de fórmula II, tienen al menos aproximadamente 3 átomos de carbono en la molécula. En otra realización, las fluoroolefinas de fórmula II tienen al menos aproximadamente 4 átomos de carbono en la molécula. En aún otra realización, las fluoroolefinas de fórmula II tienen al menos aproximadamente 5 átomos de carbono en la molécula. Las fluoroolefinas cíclicas representativas de fórmula II se enumeran en la tabla 2.

TABLA 2

Las composiciones de la presente invención pueden comprender un solo compuesto de fórmula I o fórmula II, por ejemplo, uno de los compuestos de la tabla 1 o la tabla 2, o pueden comprender una combinación de compuestos de fórmula I o fórmula II.

En otra realización, las fluoroolefinas pueden comprender los compuestos enumerados en la tabla 3.

(continuación)

Los compuestos enumerados en la tabla 2 y la tabla 3 están disponibles comercialmente o se pueden preparar mediante procesos conocidos en la técnica o descritos en el presente documento.

El 1,1,1,4,4-pentafluoro-2-buteno se puede preparar a partir del 1,1,1,2,4,4-hexafluorobutano (CHF<2>CH<2>CHFCF<3>) mediante deshidrofluoración sobre KOH sólido en fase de vapor a temperatura ambiente. La síntesis del 1,1,1,2,4,4-hexafluorobutano se describe en el documento US<6>066768, incorporado en el presente documento por referencia.

El 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno se puede preparar a partir del 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-yodobutano (CF<3>CHICH<2>CF<3>) mediante reacción con KOH usando un catalizador de transferencia de fase a aproximadamente 60 °C. La síntesis del 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-yodobutano se puede llevar a cabo mediante reacción de yoduro de perfluorometilo (CF<3>I) y 3,3,3-trifluoropropeno (CF<3>CH=CH<2>) a aproximadamente 200 °C a presión autógena durante aproximadamente<8>horas.

El 3,4,4,5,5,5-hexafluoro-2-penteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoropentano (CF<3>CF<2>CF<2>CH<2>CH<3>) usando KOH sólido o sobre un catalizador de carbono a 200-300 °C. El 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoropentano se puede preparar mediante hidrogenación del 3,3,4,4,5,5,5-heptafluoro-1-penteno (CF3CF2CF2CH=CH2).

El 1,1,1,2,3,4-hexafluoro-2-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,2,3,3,4-heptafluorobutano (CH<2>FCF<2>CHFCF<3>) usando KOH sólido.

El 1,1,1,2,4,4-hexafluoro-2-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,2,2,4,4-heptafluorobutano (CHF<2>CH<2>CF<2>CF<3>) usando KOH sólido.

El 1,1,1,3,4,4-hexafluoro2-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,3,3,4,4-heptafluorobutano (CF<3>CH<2>CF<2>CHF<2>) usando KOH sólido.

El 1,1,1,2,4-pentafluoro-2-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,2,2,3-hexafluorobutano (CH<2>FCH<2>CF<2>CF<3>) usando KOH sólido.

El 1,1,1,3,4-pentafluoro-2-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,1,3,3,4-hexafluorobutano (CF<3>CH<2>CF<2>CH<2>F) usando KOH sólido.

El 1,1,1,3-tetrafluoro-2-buteno se puede preparar mediante reacción del 1,1,1,3,3-pentafluorobutano (CF<3>CH<2>CF<2>CH<3>) con KOH acuoso a 120 °C.

El 1,1,1,4,4,5,5,5-octafluoro-2-penteno se puede preparar a partir del (CF<3>CHICH<2>CF<2>CF<3>) mediante reacción con KOH usando un catalizador de transferencia de fase a aproximadamente 60 °C. La síntesis del 4-yodo-1,1,1,2,2,5,5,5-octafluoropentano se puede llevar a cabo mediante reacción de yoduro de perfluoroetilo (CF<3>CF<2>I) y 3,3,3-trifluoropropeno a aproximadamente 200 °C a presión autógena durante aproximadamente<8>horas.

