JP2008505213A - 官能化有機化合物を含む冷媒組成物およびその使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのクロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンまたはそれらの組合せもしくは混合物を含む冷凍システムおよび空気調節システムでの使用のための組成物に関する。さらに、本発明は、少なくとも１つのクロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンまたはそれらの組合せもしくは混合物を含む遠心圧縮機を用いる冷凍システムおよび空気調節システムでの使用のための組成物に関する。本発明の組成物は、冷却または熱をもたらすためのプロセスで、または伝熱流体として有用である。

Description

本発明は、少なくとも１つのクロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンまたはそれらの組合せもしくは混合物を含む冷凍システムおよび空気調節システムでの使用のための組成物に関する。さらに、本発明は、少なくとも１つのクロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンまたはそれらの組合せもしくは混合物を含む遠心圧縮機を用いる冷凍システムおよび空気調節システムでの使用のための組成物に関する。本発明の組成物は、冷却または熱をもたらすためのプロセスで、または伝熱流体として有用である。

（関連出願の相互参照）
本件出願は２００４年６月２９日出願の米国仮特許出願第６０／５８４，７８５号の優先権の利益を主張するものである。

冷凍業界は、モントリオール議定書（Ｍｏｎｔｒｅａｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の結果として段階的に廃止されつつあるオゾン破壊クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）およびヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）の代替冷媒を見つけるために過去二、三十年の間取り組んできた。ほとんどの冷媒製造業者にとっての解決策は、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）冷媒の商業化であった。現時点で最も広く使用されつつある新たなＨＦＣ冷媒、ＨＦＣ−１３４ａは、ゼロのオゾン破壊係数を有し、従ってモントリオール議定書の結果としての現行規制上の段階的廃止による影響を受けない。

さらなる環境規制は究極的には、ある種のＨＦＣ冷媒のグローバルな段階的廃止をもたらすかもしれない。現在、自動車業界は、自動車空気調節に使用される冷媒に対する地球温暖化係数にかかわる規制に直面しているところである。それ故、自動車空気調節市場向けに減少した地球温暖化係数の新たな冷媒を特定する大きな現在の必要性がある。規制が将来より広く適用されれば、冷凍業界および空気調節業界のすべての分野に使用できる冷媒に対してさらにより大きい必要性が感じられるであろう。

現在提案されているＨＦＣ−１３４ａの代替冷媒には、ＨＦＣ−１５２ａ、ブタンもしくはプロパンなどの純炭化水素、またはＣＯ_２もしくはアンモニアなどの「天然」冷媒が含まれる。これらの提案された代替品の多くは有毒であり、可燃性であり、および／または低エネルギー効率を有する。それ故、新たな代替品が絶えず捜し求められている。

米国特許出願第１０／９１０，４９５号明細書 米国再発行特許第Ｒｅ３６，９５１号明細書 米国特許第５，０６５，９９０号明細書 米国特許第５，３６３，６７４号明細書 米国仮特許出願第６０／６５８，９１５号明細書 米国仮特許出願第６０／６６３９２４号明細書

本発明の目的は、低いまたはゼロのオゾン破壊係数および現在の冷媒と比べてより低い地球温暖化係数という要求を満たすために独特の特性を提供する新規な冷媒組成物および伝熱流体を提供することである。

本発明は、
ノナフルオロ−第三級ブタノール、
１，１−ジクロロエタン、
トランス−１，２−ジクロロエチレン、
アセトン、
第三級ブチルメチルエーテル、
ジイソプロピルエーテル、
１，２−ジメトキシエタン、
ジメトキシメタン、
１，１−ジメトキシエタン、
メタノール、
エタノール、
ｎ−プロパノール、
イソプロパノール、
酢酸エチル、
ギ酸エチル、
酢酸メチル、
ギ酸メチル、
Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、
１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン、
またはそれらの組合せ
を含む冷媒および伝熱流体組成物に関する。

本発明はさらに、特に、遠心圧縮機、多段もしくは２段遠心圧縮機、またはシングルパス／シングルスラブ熱交換器を用いる冷凍システムまたは空気調節システムでの使用のための上にリストされた組成物に関する。

本発明はさらに、本発明の組成物を用いる冷却、熱、および熱源からヒートシンクへの熱の移動をもたらすためのプロセスに関する。

本発明の冷媒組成物は、少なくとも１つのクロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンまたはそれらの混合物を含む。本発明の冷媒組成物は、単一化合物を含んでもよく、または２つ以上の化合物を含む混合物であってもよい。

本発明の冷媒組成物は、クロロカーボン、アルコール、エーテル、ケトン、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、または１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンから選択される化合物を含む。代表的なクロロカーボン、アルコール、エーテル、ケトン、およびエステルは表１にリストされる。

表１にリストされた化合物は商業的に入手可能であるかまたは当該技術で公知のプロセスによって製造されてもよい。

混合物である本発明の組成物は、所望量の個々の成分を組み合わせるための任意の便利な方法によって調製されてもよい。好ましい方法は、所望の成分量を量り、そしてその後成分を適切な容器で組み合わせることである。必要ならば、攪拌が用いられてもよい。

本発明の組成物は、低いまたはゼロのオゾン破壊係数および低い地球温暖化係数を有する。例えば、クロロカーボン、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、および１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタンは、単独でまたは混合物で、現在使用中の多くのＨＦＣ冷媒より低い地球温暖化係数を有するであろう。

本発明の冷媒または伝熱組成物は、
ノナフルオロ−第三級ブタノール、
１，１−ジクロロエタン、
トランス−１，２−ジクロロエチレン、
アセトン、
第三級ブチルメチルエーテル、
ジイソプロピルエーテル、
１，２−ジメトキシエタン、
ジメトキシメタン、
１，１−ジメトキシエタン、
メタノール、
エタノール、
ｎ−プロパノール、
イソプロパノール、
酢酸エチル、
ギ酸エチル、
酢酸メチル、
ギ酸メチル、
Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、
１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン、および
それらの組合せ
を含む。

本発明の組成物は、約０．０１重量パーセント〜約５重量パーセントの安定剤、フリーラジカル捕捉剤または酸化防止剤をさらに含んでもよい。かかる添加剤には、ニトロメタン、ヒンダードフェノール類、ヒドロキシルアミン類、チオール類、ホスファイト類、またはラクトン類が含まれるが、それらに限定されない。単一添加剤または組合せが使用されてもよい。

本発明の組成物は、約０．０１重量パーセント〜約５重量パーセントの水捕捉剤（乾燥化合物）をさらに含んでもよい。かかる水捕捉剤は、オルトギ酸トリメチル、トリエチル、またはトリプロピルなどのオルトエステル類を含んでもよい。

本発明の組成物は、紫外線（ＵＶ）染料および場合により可溶化剤をさらに含んでもよい。ＵＶ染料は、冷凍装置または空気調節装置の漏洩ポイントでまたは装置の近傍で冷媒または伝熱流体組成物中の染料の蛍光を観察することを可能にすることによって冷媒および伝熱流体組成物の漏洩を検出するために有用な成分である。染料の蛍光を紫外光下に観察してもよい。可溶化剤は、幾つかの冷媒および伝熱流体へのかかるＵＶ染料の溶解度を上げるために必要とされるかもしれない。

「紫外線」染料とは、電磁スペクトルの紫外または「近」紫外域で光を吸収するＵＶ蛍光組成物を意味する。１０ナノメートル〜７５０ナノメートルの任意の波長で放射線を発するＵＶ光による照明下にＵＶ蛍光染料によって生み出される蛍光が検出されてもよい。それ故、かかるＵＶ蛍光染料を含有する冷媒または伝熱流体が冷凍装置または空気調節装置のある所定のポイントから漏洩しつつある場合、蛍光を漏洩ポイントで検出することができる。かかるＵＶ蛍光染料には、ナフタルイミド類、ペリレン類、クマリン類、アントラセン類、フェナントラセン類、キサンテン類、チオキサンテン類、ナフトサンテン類、フルオレセイン類、およびそれらの誘導体または組合せが含まれるが、それらに限定されない。本発明の可溶化剤は、炭化水素類、炭化水素エーテル類、ポリオキシアルキレングリコールエーテル類、アミド類、ニトリル類、ケトン類、クロロカーボン類、エステル類、ラクトン類、アリールエーテル類、フルオロエーテル類および１，１，１−トリフルオロアルカン類からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む。

