DE112014003256T5

DE112014003256T5 - Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem und Wärmekreisprozesssystem

Info

Publication number: DE112014003256T5
Application number: DE112014003256.5T
Authority: DE
Inventors: Masato Fukushima
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US10472551B2; CN110373159A; CN105452417B; US20160075927A1; JPWO2015005290A1; RU2664518C2; EP3020780A1; JP7334834B2; US11447676B2; JP2020100844A; JP7131579B2; US11905455B2; EP3470489B1; US20210198549A1; WO2015005290A1; JP6330794B2; US20180057724A1; US9828537B2; US20230015937A1; JP2022161957A

Abstract

Die Bereitstellung eines Arbeitsfluids für einen Wärmekreisprozess, das ein geringes Potenzial für eine globale Erwärmung aufweist und das R410A ersetzen kann, eine Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, welche dieses umfasst, sowie ein Wärmekreisprozesssystem, bei dem die Zusammensetzung eingesetzt wird. Ein Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen umfasst, wobei der Gesamtanteil von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 70 bis 100 Massen-% beträgt und der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von 35 bis 95 Massen-% beträgt, eine Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, welche dieses umfasst, sowie ein Wärmekreisprozesssystem, bei dem die Zusammensetzung eingesetzt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, eine Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid umfasst, und ein Wärmekreisprozesssystem, bei dem die Zusammensetzung eingesetzt wird.
STAND DER TECHNIK
In dieser Beschreibung werden abgekürzte Bezeichnungen von halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen in Klammern nach den Verbindungsbezeichnungen angegeben und in dieser Beschreibung werden je nach Erfordernis die abgekürzten Bezeichnungen anstelle der Verbindungsbezeichnungen verwendet.
Bisher wurde als Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, wie z. B. ein Kältemittel für ein Kühlgerät, ein Kältemittel für eine Klimaanlage, ein Arbeitsfluid für ein Energieerzeugungssystem (wie z. B. eine Abwärmerückgewinnungsenergieerzeugung), ein Arbeitsfluid für eine Transportvorrichtung für latente Wärme (wie z. B. ein Wärmerohr) oder ein Sekundärkühlfluid, ein Chlorfluorkohlenstoff (CFC), wie z. B. Chlortrifluormethan oder Dichlordifluormethan, oder ein Chlorfluorkohlenwasserstoff (HCFC), wie z. B. Chlordifluormethan, verwendet. Einflüsse von CFCs und HCFCs auf die Ozonschicht in der Stratosphäre sind jedoch aufgezeigt worden und deren Verwendung wird derzeit reglementiert.
Unter den vorstehend genannten Umständen wurde als Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess ein Fluorkohlenwasserstoff (HFC), der einen geringeren Einfluss auf die Ozonschicht ausübt, wie z. B. Difluormethan (HFC-32), Tetrafluorethan oder Pentafluorethan (HFC-125), anstelle von CFCs und HCFCs verwendet. Beispielsweise ist R410A (ein pseudoazeotropes Mischkältemittel aus HFC-32 und HFC-125 in einem Massenverhältnis von 1:1) ein Kältemittel, das verbreitet verwendet wurde. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass HFCs eine globale Erwärmung verursachen können.
R410A wurde aufgrund von dessen hoher Kühlkapazität verbreitet für eine gebräuchliche Klimaanlage verwendet, wie z. B. eine sogenannte Klimaanlageneinheit oder ein Raumklimatisiergerät. Es weist jedoch ein hohes Potenzial für eine globale Erwärmung (GWP) von 2088 auf und demgemäß war die Entwicklung eines Arbeitsfluids mit einem niedrigen GWP erwünscht. Ferner war die Entwicklung eines Arbeitsfluids unter der Bedingung erwünscht, dass R410A einfach ersetzt wird und vorliegende Geräte, so wie sie sind, verwendet werden.
Demgemäß wurde in den letzten Jahren ein Hydrofluorolefin (HFO), d. h., ein HFC mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, erwartet, bei dem es sich um ein Arbeitsfluid mit einem geringeren Einfluss auf die Ozonschicht handelt, und das einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung aufweist, da es wahrscheinlich ist, dass die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung durch OH-Radikale in der Luft zersetzt wird. In dieser Beschreibung wird ein gesättigter HFC als HFC bezeichnet und von einem HFO unterschieden, falls nichts anderes angegeben ist. Ferner kann ein HFC in manchen Fällen als gesättigter Fluorkohlenwasserstoff bezeichnet werden.
2,3,3,3-Tetrafluorpropen (HFO-1234yf) ist als Arbeitsfluid mit einem geringen Potenzial für eine globale Erwärmung (GWP) bekannt. Obwohl HFO-1234yf einen hohen Leistungskoeffizienten aufweist, ist dessen Kühlkapazität verglichen mit R410A gering und es kann nicht für herkömmliche Klimaanlagen, usw., verwendet werden, für die R410A verwendet worden ist, wie z. B. eine sogenannte Klimaanlageneinheit und eine Raumklimaanlage.
Als Arbeitsfluid, bei dem ein HFO verwendet wird, offenbart beispielsweise das Patentdokument 1 eine Technik, die ein Arbeitsfluid betrifft, bei dem Trifluorethylen (HFO-1123) verwendet wird, das die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist und mit dem ein hervorragendes Kreisprozessleistungsvermögen erhalten wird. Das Patentdokument 1 offenbart auch einen Versuch, ein Arbeitsfluid zu erhalten, das HFO-1123 und verschiedene HFCs in einer Kombination umfasst, um die Flammhemmung, das Kreisprozessleistungsvermögen, usw., des Arbeitsfluids zu verbessern.
Es war bekannt, dass HFO-1134yf als HFO zur Verwendung als Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess geeignet ist und eine Technik in Bezug auf HFO-1234yf wurde entwickelt. Beispielsweise offenbart das Patentdokument 2 Zusammensetzungen, die HFO-1234yf enthalten, die bei der Herstellung von HFO-1234yf durch ein spezifisches Verfahren erhältlich sind. Die Zusammensetzungen, die in dem Patentdokument 2 offenbart sind, enthalten viele Verbindungen, und Zusammensetzungen, die HFO-1234yf und HFO-1123 enthalten, sind umfasst. HFO-1123 ist jedoch nur als ein Nebenprodukt von HFO-1234yf zusammen mit vielen anderen Verbindungen offenbart, und das Patentdokument 2 offenbart nicht die Verwendung einer Zusammensetzung, welche die zwei in einem spezifischen Verhältnis enthält, als Arbeitsfluid, und dass die Zusammensetzung einen hervorragenden Leistungskoeffizienten und eine hervorragende Kühlkapazität aufweist.
Bisher wurde eine Kombination aus HFO-1234y und HFO-1123 nicht gefunden oder in irgendwelchen Dokumenten angegeben, und zwar im Hinblick auf das Erhalten eines Arbeitsfluids, das in der Praxis geeignet ist und bei dem gleichzeitig die Ausgewogenheit der Kapazität, der Effizienz und des Temperaturgradienten als Alternative zu R410A berücksichtigt ist.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: WO 2012/157764
Patentdokument 2: JP 2012-505296 A

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Der vorliegende Erfinder hat bestätigt, dass die kritische Temperatur von HFO-1123 59,2°C beträgt. Folglich wurde gefunden, dass als Alternative zu dem herkömmlich verwendeten R410A HFO-1123 eine niedrige kritische Temperatur aufweist und es Arbeitsfluide nur in einem beschränkten Bereich ersetzen kann. Ferner können selbst dann, wenn verschiedene HFCs, die in dem Patentdokument 1 offenbart sind, kombiniert werden, ein ausreichender Leistungskoeffizient und eine ausreichende Kühlkapazität nicht notwendigerweise erreicht werden können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Arbeitsfluids für einen Wärmekreisprozess, das nicht nur die kritische Temperatur, sondern auch ein ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen als Alternative zu R410A gleichzeitig erreicht, einer Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid umfasst, und eines Wärmekreisprozesssystems, bei dem die Zusammensetzung eingesetzt wird.
Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, mit dem ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen erhalten wird, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert wird, eine Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid umfasst, und ein Wärmekreisprozesssystem, bei dem die Zusammensetzung eingesetzt wird, bereitzustellen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Unter diesen Umständen hat der vorliegende Erfinder die vorliegende Erfindung dadurch gemacht, dass absichtlich HFO-1234yf, das eine niedrige Kühlkapazität aufweist, in einer Kombination mit HFO-1123 in einem spezifischen Verhältnis verwendet wird.
D. h., die vorliegende Erfindung stellt ein Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, eine Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem und ein Wärmekreisprozesssystem der folgenden [1] bis [15] bereit.

[1] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen enthält, wobei der Gesamtanteil von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 70 bis 100 Massen-% beträgt und der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von 35 bis 95 Massen-% beträgt.
[2] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [1], wobei der Gesamtanteil von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 80 bis 100 Massen-% beträgt.
[3] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [1] oder [2], wobei der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von 40 bis 95 Massen-% beträgt.
[4] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem von [1] bis [3], wobei der Anteil von Tri-fluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids höchstens 70 Mol-% beträgt.
[5] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem von [1] bis [4], das ferner einen gesättigten Fluorkohlenwasserstoff enthält.
[6] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem von [1] bis [5], das ferner einen Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, der von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen verschieden ist, enthält.
[7] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [6], wobei der Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 1,2-Difluorethylen, 2-Fluorpropen, 1,1,2-Trifluorpropen, trans-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen, cis-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen, trans-1,3,3,3-Tetrafluorpropen, cis-1,3,3,3-Tetrafluorpropen und 3,3,3-Trifluorpropen, ausgewählt ist.
[8] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [6] oder [7], wobei der Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung trans-1,3,3,3-Tetrafluorpropen ist.
[9] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [5], wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Difluormethan, 1,1-Difluorethan, 1,1,1-Trifluorethan, 1,1,2,2-Tetrafluorethan, 1,1,1,2-Tetrafluorethan und Pentafluorethan, ausgewählt ist.
[10] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [5] oder [9], wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Difluormethan, 1,1,1,2-Tetrafluorethan und Pentafluorethan, ausgewählt ist.
[11] Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach [10], wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff Difluormethan ist und, auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und Difluormethan, der Anteil von Trifluorethylen von 30 bis 70 Massen-% beträgt, der Anteil von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen höchstens 40 Massen-% beträgt und der Anteil von Difluormethan höchstens 30 Massen-% beträgt, und der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids höchstens 70 Mol-% beträgt.
[12] Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das in einem von [1] bis [11] definiert ist, und ein Schmieröl umfasst.
[13] Wärmekreisprozesssystem, das die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem umfasst, die in [12] definiert ist.
[14] Wärmekreisprozesssystem nach [13], das eine Kühlvorrichtung, eine Klimaanlage, ein Energieerzeugungssystem, eine Wärmetransportvorrichtung oder ein Sekundärkühlgerät ist.
[15] Wärmekreisprozesssystem nach [13], das eine Raumklimaanlage, eine Waren- oder Lagerhausklimaanlageneinheit, eine Gebäudeklimaanlageneinheit, eine Pflanzenklimaanlageneinheit, eine Gasmotorwärmepumpe, ein Zugklimatisierungssystem, ein Kraftfahrzeugklimatisierungssystem, ein eingebauter Schaukasten, ein freistehender Schaukasten, eine Industriegefrierkombination, eine Eisherstellungsmaschine oder ein Verkaufsautomat ist.

VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess und die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid enthält, der vorliegenden Erfindung haben einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung und weisen ein in der Praxis ausreichendes Wärmekreisprozessleistungsvermögen auf.
Das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem eingesetzt wird, der vorliegenden Erfindung hat einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung und weist ein in der Praxis ausreichendes Wärmekreisprozessleistungsvermögen auf.
Ferner erfüllt das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Bedingungen und kann herkömmlich verwendetes R410A ersetzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das einen Zusammensetzungsbereich eines Arbeitsfluids für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung in Dreieckskoordinaten einer Zusammensetzung (Massen-%) eines Gemischs aus HFO-1123, HFO-1234yf und einer anderen Komponente zeigt.
2 ist eine schematische Aufbauansicht, die ein Kühlkreisprozesssystem als ein Beispiel eines Wärmekreisprozesssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen Zusammensetzungsbereich einer Ausführungsform eines Arbeitsfluids für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung in Dreieckskoordinaten einer Zusammensetzung (Massen-%) eines Gemischs aus HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 zeigt.
4 ist ein Kreisprozessdiagramm, das die Zustandsänderung eines Arbeitsfluids in einem Kühlkreisprozesssystem in der 2 auf einer Druck-Enthalpie-Auftragung zeigt.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und dem Temperaturgradienten eines Mischfluids aus HFO-1123 und HFO-1234yf zeigt.
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und dem Leistungskoeffizienten (bezogen auf R410A) eines Mischfluids aus HFO-1123 und HFO-1234yf zeigt.
7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und der Kühlkapazität (bezogen auf R410A) eines Mischfluids aus HFO-1123 und HFO-1234yf zeigt.
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und der kritischen Temperatur eines Mischfluids aus HFO-1123 und HFO-1234yf zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben.
<Arbeitsfluid>
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung ist ein Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das HFO-1123 und HFO-1234yf enthält, wobei der Gesamtanteil von HFO-1123 und HFO-1234yf auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 70 bis 100 Massen-% beträgt und der Anteil von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf von 35 bis 95 Massen-% beträgt.
Als Wärmekreisprozess kann ein Wärmekreisprozess durch einen Wärmetauscher, wie z. B. einen Kühler oder einen Verdampfer, ohne jedwede besondere Beschränkung verwendet werden.
Der Zusammensetzungsbereich der vorliegenden Erfindung wird nachstehend als Zusammensetzungsbereich (S) beschrieben.
Der Zusammensetzungsbereich (S) des Arbeitsfluids für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung ist in der 1 in Dreieckskoordinaten gezeigt. Das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung ist ein Mischfluid, das HFO-1123 und HFO-1234yf und gegebenenfalls eine andere Komponente enthält. Die 1 zeigt Dreieckskoordinaten, welche die Zusammensetzung (Massen-%) von HFO-1123, HFO-1234yf und einer anderen Komponente durch die jeweiligen drei Seiten zeigen, und ein trapezförmiger Bereich, der durch eine dicke durchgezogene Linie gezeigt ist, die einen Teil der Basis des Dreiecks umfasst, entspricht dem Zusammensetzungsbereich (S) des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung. In der 1 steht „1123/1234” für das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFO-1234yf und „1123 + 1234” steht für die Gesamtmassen-% von HFO-1123 und HFO-1234yf auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids. Nachstehend wird die Zusammensetzung des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
Das Potenzial für eine globale Erwärmung (100 Jahre) von HFO-1234yf ist 4 als Wert in dem vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC), (2007), und das Potenzial für eine globale Erwärmung (100 Jahre) von HFO-1123 ist 0,3 als Wert, der gemäß dem vierten Sachstandsbericht des IPCC gemessen worden ist. Das GWP in dieser Beschreibung ist ein Wert (100 Jahre) in dem vierten Sachstandsbericht des IPCC, falls nichts anderes angegeben ist. Ferner wird das GWP eines Gemischs als Gewichtsmittel durch die Zusammensetzungsmasse angegeben. Beispielsweise wird das GWP eines Gemischs aus HFO-1123 und HFO-1234yf in einem Massenverhältnis von 1:1 als (0,3 + 4)/2 = 2,15 berechnet.
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung weist ein niedriges GWP auf, da es HFO-1123 mit einem sehr niedrigen GWP und HFO-1234yf in einem Gesamtgehalt von mindestens 70 Massen-% enthält. In den Dreieckskoordinaten in der 1 ist in einem Fall, bei dem das GWP einer anderen Komponente höher ist als dasjenige von HFO-1123 und HFO-1234yf, wie es z. B. bei dem nachstehend genannten gesättigten HFC der Fall ist, das GWP umso niedriger, je näher es sich an der Basis befindet. Ferner ist in einem solchen Fall eine Zusammensetzung mit dem minimalen GWP des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung, die in der 1 durch den unteren linken Winkel in dem Trapez angegeben ist (Zusammensetzungsbereich (S)), d. h., eine Zusammensetzung, bei der das Arbeitsfluid ausschließlich aus HFO-1123 und HFO-1234yf in einem Anteil von HFO-1234yf von 5 Massen-% auf der Basis von 95 Massen-% HFO-1123 besteht.
Der Anteil von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid beträgt von 35 bis 95 Massen-%, vorzugsweise von 40 bis 95 Massen-%, mehr bevorzugt von 50 bis 90 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 50 bis 85 Massen-%, insbesondere von 60 bis 85 Massen-%. In den Dreieckskoordinaten in der 1 gibt die linke Seite in dem Trapez, die den Zusammensetzungsbereich (S) angibt, eine Grenze von 1123/1234 = 95/5 Massen-% an. Die rechte Seite gibt eine Grenze von 1123/1234 = 35/65 Massen-% an. Die Oberseite gibt eine Linie von 1123 + 1234 = 70 Massen-% an und die Unterseite (Basis) gibt eine Linie von 1123 + 1234 = 100 Massen-% an.
Innerhalb eines Bereichs des Anteils von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid von mindestens 35 Massen-% ist der Temperaturgradient klein, was vorteilhaft ist. Innerhalb eines Bereichs von mindestens 40 Massen-% ist der Temperaturgradient kleiner und dies ist in der Praxis als eine Alternative zu R410A vorteilhafter. Ferner wird innerhalb eines Bereichs des Anteils von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid von 35 bis 95 Massen-% das Kühlkreisprozessleistungsvermögen, das als Alternative zu herkömmlichem R410A ausreichend ist, zusätzlich zu dem Temperaturgradienten auch im Hinblick auf den Leistungskoeffizienten, die Kühlkapazität und die kritische Temperatur erreicht. Durch die Verwendung eines solchen Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung für einen Wärmekreisprozess werden eine Kühlkapazität und ein Leistungskoeffizient erreicht, die in der Praxis ausreichend sind.
Der Gesamtgehalt von HFO-1123 und HFO-1234yf auf der Basis von 100 Massen-% des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung beträgt von 70 bis 100 Massen-%. Wenn der Gesamtgehalt von HFO-1123 und HFO-1234yf innerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, wird die Effizienz weiter erhöht, während eine bestimmte Kapazität aufrechterhalten wird, wenn ein solches Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess verwendet wird, und ein vorteilhaftes Kreisprozessleistungsvermögen wird erhalten. Der Gesamtgehalt von HFO-1123 und HFO-1234yf auf der Basis von 100 Massen-% des Arbeitsfluids beträgt vorzugsweise von 80 bis 100 Massen-%, mehr bevorzugt von 90 bis 100 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 95 bis 100 Massen-%.
Wie es vorstehend erwähnt worden ist, sind HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung beide HFOs und es handelt sich um Verbindungen, die einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung haben. Ferner kann HFO-1123, obwohl es eine hervorragende Kapazität als Arbeitsfluid aufweist, im Hinblick auf den Leistungskoeffizienten verglichen mit anderen HFOs gegebenenfalls nicht ausreichend sein. Ferner kann, wenn HFO-1123 allein verwendet wird, in manchen Fällen im Hinblick auf die kritische Temperatur für eine Anwendung, in der R410A verwendet worden ist, gegebenenfalls kein ausreichendes Kühlkreisprozessleistungsvermögen erwartet werden.
Ferner ist bekannt, dass HFO-1123 einer Selbstzersetzung unterliegt, wenn es allein bei einer hohen Temperatur oder mit einer Zündquelle bei hohem Druck verwendet wird. Daher wurde über einen Versuch zur Unterdrückung der Selbstzersetzungsreaktion durch Mischen von HFO-1123 mit einer anderen Komponente, wie z. B. Vinylidenfluorid, zur Bildung eines Gemischs mit einem verminderten Gehalt an HFO-1123 berichtet (Combustion, Explosion, and Shock Waves, Band 42, Nr. 2, Seiten 140 bis 143, 2006).
Bei den Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen HFO-1123 als Arbeitsfluid verwendet wird, war jedoch eine Zusammensetzung, mit der das Arbeitsfluid sicher verwendet werden kann, während das Kühlkreisprozessleistungsvermögen von HFO-1123 aufrechterhalten wird, nicht bekannt. Demgemäß hat der vorliegende Erfinder bestätigt, dass eine Selbstzersetzung unter den Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen eine Zusammensetzung, die HFO-1123 enthält, als Arbeitsfluid verwendet wird, unterdrückt werden kann, wenn der Gehalt von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge der Zusammensetzung höchstens 70 Mol-% beträgt.
<Bewertung der Selbstzersetzungseigenschaften von HFO-1123>
Die Selbstzersetzungseigenschaften wurden in einer Anlage gemäß dem Verfahren A bewertet, die als Anlage zur Messung des Verbrennungsbereichs eines Halogen-enthaltenden Gasgemischs durch individuelle Bekanntgaben in dem Hochdruckgassicherheitsgesetz („High Pressure Gas Safety Act”) empfohlen wird.

Insbesondere wird ein Mischfluid von HFO-1123 und HFO-1234yf, HFO-1123 und HFC-32 oder HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 in verschiedenen Anteilen in einen kugelförmigen druckbeständigen Reaktor mit einem Innenvolumen von 650 cm³ und einer vorbestimmten Temperatur, die von außen für einen vorbestimmten Druck eingestellt wird, eingebracht, und dann wurde ein Platindraht, der in dem Inneren angeordnet war, geschmolzen, so dass eine Energie von etwa 30 J eingebracht wurde. Ob die Selbstzersetzungsreaktion stattfand oder nicht, wurde durch Messen der Temperatur- und Druckänderungen in dem druckbeständigen Reaktor nach der Anwendung bestätigt. Ein Fall, bei dem eine Druckzunahme und eine Temperaturzunahme bestätigt wurden, wurde so bewertet, dass eine Selbstzersetzungsreaktion stattgefunden hat. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 bezüglich Mischfluiden von HFO-1123 und HFO-1234yf, in der Tabelle 2 bezüglich Mischfluiden von HFO-1123 und HFC-32 und in der Tabelle 3 bezüglich Mischfluiden von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 gezeigt. Der Druck in den Tabellen 1, 2 und 3 ist der Überdruck. [Tabelle 1]

HFO-1123/HFO-1234yf		Druck [MPaG]		Temperatur [°C]		Selbstzersetzungsreaktion
[Massen-%/Massen-%]	[Mol-%/Mol-%]	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Selbstzersetzungsreaktion
52/48	60/40	0,98	0,98	250	250.2	Keine
63/37	70/30	0,98	0,98	250	250.2	Keine
74/26	80/20	0,98	4,00	250	291,6	Fand statt
87/13	90/10	0,98	4,80	250	291,1	Fand statt

[Tabelle 2]

HFO-1123/HFC-32		Druck [MPaG]		Temperatur [°C]		Selbstzersetzungsreaktion
[Massen-%/Massen%]	[Mol-%/Mol-%]	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Selbstzersetzungsreaktion
70/30	60/40	0,98	0,98	250	250.5	Keine
80/20	72/28	0,98	0,98	250	250.4	Keine
85/15	78/22	0,98	4,60	250	290,0	Fand statt

[Tabelle 3]

HFO-1123/HFO-1234yf/HFC-32		Druck [MPaG]		Temperatur [°C]		Selbstzersetzungsreaktion
[Massen-%/Massen-%/Massen%]	[Mol-%/Mol-%/Mol-%]	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Vor der Zündung	Nach der Zündung	Selbstzersetzungsreaktion
70/10/20	64/7/29	0,98	0,98	250	250.5	Keine
70/20/10	70/14/16	0,98	0,98	250	250.5	Keine
80/10/10	78/7/15	0,98	4,00	250	289,5	Fand statt

Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung kann für ein Wärmekreisprozesssystem verwendet werden, obwohl es sich um eine selbstzersetzbare Zusammensetzung handelt, und zwar durch eine ausreichend sorgfältige Handhabung abhängig von den Verwendungsbedingungen. Ein Zusammensetzungsbereich des Arbeitsfluids mit einer hohen Sicherheit und mit einem hohen Kühlkreisprozessleistungsvermögen kann jedoch durch Auswählen eines Zusammensetzungsbereichs erreicht werden, der den Zusammensetzungsbereich mit Selbstzersetzungseigenschaften ausschließt, der so von dem Zusammensetzungsbereich (S) des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung bestätigt worden ist, d. h., durch Auswählen eines Zusammensetzungsbereichs, in dem der Zusammensetzungsbereich (S) des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung und ein Bereich mit einem Gehalt von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von höchstens 70 Mol-% überlappen.
HFO-1234yf ist ein HFO, das in einer ausgewogenen Weise eine Kühlkapazität und einen Leistungskoeffizienten als Arbeitsfluid aufweist. Obwohl die kritische Temperatur (94,7°C) von HFO-1234yf verglichen mit HFO-1123 hoch ist, ist dessen Kapazität, wenn es allein verwendet wird, verglichen mit R410A unzureichend.
HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung befinden sich nicht in einem azeotropen Zustand. Im Allgemeinen weist ein nicht-azeotropes Mischfluid als Arbeitsfluid Eigenschaften auf, bei denen sich die Starttemperatur und die Endtemperatur z. B. des Verdampfens in einem Verdampfer oder des Kondensierens in einem Kühler als Wärmetauscher voneinander unterscheiden, d. h., es weist einen Temperaturgradienten auf. Da das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung vorwiegend HFO-1123 und HFO-1234yf enthält, d. h., es enthält HFO-1123 und HFO-1234yf in einem Gesamtgehalt von mindestens 70 Massen-% auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids, weist es einen Temperaturgradienten auf.
Der Einfluss in einem Wärmekreisprozesssystem, wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung einen Temperaturgradienten aufweist, wird unter Bezugnahme auf einen Fall beschrieben, bei dem das Arbeitsfluid für ein Wärmekreisprozesssystem verwendet wird, das in der 2 gezeigt ist. Die 2 ist eine schematische Aufbauansicht, die ein Kühlkreisprozesssystem als ein Beispiel eines Wärmekreisprozesssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Kühlkreisprozesssystem 10 umfasst einen Kompressor 11 zum Komprimieren eines Arbeitsfluids (Dampf), einen Kühler 12 zum Kühlen und Verflüssigen des Arbeitsfluiddampfs, der aus dem Kompressor 11 ausgetragen wird, ein Expansionsventil 13 zum Expandieren lassen des Arbeitsfluids (Flüssigkeit), das aus dem Kühler 12 ausgetragen wird, und einen Verdampfer 14 zum Erwärmen und Verdampfen des Arbeitsfluids in einem flüssigen Zustand, das aus dem Expansionsventil 13 ausgetragen wird.
In dem Kühlkreisprozesssystem 10 nimmt die Temperatur des Arbeitsfluids von einem Einlass in die Richtung eines Auslasses des Verdampfers 14 bei der Verdampfung zu und im Gegensatz dazu nimmt die Temperatur von einem Einlass in die Richtung eines Auslasses des Kühlers 12 bei der Kondensation ab. In dem Kühlkreisprozesssystem 10 wird dies durch einen Wärmetausch zwischen dem Arbeitsfluid und einem Wärmequellenfluid erreicht, wie z. B. Wasser oder Luft, das oder die so strömt, dass es oder sie auf das Arbeitsfluid in dem Verdampfer 14 oder dem Kühler 12 gerichtet ist. Das Wärmequellenfluid wird durch „E→E” in dem Verdampfer 14 und durch „F→F” in dem Kühler 12 in dem Kühlkreisprozesssystem 10 dargestellt.
Dabei ist, wenn ein einzelnes Kältemittel verwendet wird, die Temperaturdifferenz zwischen der Auslasstemperatur und der Einlasstemperatur des Verdampfers 14 im Wesentlichen konstant, da kein Temperaturgradient vorliegt, wobei jedoch dann, wenn ein nicht-azeotropes Mischfluid verwendet wird, die Temperaturdifferenz nicht konstant sein wird. Beispielsweise ist in einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid bei 0°C in dem Verdampfer 14 verdampft werden soll, die Einlasstemperatur niedriger als 0°C und ein Einfrieren kann in dem Verdampfer 14 stattfinden. Insbesondere ist die Einlasstemperatur umso niedriger, je größer der Temperaturgradient ist, und umso wahrscheinlicher ist es, dass ein stärkeres Einfrieren auftritt.
Ferner kann sich in einem Fall, bei dem ein nicht-azeotropes Mischfluid mit einem großen Temperaturgradienten für das Kühlkreisprozesssystem 10 verwendet wird, da die Zusammensetzungen der gasförmigen Phase und der flüssigen Phase signifikant voneinander verschieden sind, dann, wenn das nicht-azeotrope Mischfluid, das in dem System 10 umgewälzt wird, einer Leckage unterliegt, die Zusammensetzung des nicht-azeotropen Mischfluids, das in dem System 10 umgewälzt wird, zwischen vor und nach der Leckage signifikant ändern.
Ferner wird, wie es beispielsweise in dem Kältekreisprozesssystem 10 gezeigt ist, üblicherweise in dem Wärmekreisprozesssystem die Wärmetauscheffizienz dadurch verbessert, dass das Arbeitsfluid und das Wärmequellenfluid, wie z. B. Wasser oder die Luft, das oder die in Wärmetauschern strömt, wie z. B. dem Verdampfer 14 und dem Kühler 12, im Gegenstrom strömt. Dabei ist es, da die Temperaturdifferenz des Wärmequellenfluids gering ist, in einem langzeitstabilen Betriebszustand mit der Ausnahme des Zeitpunkts der Inbetriebnahme, üblicherweise schwierig, ein Wärmekreisprozesssystem mit einer guten Energieeffizienz mit einem nicht-azeotropen Mischfluid mit einem großen Temperaturgradienten zu erhalten. Demgemäß ist ein nicht-azeotropes Mischfluid mit einem geeigneten Temperaturgradienten erwünscht.
Der Zusammensetzungsbereich und der Gehaltbereich der Kombination von HFO-1123 und HFO-1234yf in dem Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung sind Bereiche, innerhalb derer das Arbeitsfluid einen in der Praxis geeigneten Temperaturgradienten aufweist.
Der Temperaturgradient des Arbeitsfluids beträgt vorzugsweise höchstens 9,5°C, mehr bevorzugt höchstens 9°C, noch mehr bevorzugt höchstens 8,4°C, insbesondere höchstens 7,2°C.
[Optionale Komponente]
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu HFO-1123 und HFO-1234yf gegebenenfalls eine Verbindung, die üblicherweise für ein Arbeitsfluid verwendet wird, innerhalb eines Bereichs enthalten, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Selbst wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung eine optionale Verbindung enthält (die als optionale Komponente bezeichnet wird), wird der Temperaturgradient des Arbeitsfluids nicht 0 sein und das Arbeitsfluid weist einen beträchtlichen Temperaturgradienten auf. Dieser Temperaturgradient des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung variiert abhängig von dem Mischungsverhältnis von HFO-1123 und HFO-1234yf und der optionalen Komponente, die gegebenenfalls enthalten ist.
Die optionale Komponente ist vorzugsweise ein HFC oder ein HFO (ein HFC mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung), das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist.
(HFC)
Als HFC als optionale Komponente wird ein HFC mit einer Wirkung zur Verminderung des Temperaturgradienten, zur Verbesserung der Kapazität oder zur weiteren Erhöhung der Effizienz eingesetzt, wenn er in einer Kombination mit HFO-1123 und HFO-1234yf für einen Wärmekreisprozess verwendet wird. Wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung einen solchen HFC enthält, wird ein günstigeres Kreisprozessleistungsvermögen erhalten.
Es ist bekannt, dass ein HFC verglichen mit HFO-1123 und HFO-1234yf ein hohes GWP aufweist. Demgemäß wird ein HFC, der als optionale Komponente verwendet werden soll, zusätzlich zu einer Verbesserung des Kreisprozessleistungsvermögens als Arbeitsfluid im Hinblick auf die Einstellung des GWP innerhalb eines akzeptablen Bereichs ausgewählt.
Als HFC, das einen geringeren Einfluss auf die Ozonschicht aufweist und das einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung aufweist, ist ein C_1-5-HFC besonders bevorzugt. Der HFC kann linear, verzweigt oder zyklisch sein.
Der HFC kann z. B. Difluormethan (HFC-32), Difluorethan, Trifluorethan, Tetrafluorethan, Pentafluorethan (HFC-125), Pentafluorpropan, Hexafluorpropan, Heptafluorpropan, Pentafluorbutan oder Heptafluorcyclopentan sein.
Insbesondere im Hinblick auf einen geringeren Einfluss auf die Ozonschicht und ein hervorragendes Kühlkreisprozessleistungsvermögen ist der HFC vorzugsweise HFC-32, 1,1-Difluorethan (HFC-152a), 1,1,1-Trifluorethan (HFC-143a), 1,1,2,2-Tetrafluorethan (HFC-134), 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a) oder HFC-125, mehr bevorzugt HFC-32, HFC-134a oder HFC-125.
Der HFC kann allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Bezüglich des GWP des vorstehend genannten bevorzugten HFC beträgt das GWP von HFC-32 675, das GWP von HFC-134a beträgt 1430 und das GWP von HFC-125 beträgt 3500. Im Hinblick auf die Verminderung des GWP des erhältlichen Arbeitsfluids auf einen niedrigen Wert ist der HFC als die optionale Komponente insbesondere HFC-32.
In einem Fall, bei dem HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 für das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, ist es bevorzugt, dass der Zusammensetzungsbereich (S) des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung erfüllt ist und dass auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 der Anteil von HFO-1123 von 30 bis 80 Massen-% beträgt, der Anteil von HFO-1234yf höchstens 40 Massen-% beträgt und der Anteil von HFC-32 höchstens 30 Massen-% beträgt. Dieser Zusammensetzungsbereich wird nachstehend als der Zusammensetzungsbereich (P) beschrieben.
Der Zusammensetzungsbereich (P) in einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess der vorliegenden Erfindung HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 umfasst, ist in den Dreieckskoordinaten in der 3 gezeigt. D. h., die 3 zeigt Dreieckskoordinaten, welche die Zusammensetzung (Massen-%) von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 durch die jeweiligen drei Seiten angeben, und ein fünfeckiger Bereich, der durch eine fette durchgezogene Linie umgeben ist, wobei sich eine Seite davon geringfügig auf der inneren Seite der Basis des Dreiecks befindet, entspricht dem Zusammensetzungsbereich (P) des bevorzugten Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung.
Die Seiten (P1) bis (P5) des Fünfecks, das den Zusammensetzungsbereich (P) in der 3 angibt, geben jeweils Grenzen der folgenden Bereiche an. In den folgenden Formeln geben abgekürzte Bezeichnungen der jeweiligen Verbindungen die Anteile (Massen-%) der jeweiligen Verbindungen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids an, d. h., der Gesamtmenge von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32.

(P1) 70 Massen-% ≤ HFO-1123 + HFO-1234yf und HFC-32 ≤ 30 Massen-%
(P2) HFO-1123/HFO-1234yf ≤ 95/5 Massen-%
(P3) HFO-1123 ≤ 80 Massen-%
(P4) 0 Massen-% < HFC-32
(P5) HFO-1234yf ≤ 40 Massen-%