El 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-decafluoro-3-hexeno se puede preparar a partir del 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-decafluoro-3-yodohexano (CF<3>CF<2>CHICH<2>CF<2>CF<3>) mediante reacción con k Oh usando un catalizador de transferencia de fase a aproximadamente 60 °C. La síntesis del 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-decafluoro-3-yodohexano se puede llevar a cabo mediante reacción de yoduro de perfluoroetilo (CF<3>CF<2>I) y 3,3,4,4,4-pentafluoro-1-buteno (CF<3>CF<2>C<h>=CH<2>) a aproximadamente 200 °C a presión autógena durante aproximadamente<8>horas.

El 1,1,1,4,5,5,5-heptafluoro-4-(trifluorometil)-2-penteno se puede preparar mediante la deshidrofluoración del 1,1,1,2,5,5,5-heptafluoro-4-yodo-2-(trifluorometil)-pentano (CF<3>CHICH<2>Cf (CF<3>)<2>) con KOH en isopropanol. El CF<3>CHICH<2>CF(CF<3>)<2>se prepara mediante la reacción de (CF<3>)<2>CFI con CF<3>CH=CH<2>a alta temperatura, tal como aproximadamente 200 °C.

El 1,1,1,4,4,5,5,6,6,6-decafluoro-2-hexeno se puede preparar mediante la reacción del 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno (CF<3>CH=CFICF<3>) con tetrafluoroetileno (CF<2>=CF<2>) y pentafloruro de antimonio (SbFs).

El 2,3,3,4,4-pentafluoro-1-buteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 1,1,2,2,3,3-hexafluorobutano sobre alúmina fluorada a temperatura elevada.

El 2,3,3,4,4,5,5,5-octafluoro-1-penteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 2,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoropentano sobre KOH sólido.

El 1,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1-penteno se puede preparar mediante deshidrofluoración del 2,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoropentano sobre alúmina fluorada a temperatura elevada.

Muchos de los compuestos de fórmula I, fórmula II, tabla 1, tabla 2, y tabla 3, existen como diferentes isómeros configuracionales o estereoisómeros. Cuando no se indica el isómero específico, se pretende que la composición descrita incluya todos los isómeros configuracionales individuales, estereoisómeros individuales, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, con F11E se pretende representar el isómero E, el isómero Z, o cualquier combinación o mezcla de ambos isómeros en cualquier proporción. Como otro ejemplo, con HFC-1225ye se pretende representar el isómeroE, el isómeroZ, o cualquier combinación o mezcla de ambos isómeros en cualquier proporción, siendo preferente el isómeroZ.

En algunas realizaciones, el fluido de trabajo puede comprender además al menos un compuesto seleccionado entre hidrofluorocarbonos, fluoroéteres, hidrocarburos, éter dimetílico (DME), dióxido de carbono (CO<2>), amoníaco (NH<3>) y yodotrifluorometano (CF<3>I).