本発明の炭化水素可溶化剤は、１６個またはそれより少ない炭素原子および何の他の官能基もなしで水素のみを含有する直鎖、分枝鎖または環式アルカンまたはアルケンをはじめとする炭化水素を含む。代表的な炭化水素可溶化剤は、プロパン、プロピレン、シクロプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、ｎ−ペンタン、オクタン、デカン、およびヘキサデカンを含む。

本発明の炭化水素エーテル可溶化剤は、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）などの、炭素、水素および酸素のみを含有するエーテルを含む。

本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤は、式Ｒ^１［（ＯＲ^２）_ｘＯＲ^３］_ｙ（式中、ｘが１〜３の整数であり、ｙが１〜４の整数であり、Ｒ^１が水素および１〜６個の炭素原子とｙ個の結合部位とを有する脂肪族炭化水素基から選択され、Ｒ^２が２〜４個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン基から選択され、Ｒ^３が水素ならびに１〜６個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択され、Ｒ^１およびＲ^３の少なくとも１つが前記炭化水素基から選択される）で表され、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテル類が約１００〜約３００原子質量単位の分子量を有する。本明細書で用いるところでは、結合部位は、他の基と共有結合を形成するために利用可能な基部位を意味する。ヒドロカルビレン基は二価の炭化水素基を意味する。

本発明では、好ましいポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤は、Ｒ^１［（ＯＲ^２）_ｘＯＲ^３］_ｙ（式中、ｘが好ましくは１〜２であり、ｙが好ましくは１であり、Ｒ^１およびＲ^３が好ましくは独立して水素および１〜４個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基から選択され、Ｒ^２が好ましくは２または３個の炭素原子、最も好ましくは３個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン基から選択される）で表され、ポリオキシアルキレングリコールエーテル分子量は好ましくは約１００〜約２５０原子質量単位、最も好ましくは約１２５〜約２５０原子質量単位である。１〜６個の炭素原子を有するＲ^１およびＲ^３炭化水素基は線状、分枝または環式であってもよい。代表的なＲ^１およびＲ^３炭化水素基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二級ブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、第三級ペンチル、シクロペンチル、およびシクロヘキシルが含まれる。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤上の遊離のヒドロキシル基がある種の圧縮冷凍装置構築資材（例えばマイラー（Ｍｙｌａｒ）（登録商標））と相溶性が低いかもしれない場合、Ｒ^１およびＲ^３は好ましくは１〜４個の炭素原子、最も好ましくは１個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基である。２〜４個の炭素原子を有するＲ^２脂肪族ヒドロカルビレン基は、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、およびオキシブチレン基を含む繰り返しオキシアルキレン基−（ＯＲ^２）_ｘ−を形成する。１つのポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤分子中にＲ^２を含むオキシアルキレン基は、同じものであってもよいし、または１つの分子は異なるＲ^２オキシアルキレン基を含有してもよい。本発明のポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤は好ましくは少なくとも１つのオキシプロピレン基を含む。Ｒ^１が１〜６個の炭素原子とｙ個の結合部位とを有する脂肪族または脂環式炭化水素基である場合、該基は線状、分枝または環式であってもよい。２個の結合部位を有する代表的なＲ^１脂肪族炭化水素基には、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、シクロペンチレン基およびシクロヘキシレン基が含まれる。３または４個の結合部位を有する代表的なＲ^１脂肪族炭化水素基には、それらのヒドロキシル基を除去することによって、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、１，２，３−トリヒドロキシシクロヘキサンおよび１，３，５−トリヒドロキシシクロヘキサンなどの、ポリアルコールに由来する残基が含まれる。

代表的なポリオキシアルキレングリコールエーテル可溶化剤には、ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ（ＨまたはＣＨ_３）（プロピレングリコールメチル（またはジメチル）エーテル）、ＣＨ_３Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_２（ＨまたはＣＨ_３）（ジプロピレングリコールメチル（またはジメチル）エーテル）、ＣＨ_３Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_３（ＨまたはＣＨ_３）（トリプロピレングリコールメチル（またはジメチル）エーテル）、Ｃ_２Ｈ_５ＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ（ＨまたはＣ_２Ｈ_５）（プロピレングリコールエチル（またはジエチル）エーテル）、Ｃ_２Ｈ_５Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_２（ＨまたはＣ_２Ｈ_５）（ジプロピレングリコールエチル（またはジエチル）エーテル）、Ｃ_２Ｈ_５Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_３（ＨまたはＣ_２Ｈ_５）（トリプロピレングリコールエチル（またはジエチル）エーテル）、Ｃ_３Ｈ_７ＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ（ＨまたはＣ_３Ｈ_７）（プロピレングリコールｎ−プロピル（またはジ−ｎ−プロピル）エーテル）、Ｃ_３Ｈ_７Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_２（ＨまたはＣ_３Ｈ_７）（ジプロピレングリコールｎ−プロピル（またはジ−ｎ−プロピル）エーテル）、Ｃ_３Ｈ_７Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_３（ＨまたはＣ_３Ｈ_７）（トリプロピレングリコールｎ−プロピル（またはジ−ｎ−プロピル）エーテル）、Ｃ_４Ｈ_９ＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＯＨ（プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル）、Ｃ_４Ｈ_９Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_２（ＨまたはＣ_４Ｈ_９）（ジプロピレングリコールｎ−ブチル（またはジ−ｎ−ブチル）エーテル）、Ｃ_４Ｈ_９Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_３（ＨまたはＣ_４Ｈ_９）（トリプロピレングリコールｎ−ブチル（またはジ−ｎ−ブチル）エーテル）、（ＣＨ_３）_３ＣＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＯＨ（プロピレングリコールｔ−ブチルエーテル）、（ＣＨ_３）_３ＣＯ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_２（Ｈまたは（ＣＨ_３）_３）（ジプロピレングリコールｔ−ブチル（またはジ−ｔ−ブチル）エーテル）、（ＣＨ_３）_３ＣＯ［ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）Ｏ］_３（Ｈまたは（ＣＨ_３）_３）（トリプロピレングリコールｔ−ブチル（またはジ−ｔ−ブチル）エーテル）、Ｃ_５Ｈ_１１ＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＯＨ（プロピレングリコールｎ−ペンチルエーテル）、Ｃ_４Ｈ_９ＯＣＨ_２ＣＨ（Ｃ_２Ｈ_５）ＯＨ（ブチレングリコールｎ−ブチルエーテル）、Ｃ_４Ｈ_９Ｏ［ＣＨ_２ＣＨ（Ｃ_２Ｈ_５）Ｏ］_２Ｈ（ジブチレングリコールｎ−ブチルエーテル）、トリメチロールプロパントリ−ｎ−ブチルエーテル（Ｃ_２Ｈ_５Ｃ（ＣＨ_２Ｏ（ＣＨ_２）_３ＣＨ_３）_３）およびトリメチロールプロパンジｎ−ブチルエーテル（Ｃ_２Ｈ_５Ｃ（ＣＨ_２ＯＣ（ＣＨ_２）_３ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＯＨ）が含まれるが、それらに限定されない。

