JP2008531768A - 蒸気圧縮システムを洗浄するための組成物および方法 - Google Patents

蒸気圧縮システムを洗浄するための組成物および方法 Download PDF

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Abstract

HFC−134aと、HFC−245fa、HFC−365およびHFC−43−10の少なくとも1つとを含む共沸様組成物、ならびにこれを使用して蒸気圧縮システムから汚染物質を除去するための方法が開示される。

Description

本発明は、非共沸組成物、共沸組成物および共沸様組成物に関する。より具体的には、本発明は、ヒドロフルオロカーボンの、非共沸混合物、共沸混合物および共沸様混合物、ならびに蒸気圧縮システムから汚染物質を除去するためにこれらを使用する方法に関する。
蒸気圧縮システムが製造され、使用される際に、これらのシステムおよびそれらの付属構成要素から汚染物質を除去することに対するニーズがある。本明細書の中で用いるように、「汚染物質」という用語は、プロセス流体、潤滑剤、粒子状物質、スラッジ、および/またはこれらのシステムの製造において使用されるかまたはこれらの使用の間に生成される他の物質をいう。一般に、これらの汚染物質は、アルキルベンゼン類、鉱物油類、エステル類、ポリアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ならびに炭素、水素および酸素から主として構成される他の化合物を含む。
蒸気圧縮システムは、加熱および冷凍などの広範でさまざまな用途に使用されている。冷媒などの熱伝導剤を圧縮および膨張させることによって、これらのシステムは、特定の用途の必要に応じて熱を吸収したり、放出したりすることができる。蒸気圧縮システムの通常の構成要素としては、蒸気またはガス圧縮器;液体冷却ポンプ;ガス冷却器、中間冷却器、後冷却器、熱交換器およびエコノマイザーなどの熱伝導装置;往復ピストン圧縮器、回転スクリュー圧縮器、遠心圧縮器およびスクロールエキスパンダーなどの蒸気凝縮器;制御バルブ、およびキャピラリーなどの圧力降下絞り装置;冷媒混合物分離チャンバー;蒸気混合チャンバー;接続管;などが挙げられる。これらの構成要素は、通常、銅、黄銅、スチールなどから作られ、従来のガスケット材料を有する。
蒸気圧縮システムの多くの構成要素は、これらの相対的で、物理的な接触および移動に起因する摩擦を低減するための潤滑剤を必要とする。これらの潤滑剤は、炭素、水素および酸素から主として構成される化合物であり、摩擦を受ける構成要素の表面を被覆することによって作用する。蒸気圧縮システムの潤滑剤は、通常、潤滑剤をシステム全体に運び、分散させる熱伝導剤と混合される。しかし、ある種の処理または手順の間、特に業務運転の間、構成要素の表面からこれらの汚染物質を除去することが望ましい。例えば、クロロフルオロカーボン(CFC)またはヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)冷媒ベースのシステムをヒドロフルオロカーボン(HFC)ベースのシステムに改修する間に、これらのニーズが生じる。また、システムを製造する間に、プロセス流体を除去するニーズもある。システムからこれらの種類の汚染物質を除去しないと、効率が低下し得るかまたは一つ以上の構成要素の故障にさえなり得る。
さらに、蒸気圧縮システムは、圧縮の破裂などの大惨事の後に洗浄を必要とし得る。この種の事象は、密封システム内に酸、スラッジ、粒子状物質などの汚染物質を生成し得る。システムからこれらの汚染物質を除去しないとまた、効率の低下または1つ以上の構成要素の故障になり得る。
前述の汚染物質は通常、汚染物質が溶解し得るかまたは混和し得るフラッシング剤を用いて蒸気圧縮システムをフラッシュすることによって除去することができる。一般に、このようなフラッシング剤は、1種以上の洗浄剤(例えば、さまざまな種類の炭化水素用の溶媒)および蒸気圧縮システム全体に洗浄剤を運ぶ推進剤を含む。場合によっては、洗浄剤が推進剤として機能することもあり得る。最近まで、トリクロロメタン(R−11)およびジクロロフルオロエタン(R−141)などのクロロフルオロカーボン(CFC)がこのようなシステムのためのフラッシング剤として使用されていた。効果的ではあるが、CFCは今や、成層圏のオゾン層の破壊の原因になるために環境的に許容されないと考えられている。CFCの使用が低減され最終的には廃止された場合、良好に機能するだけでなくオゾン層に対する危険性のない新規なフラッシング剤が必要とされる。
多くの環境的に許容されるフラッシング組成物および方法が提案されているが、それらの使用は限定的な成功しかおさめていない。例えば、テルペン類および低粘度エステル類が、蒸気圧縮システムで通常使用される、ポリアルキレングリコール類、ポリオールエステル類、ポリビニルエーテル類などのいくつかの種類の潤滑剤の溶媒として知られている。しかし、これらの溶媒の多くは、100℃を超える沸点を有し、いったん洗浄中に導入されると、システム構成要素から除去することが困難である。これらの高沸点溶媒を除去するための従来の技術では、フラッシング操作が長引き、経済的に不利である。加えて、溶媒残留物は、蒸気圧縮システムの性能に有害な効果を及ぼし得る。