En algunas realizaciones, el fluido de trabajo puede comprender además hidrofluorocarbonos que comprenden al menos un compuesto saturado que contiene carbono, hidrógeno y flúor. De particular utilidad son los hidrofluorocarbonos que tienen de 1 a 7 átomos de carbono y que tienen un punto de ebullición normal de aproximadamente -90 °C a aproximadamente 80 °C. Los hidrofluorocarbonos son productos comerciales disponibles de diversas fuentes o se pueden preparar mediante métodos conocidos en la técnica. Los compuestos hidrofluorocarbonados representativos incluyen, entre otros, fluorometano (CH<3>F, HFC-41), difluorometano (CH<2>F<2>, HFC-32), trifluorometano (CHF<3>, HFC-23), pentafluoroetano (CF<3>CHF<2>, HFC-125), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (CHF<2>CHF<2>, HFC-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (CF<3>CH<2>F, HFC-134a), 1,1,1-trifluoroetano (CF<3>CH<3>, HFC-143a), 1,1-difluoroetano (CHF<2>CH<3>, HFC-152a), fluoroetano (CH<3>CH<2>F, HFC-161), 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoropropano (CF<3>CF<2>CHF<2>, HFC-227ca), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (CF<3>CHFCF<3>, HFC-227ea), 1,1,2,2,3,3,-hexafluoropropano (CHF<2>CF<2>CHF<2>, HFC-236ca), 1,1,1,2,2,3-hexafluoropropano (CF<3>CF<3>CH<2>F, HFC-236cb), 1.1.1.2.3.3- hexafluoropropano (CF<3>CHFCHF<2>, HFC-236ea), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano (CF<3>CH<2>CF<3>, HFC-236fa), 1.1.2.2.3- pentafluoropropano (CHF<2>CF<2>CH<2>F, HFC-245ca), 1,1,1,2,2-pentafluoropropano (CF<3>CF<2>CH<3>, HFC-245cb), 1.1.2.3.3- pentafluoropropano (CHF<2>CHFCHF<2>, HFC-245ea), 1,1,1,2,3-pentafluoropropano (CF<3>CHFCH<2>F, HFC-245eb), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (CF<3>CH<2>CHF<2>, HFC-245fa), 1,2,2,3-tetrafluoropropano (CH<2>FCF<2>CH<2>F, HFC-254ca), 1,1,2,2-tetrafluoropropano (CHF<2>CF<2>CH<3>, HFC-254cb), 1,1,2,3-tetrafluoropropano (CHF<2>CHFCH<2>F, HFC-254ea), 1,1,1,2-tetrafluoropropano (CF<3>CHFCH<3>, HFC-254eb), 1,1,3,3-tetrafluoropropano (CHF<2>CH<2>CHF<2>, HFC-254fa), 1,1,1,3-tetrafluoropropano (CF<3>CH<2>CH<2>F, HFC-254fb), 1,1,1-trifluoropropano (CF<3>CH<2>CH<3>, HFC-263fb), 2,2-difluoropropano (CH<3>CF<2>CH<3>, HFC-272ca), 1,2-difluoropropano (CH<2>FCHFCH<3>, HFC-272ea), 1,3-difluoropropano (CH<2>FCH<2>CH<2>F, HFC-272fa), 1,1-difluoropropano (CHF<2>CH<2>CH<3>, HFC-272fb), 2-fluoropropano (CH<3>CHFCH<3>, HFC-281ea), 1-difluoropropano (CH<2>FCH<2>CH<3>, HFC-281fa), 1,1,2,2,3,3,4,4-octafluorobutano (CHF<2>CF<2>CF<2>CHF<2>, HFC-338pcc), 1,1,1,2,2,4,4,4-octafluorobutano (CF<3>CH<2>CF<2>CF<3>, HFC-338mf), 1,1,1,3,3-pentafluorobutano (CF<3>CH<2>CHF<2>, HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentano (CF<3>CHFCHFCF<2>CF<3>, HFC-43-10mee) y 1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,6,7,7,7-tetradecafluoroheptano (CF<3>CF<2>CHFCHFCF<2>CF<2>CF<3>, HFC-63 (14mee).

En algunas realizaciones, los fluidos de trabajo pueden comprender además fluoroéteres que comprenden al menos un compuesto que tiene carbono, flúor, oxígeno y opcionalmente hidrógeno, cloro, bromo o yodo. Los fluoroéteres están disponibles comercialmente o pueden producirse mediante métodos conocidos en la técnica. Los fluoroéteres representativos incluyen, entre otros, nonafluorometoxibutano (C<4>F<9>OCH<3>, cualquiera o todos los posibles isómeros o mezclas de los mismos); nonafluoroetoxibutano (C<4>F<9>OC<2>H<5>, cualquiera o todos los posibles isómeros o mezclas de los mismos); 2-difluorometoxi-1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFOC-236eaEpY o CHF<2>OCHFCF<3>); 1,1-difluoro-2-metoxietano (HFOC-272fbEpY,^CH3OCH2CHF2); 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(fluorometoxi)propano (HFOC-347mmzEpY, o Ch<2>FOCH(CF<3>)<2>); 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-metoxipropano (HFOC-356mmzEpY, o CH<3>0 C h (c H<3>)<2>); 1,1,1,2,2-pentafluoro-3-metoxipropano (HFOC-365itc Ey6 o CF<3>FC<2>CH<2>OCH<3>); 2-etoxi-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFOC-467mmyEpY o CH<3>CH<2>OCF(CF<3>)<2>□; y mezclas de los mismos.