本発明のアミド可溶化剤は、式Ｒ^１Ｃ（Ｏ）ＮＲ^２Ｒ^３およびシクロ−［Ｒ^４Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ^５）−］（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３およびＲ^５が独立して１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択され、Ｒ^４が３〜１２個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン基から選択される）で表されるアミド類であって、前記アミド類が約１００〜約３００原子質量単位の分子量を有するものを含む。前記アミド類の分子量は好ましくは約１６０〜約２５０原子質量単位である。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３およびＲ^５は場合により置換炭化水素基、すなわち、ハロゲン（例えば、フッ素、塩素）およびアルコキシド（例えばメトキシ）から選択される非炭化水素置換基を含有する基を含んでもよい。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３およびＲ^５は場合によりヘテロ原子置換炭化水素基、すなわち、さもなければ炭素原子からなる基鎖中に原子窒素（アザ−）、酸素（オキサ−）または硫黄（チア−）を含有する基を含んでもよい。一般に、３つ以下、好ましくは１つ以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がＲ^１〜３中の各１０個の炭素原子につき存在するだろうし、任意のかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在は、前述の分子量制限を適用する際に考慮されなければならない。好ましいアミド可溶化剤は炭素、水素、窒素および酸素からなる。代表的なＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３およびＲ^５脂肪族および脂環式炭化水素基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二級ブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、第三級ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびそれらの構造異性体が含まれる。アミド可溶化剤の好ましい実施形態は、前述の式シクロ−［Ｒ^４Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ^５）−］中のＲ^４がヒドロカルビレン基（ＣＲ^６Ｒ^７）_ｎで表されてもよいもの、つまり、式シクロ−［（ＣＲ^６Ｒ^７）_ｎＣ（Ｏ）Ｎ（Ｒ^５）−］（ここで、分子量については前に述べられた値が適用され、ｎは３〜５の整数であり、Ｒ^５は１〜１２個の炭素原子を含有する飽和炭化水素基であり、Ｒ^６およびＲ^７は独立してＲ^１〜３の定義で前に提供された規則によって（各ｎについて）選択される）ものである。式シクロ−［（ＣＲ^６Ｒ^７）_ｎＣ（Ｏ）Ｎ（Ｒ^５）−］で表されるラクタムで、すべてのＲ^６およびＲ^７は好ましくは水素であり、またはｎ個のメチレン単位の中に単一の飽和炭化水素基を含有し、Ｒ^５は３〜１２個の炭素原子を含有する飽和炭化水素基である。例えば、１−（飽和炭化水素基）−５−メチルピロリジン−２−オン。

代表的なアミド可溶化剤には、１−オクチルピロリジン−２−オン、１−デシルピロリジン−２−オン、１−オクチル−５−メチルピロリジン−２−オン、１−ブチルカプロラクタム、１−シクロヘキシルピロリジン−２−オン、１−ブチル−５−メチルピペリド−２−オン、１−ペンチル−５−メチルピペリド−２−オン、１−ヘキシルカプロラクタム、１−ヘキシル−５−メチルピロリジン−２−オン、５−メチル−１−ペンチルピペリド−２−オン、１，３−ジメチルピペリド−２−オン、１−メチルカプロラクタム、１−ブチル−ピロリジン−２−オン、１，５−ジメチルピペリド−２−オン、１−デシル−５−メチルピロリジン−２−オン、１−ドデシルピロリド−２−オン、Ｎ，Ｎ−ジブチルホルムアミドおよびＮ，Ｎ−ジイソプロピルアセトアミドが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のケトン可溶化剤は、式Ｒ^１Ｃ（Ｏ）Ｒ^２（式中、Ｒ^１およびＲ^２が独立して１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素基から選択される）で表されるケトン類であって、前記ケトン類が約７０〜約３００原子質量単位の分子量を有するものを含む。前記ケトン類中のＲ^１およびＲ^２は好ましくは独立して１〜９個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される。前記ケトン類の分子量は好ましくは約１００〜２００原子質量単位である。Ｒ^１およびＲ^２は一緒になって連結ヒドロカルビレン基を形成し、５、６、または７員環環式ケトン、例えば、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、およびシクロヘプタノンを形成してもよい。Ｒ^１およびＲ^２は場合により置換炭化水素基、すなわち、ハロゲン（例えば、フッ素、塩素）およびアルコキシド（例えばメトキシ）から選択される非炭化水素置換基を含有する基を含んでもよい。Ｒ^１およびＲ^２は場合によりヘテロ原子置換炭化水素基、すなわち、さもなければ炭素原子からなる基鎖中に原子窒素（アザ−）、酸素（ケト−、オキサ−）または硫黄（チア−）を含有する基を含んでもよい。一般に、３つ以下、好ましくは１つ以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がＲ^１およびＲ^２中の各１０個の炭素原子につき存在するだろうし、任意のかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在は、前述の分子量制限を適用する際に考慮されなければならない。一般式Ｒ^１Ｃ（Ｏ）Ｒ^２中の代表的なＲ^１およびＲ^２脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素基には、フェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルだけでなく、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二級ブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、第三級ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびそれらの構造異性体が含まれる。

代表的なケトン可溶化剤には、２−ブタノン、２−ペンタノン、アセトフェノン、ブチロフェノン、ヘキサノフェノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、２−ヘプタノン、３−ヘプタノン、５−メチル−２−ヘキサノン、２−オクタノン、３−オクタノン、ジイソブチルケトン、４−エチルシクロヘキサノン、２−ノナノン、５−ノナノン、２−デカノン、４−デカノン、２−デカロン、２−トリデカノン、ジヘキシルケトンおよびジシクロヘキシルケトンが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のニトリル可溶化剤は、式Ｒ^１ＣＮ（式中、Ｒ^１が５〜１２個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素基から選択される）で表されるニトリル類であって、前記ニトリル類が約９０〜約２００原子質量単位の分子量を有するものを含む。前記ニトリル可溶化剤中のＲ^１は好ましくは８〜１０個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される。前記ニトリル可溶化剤の分子量は好ましくは約１２０〜約１４０原子質量単位である。Ｒ^１は場合により置換炭化水素基、すなわち、ハロゲン（例えば、フッ素、塩素）およびアルコキシド（例えばメトキシ）から選択される非炭化水素置換基を含有する基を含んでもよい。Ｒ^１は場合によりヘテロ原子置換炭化水素基、すなわち、さもなければ炭素原子からなる基鎖中に原子窒素（アザ−）、酸素（ケト−、オキサ−）または硫黄（チア−）を含有する基を含んでもよい。一般に、３つ以下、好ましくは１つ以下の非炭化水素置換基およびヘテロ原子がＲ^１中の各１０個の炭素原子につき存在するだろうし、任意のかかる非炭化水素置換基およびヘテロ原子の存在は、前述の分子量制限を適用する際に考慮されなければならない。一般式Ｒ^１ＣＮ中の代表的なＲ^１脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素基には、フェニル、ベンジル、クメニル、メシチル、トリル、キシリルおよびフェネチルだけでなく、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、第三級ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびそれらの構造異性体が含まれる。代表的なニトリル可溶化剤には、１−シアノペンタン、２，２−ジメチル−４−シアノペンタン、１−シアノヘキサン、１−シアノヘプタン、１−シアノオクタン、２−シアノオクタン、１−シアノノナン、１−シアノデカン、２−シアノデカン、１−シアノウンデカンおよび１−シアノドデカンが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のクロロカーボン可溶化剤は、式ＲＣｌ_ｘ（式中、ｘが１または２であり、Ｒが１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される）で表されるクロロカーボン類であって、前記クロロカーボン類が約１００〜約２００原子質量単位の分子量を有するものを含む。前記クロロカーボン可溶化剤の分子量は好ましくは約１２０〜１５０原子質量単位である。一般式ＲＣｌ_ｘ中の代表的なＲ脂肪族および脂環式炭化水素基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二級ブチル、第三級ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、第三級ペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルおよびそれらの構造異性体が含まれる。

代表的なクロロカーボン可溶化剤には、３−（クロロメチル）ペンタン、３−クロロ−３−メチルペンタン、１−クロロヘキサン、１，６−ジクロロヘキサン、１−クロロヘプタン、１−クロロオクタン、１−クロロノナン、１−クロロデカン、および１，１，１−トリクロロデカンが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のエステル可溶化剤は、一般式Ｒ^１Ｃ（Ｏ）ＯＲ^２（式中、Ｒ^１およびＲ^２が独立して線状および環式の、飽和および不飽和の、アルキルおよびアリール基から選択される）で表されるエステル類を含む。好ましいエステル類は本質的には元素Ｃ、ＨおよびＯからなり、約８０〜約５５０原子質量単位の分子量を有する。