Wie es vorstehend beschrieben worden ist, sind die GWPs von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 0, 3, 4 bzw. 675. Die Zusammensetzung, bei der das GWP in dem Zusammensetzungsbereich (P) am höchsten ist, ist die Zusammensetzung bei dem oberen rechten Winkel des Fünfecks, d. h., die Zusammensetzung, die 30 Massen-%:40 Massen-%:30 Massen-% HFO-1123:HFO-1234yf:HFC-32 umfasst, und das GWP mit der Zusammensetzung wird als (0,3 × 30 + 4 × 40 + 675 × 30)/100 = 204,19 berechnet. Das Arbeitsfluid in einem solchen Zusammensetzungsbereich (P) ist ein Arbeitsfluid mit jeweiligen Eigenschaften von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 in einer ausgewogenen Weise und bei dem Mängel der jeweiligen Komponenten vermindert sind. D. h., das Arbeitsfluid in dem Zusammensetzungsbereich (P) ist ein Arbeitsfluid, das ein niedriges GWP, einen kleinen Temperaturgradienten und ein bestimmtes Leistungsvermögen und eine bestimmte Effizienz aufweist, wenn es für einen Wärmekreisprozess verwendet wird, und folglich wird mit einem solchen Arbeitsfluid ein günstiges Kreisprozessleistungsvermögen erhalten.
Ferner kann in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben worden ist, durch Auswählen eines Zusammensetzungsbereichs, der den Zusammensetzungsbereich mit Selbstzersetzungseigenschaften ausschließt, wie es vorstehend bestätigt worden ist, von einem solchen Zusammensetzungsbereich (P), d. h., durch Auswählen eines Zusammensetzungsbereichs, in dem der Zusammensetzungsbereich (P) und ein Bereich mit einem Gehalt von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von höchstens 70 Mol-% überlappen, ein Zusammensetzungsbereich des Arbeitsfluids mit einer hohen Sicherheit und auch einem hohen Kühlkreisprozessleistungsvermögen erreicht werden.
In einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung drei Verbindungen HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 umfasst, kann eine mehr bevorzugte Zusammensetzung eine Zusammensetzung sein, die HFO-1123 in einem Anteil von 30 bis 70 Massen-%, HFO-1234yf in einem Anteil von 4 bis 40 Massen-% und HFC-32 in einem Anteil von mehr als 0 bis 30 Massen-% auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123, HFO-1234yf und HFC-32 enthält und einen Gehalt von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von höchstens 70 Mol-% innerhalb des Zusammensetzungsbereichs (P) aufweist. Im Hinblick auf den relativen Leistungskoeffizienten beträgt der Gehalt von HFC-32 vorzugsweise mindestens 5 Massen-%, mehr bevorzugt mindestens 8 Massen-%.
(Von HFO-1123 und HFO-1234yf verschiedenes HFO)
Das HFO als optionale Komponente kann z. B. 1,2-Difluorethylen (HFO-1132), 2-Fluorpropen (HFO-1261yf), 1,1,2-Trifluorpropen (HFO-1243yc), trans-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen (HFO-1225ye(E)), cis-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen (HFO-1225ye(Z)), trans-1,3,3,3-Tetrafluorpropen (HFO-1234ze(E)), cis-1,3,3,3-Tetrafluorpropen (HFO-1234ze(Z)) oder 3,3,3-Trifluorpropen (HFO-1243zf) sein.
Insbesondere ist das HFO als die optionale Komponente im Hinblick auf eine hohe kritische Temperatur und eine hervorragende Sicherheit und einen hervorragenden Leistungskoeffizienten vorzugsweise HFO-1234ze(E) oder HFO-1234ze(Z), mehr bevorzugt HFO-1234ze(E).
Das HFO, das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist, kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
In einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung den HFC und/oder das HFO, das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist, als optionale Komponente enthält, beträgt der Gesamtgehalt des HFC und des HFO, das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist, pro 100 Massen-% des Arbeitsfluids höchstens 30 Massen-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Massen-%, mehr bevorzugt von 1 bis 10 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 2 bis 8 Massen-%. Der Gesamtgehalt des HFC und des HFO, das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist, in dem Arbeitsfluid wird innerhalb des vorstehend genannten Bereichs abhängig von der Art des HFC und des HFO, das von HFO-1123 und HFO-1234yf verschieden ist, die verwendet werden sollen, im Hinblick auf die Verminderung des Temperaturgradienten, die Verbesserung der Kapazität oder die weitere Erhöhung der Effizienz, wenn sie für einen Wärmekreisprozess in einer Kombination mit HFO-1123 und HFO-1234yf verwendet werden, und unter weiterer Berücksichtigung des Potenzials für eine globale Erwärmung in einer geeigneten Weise eingestellt.
(Andere optionale Komponente)
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung kann als von der vorstehend genannten optionalen Komponente verschiedene Komponente eine andere optionale Komponente enthalten, wie z. B. Kohlendioxid, einen Kohlenwasserstoff, ein Chlorfluorolefin (CFO) oder ein Hydrochlorfluorolefin (HCFO). Eine solche andere optionale Komponente ist vorzugsweise eine Komponente, die einen geringeren Einfluss auf die Ozonschicht aufweist und die einen geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung aufweist.
Der Kohlenwasserstoff kann z. B. Propan, Propylen, Cyclopropan, Butan, Isobutan, Pentan oder Isopentan sein.
Der Kohlenwasserstoff kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
In einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung einen Kohlenwasserstoff enthält, beträgt dessen Gehalt höchstens 30 Massen-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Massen-%, mehr bevorzugt von 1 bis 10 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 3 bis 8 Massen-% pro 100 Massen-% des Arbeitsfluids. Wenn der Gehalt des Kohlenwasserstoffs mindestens die Untergrenze ist, wird die Löslichkeit eines Mineralschmieröls in dem Arbeitsfluid günstig sein.
Das CFO kann z. B. Chlorfluorpropen oder Chlorfluorethylen sein. Im Hinblick auf die Unterdrückung einer Entflammbarkeit des Arbeitsfluids ohne signifikante Verminderung des Kreisprozessleistungsvermögens des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung ist das CFO vorzugsweise 1,1-Dichlor-2,3,3,3-tetrafluorpropen (CFO-1214ya), 1,3-Dichlor-1,2,3,3-Tetrafluorpropen (CFO-1214yb) oder 1,2-Dichlor-1,2-difluorethylen (CFO-1112).
Das CFO kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung das CFO enthält, beträgt dessen Gehalt höchstens 30 Massen-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Massen-%, mehr bevorzugt von 1 bis 10 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 2 bis 8 Massen-% pro 100 Massen-% des Arbeitsfluids. Wenn der Gehalt des CFO mindestens die Untergrenze ist, ist es wahrscheinlich, dass die Entflammbarkeit des Arbeitsfluids vermindert wird. Wenn der Gehalt des CFO höchstens die Obergrenze ist, ist es wahrscheinlich, dass ein günstiges Kreisprozessleistungsvermögen erhalten wird.
Das HCFO kann z. B. Hydrochlorfluorpropen oder Hydrochlorfluorethylen sein. Im Hinblick auf die Unterdrückung einer Entflammbarkeit des Arbeitsfluids ohne signifikante Verminderung des Kreisprozessleistungsvermögens des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung ist das HCFO vorzugsweise 1-Chlor-2,3,3,3-tetrafluorpropen (HCFO-1224yd) oder 1-Chlor-1,2-difluorethylen (HCFO-1122).
Das HCFO kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
In einem Fall, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung das HCFO enthält, beträgt der Gehalt des HCFO pro 100 Massen-% des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung höchstens 30 Massen-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Massen-%, mehr bevorzugt von 1 bis 10 Massen-%, noch mehr bevorzugt von 2 bis 8 Massen-%. Wenn der Gehalt des HCFO mindestens die Untergrenze ist, ist es wahrscheinlich, dass die Entflammbarkeit des Arbeitsfluids vermindert wird. Wenn der Gehalt des HCFO höchstens die Obergrenze ist, ist es wahrscheinlich, dass ein günstiges Kreisprozessleistungsvermögen erhalten wird.
Wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannte optionale Komponente und eine weitere optionale Komponente enthält, beträgt deren Gesamtgehalt höchstens 30 Massen-% pro 100 Massen-% des Arbeitsfluids.
Das vorstehend beschriebene Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung ist ein Arbeitsfluid, das durch Mischen von HFO-1123, das ein hervorragendes Leistungsvermögen als Arbeitsfluid aufweist, und HFO-1234yf, das die Kapazität und die Effizienz als Arbeitsfluid in einer ausgewogenen Weise aufweist, wobei beide HFOs mit einem geringeren Einfluss auf die globale Erwärmung sind, in einer Kombination in einem Anteil erhalten wird, so dass das Kreisprozessleistungsvermögen verglichen mit einem Fall verbessert wird, bei dem sie jeweils alleine verwendet werden, und zwar unter Berücksichtigung des Temperaturgradienten in einem Mischfluid von diesen, und es weist ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen auf, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert ist.
[Anwendung auf ein Wärmekreisprozesssystem]
(Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem)
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung kann in einer Anwendung auf ein Wärmekreisprozesssystem als Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung üblicherweise gemischt mit einem Schmieröl verwendet werden. Die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung, die das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung und ein Schmieröl umfasst, kann ferner bekannte Additive enthalten, wie z. B. einen Stabilisator und eine Leckerfassungssubstanz.
(Schmieröl)
Als Schmieröl kann ein bekanntes Schmieröl verwendet werden, das für die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem zusammen mit einem Arbeitsfluid, das einen halogenierten Kohlenwasserstoff umfasst, ohne irgendeine spezielle Beschränkung verwendet worden ist. Das Schmieröl kann z. B. insbesondere ein Sauerstoff-enthaltendes synthetisches Öl (wie z. B. ein Esterschmieröl oder ein Etherschmieröl), ein fluoriertes Schmieröl, ein Mineralschmieröl oder ein synthetisches Kohlenwasserstofföl sein.
Das Esterschmieröl kann z. B. ein Esteröl einer zweibasigen Säure, ein Polyolesteröl, ein Komplexesteröl oder ein Polyolcarbonatöl sein.
Das Esteröl einer zweibasigen Säure ist vorzugsweise ein Ester einer zweibasigen C_5-10-Säure (wie z. B. Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure oder Sebacinsäure) mit einem einwertigen C_1-15-Alkohol, der linear ist oder eine verzweigte Alkylgruppe aufweist (wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, Octanol, Nonanol, Decanol, Undecanol, Dodecanol, Tridecanol, Tetradecanol oder Pentadecanol). Insbesondere können z. B. Ditridecylglutarat, Di(2-ethylhexyl)adipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladipat oder Di(3-ethylhexyl)sebacat genannt werden.
Das Polyolesteröl ist vorzugsweise ein Ester eines Diols (wie z. B. Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,2-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, 1,7-Heptandiol oder 1,12-Dodecandiol) oder eines Polyols, das von 3 bis 20 Hydroxygruppen aufweist (wie z. B. Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Trimethylolbutan, Pentaerythrit, Glycerin, Sorbit, Sorbitan oder Sorbit/Glycerin-Kondensat) mit einer C_6-20-Fettsäure (wie z. B. einer linearen oder verzweigten Fettsäure, wie z. B. Hexansäure, Heptansäure, Octansäure, Nonansäure, Decansäure, Undecansäure, Dodecansäure, Eicosansäure oder Ölsäure, oder einer sogenannten Neosäure, die ein quaternäres α-Kohlenstoffatom aufweist).
Das Polyolesteröl kann eine freie Hydroxygruppe aufweisen.
Das Polyolesteröl ist vorzugsweise ein Ester (wie z. B. Trimethylolpropantripelargonat, Pentaerythrit-2-ethylhexanoat oder Pentaerythrittetrapelargonat) eines gehinderten Alkohols (wie z. B. Neopentylglykol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Trimethylolbutan oder Pentaerythrit).
Das Komplexesteröl ist ein Ester einer Fettsäure und einer zweibasigen Säure mit einem einwertigen Alkohol und einem Polyol. Die Fettsäure, die zweibasige Säure, der einwertige Alkohol und das Polyol können derart sein, wie es vorstehend definiert worden ist.
Das Polyolcarbonatöl ist ein Ester einer Carbonsäure mit einem Polyol.
Das Polyol kann das vorstehend beschriebene Diol oder das vorstehend beschriebene Polyol sein. Ferner kann das Polyolcarbonatöl ein Ringöffnungspolymer eines cyclischen Alkylencarbonats sein.
Das Etherschmieröl kann ein Polyvinyletheröl oder ein Polyoxyalkylenöl sein.
Das Polyvinyletheröl kann ein Öl sein, das durch Polymerisieren eines Vinylethermonomers, wie z. B. eines Alkylvinylethers, erhalten wird, oder ein Copolymer, das durch Copolymerisieren eines Vinylethermonomers und eines Kohlenwasserstoffmonomers mit einer olefinischen Doppelbindung erhalten wird.
Das Vinylethermonomer kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Bei dem Kohlenwasserstoffmonomer, das eine olefinische Doppelbindung aufweist, kann es sich z. B. um Ethylen, Propylen, verschiedene Formen von Buten, verschiedene Formen von Penten, verschiedene Formen von Hexen, verschiedene Formen von Hepten, verschiedene Formen von Octen, Diisobutylen, Triisobutylen, Styrol, α-Methylstyrol oder Alkyl-substituiertes Styrol handeln. Das Kohlenwasserstoffmonomer, das eine olefinische Doppelbindung aufweist, kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Das Polyvinylethercopolymer kann jedwedes von einem Blockcopolymer und einem statistischen Copolymer sein. Das Polyvinyletheröl kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Das Polyoxyalkylenöl kann z. B. Polyoxyalkylenmonool, ein Polyoxyalkylenpolyol, ein Alkylether eines Polyoxyalkylenmonools oder eines Polyoxyalkylenpolyols oder ein Ester eines Polyoxyalkylenmonools oder eines Polyoxyalkylenpolyols sein.
Das Polyoxyalkylenmonool oder das Polyoxyalkylenpolyol kann eines sein, das z. B. durch ein Verfahren des Unterziehens eines C_2-4-Alkylenoxids (wie z. B. Ethylenoxid oder Propylenoxid) einer Ringöffnungsadditionspolymerisation mit einem Initiator wie z. B. Wasser oder einer Hydroxygruppe-enthaltenden Verbindung in der Gegenwart eines Katalysators, wie z. B. eines Alkalihydroxids erhalten wird. Ferner kann ein Molekül der Polyoxyalkylenkette einzelne Oxyalkyleneinheiten oder zwei oder mehr Typen von Oxyalkyleneinheiten enthalten. Es ist bevorzugt, dass in einem Molekül mindestens Oxypropyleneinheiten enthalten sind.
Der Initiator, der für die Reaktion verwendet werden soll, kann z. B. Wasser, ein einwertiger Alkohol, wie z. B. Methanol oder Butanol, oder ein mehrwertiger Alkohol, wie z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol, Pentaerythrit oder Glycerin, sein.
Das Polyoxyalkylenöl ist vorzugsweise ein Alkylether oder ein Ester eines Polyoxyalkylenmonools oder Polyoxyalkylenpolyols. Ferner ist das Polyoxyalkylenpolyol vorzugsweise ein Polyoxyalkylenglykol. Besonders bevorzugt ist ein Alkylether eines Polyoxyalkylenglykols, bei dem die endständige Hydroxygruppe des Polyoxyalkylenglykols mit einer Alkylgruppe, wie z. B. einer Methylgruppe, verkappt ist, was als Polyglykolöl bezeichnet wird.
Das fluorierte Schmieröl kann z. B. eine Verbindung, bei der die Wasserstoffatome eines synthetischen Öls (wie z. B. des nachstehend genannten Mineralöls, Poly-α-olefins, Alkylbenzols oder Alkylnaphthalins), durch Fluoratome substituiert sind, ein Perfluorpolyetheröl oder ein fluoriertes Silikonöl sein.
Das Mineralschmieröl kann z. B. ein Naphthenmineralöl oder ein Paraffinmineralöl sein, das durch Reinigen einer Schmierölfraktion erhalten wird, die durch eine Destillation bei Atmosphärendruck oder eine Vakuumdestillation eines Rohöls durch eine Reinigungsbehandlung (wie z. B. eine Lösungsmittelentasphaltierung, eine Lösungsmittelextraktion, ein Hydrokracken, ein Lösungsmittelentwachsen, ein katalytisches Entwachsen, ein Hydrotreating oder eine Tonbehandlung) erhalten worden ist, gegebenenfalls in einer Kombination, sein.
Das synthetische Kohlenwasserstofföl kann z. B. ein Poly-α-olefin, ein Alkylbenzol oder ein Alkylnaphthalin sein.
Das Schmieröl kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Das Schmieröl ist vorzugsweise mindestens ein Mitglied, das aus einem Polyolesteröl, einem Polyvinyletheröl und einem Polyglykolöl ausgewählt ist.
Die Menge des Schmieröls ist innerhalb eines Bereichs, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beträchtlich vermindert, nicht beschränkt und sie beträgt vorzugsweise von 10 bis 100 Massenteile, mehr bevorzugt von 20 bis 50 Massenteile pro 100 Massenteile des Arbeitsfluids.
(Stabilisator)
Der Stabilisator ist eine Komponente, welche die Stabilität des Arbeitsfluids gegen Wärme und eine Oxidation verbessert. Als Stabilisator kann ein bekannter Stabilisator, der für ein Wärmekreisprozesssystem zusammen mit einem Arbeitsfluid, das einen halogenierten Kohlenwasserstoff umfasst, verwendet worden ist, wie z. B. ein die Oxidationsbeständigkeit verbesserndes Mittel, ein die Wärmebeständigkeit verbesserndes Mittel oder ein Metalldeaktivator, ohne irgendwelche speziellen Beschränkungen verwendet werden.
Das die Oxidationsbeständigkeit verbessernde Mittel und das die Wärmebeständigkeit verbessernde Mittel können z. B. N,N'-Diphenylphenylendiamin, p-Octyldiphenylamin, p,p'-Dioctyldiphenylamin, N-Phenyl-1-naphthylamin, N-Phenyl-2-naphthylamin, N-(p-Dodecyl)phenyl-2-naphthylamin, Di-1-naphthylamin, Di-2-naphthylamin, N-Alkylphenothiazin, 6-(t-Butyl)phenol, 2,6-Di-(t-butyl)phenol, 4-Methyl-2,6-di-(t-butyl)phenol oder 4,4'-Methylenbis(2,6-di-t-butylphenol) sein. Jedes des die Oxidationsbeständigkeit verbessernden Mittels und des die Wärmebeständigkeit verbessernden Mittels kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Der Metalldeaktivator kann z. B. Imidazol, Benzimidazol, 2-Mercaptobenzothiazol, 2,5-Dimercaptothiadiazol, Salicylidenpropylendiamin, Pyrazol, Benzotriazol, Tritriazol, 2-Methylbenzamidazol, 3,5-Dimethylpyrazol, Methylenbisbenzotriazol, eine organische Säure oder ein Ester davon, ein primäres, sekundäres oder tertiäres aliphatisches Amin, ein Aminsalz einer organischen Säure oder anorganischen Säure, eine heterocyclische Stickstoff-enthaltende Verbindung, ein Aminsalz eines Alkylphosphats oder ein Derivat davon sein.
Die Menge des Stabilisators ist innerhalb eines Bereichs, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beträchtlich vermindert, nicht beschränkt und sie beträgt vorzugsweise höchstens 5 Massenteile, mehr bevorzugt höchstens 1 Massenteil pro 100 Massenteile des Arbeitsfluids.
(Leckageerfassungssubstanz)
Die Leckageerfassungssubstanz kann z. B. ein Ultraviolettfluoreszenzfarbstoff, ein stark riechendes Gas oder ein Geruchsmaskierungsmittel sein.
Bei dem Ultraviolettfluoreszenzfarbstoff kann es sich um Ultraviolettfluoreszenzfarbstoffe handeln, die für ein Wärmekreisprozesssystem zusammen mit einem Arbeitsfluid, das einen halogenierten Kohlenwasserstoff umfasst, verwendet worden sind, wie z. B. Farbstoffe, die beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,249,412 , JP 10-502737 A , JP 2007-511645 A , JP 2008-500437 A und JP 2008-531836 A offenbart sind.
Bei dem Geruchsmaskierungsmittel kann es sich um bekannte Duftstoffe handeln, die für ein Wärmekreisprozesssystem zusammen mit einem Arbeitsfluid, das einen halogenierten Kohlenwasserstoff umfasst, verwendet worden sind, wie z. B. Duftstoffe, die beispielsweise in JP 2008-500437 A und JP 2008-531836 A offenbart sind.
In einem Fall, bei dem die Leckageerfassungssubstanz verwendet wird, kann ein Solubilisierungsmittel verwendet werden, das die Löslichkeit der Leckageerfassungssubstanz in dem Arbeitsfluid verbessert.
Bei dem Solubilisierungsmittel kann es sich um eines handeln, wie es z. B. in JP 2007-511645 A , JP 2008-500437 A und JP 2008-531836 A offenbart ist.
Die Menge der Leckageerfassungssubstanz ist innerhalb eines Bereichs, der die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beträchtlich vermindert, nicht beschränkt und sie beträgt vorzugsweise höchstens 2 Massenteile, mehr bevorzugt höchstens 0,5 Massenteile pro 100 Massenteile des Arbeitsfluids.
<Wärmekreisprozesssystem>
Das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung ist ein System, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Wenn das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung auf ein Wärmekreisprozesssystem angewandt wird, wird das Arbeitsfluid üblicherweise verwendet, wie es in der Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem vorliegt. Das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmepumpensystem sein, das Wärme nutzt, die durch einen Kühler erhalten worden ist, oder es kann sich um ein Kühlkreisprozesssystem handeln, das die Kälte nutzt, die durch einen Verdampfer erhalten worden ist.
Das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung kann z. B. insbesondere ein Kühlgerät, eine Klimaanlage, ein Energieerzeugungssystem, eine Wärmeübertragungsvorrichtung und ein Sekundärkühlgerät sein. Von diesen wird das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung, das in einer Arbeitsumgebung bei einer höheren Temperatur ein stabiles Wärmekreisprozessleistungsvermögen zeigt, in vielen Fällen vorzugsweise als Klimaanlage verwendet, die im Außenbereich angeordnet werden soll. Ferner wird das Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auch für ein Kühlsystem verwendet.
Die Klimaanlage kann z. B. spezifisch eine Raumklimaanlage, eine Klimaanlageneinheit (wie z. B. eine Waren- oder Lagerhausklimaanlageneinheit, eine Gebäudeklimaanlageneinheit, eine Pflanzenklimaanlagenenheit, eine Gasmotorwärmepumpe, ein Zugklimatisierungssystem oder ein Kraftfahrzeugklimatisierungssystem sein.
Das Kühlgerät kann z. B. insbesondere ein Schaukasten (wie z. B. ein eingebauter Schaukasten oder ein freistehender Schaukasten), eine Industriegefrierkombination, ein Verkaufsautomat oder eine Eisherstellungsmaschine sein.
Das Energieerzeugungssystem ist vorzugsweise ein Energieerzeugungssystem mittels eines Rankine-Kreisprozesssystems.
Das Energieerzeugungssystem kann z. B. insbesondere ein System sein, bei dem in einem Verdampfer ein Arbeitsfluid z. B. durch geothermische Energie, Sonnenwärme oder Abwärme in einem mittleren bis hohen Temperaturbereich in einem Bereich von 50 bis 200°C erwärmt wird und das verdampfte Arbeitsfluid in einem Zustand bei hoher Temperatur und hohem Druck durch eine Expansionsvorrichtung adiabatisch expandiert wird, so dass durch die Arbeit, die durch die adiabatische Expansion erzeugt wird, ein Energieerzeuger betrieben wird, so dass eine Energieerzeugung durchgeführt wird.
Ferner kann das Wärmekreisprozessystem der vorliegenden Erfindung eine Wärmetransportvorrichtung sein. Die Wärmetransportvorrichtung ist vorzugsweise eine Transportvorrichtung für latente Wärme.
Die Transportvorrichtung für latente Wärme kann z. B. ein Wärmerohr sein, das einen Transport von latenter Wärme mittels eines Verdampfens, Siedens, Kondensierens, usw., eines Arbeitsfluids, das in eine Vorrichtung gefüllt ist, und eines geschlossenen Zweiphasen-Thermosiphons durchführt. Ein Wärmerohr wird auf eine relativ kleine Kühlvorrichtung angewandt, wie z. B. eine Kühlvorrichtung eines wärmeerzeugenden Abschnitts einer Halbleitervorrichtung und eines elektronischen Geräts. Ein geschlossenes Zweiphasen-Thermosiphon wird verbreitet für einen Gas/Gas-Wärmetauscher, zum Beschleunigen des Schmelzens von Schnee und zur Verhinderung eines Einfrierens von Straßen verwendet, da es keinen Drän erfordert und dessen Struktur einfach ist.
Nachstehend wird als ein Beispiel des Wärmekreisprozessystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Kühlkreisprozesssystem unter Bezugnahme auf ein Kühlkreisprozesssystem 10 beschrieben, das in den Grundzügen vorstehend beschrieben worden ist und dessen schematische Aufbauansicht in der 2 als Beispiel gezeigt ist. Ein Kühlkreisprozesssystem ist ein System, das Kälte nutzt, die durch einen Verdampfer erzeugt worden ist.
Ein Kühlkreisprozesssystem 10, das in der 2 gezeigt ist, ist ein System, das im Allgemeinen einen Kompressor 11 zum Komprimieren eines Arbeitsfluiddampfs A zum Bilden eines Hochtemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluiddampfs B, einen Kühler 12 zum Kühlen und Verflüssigen des Arbeitsfluiddampfs B, der aus dem Kompressor 11 ausgetragen wird, zum Bilden eines Niedertemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluids C, ein Expansionsventil 13 zum Expandieren lassen des Arbeitsfluids C, das aus dem Kühler 12 ausgetragen wird, zum Bilden eines Niedertemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluids D, einen Verdampfer 14 zum Erwärmen des Arbeitsfluids D, das aus dem Expansionsventil 13 ausgetragen wird, zum Bilden eines Hochtemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluiddampfs A, eine Pumpe 15 zum Zuführen eines Lastfluids E zu dem Verdampfer 14 und eine Pumpe 16 zum Zuführen eines Fluids F zu dem Kühler 12 umfasst.
In dem Kühlkreisprozesssystem 10 wird ein Kreisprozess aus den folgenden (i) bis (iv) wiederholt.

