[发明专利]具有降低的可燃特性的制冷剂

说明书

本公开涉及具有降低的可燃特性的制冷剂组合物。该可燃性降低的制冷剂包含制冷剂和添加剂。本文还公开了提高制冷剂的最小着火能量的方法和提高制冷剂的可燃下限的方法。本公开还涉及清除制冷剂中的自由基的方法。

技术领域

本公开涉及具有降低的可燃特性的制冷剂组合物和降低制冷剂可燃性的方法。

背景技术

安全问题当前限制了商用和民用可燃制冷剂的广泛使用。为蒸气压缩HVAC&R系统选择制冷剂要求在性能、安全和环境影响之间取得平衡。目前这代制冷剂如R-410A和R-404A通常由可燃和不可燃流体的共混物组成，其中整体组合物被归为不可燃。这些制冷剂的目标是作为历史上使用的单分子流体如R-11和R-22的接近即时可用的替代品。不过，R-410A和R-404A具有高的乃至非常高的全球变暖潜势(GWP)，很难找到既高效、无毒、不可燃又具有低GWP的制冷剂。

环境接受度最高的制冷剂是可燃的，迄今的研究聚焦于调整制冷系统和空调系统的设计，使其适合对可燃制冷剂流体进行最佳处理。这些研究通过限制制冷剂的排放和/或设计具有附加通风功能的系统，找到了一些减弱可燃性的途径。这些最新研究都没有重视通过内在途径限制制冷剂的可燃性，同时不改变制冷剂的基础性能和GWP影响。事实上，抑制制冷剂可燃性的传统途径是将它与具有可接受的热力学性质的已知不可燃制冷剂共混，产生不可燃共混物。一个现成的例子是R-410A，它是2L级R-32与1级R-125的不可燃共混物。然而，因为R-125具有高GWP，它仅能少量添加，这限制了它在与其他可燃制冷剂的共混物中降低可燃性的潜能。

氢氟烃(HFC)已取代氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)，作为不消耗臭氧的制冷剂用于空调和制冷。然而，一些HFC比二氧化碳具有大数千倍的全球变暖潜势(GWP)，结果，它们的大规模使用受到日益严格的审查。虽然工业上已经开发出替代型制冷剂，它们不消耗臭氧且具有低GWP，但这些制冷剂是可燃的，因此制冷剂的装载量受到限制，或者其使用场所受到限制，以确保其安全使用。

因为不饱和氟代分子如R-1234yf具有明显不同于传统可燃制冷剂如烃和氨的可燃特性，工业上创设了一个新的分级2L，用来根据其燃烧速度区分制冷剂。要分入2L级，制冷剂需要具有小于0.1m/s的燃烧速度。此外，工业上对在不同应用中使用各种可燃制冷剂进行了风险评估，这导致对安全标准如EN 378或ASHRAE 15的修改。工业部门还与包括DOE在内的几个重点机构合作，以更好地认识如何安全使用和布置可燃制冷剂。尽管安全标准非常复杂，但它们是试图通过一套新的检测、通风或排放要求来降低事故的概率和严重程度。

概述

为了尽力降低使用非臭氧消耗型低GWP可燃制冷剂的安全风险，申请人提出用添加剂来降低其可燃特性。

本公开陈述了对降低可燃制冷剂的可燃特性的分子的测试。在一些实施方式中，这些分子可在制冷剂中以添加剂含量(少于0.6％)使用，并能中断燃烧过程。

阻燃或抑燃已受到大量研究，在塑料工业中为聚合物产品提供防火保护，或者在航空业防止任何火灾。文献中已描述了许多化学活性火焰(chemically active flame)抑制剂。最有前景的分子是基于催化抑制模式，它们多数可见于卤代有机磷酸盐或有机金属分子类。

迄今为止，可燃制冷剂仅分为两类。若它能与不可燃制冷剂共混以抑制其可燃性，则它归入共混组分类。若它因非常有利的热力学性质而能独自使用，则它归入可燃类，而其可燃特点仅取决于制冷剂属性。

在这项工作的基础上，可创立第三个类别，该类别有利于将可燃制冷剂用于工业。通过使用阻燃添加剂，有可能改变可燃制冷剂的可燃特点，帮助降低其用于空调和制冷系统中相伴的风险。

除了回应社会对安全和低GWP的需求，该方法为工业提供了更多的工具，在履行环保义务的同时还满足效率要求。

详细描述