代表的なエステル類には、（ＣＨ_３）_２ＣＨＣＨ_２Ｏ（Ｏ）Ｃ（ＣＨ_２）_２〜４（Ｏ）ＣＯＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２（二塩基酸ジイソブチルエステル）、ヘキサン酸エチル、ヘプタン酸エチル、プロピオン酸ｎ−ブチル、プロピオン酸ｎ−プロピル、安息香酸エチル、フタル酸ジ−ｎ−プロピル、安息香酸エトキシエチルエステル、炭酸ジプロピル、「イグザート（Ｅｘｘａｔｅ）７００」（市販の酢酸Ｃ_７アルキル）、「イグザート８００」（市販の酢酸Ｃ_８アルキル）、フタル酸ジブチルおよび酢酸第三級ブチルが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のラクトン可溶化剤は構造［Ａ］、［Ｂ］、および［Ｃ］で表されるラクトン類を含む。

これらのラクトン類は、構造［Ａ］および［Ｂ］について、Ｒ_１〜Ｒ_８が独立して水素または線状、分枝、環式、二環式、飽和および不飽和ヒドロカルビル基から選択される、６原子（Ａ）、または好ましくは５原子（Ｂ）の環中に官能基−Ｃ（Ｏ）Ｏ−を含有する。各Ｒ_１〜Ｒ_８は連結されて別のＲ_１〜Ｒ_８と環を形成してもよい。ラクトンは、Ｒ_１〜Ｒ_６が独立して水素または線状、分枝、環式、二環式、飽和および不飽和ヒドロカルビル基から選択される、構造［Ｃ］のように環外アルキリデン基を有してもよい。各Ｒ_１〜Ｒ_６は連結されて別のＲ_１〜Ｒ_６と環を形成してもよい。ラクトン可溶化剤は約８０〜約３００原子質量単位、好ましくは約８０〜約２００原子質量単位の分子量範囲を有する。

代表的なラクトン可溶化剤には、表２にリストされる化合物が含まれるが、それらに限定されない。

ラクトン可溶化剤は一般に４０℃で約７センチストーク未満の動粘度を有する。例えば、両方とも４０℃で、ガンマ−ウンデカラクトンは５．４センチストークの動粘度を有し、シス−（３−ヘキシル−５−メチル）ジヒドロフラン−２−オンは４．５センチストークの粘度を有する。ラクトン可溶化剤は商業的に入手可能であってもよいし、または参照により本明細書に援用される、２００４年８月３日出願の米国特許公報（特許文献１）に記載されているような方法によって製造されてもよい。

本発明のアリールエーテル可溶化剤は、式Ｒ^１ＯＲ^２（式中、Ｒ^１が６〜１２個の炭素原子を有するアリール炭化水素基から選択され、Ｒ^２が１〜４個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基から選択される）で表されるアリールエーテル類であって、前記アリールエーテル類が約１００〜約１５０原子質量単位の分子量を有するものを含む。一般式Ｒ^１ＯＲ^２中の代表的なＲ^１アリール基には、フェニル、ビフェニル、クメニル、メシチル、トリル、キシリル、ナフチルおよびピリジルが含まれる。一般式Ｒ^１ＯＲ^２中の代表的なＲ^２脂肪族基には、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第二級ブチルおよび第三級ブチルが含まれる。代表的な芳香族エーテル可溶化剤には、メチルフェニルエーテル（アニソール）、１，３−ジメトキシベンゼン、エチルフェニルエーテルおよびブチルフェニルエーテルが含まれるが、それらに限定されない。

本発明のフルオロエーテル可溶化剤は、一般式Ｒ^１ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈ（式中、Ｒ^１が約５〜約１５個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式、および芳香族炭化水素基、好ましくは第一級、線状、飽和アルキル基から選択される）で表されるものを含む。代表的なフルオロエーテル可溶化剤には、Ｃ_８Ｈ_１７ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＨおよびＣ_６Ｈ_１３ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈが含まれるが、それらに限定されない。冷媒がフルオロエーテルである場合、可溶化剤は同じフルオロエーテルあってはならないことが留意されるべきである。

フルオロエーテル可溶化剤は、フルオロオレフィン類とポリオール類とから誘導されたエーテルをさらに含んでもよい。フルオロオレフィン類は、Ｘが水素、塩素またはフッ素であり、Ｙが塩素、フッ素、ＣＦ_３またはＲ_ｆがＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５もしくはＣ_３Ｆ_７であるＯＲ_ｆである、タイプＣＦ_２＝ＣＸＹのものであってもよい。代表的なフルオロオレフィン類は、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロメチルビニルエーテルである。ポリオール類は線状または分枝されていてもよい。線状ポリオール類は、ＲおよびＲ’が水素、ＣＨ_３またはＣ_２Ｈ_５であり、そしてｘが０〜４の整数であり、ｙが０〜４の整数である、タイプＨＯＣＨ_２（ＣＨＯＨ）_ｘ（ＣＲＲ’）_ｙＣＨ_２ＯＨのものであってもよい。分枝ポリオール類は、Ｒが水素、ＣＨ_３またはＣ_２Ｈ_５であってもよく、ｍが０〜３の整数であってもよく、ｔおよびｕが０または１であってもよく、ｖおよびｗが０〜４の整数であり、そしてまたｔ＋ｕ＋ｖ＋ｗ＝４である、タイプＣ（ＯＨ）_ｔ（Ｒ）_ｕ（ＣＨ_２ＯＨ）_ｖ［（ＣＨ_２）_ｍＣＨ_２ＯＨ］_ｗのものであってもよい。代表的なポリオール類はトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ブタンジオール、およびエチレングリコールである。

本発明の１，１，１−トリフルオロアルカン可溶化剤は、一般式ＣＦ_３Ｒ^１（式中、Ｒ^１が約５〜約１５個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基、好ましくは第一級、線状、飽和アルキル基から選択される）で表される１，１，１−トリフルオロアルカン類を含む。代表的な１，１，１−トリフルオロアルカン可溶化剤には、１，１，１−トリフルオロヘキサンおよび１，１，１−トリフルオロドデカンが含まれるが、それらに限定されない。

本発明の可溶化剤は単一化合物として存在してもよいし、または２つ以上の可溶化剤の混合物として存在してもよい。可溶化剤の混合物は、同じクラスの化合物、例えば２つのラクトン類からの２つの可溶化剤、またはラクトンおよびポリオキシアルキレングリコールエーテルなどの、２つの異なるクラスからの２つの可溶化剤を含有してもよい。

冷媒およびＵＶ蛍光染料を含む、または伝熱流体およびＵＶ蛍光染料を含む本発明組成物では、組成物の約０．００１重量パーセント〜約１．０重量パーセント、好ましくは約０．００５重量パーセント〜約０．５重量パーセント、最も好ましくは約０．０１重量パーセント〜約０．２５重量パーセントがＵＶ染料である。

冷媒および伝熱流体でのこれらのＵＶ蛍光染料の溶解性は不満足であるかもしれない。それ故、冷凍装置または空気調節装置へのこれらの染料の導入方法は厄介で、高くつき、時間のかかるものであった。米国特許公報（特許文献２）は、冷凍装置または空気調節装置の部品へ入れられてもよい染料粉末、染料の固体ペレットまたはスラリーを利用する方法を記載している。冷媒および滑剤は装置のすみずみまで循環されるので、染料は溶解または分散されて装置の全体にわたって運ばれる。染料を冷凍装置または空気調節装置へ導入するための多数の他の方法が文献に記載されている。

理想的には、ＵＶ蛍光染料は冷媒それ自体に溶解することができ、それによって冷凍装置または空気調節装置への導入のためのいかなる特別の方法をも必要としない。本発明は、冷媒中でシステムへ導入されてもよい、ＵＶ蛍光染料を含む組成物に関する。本発明組成物は、染料を溶液中に維持したまま低温でさえも染料含有冷媒および伝熱流体の貯蔵および輸送を可能にするであろう。