(i) Ein Arbeitsfluiddampf A, der aus einem Verdampfer 14 ausgetragen wird, wird durch einen Kompressor 11 zum Bilden eines Hochtemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluiddampfs B komprimiert (nachstehend als „AB-Prozess” bezeichnet).
(ii) Der Arbeitsfluiddampf B, der aus dem Kompressor 11 ausgetragen wird, wird durch ein Fluid F in einem Kühler 12 zum Bilden eines Niedertemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluids C gekühlt und verflüssigt. Dabei wird das Fluid F zum Bilden eines Fluids F' erwärmt, das aus dem Kühler 12 ausgetragen wird (nachstehend als „BC-Prozess” bezeichnet).
(iii) Das Arbeitsfluid C, das aus dem Kühler 12 ausgetragen wird, wird in einem Expansionsventil 13 zum Bilden eines Niedertemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluids D expandiert (nachstehend als „CD-Prozess” bezeichnet).
(iv) Das Arbeitsfluid D, das aus dem Expansionsventil 13 ausgetragen wird, wird durch ein Lastfluid E in einem Verdampfer 14 zum Bilden eines Hochtemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluiddampfs A erwärmt. Dabei wird das Lastfluid E abgekühlt und wird zu einem Lastfluid E', das aus dem Verdampfer 14 ausgetragen wird (nachstehend als „DA-Prozess” bezeichnet).

