JP2013249326A - フルオロアルケンを含有する熱伝達媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素数が3個であるフルオロアルケンを含む、熱伝達媒体。一般式(1)R1R2C=CR3R4(式中、R1はCHmF3−m基であり(m=0〜3)、Rn(n=2〜4)はそれぞれ独立してフッ素、塩素、臭素、ヨウ素又は水素であり、分子内に少なくとも1つ以上のフッ素を含む。)で表されるフルオロアルケンよりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む、熱伝達媒体。
【選択図】図1
Description
炭素数が3個であるフルオロアルケンを含む、熱伝達媒体。
一般式(1)
R1R2C=CR3R4 (1)
(式中、R1はCHmF3−m基であり(m=0〜3)、Rn(n=2〜4)はそれぞれ独立してフッ素、塩素、臭素、ヨウ素又は水素であり、分子内に少なくとも1つ以上のフッ素を含む。)
で表されるフルオロアルケンよりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む、発明1の熱伝達媒体。
フルオロアルケンの少なくとも1つの化合物が、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(E))又はシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(Z))、である、発明1又は2の熱伝達媒体。
フルオロアルケンが、
トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd(E))、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd(Z))、
2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、発明1又は2の熱伝達媒体。
フルオロアルケンが、
トランス−1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd(E))、
シス−1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd(Z))、1,1−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223za)、
1,1,2−トリクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1213xa)
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、発明1又は2の熱伝達媒体。
フルオロアルケンが、
トランス−1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
シス−1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
トランス−2−ブロモ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−2−ブロモ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン
トランス−1−クロロ−ペンタフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−ペンタフルオロプロペン、
トランス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
トランス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
トランス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、発明1又は2の熱伝達媒体。
フルオロアルケンを、少なくとも50質量%以上含む、発明1から6の何れかの熱伝達媒体。
さらに、ジフルオロメタン(HFC−32)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン(HFC−125)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(HFC−227ea)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソブタン(HFC−356mmz)、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10−mee)からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物を含む、発明1から7の何れかの熱伝達媒体。
さらに、1,1,2,2−テトラフルオロ−1−メトキシエタン(HFE−254pc)、トランス−1−メトキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン、シス−1−メトキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン、2−メトキシ−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFE−356mmz)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(HFE−347pc−f)からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物を含む、発明1から8の何れかの熱伝達媒体。
さらに、炭素数3〜8の飽和炭化水素を熱伝達媒体中に、5質量%〜50質量%含む、発明1から9の何れかの熱伝達媒体。
飽和炭化水素が、ブタン、イソブタン、ネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、発明10の熱伝達作動媒体。
さらに、炭素数が1〜4のアルコールを作動媒体中に5質量%〜50質量%含む、発明1から11の何れかの熱伝達媒体。
さらに、水を10質量%以下含む、発明1から12の何れかの熱伝達媒体。
さらに、二酸化炭素を10質量%以下含む、発明1から13の何れかの熱伝達媒体。
HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHFC−245faを1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHCFO−1233zd(E)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
HFO−1234ze(Z)を50質量%〜98質量%、HFC−245faを1質量%〜約50質量%及びHCFO−1233zd(E)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHCFO−1233zd(Z)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHFE−356mmzを1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