冷媒、ＵＶ蛍光染料および可溶化剤を含む、または伝熱流体、ＵＶ蛍光染料および可溶化剤を含む本発明組成物では、組み合わせられた組成物の約１〜約５０重量パーセント、好ましくは約２〜約２５重量パーセント、最も好ましくは約５〜約１５重量パーセントが冷媒または伝熱流体中の可溶化剤である。本発明の組成物中にＵＶ蛍光染料は、冷媒または伝熱流体中に約０．００１重量パーセント〜約１．０重量パーセント、好ましくは０．００５重量パーセント〜約０．５重量パーセント、最も好ましくは０．０１重量パーセント〜約０．２５重量パーセントの濃度で存在する。

場合により、一般に使用される冷凍システムまたは空気調節システム添加剤が、性能およびシステム安定性を高めるために本発明の組成物に要望通りに添加されてもよい。これらの添加剤は冷凍および空気調節の分野で公知であり、耐摩耗剤、極圧滑剤、腐食および酸化防止剤、金属表面不活性化剤、フリーラジカル捕捉剤、ならびに泡制御剤を含むが、それらに限定されない。一般に、これらの添加剤は全体組成物に関して少量で本発明組成物中に存在する。典型的には、約０．１重量パーセント未満から約３重量パーセント程度までの濃度の各添加剤が使用される。これらの添加剤は個々のシステム要件に基づいて選択される。これらの添加剤には、ブチル化トリフェニルホスフェート（ＢＴＰＰ）、または他のアルキル化トリアリールホスフェートエステル類、例えばアクゾ・ケミカルズ（Ａｋｚｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）製のＳｙｎ−０−Ａｄ８４７８、トリクレジルホスフェートおよび関連化合物などの、トリアリールホスフェート族のＥＰ（極圧）潤滑性添加剤のメンバーが含まれる。さらに、金属ジアルキルジチオホスフェート（例えば亜鉛ジアルキルジチオホスフェート（またはＺＤＤＰ）、ルブリゾール（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ）１３７５およびこの族の化学薬品の他のメンバーが本発明の組成物に使用されてもよい。他の耐摩耗添加剤には、天然物オイルおよびシナゴール（Ｓｙｎｅｒｇｏｌ）ＴＭＳ（インターナショナル・リューブリカンツ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ））などの、非対称ポリヒドロキシル潤滑添加剤が含まれる。同様に、酸化防止剤、フリーラジカル捕捉剤、および水捕捉剤などの安定剤が用いられてもよい。このカテゴリーの化合物には、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）およびエポキシドが含まれ得るが、それらに限定されない。

ケトン類などの可溶化剤は、臭気マスキング剤または香料の添加によってマスクすることができる、不快臭を有するかもしれない。臭気マスキング剤または香料の典型的な例には、ｄ−リモネンおよびピネンだけでなく、すべて商業的に入手可能な、エバーグリーン（Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ）、フレッシュ・レモン（Ｆｒｅｓｈ Ｌｅｍｏｎ）、チェリー（Ｃｈｅｒｒｙ）、シナモン（Ｃｉｎｎａｍｏｎ）、ペパーミント（Ｐｅｐｐｅｒｍｉｎｔ）、フローラル（Ｆｌｏｒａｌ）またはオレンジ・ピール（Ｏｒａｎｇｅ Ｐｅｅｌ）が挙げられるかもしれない。かかる臭気マスキング剤は、臭気マスキング剤と可溶化剤との組合せ重量を基準にして約０．００１％から約１５重量％ほどに多い濃度で使用されてもよい。

本発明はさらに、冷凍装置または空気調節装置中に紫外線蛍光染料、および場合により、可溶化剤をさらに含む冷媒または伝熱流体組成物の使用方法に関する。本方法は、冷凍装置または空気調節装置へ冷媒または伝熱流体組成物を導入する工程を含む。これは、ＵＶ蛍光染料を可溶化剤の存在下で冷媒または伝熱流体組成物に溶解し、該組合せを装置へ導入することによって行われてもよい。あるいはまた、これは、可溶化剤とＵＶ蛍光染料とを組み合わせ、冷媒および／または伝熱流体を含有する冷凍装置または空気調節装置へ前記組合せを導入することによって行われてもよい。生じた組成物は、冷凍装置または空気調節装置で使用されてもよい。

本発明はさらに、漏洩を検出するための紫外線蛍光染料を含む冷媒または伝熱流体組成物の使用方法に関する。組成物中の染料の存在は、冷凍装置または空気調節装置での漏洩冷媒の検出を可能にする。漏洩検出は、装置もしくはシステムの非能率的な運転または設備故障に対処する、解決するまたは予防するのに役立つ。漏洩検出はまた、装置の運転に使用される化学薬品を封じ込めるのを助ける。

本方法は、冷媒および紫外線蛍光染料を含む、または本明細書に記載されるような伝熱流体および紫外線蛍光染料、そして場合により本明細書に記載されるような可溶化剤を含む組成物を冷凍装置および空気調節装置に提供する工程と、ＵＶ蛍光染料含有冷媒を検出するための好適な手段を用いる工程とを含む。染料を検出するための好適な手段には、しばしば「ブラックライト」または「ブルーライト」と言われる、紫外線ランプが含まれるが、それに限定されない。この目的にために特にデザインされた、かかる紫外線ランプは多数の供給業者から商業的に入手可能である。いったん紫外線蛍光染料含有組成物が冷凍装置または空気調節装置に導入され、システムの全体にわたって循環させられたら、漏洩は、前記紫外線ランプを装置に向け、任意の漏洩ポイントの近傍で染料の蛍光を観察することによって見つけることができる。

本発明はさらに、冷却または熱をもたらすための本発明の組成物の使用方法であって、冷却されるべき物体の近傍で前記組成物を蒸発させ、そしてその後前記組成物を凝縮させることによって冷却をもたらす工程、または加熱されるべき物体の近傍で前記組成物を凝縮させ、そしてその後前記組成物を蒸発させることによって熱をもたらす工程を含む方法に関する。本発明の組成物が紫外線蛍光染料、および／または可溶化剤入り冷凍組成物または伝熱流体組成物を含む場合、組成物の冷媒または伝熱流体成分は蒸発し、そしてその後凝縮して冷却を生み出し、または凝縮し、そしてその後蒸発して熱をもたらす。

機械冷凍は主として、冷媒などの冷却媒体がそれを再使用のために回収できるようにサイクルを通過する熱力学の適用である。一般に用いられるサイクルには、蒸気圧縮、吸収、スチーム−ジェットまたは蒸気エジェクタ、およびエアが含まれる。

蒸気−圧縮冷凍システムには、蒸発器、圧縮機、凝縮器、および膨張装置が含まれる。蒸気−圧縮サイクルは、一工程で冷却効果、そして異なる工程で加熱効果をもたらす多段工程で冷媒を再使用する。サイクルは次の通り簡単に説明することができる。液体冷媒は膨張装置を通って蒸発器に入り、液体冷媒は蒸発器において低温で沸騰してガスを形成し、そして冷却をもたらす。低圧ガスは圧縮機に入り、そこでガスは圧縮されてその圧力および温度を上げる。より高い圧力の（圧縮された）ガス状冷媒は次に凝縮器に入り、そこで冷媒は凝縮し、その熱を周囲に放出する。冷媒は膨張装置に戻り、それによって液体は凝縮器におけるより高い圧力レベルから蒸発器における低い圧力レベルに膨張し、このようにサイクルを繰り返す。

本発明はさらに、冷却されるべき物体の近傍で本発明の組成物を蒸発させ、そしてその後前記組成物を凝縮させることを含む冷却をもたらすためのプロセスに関する。

本発明はさらに、加熱されるべき物体の近傍で本発明の組成物を凝縮させ、そしてその後前記組成物を蒸発させることを含む熱をもたらすためのプロセスに関する。

冷凍用途で用いられてもよい様々なタイプの圧縮機がある。圧縮機は、流体を圧縮するための機械的手段に依存して、往復、回転、ジェット、遠心、スクロール、スクリューもしくは軸流に、または機械エレメントが圧縮されるべき流体にどのように作用するかに依存して、容積式（例えば、往復、スクロールもしくはスクリュー）または動（例えば、遠心もしくはジェット）に一般に分類することができる。