蒸気圧縮システム全体にフラッシング組成物を送達するために提案された他の方法は、推進剤として圧縮窒素の使用を含む。しかし、この送達の方法は、圧縮窒素による加圧量が変化するので困難であり、不確実である。推進剤としての圧縮窒素の使用はまた、費用がかかる。圧縮窒素の代替として、圧縮空気が使用され得る。しかし、圧縮空気の使用は、許容されない高い水分量を含むことが多いので、不利をもたらす。いったん導入されると、この水分は、蒸気圧縮システムから除去することは困難であり得る。
それゆえ、出願人らは、環境的に許容され、蒸気圧縮システムから汚染物質を効果的かつ効率的に除去することができる方法、システムおよび組成物に対してニーズがあると認識した。
本発明の特定の実施形態は前述のニーズを、とりわけ、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)と、1種以上の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365)および1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10)とを含む、新規な非共沸組成物、共沸組成物および共沸様組成物を提供することによって満たす。出願人らは、意外なことに、HFC−134aの有効量が、HFC−365と混合される場合、共沸物が形成されること、ならびにHFC−245fa、HFC43−10、またはHFC−245fa、HFC−365およびHFC43−10のある組合せと混合される場合、共沸様組成物が形成されることを見出した。このような組成物を使用して、環境的に許容される仕方で蒸気圧縮システムから汚染物質を除去する経済的で、効率的な方法がまた提供される。
「有効量」という用語は、本明細書の中で用いるように、1種以上の他の前述の成分と混合される場合、共沸組成物または共沸様組成物の形成を生じるHFC−134aの量をいう。
「共沸様」という用語は、本明細書の中で用いるように、液体と実質的に平衡にある蒸気が、液体中に存在する成分の実質的に同じ濃度を有する限りにおいて、実質的に単一の化合物のように作用する2種以上の化合物の組合せをいう。「共沸様」という用語は、真の共沸組成物と、厳密には共沸組成物ではないが、組成物の蒸気相における成分の濃度が組成物の平衡液相における成分の濃度に通常の蒸留によっては成分を分離させることが実際に可能でないほどに近い組成物との両方についていうことが意図される。要するに、この混合物は、実質的にその組成を変えることなく蒸留する。これは、沸騰または蒸発中に液体組成物がかなり変化する非共沸(または「ゼオトロープ」)組成物と対照的である。
本発明による共沸様組成物は、絶対的共沸物(共沸条件が温度の全ての値(臨海段階まで)に対して満たされる組成物)または限定的共沸物(共沸条件がある温度範囲においてのみ満たされる組成物)を含む。本発明による共沸様組成物はまた、組成物が単一の液相で存在するホモ共沸物、または組成物が2種以上の液相として存在するヘテロ共沸物を含む。さらに、本発明による共沸様組成物は、組成物がそれぞれ、2、3、4、または5個の化合物から構成されるかどうかによって、二成分、三成分、四成分、または五成分の共沸物であることができる。
HFC−245fa、HFC−365およびHFC−43−10の化合物は、フラッシング剤として使用することができる。しかし、これらの化合物のいずれかがフラッシングガンなどのフラッシング装置において使用される場合、推進剤がまた必要とされ得る。出願人らは、HFC−134aがこのような推進剤として機能できることを見出した。さらに、上述のように、出願人らは、ある種の共沸様組成物が、HFC−134aの有効量をHFC−245fa、HFC−365、HFC43−10またはこれらの一部の組合せと混合することによって形成されることを見出した。これらの組成物の共沸様の性質は、一定の凝縮および蒸発が単一の温度で生じることを可能にするので、組成物をフラッシング剤、熱伝導剤、フォーム用の発泡剤またはエアロゾルとして利用する場合に有用である。例えば、フラッシング設備のような閉ループシステムにおいて、共沸様フラッシング組成物は、液体および蒸気状態の両方においてその一定の組成率のために再循環することができる。しかし、非共沸組成物が好ましいが、本発明による共沸様組成物はまた、フラッシュガンなど、開ループシステムにおいて使用され得ることが理解される。
出願人らは、本発明の好ましい共沸様組成物が、蒸気圧縮システムを洗浄するためのフラッシング剤として特に有効なものにする多くの属性または特性を有することを見出した。蒸気圧縮システムに通常見られる、潤滑剤を含む多くの汚染物質は、本発明の好ましい共沸様組成物に十分に混和できるかまたは溶解できる。「十分に混和できる」との用語は、本明細書の中で用いるように、汚染物質が、洗浄されるべき表面から効果的に除去されるように、通常の洗浄条件下で溶液、エマルジョン、懸濁液、または混合物を形成するために汚染物質と相互作用する共沸様組成物の能力をいう。このような潤滑剤の例としては、限定されないが、鉱物油類、アルキルベンゼン類、ポリビニルエーテル類、ポリアルキレングリコール類およびポリオールエステル油類が挙げられる。