さらに、潤滑剤を含む、発明1から19の何れか熱伝達媒体。
潤滑剤が、鉱物油(パラフィン系油またはナフテン系油)または合成オイルのアルキルベンゼン類(AB)、ポリ(アルファ−オレフィン)、エステル類、ポリオールエステル類(POE)、ポリアルキレングリコール類(PAG)、ポリビニルエーテル類(PVE)およびそれらの組合せから選択される、発明20の熱伝達媒体。
さらに、安定剤を含む、発明1から21の何れかの熱伝達媒体。
安定剤が、ニトロ化合物、エポキシ化合物、フェノール類、イミダゾール類、アミン類、ジエン系化合物類、ホスフェート類等およびそれらの組合せから選択される、発明22の熱伝達媒体。
さらに、難燃剤を含む、発明1から23の何れかの熱伝達媒体。
難燃剤が、ホスフェート類、ハロゲン化芳香族化合物、フッ素化ヨードカーボン、フッ素化ブロモカーボン等およびそれらの組合せから選択される、発明24の熱伝達媒体。
発明1から発明25の何れかの熱伝達媒体を含有している熱伝達装置。
熱伝達装置における、発明1から発明26の何れかの熱伝達媒体の使用。
ランキンサイクルまたはその変法を用いて熱から動力を発生させるように構成されてなる発明26の熱伝達装置。
ランキンサイクルまたはその変法を用いて動力を発生させる際に、産業用排熱を利用する発明28の熱伝達装置。
冷却装置である、発明29の熱伝達装置。
業務用空調システム、業務用冷蔵庫システム、業務用冷凍庫システムからなる群より選択される発明30の熱伝達装置。
沸騰冷却システムである、発明30の熱伝達装置。
自動車用パワーコントロールユニット冷却システムまたはCPU冷却システムである、発明32の熱伝達装置。
加熱装置である、発明26の熱伝達装置。
ヒートポンプサイクルまたはその変法を用いて、60℃以上の水を生成する発明34に記載の熱伝達装置。
ヒートポンプサイクルまたはその変法を用いて、100℃以上の水蒸気を生成する発明34に記載の熱伝達装置。
発明1から発明25の何れかの熱伝達媒体を含有している吸収式ヒートポンプシステム。
吸収剤が、エーテル類、エステル類、ポリオール類、アミド類、アミン類、イミド類、ケトン類、アルデヒド類、ニトリル類からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、発明37の吸収式ヒートポンプシステム。
吸収剤が、ジメチルラウリルアミン、N−メチルジシクロヘキシルアミン、キノリン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、エチルアセトアセテート、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、アセトニルアセトン、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、ホウ酸トリグリコールエーテルエステル、n−ヘプトアルデヒド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリドン、1,3−ジプロピル−2−イミダゾリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、発明37の吸収式ヒートポンプシステム。
シス−1−クロロ−ペンタフルオロプロペン、トランス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、シス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、トランス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、シス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、トランス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、シス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンなどを挙げることができる。これらの化合物は単体もしくは2種以上の混合物として使用することができる。
また、上記の好適なフルオロアルケン以外にも、トランス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン(trans−CF3CH=CHCF3:沸点9℃)、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン(cis−CF3CH=CHCF3:沸点33℃)、トランス−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン(trans−CF3CH=CFCH3:沸点17℃)、シス−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン(cis−CF3CH=CFCH3:沸点49℃)、1,1,2,3,3,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブテン(CHF2CF2CF=CF2:沸点21℃)、3−(トリフルオロメチル)−3,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン((CF3)2CFCH=CH2:沸点23℃)、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン(CF3CH2CF=CH2:沸点30℃)、3,3,3−トリフルオロ−2−(トリフルオロメチル)−1−プロペン((CF3)2CH=CH2: 沸点14℃)、1−クロロ−ペンタフルオロプロペン(CF3CF=CFCl:沸点8℃)、1−クロロ−2−フルオロプロペン、1,1−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、3,3−ジクロロ−1,1,3−トリフルオロプロペン、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペン、3,3−ジクロロ−2,3−ジフルオロプロペン、3,3,3−トリフルオロプロペン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロペン、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロペン、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、2,4,4,4−テトラフルオロ−2−ブテン、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1−クロロ−1,1,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブテン、1,4−ジクロロ−1,1,4,4−テトラフルオロ−2−ブテン,1,1−ジクロロ−1,4,4−テトラフルオロ−2−ブテン、パーフルオロ−(4−メチル−2− ペンテン)等を用いることもできる。これらのフッ素化オレフィンは単独または2種以上の混合物で用いることもできる。