容積式圧縮機か動圧縮機かのどちらが本発明方法に用いられてもよい。遠心タイプ圧縮機が本発明冷媒組成物にとって好ましい設備である。

遠心圧縮機は冷媒を放射状に加速させるために回転要素を用い、典型的にはケーシングに収容されたインペラおよびディフーザを含む。遠心圧縮機は通常、インペラ入口または循環インペラの中央入口で流体を取り入れ、それを放射状に外側へ加速させる。幾らかの静圧上昇はインペラで起こるが、圧力上昇のほとんどは、速度が静圧に変換されるケーシングのディフーザ部分で起こる。各インペラ−ディフーザ・セットは圧縮機の１段である。遠心圧縮機は、所望の最終圧力および取り扱われるべき冷媒の容量に依存して、１〜１２またはそれ以上の段で構築される。

圧縮機の圧力比または圧縮比は、絶対吐出圧力対絶対入口圧力の比である。遠心圧縮機によって与えられる圧力は、比較的広範囲の能力にわたって事実上一定である。

容積式圧縮機は蒸気をチャンバ中へ引き込み、チャンバは容積を減少させて蒸気を圧縮する。圧縮された後、蒸気は、チャンバの容積をゼロまたはほぼゼロにさらに減少させることによってチャンバから押し出される。容積式圧縮機は圧力を増加させることができ、その圧力は容積効率と圧力に耐えるべき部品の強度とによってのみ制限される。

容積式圧縮機とは違って、遠心圧縮機は、インペラを通過する蒸気を圧縮するための高速インペラの遠心力にもっぱら依存する。容積式圧縮はなく、むしろ動圧縮と呼ばれるものがある。

遠心圧縮機が生成することができる圧力は、インペラの先端速度に依存する。先端速度は、その先端で測定されるインペラの速度であり、インペラの直径およびその回転数毎秒に関係する。遠心圧縮機の能力はインペラの通路のサイズによって決定される。これは、圧縮機のサイズを能力よりも必要とされる圧力に依存させる。

その高速運転のために、遠心圧縮機は基本的には高容量、低圧機である。遠心圧縮機は、トリクロロフルオロメタン（ＣＦＣ−１１）または１，２，２−トリクロロトリフルオロエタン（ＣＦＣ−１１３）などの、低圧冷媒で最も良く働く。

大きな遠心圧縮機は典型的には３０００〜７０００回転毎秒（ｒｐｍ）で動作する。小タービン遠心圧縮機は、約４０，０００〜約７０，０００（ｒｐｍ）の高速用にデザインされ、小さなインペラサイズ、典型的には０．１５メートル（約６インチ）未満を有する。

圧縮機効率を向上させ、こうして使用中により少ない電力を必要とするために多段インペラが遠心圧縮機に用いられてもよい。２段システムについては、運転中に、第１段インペラの吐出物は第２インペラの吸引取入口に行く。両インペラは単一シャフト（または心棒）を用いて動作してもよい。各段は約４対１の圧縮比を構築することができる、すなわち、絶対吐出圧力は絶対吸引圧力の４倍であることができる。特に自動車用途向けの２段遠心圧縮機システムの幾つかの例は、両方とも参照により本明細書に援用される、米国特許公報（特許文献３）および米国特許公報（特許文献４）に記載されている。

遠心圧縮機を用いる冷凍システムまたは空気調節システムでの使用に好適な本発明の組成物は、
ノナフルオロ−第三級ブタノール、
１，１−ジクロロエタン、
トランス−１，２−ジクロロエチレン、
アセトン、
第三級ブチルメチルエーテル、
ジイソプロピルエーテル、
１，２−ジメトキシエタン、
ジメトキシメタン、
１，１−ジメトキシエタン、
メタノール、
エタノール、
ｎ−プロパノール、
イソプロパノール、
酢酸エチル、
ギ酸エチル、
酢酸メチル、
ギ酸メチル、
Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、または
１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン
の少なくとも１つを含む。

これらの上にリストされた組成物はまた、多段遠心圧縮機、好ましくは２段遠心圧縮機装置での使用にも好適である。

本発明の組成物は、固定式空気調節、ヒートポンプまたは移動式空気調節および冷凍システムで使用されてもよい。固定式空気調節およびヒートポンプ用途には、ウィンドウ型、ダクトレス型、ダクト型、パッケージ・ターミナル型、パッケージ・ルーフトップを含む冷蔵室および業務用が含まれる。冷凍用途には、家庭用またはホーム冷蔵庫およびフリーザー、製氷機、内蔵型クーラーおよびフリーザー、ウォークイン・クーラーおよびフリーザーならびに輸送冷凍システムが含まれる。

本発明の組成物はさらに、フィンおよびチューブ熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、ならびに垂直または水平シングルパスチューブまたはプレート型熱交換器を用いる空気調節、加熱および冷凍システムで使用されてもよい。

通常のマイクロチャネル熱交換器は、本発明の低圧冷媒組成物にとって理想的ではないかもしれない。低い運転圧力および密度は、すべての部品に高い流速および高い摩擦損失をもたらす。これらのケースでは、蒸発器・デザインが修正されてもよい。（冷媒パスに関して）直列に連結された幾つかのマイクロチャネル・スラブよりもむしろシングルスラブ／シングルパス熱交換器配置が用いられてもよい。それ故、本発明の低圧冷媒にとって好ましい熱交換器はシングルスラブ／シングルパス熱交換器である。

２段または他の多段遠心圧縮機装置に加えて、本発明の次の組成物は、シングルスラブ／シングルパス熱交換器を用いる冷凍装置または空気調節装置での使用に好適である。
ノナフルオロ−第三級ブタノール、
１，１−ジクロロエタン、
トランス−１，２−ジクロロエチレン、
アセトン、
第三級ブチルメチルエーテル、
ジイソプロピルエーテル、
１，２−ジメトキシエタン、
ジメトキシメタン、
１，１−ジメトキシエタン、
メタノール、
エタノール、
ｎ−プロパノール、
イソプロパノール、
酢酸エチル、
ギ酸エチル、
酢酸メチル、
ギ酸メチル、
Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、
１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン、
およびそれらの組合せ。

本発明の組成物は、自動車およびウィンドウ型空気調節、ヒートポンプ、または輸送冷凍、ならびに他の用途で用いることができる、小タービン遠心圧縮機（ミニ遠心圧縮機）で特に有用である。これらの高効率ミニ遠心圧縮機は電動機によって駆動されてもよく、それ故エンジン速度とは無関係に運転することができる。一定の圧縮機速度は、該システムにすべてのエンジン速度で比較的一定の冷却能力を提供させる。これは、従来のＲ−１３４ａ自動車空気調節システムと比較してより高いエンジン速度で特に効率向上の機会を提供する。高い駆動速度での従来システムのサイクリング運転が考慮される場合、これらの低圧システムの利点はさらにより大きくなる。

あるいはまた、電力の使用よりもむしろ、ミニ遠心圧縮機は、エンジン排ガス駆動タービンまたは比例化（ｒａｔｉｏｅｄ）ベルト駆動の比例化ギア駆動アセンブリによって動力供給されてもよい。現在の自動車デザインで利用可能な電力は約１４ボルトであるが、新ミニ遠心圧縮機は約５０ボルトの電力を必要とする。それ故、代わりの電源の使用が有利であろう。エンジン排ガス駆動タービンによって動力供給される冷凍装置または空気調節装置は、参照により本明細書に援用される、２００５年３月４日出願の米国特許公報（特許文献５）に詳細に説明されている。比例化ギア駆動アセンブリによって動力供給される冷凍装置または空気調節装置は、参照により本明細書に援用される、２００５年３月２１日出願の米国特許公報（特許文献６）に詳細に説明されている。

本発明はさらに、エンジン排ガス駆動タービンによって動力供給されるミニ遠心圧縮機中で本発明の組成物を圧縮し、前記組成物を凝縮させ、そしてその後冷却されるべき物体の近傍で前記組成物を蒸発させることを含む冷却をもたらすためのプロセスに関する。