En algunas realizaciones, los fluidos de trabajo pueden comprender además hidrocarburos que comprenden compuestos que tienen solo carbono e hidrógeno. De particular utilidad son los compuestos que tienen de 3 a 7 átomos de carbono. Los hidrocarburos están disponibles comercialmente a través de numerosos proveedores de productos químicos. Los hidrocarburos representativos incluyen, entre otros, propano, n-butano, isobutano, ciclobutano, npentano, 2-metilbutano, 2,2-dimetilpropano, ciclopentano, n-hexano, 2-metilpentano, 2,2-dimetilbutano, 2,3-dimetilbutano, 3-metilpentano, ciclohexano, n-heptano y cicloheptano.

En algunas realizaciones, el fluido de trabajo puede comprender hidrocarburos que contienen heteroátomos, tales como éter dimetílico (DME, CH<3>OCH<3>). DME está disponible comercialmente.

En algunas realizaciones, los fluidos de trabajo pueden comprender además dióxido de carbono (CO<2>), que está disponible comercialmente de diversas fuentes o puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica.

En algunas realizaciones, los fluidos de trabajo pueden comprender además amoníaco (NH<3>), que está disponible comercialmente de diversas fuentes o puede prepararse mediante métodos conocidos en la técnica.

En algunas realizaciones, el fluido de trabajo comprende además al menos un compuesto seleccionado entre hidrofluorocarbonos, fluoroéteres, hidrocarburos, éter dimetílico (DME), dióxido de carbono (CO<2>), amoníaco (NH<3>) y yodotrifluorometano (CF<3>I).

En una realización, el fluido de trabajo comprende 1,2,3,3,3-pentafluoropropeno (HFC-1225ye). En otra realización, el fluido de trabajo comprende además difluorometano (HFC-32). En aún otra realización, el fluido de trabajo comprende además 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a).

En una realización, el fluido de trabajo comprende 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFC-1234yf). En otra realización, el fluido de trabajo comprende HFC-1225ye y HFC-1234yf.

En una realización, el fluido de trabajo comprende 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFC-1234ze). En otra realización, el fluido de trabajo comprende E-HFC-1234ze (o frans-HFC-1234ze).

En aún otra realización, el fluido de trabajo comprende además al menos un compuesto del grupo que consiste en HFC-134a, HFC-32, HFC-125, HFC-152a y CF<3>I.

En determinadas realizaciones, los fluidos de trabajo pueden comprender una composición seleccionada entre el grupo que consiste en:

HFC-32 y HFC-1225ye;

HFC-1234yf y CF<3>I;

HFC-32, HFC-134a, y HFC-1225ye;

HFC-32, HFC-125, y HFC-1225ye;

HFC-32, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

HFC-125, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

HFC-32, HFC-1225ye, HFC-1234yf, y CF<3>I;

HFC-134a, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

HFC-134a y HFC-1234yf;

HFC-32 y HFC-1234yf;

HFC-125 y HFC-1234yf;

HFC-32, HFC-125, y HFC-1234yf;

HFC-32, HFC-134a, y HFC-1234yf;

DME y HFC-1234yf;

HFC-152a y HFC-1234yf;

HFC-152a, HFC-134a, y HFC-1234yf;

HFC-152a, n-butano, y HFC-1234yf;