本発明による好ましい共沸様組成物の1つの利点は、好ましくは比較的少ない労力または複雑さで、処理表面からこれらの組成物を実質的に除去できることである。例えば、好ましい共沸様組成物は、不活性ガス、システムの真空吸引、および/またはシステムの加熱によってシステムをフラッシングするような当該技術分野で公知の従来の技術を使用して容易に蒸発する。蒸発に影響する因子としては、蒸気圧、加えられる熱量、液体の熱伝導性、液体の比熱、蒸発の潜熱、表面張力、分子量、蒸気が除去される速度が挙げられる。所与の用途に対してフラッシング剤を除去する最も適切な方法は、関係する用途の特性に依存し、当業者であればこのような各々の用途に対してどれが最も適切な方法かを容易に決定できる。
本組成物の1つの利点は、HFC−245fa、HFC−134aおよびHFC−43−10の各々はASTME681−94によって規定されるように不燃性であり、それゆえこれらの物質の混合物からできた共沸様組成物はまた、不燃性であることである。さらに、HFC−365およびHFC134aの特定の共沸様混合物などの本発明による他の共沸様組成物はまた、不燃性であり得る。一般に、本発明の不燃性混合物は、危険性が少なく、それゆえ取り扱いがより容易であるので好ましい。しかし、本発明による混合物はまた、可燃性であり得、特定の用途において、これらの混合物の可燃性が利点であり得る。
本発明の好ましい共沸様組成物は一般に、金属および封止剤を含む蒸気圧縮システムの物質と相容性である。
本発明の好ましい共沸様組成物は、環境的に許容され、地球の成層圏のオゾン層の破壊の原因にならない。
二成分共沸様組成物の存在を示すデータが提示される。不燃性で、実質的に定沸点の組成物はまた、HFC−134aおよび他の2つの成分を含む三成分組成物を使用して形成され得る。しかし、本発明はまた、新規な共沸様組成物を形成するための追加の成分をまた含む組成物を提供する。このような組成物のいずれも、組成物が本質的に共沸様であり、本明細書に記載される本質的な成分の全てを含むことを条件に、本発明の範囲内にあると考えられる。
本発明の好ましい共沸様組成物は、約1〜約99重量%のHFC−134aおよび約99〜約1重量%のHFC−245faを有するHFC−245faおよびHFC−134aの好適な混合物;約60〜約99重量%のHFC−134aおよび約1〜40重量%のHFC−365を有するHFC−134aおよびHFC−365の好適な混合物;および約45〜約99重量%のHFC−134aおよび約1〜約55重量%のHFC43−10を有するHFC−134aおよびHFC−43−10の好適な混合物を含む。
これら好ましい共沸様組成物のための成分の好ましい比は、物質の利用可能性および費用、洗浄される特定の装置、および汚染物質の組成などの多くの因子に依存する。本明細書に含まれる教示を鑑みて、当業者であれば特定の用途に対して成分の比を容易に選択することができる。
好ましい共沸様組成物を含む、本発明による組成物は、新規な共沸様組成物を形成し得ない添加剤などの1種以上の成分を含み得る。特定の使用のための組成物を調整するために、公知の添加剤を本組成物において使用し得る。分解を抑制し、望ましくない分解生成物を反応させ、および/または金属表面の腐食を防止するために、本発明の組成物に抑制剤をまた添加し得る。通常、共沸様組成物の全重量を基準にして約2%までの抑制剤を使用し得る。
以下の実施例は、本発明の実施を示すものである。
実施例1
18gのHFC−134aを大気圧下で沸点測定装置に加えた。この化合物は約−25℃で沸騰することを測定した。HFC−245faが7.04重量%になるまで、HFC−245faを段階的に沸点測定装置に加えた。意外なことに、沸点は約−25℃〜約−26ECにとどまっており、共沸様組成物が形成されたことを示した。
実施例2
93重量%のHFC−134aおよび7重量%のHFC−245faを含む組成物を生成し、次いで、浸漬管を有するシリンダー中に移した。この共沸様組成物の有効性を試験するために、共沸様組成物の初期充填を保持するシリンダー、蒸発膨張装置、オイル分離器および圧縮器を備えたフラッシング装置を組立てた。凝縮器などの通常の蒸気圧縮構成要素を代表する物品の重量をはかり、次いで約15gのポリアルキレングリコール(PAG)油をその内部表面に沈着させることによって汚染させた。次いで、物品を洗浄され得るように共沸様組成物を収容するシリンダーの浸漬脚に取り付けた。
液相中にある間、共沸様組成物は、シリンダーから、物品を通って移された。共沸様組成物が物品を通る時、汚染された表面と接触した。この接触の結果、PAGオイルは共沸様組成物によって溶解され、それによって物品の表面から除去された。共沸様組成物および溶解オイルが物品を出る際、膨張装置に通し、液体を蒸発させるようにする。得られた蒸気は、共沸様組成物からオイルを除去するオイル分離器に通した。次いで、共沸様組成物は、液相に変換して戻される場合には、圧縮器に移された。次いで、液体共沸様組成物はさらに物品の表面を洗浄するために物品を通って再循環された。
共沸様組成物が物品中を45分間循環した後、実質的にすべてのPAGオイルが物品から除去されたことがわかった。装置を停止させ、物品の重量をはかり、ほぼその当初の重量であることがわかった。共沸様組成物はまったく物品中に残存しないことがわかった。