本発明はさらに、比例化ベルト駆動の比例化ギア駆動アセンブリによって動力供給されるミニ遠心圧縮機中で本発明の組成物を圧縮し、前記組成物を凝縮させ、そしてその後前記組成物を冷却されるべき物体の近傍で蒸発させることを含む冷却をもたらすためのプロセスに関する。

本発明の低圧冷媒流体の幾つかは、既存の遠心装置でＣＦＣ−１１３のドロップイン代替品として好適であるかもしれない。

本発明はさらに、既存の冷凍装置または空気調節装置でのＣＦＣ−１１３の代替方法であって、本発明の組成物を代替品として提供する工程を含む方法に関する。

本発明はさらに、本発明の組成物が伝熱流体として役立つ、熱源からヒートシンクへの熱の移動のためのプロセスに関する。伝熱のための前記プロセスは、本発明の組成物を熱源からヒートシンクへ移すことを含む。

伝熱流体は、輻射、伝導、または対流によって熱を、ある空間、場所、物体から異なる空間、場所、物体へ移す、移動させるまたは除去するために利用される。伝熱流体は、遠く離れた冷凍（または加熱）システムから冷却（または加熱）のための移送の手段を提供することによって二次クーラントとして機能してもよい。幾つかのシステムでは、伝熱流体は、移送プロセスの全体にわたって一定の状態のままであってもよい（すなわち、蒸発しないまたは凝縮しない）。あるいはまた、蒸発冷却プロセスは同様に伝熱流体を利用してもよい。

熱源は、それから熱を移す、移動させるまたは除去することが望まれる任意の空間、場所、物体と定義されてもよい。熱源の例は、冷蔵庫またはスーパーマーケットのフリーザーケースなどの、冷凍もしくは冷却を必要とする空間（開かれたまたは閉ざされた）、空気調節を必要とする建物空間、または空気調節を必要とする自動車の客室であってもよい。ヒートシンクは、熱を吸収することができる任意の空間、場所、物体と定義されてもよい。蒸気圧縮冷凍システムは、かかるヒートシンクの一例である。

（実施例１）
（圧力を生成するための先端速度）
先端速度は、遠心圧縮機を用いる冷凍設備について幾つかの基本的な関係式を作成することによって推定することができる。インペラがガスに理想的に与えるトルクは
Ｔ＝ｍ^＊（ｖ_２ ^＊ｒ_２−ｖ_１ ^＊ｒ_１） 式１
のように定義される。
ここで、
Ｔ＝トルク、Ｎ−メートル
ｍ＝流れの質量速度、ｋｇ／秒
ｖ_２＝インペラを出る冷媒の接線速度（先端速度）、メートル／秒
ｒ_２＝出口インペラの半径、メートル
ｖ_１＝インペラに入る冷媒の接線速度、メートル／秒
ｒ_１＝インペラの入口の半径、メートル

冷媒が本質的に軸方向にインペラに入ると仮定すると、速度の接線成分ｖ_１＝０であり、それ故、
Ｔ＝ｍ^＊ｖ_２ ^＊ｒ_２ 式２

シャフトで必要とされる電力はトルクと回転速度との積である。
Ｐ＝Ｔ^＊ω 式３
ここで、
Ｐ＝電力、Ｗ
ω＝回転速度、ラジアン／秒
それ故、
Ｐ＝Ｔ^＊ω＝ｍ^＊ｖ_２ ^＊ｒ_２ ^＊ω 式４

低い冷媒流速では、インペラの先端速度および冷媒の接線速度はほぼ同一であり、それ故
ｒ_２ ^＊ω＝ｖ_２ 式５
および
Ｐ＝ｍ^＊ｖ_２ ^＊ｖ_２ 式６

理想的な電力についての別の表現は、流れの質量速度と圧縮の等エントロピー仕事との積であり、
Ｐ＝ｍ^＊Ｈ_ｉ ^＊（１０００Ｊ／ｋＪ） 式７
ここで、
Ｈ_ｉ＝飽和凝縮状態に対する蒸発状態での飽和蒸気からの冷媒のエンタルピーの差、ｋＪ／ｋｇ

２つの表現式６と７とを組み合わせると
ｖ_２ ^＊ｖ_２＝１０００^＊Ｈ_ｉ 式８
を生み出す。

式８は幾つかの基本的仮定に基づいているが、それはインペラの先端速度の良好な推定値を提供し、冷媒の先端速度を比較するための重要な方法を提供する。

下の表は、１，２，２−トリクロロトリフルオロエタン（ＣＦＣ−１１３）および本発明の３−エチルペンタンについて計算される理論的な先端速度を示す。この比較のために仮定された条件は次の通りである。
蒸発器温度：４０．０°Ｆ（４．４℃）
凝縮器温度：１１０．０°Ｆ（４３．３℃）
液体サブクール温度：：１０．０°Ｆ（５．５℃）
リターンガス温度：７５．０°Ｆ（２３．８℃）
圧縮機効率は：７０％である。

これらは、小タービン遠心圧縮機が機能する典型的な条件である。

（実施例２）
（性能データ）
次の表は、圧縮機および凝縮器圧力、圧縮機排出温度、ＣＯＰ（エネルギー効率）ならびに能力（Ｃａｐ）を示すことによって、ＣＦＣ−１１３と比較して様々な冷媒の性能を示す。データは次の条件に基づいている。
圧縮機温度：４０．０°Ｆ（４．４℃）
凝縮器温度：１１０．０°Ｆ（４３．３℃）
サブクール温度：１０．０°Ｆ（５．５℃）
リターンガス温度：７５．０°Ｆ（２３．８℃）
圧縮機効率：７０％である。

データは、本発明の組成物がＣＦＣ−１１３に類似のエバポレーターおよび凝縮器圧力を有することを示す。さらに、幾つかの組成物はＣＦＣ−１１３より高い能力（Ｃａｐ）またはエネルギー効率（ＣＯＰ）を有する。

Claims (21)