HFC-134a, propano, y HFC-1234yf;

HFC-125, HFC-152a, y HFC-1234yf;

HFC-125, HFC-134a, y HFC-1234yf;

HFC-32, HFC-1234ze, y HFC-1234yf;

HFC-125, HFC-1234ze, y HFC-1234yf;

HFC-32, HFC-1234ze, HFC-1234yf, y CF<3>l;

HFC-134a, HFC-1234ze, y HFC-1234yf;

HFC-134a y HFC-1234ze;

HFC-32 y HFC-1234ze;

HFC-125 y HFC-1234ze;

HFC-32, HFC-125, y HFC-1234ze;

HFC-32, HFC-134a, y HFC-1234ze;

DME y HFC-1234ze;

HFC-152a y HFC-1234ze;

HFC-152a, HFC-134a, y HFC-1234ze;

HFC-152a, n-butano, y HFC-1234ze;

HFC-134a, propano, y HFC-1234ze;

HFC-125, HFC-152a, y HFC-1234ze; o

HFC-125, HFC-134a, y HFC-1234ze.

Ejemplos

EJEMPLO 1

Comparación de rendimiento

Se probaron sistemas de aire acondicionado de automóviles con y sin un intercambiador de calor intermedio para determinar si se observa una mejora con el IHX. El fluido de trabajo era una mezcla del 95 % en peso de HFC-1225ye y el 5 % en peso de HFC-32. Cada sistema tenía un condensador, evaporador, compresor y un dispositivo de expansión térmica. La temperatura del aire ambiente era de 30 °C en las entradas del evaporador y del condensador. Se realizaron pruebas para 2 velocidades del compresor, 1000 y 2000 rpm, y para 3 velocidades del vehículo: 25, 30 y 36 km/h. El caudal volumétrico de aire en el evaporador fue de 380 m<3>/h.

La capacidad de refrigeración del sistema con IHX muestra un aumento del 4 al 7 % en comparación con el sistema sin IHX. El COP también mostró un aumento del 2,5 al 4 % para el sistema con IHX en comparación con un sistema sin IHX.

EJEMPLO 2

Mejora en el rendimiento con intercambiador de calor interno

El rendimiento de refrigeración se calcula para HFC-134a y HFC-1234yf con y sin IHX. Las condiciones utilizadas son las siguientes:

Temperatura del

condensador 55 °C

Temperatura del

evaporador 5 °C

Sobrecalentamiento 15 °C

(absoluto)

Los datos que ilustran el rendimiento relativo se muestran en la TABLA 5.

TABLA

Los datos anteriores demuestran un nivel inesperado de mejora en la eficiencia energética (COP) y la capacidad de enfriamiento de la fluoroolefina (HFC-1234yf) con el IHX, en comparación con la ganada por HFC-134a con el IHX. Concretamente, la COP se incrementó en un 7,67 % y la capacidad de refrigeración se incrementó en un 7,50 %.

Cabe señalar que la diferencia de subenfriamiento surge de las diferencias en el peso molecular, la densidad del líquido y la capacidad calorífica del líquido para HFC-1234yf en comparación con HFC-134a. Conforme a estos parámetros se estimó que habría una diferencia en el subenfriamiento logrado con los diferentes compuestos. Cuando el subenfriamiento de HFC-134a se ajustó a 5 °C, el subenfriamiento correspondiente para el HFC-1234yf se calculó en 5,8 °C.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de transferencia de calor por compresión de vapor, que comprende:

un circuito cerrado que contiene un fluido de trabajo que comprende al menos una fluoroolefina para su circulación en él, comprendiendo al menos dicho circuito, en comunicación fluida, un evaporador de doble hilera, un compresor, un condensador de doble hilera y un intercambiador de calor intermedio (IHX)

a) comprendiendo dicho evaporador de doble hilera:

i. una hilera frontal que comprende conjuntos de tubos configurados para un flujo de corriente cruzada/contracorriente alineados a lo largo de un primer eje y que tiene una primera entrada en un primer extremo, y