Das Kühlkreisprozesssystem 10 ist ein Kreisprozesssystem, das eine adiabatisch-isentropische Änderung, eine isenthalpische Änderung und eine isobarische Änderung umfasst. Die Zustandsänderung des Arbeitsfluids, wie sie auf einer Druck-Enthalpie-Auftragung (Kurve) dargestellt ist, wie sie in der 4 gezeigt ist, kann als Trapez mit den Punkten A, B, C und D als Eckpunkte dargestellt werden.
Der AB-Prozess ist ein Prozess, bei dem eine adiabatische Kompression durch den Kompressor 11 durchgeführt wird, so dass der Hochtemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluiddampf A in einen Hochtemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluiddampf B umgewandelt wird, und er ist in der 4 durch die Linie AB dargestellt.
Der BC-Prozess ist ein Prozess, bei dem ein isobarisches Kühlen in dem Kühler 12 durchgeführt wird, so dass der Hochtemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluiddampf B in ein Niedertemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluid C umgewandelt wird, und er ist in der 4 durch die Linie BC dargestellt. Der Druck in diesem Prozess ist der Kondensationsdruck. Von den zwei Schnittpunkten der Druck-Enthalpie-Auftragung und der BC-Linie ist der Schnittpunkt T₁ auf der Seite mit hoher Enthalpie die Kondensationstemperatur und der Schnittpunkt T₂ auf der Seite mit niedriger Enthalpie ist die Kondensationssiedepunkttemperatur. Dabei wird der Temperaturgradient eines nicht-azeotropen Mischfluids, wie z. B. eines Gemischs von HFO-1123 und HFO-1234yf, durch die Differenz zwischen T₁ und T₂ dargestellt.
Der CD-Prozess ist ein Prozess, bei dem die isenthalpische Expansion durch das Expansionsventil 13 zum Umwandeln des Niedertemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluids C in ein Niedertemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluid D ausgeführt wird, und er ist in der 4 durch die Linie CD dargestellt. T₂–T₃ entspricht dem Unterkühlungsgrad (nachstehend gegebenenfalls als „SC” bezeichnet) des Arbeitsfluids in dem Kreisprozess von (i) bis (iv), wobei T₃ die Temperatur des Niedertemperatur/Hochdruck-Arbeitsfluids C ist.
Der DA-Prozess ist ein Prozess, bei dem ein isobarisches Erwärmen in dem Verdampfer 14 durchgeführt wird, so dass das Niedertemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluid D wieder in einen Hochtemperatur/Niederdruck-Arbeitsfluiddampf A umgewandelt wird, und er ist in der 4 durch die Linie DA dargestellt. Der Druck in diesem Prozess ist der Verdampfungsdruck. Von den zwei Schnittpunkten der Druck-Enthalpie-Auftragung und der DA-Linie ist der Schnittpunkt T₆ auf der Seite mit hoher Enthalpie die Verdampfungstemperatur. T₁–T₆ entspricht dem Überwärmungsgrad (nachstehend gegebenenfalls als „SH” bezeichnet) des Arbeitsfluids in dem Kreisprozess von (i) bis (iv), wobei T₇ die Temperatur des Arbeitsfluiddampfs A ist. T₄ gibt die Temperatur des Arbeitsfluids D an.
Dabei wird das Kreisprozessleistungsvermögen des Arbeitsfluids z. B. durch die Kühlkapazität (nachstehend gegebenenfalls als „Q” bezeichnet) und den Leistungskoeffizienten (nachstehend gegebenenfalls als „CUP” bezeichnet) des Arbeitsfluids bewertet. Q und COP des Arbeitsfluids werden jeweils gemäß den folgenden Formeln (1) und (2) aus den Enthalpien h_A, h_B, h_C und h_D in den jeweiligen Zuständen A (nach dem Verdampfen, hohe Temperatur und niedriger Druck), B (nach dem Komprimieren, hohe Temperatur und hoher Druck), C (nach der Kondensation, niedrige Temperatur und hoher Druck) und D (nach der Expansion, niedrige Temperatur und niedriger Druck) erhalten: Q = h_A – h_D (1) COP = Q/Kompressionsarbeit = (h_A – h_D)/(h_B – h_A) (2)
COP steht für die Effizienz in dem Kühlkreisprozesssystem und ein höherer COP bedeutet, dass eine höhere Ausgangsleistung, wie z. B. Q, durch eine kleinere Eingangsleistung, wie z. B. die elektrische Energie, die zum Betreiben eines Kompressors erforderlich ist, erhalten werden kann.
Ferner steht Q für die Kapazität zum Kühlen eines Lastfluids und ein höheres Q bedeutet, dass in dem gleichen System mehr Arbeit geleistet werden kann. Mit anderen Worten, es bedeutet, dass mit einem Arbeitsfluid, das ein höheres Q aufweist, das gewünschte Leistungsvermögen mit einer kleineren Menge erhalten werden kann, wodurch das System verkleinert werden kann.
In dem Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es z. B. in einem Kühlkreisprozesssystem 10, das in der 2 gezeigt ist, verglichen mit einem Fall, bei dem R410 (ein Gemisch von HFC-32 und HFC-125 in einem Massenverhältnis von 1:1) eingesetzt wird, das herkömmlich für eine Klimaanlage oder dergleichen verwendet worden ist, möglich, hohe Niveaus von Q und COP zu erreichen, d. h., solche, die gleich oder höher sind als diejenigen von R410A, während das Potenzial für eine globale Erwärmung beträchtlich vermindert wird.
Bei dem Betrieb des Wärmekreisprozesssystems ist es zur Vermeidung von Nachteilen aufgrund eines Einbeziehens von Feuchtigkeit oder eines Einbeziehens eines nicht-kondensierenden Gases, wie z. B. Sauerstoff, bevorzugt, ein Mittel zum Unterdrücken eines solchen Einbeziehens bereitzustellen.
Wenn in dem Wärmekreisprozesssystem Feuchtigkeit vorliegt, kann ein Problem insbesondere dann auftreten, wenn das Wärmekreisprozesssystem bei einer niedrigen Temperatur verwendet wird. Beispielsweise können Probleme wie z. B. ein Einfrieren in einem Kapillarröhrchen, eine Hydrolyse des Arbeitsfluids oder des Schmieröls, eine Zersetzung von Materialien durch eine Säurekomponente, die in dem Kreisprozess gebildet worden ist, die Bildung von Verunreinigungen, usw., auftreten. Insbesondere wenn das Schmieröl ein Polyglykolöl oder ein Polyolesteröl ist, weist es Eigenschaften einer extrem starken Feuchtigkeitsabsorption auf und es ist wahrscheinlich, dass es einer Hydrolyse unterliegt, und ein Einbeziehen von Feuchtigkeit verschlechtert die Eigenschaften des Schmieröls und es kann eine bedeutende Ursache zur Beeinträchtigung der Langzeitzuverlässigkeit eines Kompressors sein. Demgemäß ist es zum Unterdrücken der Hydrolyse eines Schmieröls erforderlich, die Feuchtigkeitskonzentration in dem Wärmekreisprozesssystem einzustellen bzw. zu kontrollieren.
Als Verfahren zum Kontrollieren bzw. Einstellen der Feuchtigkeitskonzentration in dem Wärmekreisprozesssystem kann ein Verfahren genannt werden, bei dem ein Feuchtigkeitsentfernungsmittel, wie z. B. ein Trockenmittel (wie z. B. Silicagel, aktiviertes Aluminiumoxid oder Zeolith), verwendet wird. Das Trockenmittel wird im Hinblick auf die Entwässerungseffizienz vorzugsweise mit dem Arbeitsfluid in einem flüssigen Zustand in Kontakt gebracht. Beispielsweise befindet sich das Trockenmittel am Auslass des Kühlers 12 oder am Einlass des Verdampfers 14, so dass es mit dem Arbeitsfluid in Kontakt gebracht wird.
Das Trockenmittel ist im Hinblick auf die chemische Reaktivität des Trockenmittels und des Arbeitsfluids und die Feuchtigkeitsabsorptionskapazität des Trockenmittels vorzugsweise ein Zeolith-Trockenmittel.
Das Zeolith-Trockenmittel ist in einem Fall, bei dem ein Schmieröl mit einer großen Feuchtigkeitsabsorption verglichen mit einem herkömmlichen Mineralschmieröl verwendet wird, vorzugsweise ein Zeolith-Trockenmittel, das eine Verbindung, die durch die folgende Formel (3) dargestellt ist, im Hinblick auf eine hervorragende Feuchtigkeitsabsorptionskapazität als Hauptkomponente enthält. M_2/nO·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O (3) worin M ein Element der Gruppe 1 ist, wie z. B. Na oder K, oder ein Element der Gruppe 2 ist, wie z. B. Ca, n die Wertigkeit von M ist und x und y Werte sind, die durch die Kristallstruktur festgelegt sind. Die Porengröße kann durch Verändern von M eingestellt werden.
Bei der Auswahl des Trockenmittels sind die Porengröße und die Bruchfestigkeit wichtig.
In einem Fall, bei dem ein Trockenmittel mit einer Porengröße, die größer ist als die Molekülgröße des Arbeitsfluids, verwendet wird, wird das Arbeitsfluid in dem Trockenmittel adsorbiert und als Ergebnis wird eine chemische Reaktion zwischen dem Arbeitsfluid und dem Trockenmittel stattfinden, was zu einem unerwünschten Phänomen, wie z. B. zur Bildung eines nicht-kondensierenden Gases, einer Verminderung der Festigkeit des Trockenmittels und einer Verminderung der Adsorptionskapazität, führt.
Demgemäß ist es bevorzugt, als Trockenmittel ein Zeolith-Trockenmittel mit einer geringen Porengröße zu verwenden. Besonders bevorzugt ist ein synthetischer Natrium/Kalium-Zeolith des Typs A, der eine Porengröße von höchstens 3,5 Å aufweist. Durch die Verwendung eines synthetischen Natrium/Kalium-Zeoliths des Typs A mit einer Porengröße, die geringer ist als die Molekülgröße des Arbeitsfluids, kann in dem Wärmekreisprozesssystem ohne Adsorbieren des Arbeitsfluids nur Feuchtigkeit selektiv adsorbiert und entfernt werden. Mit anderen Worten, es ist weniger wahrscheinlich, dass das Arbeitsfluid in dem Trockenmittel adsorbiert wird, wodurch das Auftreten einer Wärmezersetzung weniger wahrscheinlich ist und als Ergebnis eine Zersetzung von Materialien, die das Wärmekreisprozesssystem bilden, und die Bildung von Verunreinigungen unterdrückt werden können.
Die Größe des Zeolith-Trockenmittels beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 5 mm, da dann, wenn sie zu gering ist, ein Ventil oder ein dünner Abschnitt in Röhren des Wärmekreisprozesssystems verstopft werden kann, und dann, wenn sie zu groß ist, die Trockenkapazität vermindert wird. Dessen Form ist vorzugsweise körnig oder zylindrisch.
Das Zeolith-Trockenmittel kann durch Verfestigen von pulverförmigem Zeolith durch ein Bindemittel (wie z. B. Bentonit) zu einer optionalen Form ausgebildet werden. Solange das Trockenmittel vorwiegend aus dem Zeolith-Trockenmittel zusammengesetzt ist, kann ein anderes Trockenmittel (wie z. B. Silikagel oder aktiviertes Aluminiumoxid) in einer Kombination verwendet werden.
Der Anteil des Zeolith-Trockenmittels auf der Basis des Arbeitsfluids ist nicht speziell beschränkt.
Wenn ein nicht-kondensierendes Gas in das Wärmekreisprozesssystem einbezogen wird, hat dies nachteilige Wirkungen, wie z. B. ein Wärmeübertragungsversagen in dem Kühler oder dem Verdampfer und eine Zunahme des Arbeitsdrucks, und es ist erforderlich, dessen Einbeziehen soweit wie möglich zu verhindern. Insbesondere reagiert Sauerstoff, bei dem es sich um eines von nicht-kondensierenden Gasen handelt, mit dem Arbeitsfluid oder dem Schmieröl und fördert dessen Zersetzung.
Die Konzentration des nicht-kondensierenden Gases beträgt vorzugsweise höchstens 1,5 Vol.-%, besondere bevorzugt höchstens 0,5 Vol.-%, bezogen auf den Volumenanteil auf der Basis des Arbeitsfluids, in einer gasförmigen Phase des Arbeitsfluids.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Wärmekreisprozesssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein in der Praxis ausreichendes Wärmekreisprozessleistungsvermögen erhalten werden, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert ist.
BEISPIELE
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele detaillierter beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf spezifische Beispiele beschränkt ist. Die Beispiele 1 bis 8 und 14 bis 51 sind Beispiele der vorliegenden Erfindung und die Beispiele 9 bis 13 und 52 bis 55 sind Vergleichsbeispiele. Das Beispiel 56 ist ein Beispiel für R410A (ein Gemisch von HFC-32 und HFC-125 in einem Massenverhältnis von 1:1), das für eine Vergleichsbewertung in den folgenden Beispielen der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispielen verwendet wird, und es handelt sich um ein Referenzbeispiel.
[Beispiele 1 bis 13]
In den Beispielen 1 bis 13 wurde ein Arbeitsfluid hergestellt, das ein Gemisch von HFO-1123 und HFO-1234yf in einem Verhältnis umfasst, wie es in der Tabelle 5 angegeben ist, und der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität Q und Leistungskoeffizient COP) wurden gemessen.
[Messung des Temperaturgradienten und des Kühlkreisprozessleistungsvermögens]
Der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität und Leistungskoeffizient) wurden bezüglich eines Falls gemessen, bei dem das Arbeitsfluid auf ein Kühlkreisprozesssystem 10, wie es in der 2 gezeigt ist, und einen Wärmekreisprozess, wie er in der 4 gezeigt ist, angewandt wurde, d. h., es wurden eine adiabatische Kompression durch einen Kompressor 11 in dem AB-Prozess, ein isobarisches Kühlen durch einen Kühler 12 in dem BC-Prozess, eine isenthalpische Expansion durch ein Expansionsventil 13 in dem CD-Prozess und ein isobarisches Erwärmen durch einen Verdampfer 14 in dem DA-Prozess durchgeführt.
Eine Messung wurde durch Einstellen der durchschnittlichen Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids in dem Verdampfer 14 auf 0°C, der durchschnittlichen Kondensationstemperatur des Arbeitsfluids in dem Kühler 12 auf 40°C, des Unterkühlungsgrads (SC) des Arbeitsfluids in dem Kühler 12 auf 5°C und des Überwärmungsgrads (SH) des Arbeitsfluids in dem Verdampfer 14 auf 5°C durchgeführt. Ferner wurde davon ausgegangen, dass kein Verlust bei der Anlageneffizienz und kein Druckverlust in den Leitungen und dem Wärmetauscher auftraten.
Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient wurden gemäß den vorstehenden Formeln (1) und (2) aus Enthalpien h in den jeweiligen Zuständen des Arbeitsfluids erhalten, d. h., A (nach dem Verdampfen, hohe Temperatur und niedriger Druck), B (nach der Kompression, hohe Temperatur und hoher Druck), C (nach der Kondensation, niedrige Temperatur und hoher Druck) und D (nach der Expansion, niedrige Temperatur und niedriger Druck).
Die thermodynamischen Eigenschaften, die zur Berechnung des Kreisprozessleistungsvermögens erforderlich sind, wurden auf der Basis der verallgemeinerten Zustandsgleichung (Soave-Redlich-Kwong-Gleichung) auf der Basis des Gesetzes des entsprechenden Zustands und verschiedener thermodynamischer Gleichungen berechnet. Wenn ein charakteristischer Wert nicht zur Verfügung stand, wurde er unter Verwendung einer Abschätzungstechnik auf der Basis eines Gruppenbeitragsverfahrens berechnet.
Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient wurden als relative Werte auf der Basis der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten von R410A erhalten, die in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben worden ist, in dem nachstehend genannten Beispiel 56 gemessen worden sind, und jeweils 1,000 betragen. Ferner wurde das GWP des Arbeitsfluids als Gewichtsmittel durch die Zusammensetzungsmasse auf der Basis der GWPs der jeweiligen Verbindungen, die in der Tabelle 4 gezeigt sind, erhalten. D. h., die Summe der Produkte der Massen-% der jeweiligen Verbindungen, die das Arbeitsfluid bilden, und der GWPs wurde durch 100 dividiert, so dass das GWP des Arbeitsfluids erhalten wurde. [Tabelle 4]