実施例3
この実施例は、本発明による共沸様組成物の形成および該組成物の洗浄効果を示すものである。この実施例として、10重量%のHFC−134aおよび90重量%のHFC−245faの混合物を調合し、利用した。
10重量%のHFC−134aおよび90重量%のHFC−245faの混合物を形成したことを除き、実施例1において特定された手順に従って組成物を調製した。意外なことに、この組成物はまた、共沸様の特性を示した。
この組成物の洗浄効果を実施例1に特定された同じ手順を使用して試験した。この共沸様組成物が物品を45分間循環した後、実質的にすべてのPAGオイルが物品から除去されたことがわかった。装置を停止し、物品の重量をはかり、ほぼその当初の重量であることがわかった。この結果、共沸様組成物またはPAGオイルはまったく物品中に残存していなかった。
実施例4
この実施例は、フラッシュガン装置を利用した場合の本発明による共沸様組成物の洗浄効果を示すものである。この実施例として、20重量%のHFC−134aおよび80重量%のHFC−245faの混合物2ポンドを調合し、次いでフラッシュガンに充填した。
空調設備の凝縮器の内部を15gのPAGオイルで汚染した。この凝縮器を共沸様組成物がその中を流れることができるようにした。凝縮器の出口に高圧冷凍ホースを介して真空排気された回収シリンダーに接続した。回収シリンダーをドライアイスで冷却した。凝縮器の入口に安全接続金具とバルブによってフラッシュガンのノズルに取り付けた。
バルブを開いて共沸様組成物がフラッシュガンから凝縮器を通って、最終的には回収シリンダーの中に流れるようにした。共沸様組成物が凝縮器を通る際、凝縮器の汚染された表面と接触した。この接触の結果、PAGオイルは、共沸様組成物によって溶解され、それによって凝縮器の表面から除去された。必要に応じて、凝縮器内に捕捉され始めた過剰のいかなるHFC−245faも乾燥窒素によってかまたは凝縮器に純HFC−134aを通過させることによって除去した。
45分未満後に、フラッシング手順を止めた。実質的にすべのPAGオイルが凝縮器から除去されたことがわかった。また、凝縮器が実質的に共沸様組成物を有さないこともわかった。
実施例5
この実施例は、フラッシュガン装置を利用した場合の本発明による共沸様組成物の洗浄効果を示すものである。この実施例として、20重量%のHFC−134a、30重量%のHFC−365、および50重量%のHFC−245faの混合物を調合し、利用した。
20重量%のHFC−134a、30重量%のHFC−365、および50重量%のHFC−245faの混合物2ポンドをフラッシュガンに充填した。この組成物の洗浄効果を実施例3において特定された同じ手順を使用して試験した。
45分未満後に、フラッシング手順を止めた。実質的にすべのPAGオイルが凝縮器から除去されたことがわかった。また、凝縮器が実質的に共沸様組成物を有さないこともわかった。
実施例6
約18.97gのHFC−134aを頂部に凝縮器、および水晶温度計を有する真空ジャケットを備えた沸点測定装置に加えた。HCF−365mfcを少量ずつ加えた。HFC−365mfcを加えて、最少沸騰共沸物を示したとき、温度降下が観察された。下記の表1に示すように、この組成物の沸点は、HFC−134a:HFC−365mfc混合物が重量比100:0〜重量比65:35に変化する際、約0.7ECだけ変動する。
Figure 2008531768
実施例7
約19.86gのHFC−134aを実施例5に記載した沸点測定装置に加えた。HCF−43−10を少量ずつ加えた。HCF−43−10を加えて、最少沸騰共沸物を示した時、温度降下が観察された。下記の表2に示すように、この組成物の沸点は、HFC−134a:HCF−43−10混合物が重量比100:0〜重量比45:55に変化する際、約0.7ECだけ変動する。
Figure 2008531768

Claims (20)

  1. 1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される1種以上の化合物とを含む共沸組成物または共沸様組成物。
  2. 1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される2種以上の化合物とを含む、請求項1に記載の共沸組成物または共沸様組成物。
  3. 約1〜約99重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび約99〜約1重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを含み、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する、請求項1に記載の組成物。
  4. 約1〜約20重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび約99〜約80重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを含み、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する、請求項1に記載の組成物。