ii. una hilera posterior que comprende conjuntos de tubos configurados para un flujo de corriente cruzada/contracorriente alineados a lo largo de dicho primer eje y que tiene una salida de la hilera posterior adyacente a dicho primer extremo, estando dispuestas dicha entrada de la hilera frontal y dicha salida de la hilera posterior a lo largo de un segundo eje ortogonal a dicho primer eje, y un colector dispuesto a lo largo de un tercer eje ortogonal a dichos primer y segundo ejes,

b) teniendo dicho compresor una entrada en comunicación fluida con dicho IHX y una salida,

c) teniendo dicho condensador de doble hilera una hilera posterior con una parte superior y una parte inferior, una hilera frontal con una parte superior y una parte inferior, y una segunda entrada conectada a la parte superior de dicha hilera posterior y en comunicación fluida con dicha salida de dicho IHX, comprendiendo dicha hilera posterior unos primeros tubos para conducir dicha composición de fluido de trabajo de fluoroolefina a lo largo de un cuarto eje en una primera dirección hacia y a través de un conducto o una conexión a una tercera entrada situada en una parte superior de dicha hilera frontal, comprendiendo dicha hilera frontal del condensador de doble hilera conjuntos de unos segundos tubos dispuestos para fluir en dicha primera dirección así como en una segunda dirección opuesta y una salida de descarga situada en la parte inferior de la hilera frontal para descargar dicha composición de fluido de trabajo de fluoroolefina a una temperatura de subenfriamiento, y

d) comprendiendo dicho IHX:

i. un primer tubo que tiene una entrada conectada a dicho segundo extremo de salida de dicho condensador de doble hilera y una salida conectada y en comunicación fluida con dicha primera entrada de la hilera de dicho evaporador, y

ii. un segundo tubo que tiene una entrada conectada a dicha salida de la hilera posterior de dicho evaporador, y una salida conectada a dicha entrada del compresor, en donde dichos primer y segundos tubos están en contacto térmico entre sí.

2. El sistema de la reivindicación 1 en donde dicho condensador de doble hilera comprende un condensador de tubo y aleta y/o

en donde dicho evaporador de doble hilera comprende una estructura de tubo y aleta.

3. El sistema de la reivindicación 1 en donde dicho sistema de compresión de vapor está comprendido en un sistema estacionario de refrigeración, un sistema de aire acondicionado, un sistema de bomba de calor, un sistema móvil de aire acondicionado o un sistema de refrigeración.

4. El sistema de la reivindicación 1 en donde los primer y segundos tubos de dicho IHX están dispuestos para proporcionar flujo en direcciones a contracorriente y en donde los primer y segundos tubos de dicho IHX están dispuestos preferentemente de manera concéntrica.

5. El sistema de la reivindicación 1 en donde el compresor comprende uno de compresores de flujo recíproco, rotativo, de chorro, centrífugo, de desplazamiento, de tornillo y axial.

<6>. El sistema de la reivindicación 1 en donde el circuito cerrado comprende además un dispositivo de expansión en donde el dispositivo de expansión se selecciona preferentemente entre una válvula de expansión, un tubo capilar o un tubo de orificio aguas arriba de dicha primera entrada de dicho evaporador.

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en donde el fluido de trabajo comprende uno de:

a) HFC-32 y HFC-1225ye;

b) HFC-1234yf y CF<3>I;

c) HFC-32, HFC-134a, y HFC-1225ye;

d) HFC-32, HFC-125, y HFC-1225ye;

e) HFC-32, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

f) HFC-125, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

g) HFC-32, HFC-1225ye, HFC-1234yf, y CF<3>I;

h) HFC-134a, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

i) HFC-134a y HFC-1234yf;

j) HFC-32 y HFC-1234yf;

k) HFC-125 y HFC-1234yf;

l) HFC-32, HFC-125, y HFC-1234yf;

m) HFC-32, HFC-134a, y HFC-1234yf;

n) DME y HFC-1234yf;

o) HFC-152a y HFC-1234yf; y

p) HFC-152a, HFC-134a, y HFC-1234yf.