Verbindung GWP

HFO-1123 0,3

HFO-1234yf 4

HFC-32 675

HFC-134a 1430

HFC-125 3500

HFO-1234ze(E) 6
Der Temperaturgradient, die Kühlkapazität (bezogen auf R410A) und der Leistungskoeffizient (bezogen auf R410A) und die Ergebnisse der Berechnung des GWP sind in der Tabelle 5 gezeigt.

Ferner sind in den 5 bis 7 Graphen gezeigt, die jeweils die Beziehungen zwischen der Zusammensetzung des Mischfluids von HFO-1123 und HFO-1234yf und dem Temperaturgradienten, dem Leistungskoeffizienten (bezogen auf R410A) und der Kühlkapazität (bezogen auf R410A) zeigen. „HFO-1123 [Massen-%]”, das durch die horizontale Achse in den 5 bis 7 angegeben ist, gibt die Massen-% von HFO-1123 auf der Basis der gesamten Menge (100 Massen-%) des Arbeitsfluids an. [Tabelle 5]

	Arbeitsfluidzusammensetzung			Relatives Leistungsvermögen (bezogen auf R410A)		Temperaturgradient	GWP
	HFO-1123		HFO-1234yf	Leistungskoeffizient	Kühlkapazität	[°C]
	[Massen-%]	[Mol-%]	[Massen-%]	Leistungskoeffizient	Kühlkapazität	[°C]
Bsp. 1	40	48	60	1,002	0,734	8,4	2,5
Bsp. 2	50	58	50	0,984	0,805	7,2	2,2
Bsp. 3	60	68	40	0,966	0,875	5,6	1,8
Bsp. 4	70	76	30	0,95	0,945	3,9	1,4
Bsp. 5	80	85	20	0,938	1,015	2,3	1,0
Bsp. 6	85	89	15	0,933	1,05	1,5	0,9
Bsp. 7	90	93	10	0,929	1,083	0,9	0,7
Bsp. 8	95	96	5	0,925	1,115	0,4	0,5
Bsp. 9	0	0	100	1,046	0,422	0,0	4,0
Bsp. 10	10	13	90	1,036	0,502	5,4	3,6
Bsp. 11	20	26	80	1,029	0,583	8,0	3,3
Bsp. 12	30	37	70	1,018	0,66	9,0	2,9
Bsp. 13	100	100	0	0,921	1,146	0,0	0,3

Aus den Ergebnissen, die in der Tabelle 5 und den 5 bis 7 gezeigt sind, ist ersichtlich, dass die Arbeitsfluide in den Beispielen 1 bis 8, die Zusammensetzungen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung aufweisen, einen günstigen Leistungskoeffizienten und eine günstige Kühlkapazität bezogen auf R410A aufweisen und einen vorbestimmten Temperaturgradienten oder niedriger aufweisen, und zwar verglichen mit den Arbeitsfluiden in den Beispielen 9 bis 13, die Zusammensetzungen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung aufweisen und bei denen eines der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten bezogen auf R410A auf einem niedrigen Niveau liegt.
Die Kühlkapazität eines Arbeitsfluids ist ein Faktor, der die Größe der Vorrichtung selbst bestimmt. Wenn HFO-1123 mit einer Verbindung kombiniert wird, die eine geringere Kühlkapazität als HFO-1123 aufweist, wie z. B. HFO-1234yf, weist das Gemisch (Arbeitsfluid), das die Kombination umfasst, eine niedrigere Kühlkapazität auf als das Arbeitsfluid, das nur aus HFO-1123 besteht. Wenn ein solches Gemisch als eine Alternative zu R410A verwendet wird, sind eine Zunahme der Größe einer Vorrichtung selbst und eine Zunahme der eingesetzten Energie erforderlich, um die niedrige Kühlkapazität zu berücksichtigen.
D. h., bei einer Kombination von HFO-1123 und einer Verbindung mit einer niedrigeren Kühlkapazität als HFO-1123 wird üblicherweise davon ausgegangen, dass sie die Aufgaben der vorliegenden Erfindung mit einer relativ geringen Wahrscheinlichkeit lösen kann. Insbesondere unter den vorliegenden Umständen, bei denen ein Ersetzen nur des Arbeitsfluids ohne Ersetzen einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der R410A verwendet wird, gewünscht ist, ist eine Zunahme der Größe der Vorrichtung ungünstig.
Für das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung wird jedoch HFO-1123 absichtlich mit HFO-1234yf kombiniert, bei dem es sich um eine Verbindung mit einer geringeren Kühlkapazität als HFO-1123 handelt, wodurch ein in der Praxis ausreichendes Niveau der Kühlkapazität in einer ausgewogenen Weise mit dem folgenden Leistungskoeffizienten erreicht wurde.
Der Leistungskoeffizient von HFO-1123 allein erreicht kein ausreichendes Niveau, jedoch ist der Leistungskoeffizient des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung, das eine Kombination von HFO-1123 und HFO-1234yl innerhalb des vorstehend genannten Zusammensetzungsbereichs umfasst, günstig. Der Leistungskoeffizient gibt die Effizienz des Arbeitsfluids an und ist unter Berücksichtigung der Effizienz der Anlage sehr wichtig und es handelt sich um einen Wert, der für das Arbeitsfluid charakteristisch ist. Die Stabilisierung des Leistungskoeffizienten innerhalb des vorstehend genannten Bereichs löst die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, so dass nur das Arbeitsfluid ohne Veränderung der herkömmlichen Anlage ersetzt wird.
Im Hinblick auf den Temperaturgradienten kann der Temperaturgradient vermindert werden, wenn der Gehalt von HFO-1123 innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung in einer Kombination von HFO-1123 und HFO-1234y liegt. Ein zu hoher Temperaturgradient kann das Ersetzen von R410A beschränken. D. h., der kritische Temperaturbereich des Arbeitsfluids der vorliegenden Erfindung ist so vermindert, dass er innerhalb des gleichen Bereichs wie derjenige von R410A liegt.
Demgemäß kann gemäß den Arbeitsfluiden in den Beispielen 1 bis 8 ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen erhalten werden, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert wird.
[Beispiele 14 bis 39]
In den Beispielen 14 bis 39 wurden Arbeitsfluide hergestellt, die ein Gemisch von HFO-1123 und HFO-1234yf sowie HFC-134a, HFC-125 oder HFC-32 in einem Anteil umfassen, wie es in der Tabelle 6, 7 oder 8 angegeben ist. In den Tabellen 6 bis 8 stellt 1123/(1123 + 1234yf) [Gew.-%] den Anteil in Massen-% von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf dar.
Ferner wurden in Bezug auf die erhaltenen Arbeitsfluide der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität Q und Leistungskoeffizient COP) mit dem gleichen Verfahren gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient wurden als relative Werte auf der Basis der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten von R410A erhalten, die in dem nachstehenden Beispiel 56 in der gleichen Weise gemessen worden sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und jeweils 1,000 betragen. Der Temperaturgradient, die Kühlkapazität (bezogen auf R410A) und der Leistungskoeffizient (bezogen auf R410A) und die Ergebnisse der Berechnung des GWP sind in den Tabellen 6 bis 8 gezeigt.
Aus den in den Tabellen 6 bis 8 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Arbeitsfluide in den Beispielen 14 bis 33, die Zusammensetzungen im Bereich der vorliegenden Erfindung aufweisen, verglichen mit R410A einen günstigen Leistungskoeffizienten und eine günstige Kühlkapazität sowie einen vorbestimmten Temperaturgradienten oder weniger aufweisen.
Die Arbeitsfluide in den Beispielen 14 bis 39 enthalten HFC-134a, HFC-125 oder HFC-32, der verglichen mit HFO-1123 und HFO-1234yf ein hohes GWP aufweist, wobei jedoch der Gehalt höchstens 30 Massen-% auf der Basis der gesamten Menge des Arbeitsfluids beträgt, und das GWP jedes Arbeitsfluids ebenfalls innerhalb eines in der Praxis geeigneten Bereichs liegt.
Demgemäß kann gemäß den Arbeitsfluiden in den Beispielen 14 bis 39 ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen erhalten werden, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert ist.
[Beispiele 40 bis 52]
In den Beispielen 50 bis 52 wurden Arbeitsfluide, die HFO-1123, HFO-1234yf und HFO-1234ze(E) in einem Anteil umfassen, wie er in der Tabelle 9 angegeben ist, hergestellt. Ferner wurde im Beispiel 52 ein Arbeitsfluid hergestellt, das nur aus HFO-1234ze(E) besteht. In der Tabelle 9 stellt 1123/(1123 + 1234yf) [Gew.-%] den Anteil in Massen-% von HFO-1123 auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1123 und HFO-1234yf dar.
Ferner wurden bezüglich der erhaltenen Arbeitsfluide der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität Q und Leistungskoeffizient COP) mit dem gleichen Verfahren gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient wurden als relative Werte auf der Basis der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten von R410A erhalten, die in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben worden ist, in dem nachstehend genannten Beispiel 56 gemessen worden sind, und relativ jeweils 1,000 betragen. Der Temperaturgradient und die Kühlkapazität (bezogen auf R410A) und der Leistungskoeffizient (bezogen auf R410A) und die Ergebnisse der Berechnung des GWP sind in der Tabelle 9 gezeigt.
Aus den in der Tabelle 9 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Arbeitsfluide in den Beispielen 40 bis 51, die Zusammensetzungen im Bereich der vorliegenden Erfindung aufweisen, verglichen mit R410A einen günstigen Leistungskoeffizienten und eine günstige Kühlkapazität sowie einen vorbestimmten Temperaturgradienten oder weniger aufweisen.
Die Arbeitsfluide in den Beispielen 40 bis 51 enthalten HFO-1234ze(E), das verglichen mit HFO-1123 und HFO-1234yf eine sehr schlechte Kühlkapazität aufweist, wie es im Beispiel 52 gezeigt ist, wobei jedoch dessen Gehalt höchstens 30 Massen-% auf der Basis der gesamten Menge des Arbeitsfluids beträgt und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen als Arbeitsfluids innerhalb eines in der Praxis geeigneten Bereichs liegt.
Demgemäß kann gemäß den Arbeitsfluiden in den Beispielen 40 bis 51 ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen erhalten werden, während der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert ist.
[Beispiele 53 bis 55]
Die Beispiele 53 bis 55 sind Beispiele von Arbeitsfluiden, die eine Kombination von HFO-1123 und HFO-1234ze(E) anstelle von HFO-1234yf in einem Anteil umfassen, der in der Tabelle 10 angegeben ist, und es handelt sich dabei um Vergleichsbeispiele.