  5. 約1〜約10重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび約99〜約90重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを含み、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する、請求項1に記載の組成物。
  6. 約1〜約10重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび約99〜約90重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを含み、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する、請求項1に記載の組成物。
  7. 約20重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタン、約30重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン、および約50重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンから本質的になる、請求項2に記載の組成物。
  8. 約65〜99重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび1〜40重量%の1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンから本質的になり、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する共沸様組成物。
  9. 約45〜99重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび1〜55重量%の1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンから本質的になり、前記組成物が、14.4psiaで約−25E〜−26ECの沸点を有する共沸様組成物。
  10. a.汚染物質で汚れた少なくとも1つの表面の少なくとも一部分を有する蒸気圧縮システムを提供するステップと、
    b.前記汚れた表面を請求項1に記載の共沸組成物または共沸様組成物と接触させるステップと、
    c.前記システムから前記共沸組成物または共沸様組成物の少なくとも一部分を除去するステップと、
    を含む、蒸気圧縮システムから汚染物質を除去する方法。
  11. 前記汚染物質が、潤滑剤、プロセス流体、およびスラッジからなる群から選択される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記汚染物質が、炭素原子、水素原子、および場合によって、酸素原子から本質的になる、請求項11に記載の方法。
  13. 前記汚染物質が、アルキルベンゼン類、鉱物油類、エステル類、ポリアルキレングリコール類およびポリビニルエーテル類を含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記接触させるステップが、前記汚染された表面を前記共沸組成物または共沸様組成物でフラッシュすることを含む、請求項10に記載の方法。
  15. 前記フラッシュすることが、フラッシング装置の使用を含む、請求項14に記載の方法。
  16. 前記フラッシング装置がフラッシュガンである、請求項15に記載の方法。
  17. 1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される1種以上の化合物とを含む非共沸組成物。
  18. 1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される2種以上の化合物とを含む、請求項17に記載の非共沸組成物。
  19. (a)表面を、1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される1種以上の化合物とを含む共沸組成物または共沸様組成物と接触させるステップと、
    (b)前記表面から前記共沸組成物または共沸様組成物の少なくとも一部分を除去するステップと、
    を含む、表面から汚染物質を除去する方法。
  20. (a)表面を、1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンおよび1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタンからなる群から選択される1種以上の化合物とを含む非共沸組成物と接触させるステップと、
    (b)前記表面から非共沸組成物の少なくとも一部分を除去するステップと、
    を含む、表面から汚染物質を除去する方法。
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