<8>. El sistema de la reivindicación 1 en donde dicho fluido de trabajo comprende una fluoroolefina que tiene la fórmulaE-o Z-R<1>CH=CHR<2>(Fórmula I), en donde R<1>y R<2>son, independientemente, grupos perfluoroalquilo C<1>a C<6>.

9. Un proceso para operar el sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que comprende hacer circular de manera continua dicha composición de fluido de trabajo hacia y a través, en serie, del evaporador de doble hilera, el IHX, el compresor, el condensador de doble hilera que subenfría dicha composición de fluido de trabajo de fluoroolefina antes de alimentarla hacia y a través de dicho IHX, y de regreso hacia y a través de dicho evaporador de doble hilera, en donde el condensador de doble hilera preferentemente proporciona un fluido de trabajo subenfriado a dicho IHX.

10. El proceso de la reivindicación 9 en donde hacer circular dicho fluido de trabajo hacia y a través de dicho condensador de doble hilera comprende además introducir dicho fluido de trabajo a través de dicha segunda entrada de dicha hilera posterior de dicho condensador de doble hilera a una primera temperatura y descargar dicho fluido de trabajo en dicha hilera frontal de dicho condensador de doble hilera a una segunda temperatura menor, y descargar dicho fluido de trabajo de dicha hilera frontal a una tercera temperatura menor y subenfriada para hacerlo circular hacia dicho IHX.

11. El proceso de la reivindicación 9 que comprende además hacer pasar aire de manera secuencial a través de las hileras frontales y después las segundas hileras del condensador de doble hilera para precalentar el aire.

12. El proceso de la reivindicación 9 en donde la composición de fluido de trabajo de fluoroolefina comprende uno de:

a) HFC-32 y HFC-1225ye;

b) HFC-1234yf y CF<3>I;

c) HFC-32, HFC-134a, y HFC-1225ye;

d) HFC-32, HFC-125, y HFC-1225ye;

e) HFC-32, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

f) HFC-125, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

g) HFC-32, HFC-1225ye, HFC-1234yf, y CF<3>I;

h) HFC-134a, HFC-1225ye, y HFC-1234yf;

i) HFC-134a y HFC-1234yf;

j) HFC-32 y HFC-1234yf;

k) HFC-125 y HFC-1234yf;

l) HFC-32, HFC-125, y HFC-1234yf;

m) HFC-32, HFC-134a, y HFC-1234yf;

n) DME y HFC-1234Yf;

o) HFC-152a y HFC-1234yf; y

p) HFC-152a, HFC-134a, y HFC-1234yf.

13. El proceso de la reivindicación 9 en donde dicho sistema está comprendido en un sistema de compresión de vapor de un sistema estacionario de refrigeración, un sistema de aire acondicionado, un sistema de bomba de calor, un sistema móvil de aire acondicionado y un sistema de refrigeración, en donde dicho sistema está comprendido preferentemente en un sistema de compresión de vapor de un sistema de bomba de calor o

en un sistema de compresión de vapor de un sistema de bomba de calor móvil o un sistema de aire acondicionado.

14. El proceso de la reivindicación 9 en donde dicho fluido de trabajo de ese IHX pasa a través de un dispositivo de expansión en donde el dispositivo de expansión se selecciona preferentemente entre una válvula de expansión, un tubo capilar o un tubo de orificio, antes de pasar a dicha entrada de la hilera frontal de dicho evaporador.

15. El proceso de la reivindicación 9 en donde dicho fluido de trabajo comprende una fluoroolefina que tiene la fórmulaE-o Z-R<1>CH=CHR<2>(Fórmula I), en donde R<1>y R<2>son, independientemente, grupos perfluoroalquilo C<1>a C<6>.