Bezüglich solcher Arbeitsfluide wurden der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität Q und Leistungskoeffizient COP) mit dem gleichen Verfahren gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient waren relative Werte auf der Basis der Kühlkapazität und des Leistungskoeffizienten von R410A, die in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben worden ist, in dem nachstehend genannten Beispiel 54 gemessen worden sind, und relativ jeweils 1,000 betragen. Der Temperaturgradient, die Kühlkapazität (bezogen auf R410A) und der Leistungskoeffizient (bezogen auf R410A) und die Ergebnisse der Berechnung des GWP sind in der Tabelle 10 gezeigt. [Tabelle 10]

	Arbeitsfluidzusammensetzung			Relatives Leistungsvermögen (bezogen auf R410A)		Temperaturgradient	GWP
	HFO-1123		HFO-1234ze(E)	Leistungskoeffizient	Kühlkapazität	[°C]
	[Massen-%]	[Mol-%]	[Massen-%]	Leistungskoeffizient	Kühlkapazität	[°C]
Bsp. 53	40	48	60	1,046	0,655	13	3,7
Bsp. 54	50	58	50	1,025	0,732	11,8	3,2
Bsp. 55	60	68	40	1,000	0,808	9,8	2,6

Wie es in der Tabelle 10 gezeigt ist, weisen die Arbeitsfluide in den Beispielen 53 bis 55, die HFO-1123 und HFO-1234ze(E) enthalten, einen großen Temperaturgradienten auf und obwohl der Einfluss auf die globale Erwärmung vermindert werden kann, kann ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen kaum erhalten werden.
[Beispiel 56]

Im Beispiel 56 wurden in Bezug auf R410A (einem Gemisch von HFC-32 und HFC-125 in einem Massenverhältnis von 1:1) für einen relativen Vergleich mit den vorstehenden Beispielen 1 bis 55 der Temperaturgradient und das Kühlkreisprozessleistungsvermögen (Kühlkapazität Q und Leistungskoeffizient COP) in der gleichen Weise gemessen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Kühlkapazität und der Leistungskoeffizient betragen 1,000, wie es in der Tabelle 11 gezeigt ist. Der Temperaturgradient und das Ergebnis der Berechnung des GWP sind in der Tabelle 11 gezeigt. [Tabelle 11]

	Arbeitsfluidzusammensetzung [Massen-%]		Relatives Leistungsvermögen (bezogen auf R410A)		Temperaturgradient	GWP
	HFC-125	HFC-32	Leistungskoeffizient	Kühlkapazität	[°C]	GWP
Bsp. 56 (R410A)	50	50	1,000	1,000	0,2	2087,5

Da R410A ein herkömmliches Arbeitsfluid ist, basiert das Kreisprozessleistungsvermögen in den Beispielen auf diesem Arbeitsfluid und wenn das Kreisprozessleistungsvermögen eines Arbeitsfluids das gleiche Niveau erreicht, wird das Arbeitsfluid so bewertet, dass es ein in der Praxis ausreichendes Kreisprozessleistungsvermögen aufweist. R410A besteht nur aus HFC und weist ein hohes GWP auf.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass in den Beispielen 1 bis 8 und 14 bis 51, bei denen es sich um Beispiele der vorliegenden Erfindung handelt, das GWP niedrig ist, und dass das Kreisprozessleistungsvermögen auf der Basis von R410A auf einem in der Praxis ausreichendem Niveau liegt. Ferner sind die Arbeitsfluide in den Beispielen 1 bis 3, 14 bis 16, 19 bis 21, 25 bis 28 und 30 bis 39 Arbeitsfluide mit einem HFO-1123-Gehalt von höchstens 70 Mol-% und weisen keine Selbstzersetzungseigenschaften auf, und es handelt sich um Arbeitsfluide mit einer guten Verarbeitungsfähigkeit, die keine Zeit und Mühe für die Gewährleistung der Sicherheit erfordern.
[Abschätzung der kritischen Temperatur]
Bezüglich HFO-1123, HFO-1234yf und einem Mischfluid davon, das eine Zusammensetzung aufweist, wie sie in der Tabelle 12 angegeben ist, wurde die kritische Temperatur durch visuelles Untersuchen der Position des Verschwindens der Gas-Flüssigkeit-Grenzfläche und der Färbung durch kritische Opaleszenz abgeschätzt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 12 und in der 8 gezeigt. „HFO-1123 [Gew.-%]”, das durch die horizontale Achse in der 8 angegeben ist, gibt die Massen-% von HFO-1123 bezogen auf die Gesamtmenge (100 Massen-%) des Mischfluids an. [Tabelle 12]

Zusammensetzung des Mischfluids [Massen-%] Kritische Temperatur [°C]

HFO-1123 HFO-1234yf

0 100 94,7

50 50 76,9

70 30 69,9

100 0 592
Wie es in der 8 gezeigt ist, nimmt die kritische Temperatur durch eine Kombination von HFO-1123 und HFO-1234yf verglichen mit HFO-1123 allein zu. D. h., das Mischfluid von HFO-1123 und HFO-1234yf kann verglichen mit der kritischen Temperatur von HFO-1123 allein von 59,2°C eine höhere kritische Temperatur aufweisen. Aus der 8 ist ersichtlich, dass dann, wenn der Anteil von HFO-1234yf mindestens 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmenge von HFO-1234yf und HFO-1123 beträgt, eine ausreichende kritische Temperatur als Alternative zu R410A erhalten wird. Demgemäß kann durch eine Kombination von HFO-1123 und HFO-1234yf ein Arbeitsfluid bereitgestellt werden, das als Alternative zu R410A umfangreich einsetzbar ist.
HFO-1234yf weist eine geringere Kühlkapazität auf als HFO-1123. Der vorliegende Erfinder hat jedoch gefunden, dass durch das Mischungsverhältnis in dem vorstehend genannten Bereich eine Verminderung der Kapazität durch Zumischen von HFO-1234yf durch eine konventionelle Technik ausgeglichen werden kann, und hat die vorliegende Erfindung gemacht. Die vorliegende Erfindung ist unter den vorliegenden Umständen nützlich, da nur ein Ersetzen des R410A-Arbeitsfluids erwünscht ist, ohne die Anlage zu ersetzen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Arbeitsfluid der vorliegenden Erfindung ist als Kältemittel für einen Kühlschrank (wie z. B. einen eingebauten Schaukasten, einen freistehenden Schaukasten, eine Industriegefrierkombination, einen Verkaufsautomaten oder eine Eisherstellungsmaschine), als Kältemittel für eine Klimaanlage (wie z. B. eine Raumklimaanlage, eine Waren- oder Lagerhausklimaanlageneinheit, eine Gebäudeklimaanlageneinheit, eine Pflanzenklimaanlageneinheit, eine Gasmotorwärmepumpe, ein Zugklimatisierungssystem oder ein Kraftfahrzeugklimatisierungssystem), als Arbeitsfluid für ein Energieerzeugungssystem (wie z. B. eine Abwärmerückgewinnungsenergieerzeugung), als Arbeitsfluid für eine Wärmetransportvorrichtung (wie z. B. ein Wärmerohr) oder als Sekundärkühlfluid geeignet.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-146298 , die am 12. Juli 2013 eingereicht worden ist, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-017030 , die am 31. Januar 2014 eingereicht worden ist, einschließlich die Beschreibungen, die Patentansprüche, die Zeichnungen und die Zusammenfassungen, sind in ihrer Gesamtheit unter Bezugnahme hierin einbezogen.
BEZUGSZEICHEN

10: Kühlkreisprozesssystem, 11: Kompressor, 12: Kühler, 13: Expansionsventil, 14: Verdampfer, 15, 16: Pumpe.

Claims

Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen enthält, wobei der Gesamtanteil von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 70 bis 100 Massen-% beträgt und der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von 35 bis 95 Massen-% beträgt.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 1, wobei der Gesamtanteil von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids von 80 bis 100 Massen-% beträgt.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen von 40 bis 95 Massen-% beträgt.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids höchstens 70 Mol-% beträgt.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen gesättigten Fluorkohlenwasserstoff enthält.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner einen Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung, der von Trifluorethylen und 2,3,3,3-Tetrafluorpropen verschieden ist, enthält.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 6, wobei der Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus 1,2-Difluorethylen, 2-Fluorpropen, 1,1,2-Trifluorpropen, trans-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen, cis-1,2,3,3,3-Pentafluorpropen, trans-1,3,3,3-Tetrafluorpropen, cis-1,3,3,3-Tetrafluorpropen und 3,3,3-Trifluorpropen, ausgewählt ist.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Fluorkohlenwasserstoff mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung trans-1,3,3,3-Tetrafluorpropen ist.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 5, wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Difluormethan, 1,1-Difluorethan, 1,1,1-Trifluorethan, 1,1,2,2-Tetrafluorethan, 1,1,1,2-Tetrafluorethan und Pentafluorethan, ausgewählt ist.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 5 oder 9, wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff mindestens ein Mitglied ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Difluormethan, 1,1,1,2-Tetrafluorethan und Pentafluorethan, ausgewählt ist.
Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess nach Anspruch 10, wobei der gesättigte Fluorkohlenwasserstoff Difluormethan ist und, auf der Basis der Gesamtmenge von Trifluorethylen, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und Difluormethan, der Anteil von Trifluorethylen von 30 bis 80 Massen-% beträgt, der Anteil von 2,3,3,3-Tetrafluorpropen höchstens 40 Massen-% beträgt und der Anteil von Difluormethan höchstens 30 Massen-% beträgt, und der Anteil von Trifluorethylen auf der Basis der Gesamtmenge des Arbeitsfluids höchstens 70 Mol-% beträgt.
Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem, die das Arbeitsfluid für einen Wärmekreisprozess, das in einem der Ansprüche 1 bis 11 definiert ist, und ein Schmieröl umfasst.
Wärmekreisprozesssystem, das die Zusammensetzung für ein Wärmekreisprozesssystem umfasst, die in Anspruch 12 definiert ist.
Wärmekreisprozesssystem nach Anspruch 13, das eine Kühlvorrichtung, eine Klimaanlage, ein Energieerzeugungssystem, eine Wärmetransportvorrichtung oder ein Sekundärkühlgerät ist.
Wärmekreisprozesssystem nach Anspruch 13, das eine Raumklimaanlage, eine Waren- oder Lagerhausklimaanlageneinheit, eine Gebäudeklimaanlageneinheit, eine Pflanzenklimaanlageneinheit, eine Gasmotorwärmepumpe, ein Zugklimatisierungssystem, ein Kraftfahrzeugklimatisierungssystem, ein eingebauter Schaukasten, ein freistehender Schaukasten, eine Industriegefrierkombination, eine Eisherstellungsmaschine oder ein Verkaufsautomat ist.