Brevet FR2998302A1 — publié le 20140523

- 1 - Composition réfrigérante La présente invention concerne des fluides frigorigènes aptes à être utilisés dans différents types de systèmes à compression en remplacement du réfrigérant R-404A. L'utilisation de fluide frigorigène dans des systèmes de réfrigération à compression est largement répandue dans les domaines de la réfrigération industrielle, commerciale et à usage domestique. Les problèmes posés par les substances appauvrissant la couche d'ozone atmosphérique (ODP : ozone depletion potential) ont été traités à Montréal où a été signé le protocole imposant une réduction de la production et de l'utilisation des chlorofluorocarbures (CFC). Ce protocole a fait l'objet d'amendements qui ont imposé l'abandon des CFC et étendu la réglementation à d'autres produits, dont les hydrochlorofluorocarbones (HCFC). L'industrie de la réfrigération et de la production d'air conditionné a beaucoup investi dans la substitution de ces fluides frigorigènes et c'est ainsi que les hydrofluorocarbures (HFC) ont été commercialisés. La contribution à l'effet de serre d'un fluide est quantifiée par un critère, le GWP (Global Warming Potential) qui résume le pouvoir de réchauffement en prenant une valeur de référence de 1 pour le dioxyde de carbone. Le fluide frigorigène R-404A est un mélange de fluoroéthanes, i.e., R-143a, R-125 et R-134a ayant un GWP de 3922. Ce fluide a un GWP élevé majoritairement à cause de la présence du R-143a qui a un GWP de 4470. Un fluide ayant un GWP élevé nécessite d'être remplacé. Il existe donc un besoin important de développer un fluide de remplacement du R-404A, pouvant fonctionner dans les mêmes systèmes à compression. - 2 - Selon un premier aspect, l'invention concerne ainsi des compositions comprenant au moins de 36 à 39 % en poids de difluorométhane (HFC-32), de 28 à 32 % en poids de pentafluoroethane (HFC-125) et de 31 à 35 % en poids de tetrafluoroethane (HFC-134a). De préférence, les compositions selon l'invention sont caractérisée en ce que la somme des poids des composés HFC-32, HFC-125 et HFC-134a est égale à 100 %. Dans un mode de réalisation selon l'invention, on préfère une composition consistant en 37 % en poids de difluorométhane (HFC-32), 30 % en poids de pentafluoroethane (HFC-125), et 33 % en poids de tetrafluoroethane (HFC-134a). Une possibilité offerte par la présente invention est l'utilisation des compositions préalablement citées en tant que fluide réfrigérant. Dans un mode de réalisation préféré, les compositions selon l'invention sont utilisées en remplacement du R-404A. L'invention concerne également un procédé de réfrigération comprenant au moins une étape de condensation suivit d'une étape d'évaporation d'une composition décrite précédemment. Dans un mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention comprend une étape de condensation réalisée à une température supérieure à 13 °C, de préférence supérieure à 24 °C. Selon un mode de réalisation tout particulièrement préféré, le procédé selon l'invention, comprend une étape d'évaporation réalisée à une température inférieure ou égale à -10 °C. - 3 - L'invention a également pour objet un dispositif pour transfert de chaleur dans un cycle de compression renfermant une composition décrite précédemment. Les performances du mélange noté «Mélange 1» constitué de 37 % en poids de difluorométhane (HFC-32), 30 % en poids de pentafluoroethane (HFC125), 33 % en poids de tetrafluoroethane (HFC-134a) sont comparées à celles du R-404A en simulant les performances avec le logiciel Cycle D, NIST- version 5.0 dans les conditions opératoires suivantes et sont présentées ci-après: Température d'évaporation : -32 °C Température de condensation : 43 °C Sous-refroidissement : 5 °C Surchauffe : 5 °C Puissance frigorifique : 10 kW Coefficient isentropique du compresseur : 0,7 Le GWP est calculé selon le 4ème rapport de l'IPCC (2007) Réfrigérant R-404A Mélange 1 GWP 3922 1722 Pression d'évaporation (bar) 1,8 1,6 Pression de condensation (bar) 19,3 20,6 Capacité frigorifique (kJ/m3) 912 998 Coefficient de Performance 1,4 1,5 Débit massique (kg/h) 375 233 Les performances du «Mélange 1» à différentes températures de condensation et d'évaporation sont présentées ci-après et comparées à celles du R404A : 4 Réfrigérant R-404A Mélange 1 GWP 3922 1722 Température de condensation (°C) 13 24 35 43 13 24 35 43 Température d'évaporation (°C) -32 -32 -10 -20 -32 -10 -20 -32 -32 -32 -10 -20 -32 -10 -20 -32 Pression d'évaporation (bar) 1.8 1.8 4.3 3.0 1.8 4.3 3.0 1.8 1.6 1.6 3.9 2.7 1.6 3.9 2.7 1.6 Pression de condensation (bar) 8.8 12.0 15.9 15.9 15.9 19.3 19.3 19.3 9.2 12.6 16.9 16.9 16.9 20.6 20.6 20.6 Capacité frigorifique (kJ/e) 1343 1191 2589 1738 1032 2318 1547 912 1308 1199 2746 1838 1084 2541 1697 998 Coefficient de Performance 3.1 2.3 3.2 2.3 1.7 2.5 1.9 1.4 2.9 2.2 3.1 2.4 1.7 2.5 1.9 1.5 Débit massique (kg/h) 254 287 296 310 331 330 349 375 178 194 201 207 215 217 224 233 Capacité frigorifique par rapport au R-404A (%) - - - - - - - - 97 101 106 106 105 110 110 109 COP par rapport au R-404A (%) - - _ - - - _ - - - 95 99 98 100 102 101 104 106 REVENDICATIONS1. Composition comprenant : a. 36 à 39 % en poids de difluorométhane (HFC-32) b. 28 à 32 % en poids de pentafluoroethane (HFC-125) c. 31 à 35 % en poids de tetrafluoroethane (HFC-134a) 2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle la somme des poids des composés HFC-32, HFC-125, HFC-134a est égale à 100 %. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, consistant en : a. 37 % en poids de difluorométhane (HFC-32) b. 30 % en poids de pentafluoroethane (HFC-125) c. 33 % en poids de tetrafluoroethane (HFC-134a) 4. Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comme réfrigérant. 5. Utilisation selon la revendication 4, en remplacement du R-404A. 6. Procédé de réfrigération comprenant les étapes suivantes : a. Condensation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ; b. Evaporation de la dite composition. 7 Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape de condensation est réalisée à une température supérieure à 13 °C, de préférence supérieure à 24 °C.30- 6 - 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel l'étape d'évaporation est réalisée à une température inférieure ou égale à -10 °C. 9. Dispositif pour transfert de chaleur dans un cycle de compression renfermant la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.