1. ノナフルオロ−第三級ブタノール、
   １，１−ジクロロエタン、
   トランス−１，２−ジクロロエチレン、
   アセトン、
   第三級ブチルメチルエーテル、
   ジイソプロピルエーテル、
   １，２−ジメトキシエタン、
   ジメトキシメタン、
   １，１−ジメトキシエタン、
   メタノール、
   エタノール、
   ｎ−プロパノール、
   イソプロパノール、
   酢酸エチル、
   ギ酸エチル、
   酢酸メチル、
   ギ酸メチル、
   Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、および
   １，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン
   からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含むことを特徴とする冷媒または伝熱流体組成物。
2. （ｉ）遠心圧縮機または（ｉｉ）多段遠心圧縮機または（ｉｉｉ）シングルスラブ／シングルパス熱交換器を用いる冷凍装置または空気調節装置での使用に好適な冷媒または伝熱流体組成物であって、
   ノナフルオロ−第三級ブタノール、
   １，１−ジクロロエタン、
   トランス−１，２−ジクロロエチレン、
   アセトン、
   第三級ブチルメチルエーテル、
   ジイソプロピルエーテル、
   １，２−ジメトキシエタン、
   ジメトキシメタン、
   １，１−ジメトキシエタン、
   メタノール、
   エタノール、
   ｎ−プロパノール、
   イソプロパノール、
   酢酸エチル、
   ギ酸エチル、
   酢酸メチル、
   ギ酸メチル、
   Ｎ−（ジフルオロメチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、および
   １，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−［（ペンタフルオロエチル）チオ］エタン
   からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含むことを特徴とする組成物。
3. 冷却されるべき物体の近傍で請求項１または２に記載の組成物を蒸発させ、そしてその後前記組成物を凝縮させる工程を含むことを特徴とする冷却をもたらすためのプロセス。
4. 加熱されるべき物体の近傍で請求項１または２に記載の組成物を凝縮させ、そしてその後前記組成物を蒸発させる工程を含むことを特徴とする熱をもたらすためのプロセス。
5. 伝熱のために請求項１または２に記載の組成物を使用する方法であって、前記方法が前記組成物を熱源からヒートシンクへ移す工程を含むことを特徴とする方法。
6. ナフタルイミド類、ペリレン類、クマリン類、アントラセン類、フェナントラセン類、キサンテン類、チオキサンテン類、ナフトキサンテン類、フルオレセイン類、およびそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの紫外線蛍光染料をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
7. 炭化水素類、ジメチルエーテル、ポリオキシアルキレングリコールエーテル類、アミド類、ケトン類、ニトリル類、クロロカーボン類、エステル類、ラクトン類、アリールエーテル類、フルオロエーテル類、および１，１，１−トリフルオロアルカン類からなる群から選択される少なくとも１つの可溶化剤をさらに含む請求項６に記載の組成物であって、前記冷媒および可溶化剤が同じ化合物であってはならないことを特徴とする組成物。
8. 前記可溶化剤が、
   ａ）式Ｒ^１［（ＯＲ^２）_ｘＯＲ^３］_ｙ（式中、ｘが１〜３の整数であり、ｙが１〜４の整数であり、Ｒ^１が水素および１〜６個の炭素原子とｙ個の結合部位とを有する脂肪族炭化水素基から選択され、Ｒ^２が２〜４個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン基から選択され、Ｒ^３が水素、ならびに１〜６個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択され、Ｒ^１およびＲ^３の少なくとも１つが前記炭化水素基から選択される）で表されるポリオキシアルキレングリコールエーテル類であって、前記ポリオキシアルキレングリコールエーテル類が約１００〜約３００原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｂ）式Ｒ^１ＣＯＮＲ^２Ｒ^３およびシクロ−［Ｒ^４ＣＯＮ（Ｒ^５）−］（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３およびＲ^５が独立して１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基、ならびに６〜１２個の炭素原子を有する多くても１つの芳香族基から選択され、Ｒ^４が３〜１２個の炭素原子を有する脂肪族ヒドロカルビレン基から選択される）で表されるアミド類であって、前記アミド類が約１００〜約３００原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｃ）式Ｒ^１ＣＯＲ^２（式中、Ｒ^１およびＲ^２が独立して１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式およびアリール炭化水素基から選択される）で表されるケトン類であって、前記ケトン類が約７０〜約３００原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｄ）式Ｒ^１ＣＮ（式中、Ｒ^１が５〜１２個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式またはアリール炭化水素基から選択される）で表されるニトリル類であって、前記ニトリル類が約９０〜約２００原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｅ）式ＲＣｌ_ｘ（式中、ｘが整数１または２から選択され、Ｒが１〜１２個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される）で表されるクロロカーボン類であって、前記クロロカーボン類が約１００〜約２００原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｆ）式Ｒ^１ＯＲ^２（式中、Ｒ^１が６〜１２個の炭素原子を有するアリール炭化水素基から選択され、Ｒ^２が１〜４個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基から選択される）で表されるアリールエーテル類であって、前記アリールエーテル類が約１００〜約１５０原子質量単位の分子量を有するもの、
   ｇ）式ＣＦ_３Ｒ^１（式中、Ｒ^１が約５〜約１５個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される）で表される１，１，１−トリフルオロアルカン類、
   ｈ）式Ｒ^１ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｈ（式中、Ｒ^１が約５〜約１５個の炭素原子を有する脂肪族および脂環式炭化水素基から選択される）で表されるフルオロエーテル類であって、前記フルオロエーテル類は、フルオロオレフィン類とポリオール類とから誘導され、前記フルオロオレフィン類はタイプＣＦ_２＝ＣＸＹ（式中、Ｘは水素、塩素またはフッ素であり、そしてＹは塩素、フッ素、ＣＦ_３またはＲ_ｆがＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５もしくはＣ_３Ｆ_７であるＯＲ_ｆである）のものであり、そして前記ポリオール類は線状または分枝されており、前記線状ポリオール類はタイプＨＯＣＨ_２（ＣＨＯＨ）_ｘ（ＣＲＲ’）_ｙＣＨ_２ＯＨ（式中、ＲおよびＲ’は水素、ＣＨ_３またはＣ_２Ｈ_５であり、ｘは０〜４の整数であり、ｙは０〜３の整数であり、そしてｚはゼロか１かのどちらかである）のものであり、そして前記分枝ポリオール類はタイプＣ（ＯＨ）_ｔ（Ｒ）_ｕ（ＣＨ_２ＯＨ）_ｖ［（ＣＨ_２）_ｍＣＨ_２ＯＨ］_ｗ（式中、Ｒは水素、ＣＨ_３またはＣ_２Ｈ_５であってもよく、ｍは０〜３の整数であり、ｔおよびｕは０または１であり、ｖおよびｗは０〜４の整数であり、そしてまたｔ＋ｕ＋ｖ＋ｗ＝４である）のものであるフルオロエーテル類、
   ｉ）構造［Ｂ］、［Ｃ］、および［Ｄ］
   

   

   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_８が独立して水素、線状、分枝、環式、二環式、飽和および不飽和のヒドロカルビル基から選択される）で表され、および分子量が約１００〜約３００原子質量単位であるラクトン類、ならびに
   ｊ）一般式Ｒ^１ＣＯ_２Ｒ^２（式中、Ｒ^１およびＲ^２が独立して線状および環式の、飽和および不飽和の、アルキルおよびアリール基から選択される）で表されるエステル類であって、前記エステル類が約８０〜約５５０原子質量単位の分子量を有するもの
   からなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載の組成物。
9. 紫外線蛍光染料の圧縮冷凍装置または空気調節装置中への導入方法であって、紫外線蛍光染料を可溶化剤の存在下で請求項１または２に記載の組成物に溶解させる工程と、該組合せを前記圧縮冷凍装置または空気調節装置中へ導入する工程とを含むことを特徴とする方法。
10. 紫外線蛍光染料の請求項１またはに記載の組成物への可溶化方法であって、該紫外線蛍光染料を可溶化剤の存在下で前記組成物と接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
11. 請求項６に記載の組成物を圧縮冷凍装置または空気調節装置で使用する工程と、前記装置を提供する工程と、前記装置の近傍で前記組成物を検出するための好適な手段を提供する工程とを含むことを特徴とする漏洩の検出方法。
12. 冷却されるべき物体の近傍で請求項６に記載の組成物の冷媒または伝熱流体成分を蒸発させ、そしてその後前記冷媒または伝熱流体成分を凝縮させる工程を含むことを特徴とする冷却をもたらす方法。
13. 加熱されるべき物体の近傍で請求項６に記載の組成物の冷媒または伝熱流体成分を凝縮させ、そしてその後前記冷媒または伝熱流体成分を蒸発させる工程を含むことを特徴とする熱をもたらす方法。
14. 安定剤、水捕捉剤、または臭気マスキング剤をさらに含むことを特徴とする請求項１または６に記載の組成物。
15. 前記安定剤が、ニトロメタン、ヒンダードフェノール類、ヒドロキシルアミン類、チオール類、ホスファイト類およびラクトン類からなる群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の組成物。
16. 多段遠心圧縮機を用いる冷凍装置または空気調節装置で熱または冷却をもたらす工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の組成物の使用方法。
17. 前記多段遠心圧縮機が２段遠心圧縮機であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記水捕捉剤がオルトエステルであることを特徴とする請求項１４に記載の組成物。
19. 請求項１または２に記載の組成物を、エンジン排ガス駆動タービンによって動力供給されるミニ遠心圧縮機中で圧縮する工程と、前記組成物を凝縮させる工程と、その後冷却されるべき物体の近傍で前記組成物を蒸発させる工程とを含むことを特徴とする冷却をもたらすためのプロセス。
20. 請求項１または２に記載の組成物を比例化ベルト駆動の比例化ギア駆動アセンブリによって動力供給されるミニ遠心圧縮機中で圧縮する工程と、前記組成物を凝縮させる工程と、その後冷却されるべき物体の近傍で前記組成物を蒸発させる工程とを含むことを特徴とする冷却をもたらすためのプロセス。
21. 請求項１に記載の組成物を代替品として提供する工程を含むことを特徴とする既存の冷凍装置または空気調節装置でのＣＦＣ−１１３の代替方法。