また、本発明の熱伝達媒体は、以下に示すフッ素化エーテルを添加することができる。具体的に、好適なフッ素化エーテルとしては、トランス−1−メトキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン(CF3CH=CHOCH3: 沸点62℃)、2−メトキシ−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン((CF3)2CHOCH3: 沸点50℃)、1,1,2,2−テトラフルオロ−1−メトキシエタン(CF2HCF2OCH3: 沸点37℃)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(CF2HCF2OCH2CF3: 沸点56℃)2,2,2−トリフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル(CF3CH2OCF3: 沸点6℃)、3H−ヘキサフルオロプロピルトリフルオロメチルエーテル(CHF2CF2CF2OCF3: 沸点23−34℃)、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルトリフルオロメチルエーテル(CF3CF2CH2OCF3: 沸点26℃)、へプタフルオロ−1−メトキシプロパン(CF3CF2CF2OCH3: 沸点34℃)、ヘプタフルオロプロピル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル(CF3CF2CF2OCHFCF3: 沸点41℃)、ジフルオロメチル−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルエーテル(CF3CF2CF2OCHF2: 沸点46℃)、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル−ジフルオロメチルエーテル(CF3CHFCF2OCHF2: 沸点47℃)、1,2−ジクロロトリフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル(CF2ClCFClOCF3: 沸点41℃)、オクタフルオロ−3−メトキシプロペン(CF2=CFCF2OCF3: 沸点10℃)、2−(メトキシメチル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2−(メトキシジフルオロメチル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビスジフルオロメチルエーテル、メチルペンタフルオロエチルエーテル、1,2,2,2−テトラフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル、2,2,2−トリフルオロエチルトリフルオロメチルエーテル、ジフルオロメチル1,2,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、ジフルオロメチル2,2,2−トリフルオロエチルエーテル、1−トリフルオロメチル−2,2,2−トリフルオロエチルメチル
エーテル、1−トリフルオロメチル−1,2,2,2−テトラフルオロエチルメチルエーテル、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロー3−メトキシプロパンを挙げることができる。これらの化合物は単体もしくは2種以上の混合物として使用することができる。
その他の、ハロカーボン類としては、ハロゲン原子を含む塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ハイドロフルオロカーボン類としては、ジフルオロメタン(HFC−32)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン(HFC−125)、フルオロエタン(HFC−161)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(HFC−134)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、1,1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a)、ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(HFC−227ea)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−236ea)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソブタン(HFC−356mmz)、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10−mee)等を挙げることができる。
また、その他の化合物して、炭素数1〜4のメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、ペンタフルオロプロパノール、テトラフルオロプロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール等のアルコール類、を含むことができる。
また、その他の化合物して、炭素数3〜8のプロパン、n−ブタン、i−ブタン、ネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン等の飽和炭化水素から選ばれる少なくとも1以上の化合物を混合することができる。これらのうち、特に好ましい物質としてはネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。これらの飽和炭化水素は、地球温暖化係数が低いため、本発明に係る特定のフッ素化オレフィンに加えることによって、さらに、地球温暖化係数を下げることができる。また、これらの飽和炭化水素は、安価で入手が容易なため、本発明の熱伝達媒体のコストを低減させることも可能となる。
また、その他の化合物して、水、二酸化炭素、アンモニア、ジメチルエーテル(DME)を含むことができる。
また、本発明の熱伝達媒体をランキンサイクルの作動媒体に用いる場合、タービン等の膨張機摺動部で使用する潤滑油は、鉱物油(パラフィン系油またはナフテン系油)または合成オイルのアルキルベンゼン類(AB)、ポリ(アルファ−オレフィン)、エステル類、ポリオールエステル類(POE)、ポリアルキレングリコール類(PAG)またはポリビニルエーテル類(PVE)を用いることができる。
また、本発明の熱伝達媒体は、熱安定性、耐酸化性等を改善するために安定剤を用いることができる。安定剤としては、ニトロ化合物、エポキシ化合物、フェノール類、イミダゾール類、アミン類等が挙げられる。
また、本発明の熱伝達媒体は、燃焼性を改善するために難燃剤を用いることができる。難燃剤としては、ホスフェート類、ハロゲン化芳香族化合物、フッ素化ヨードカーボン、フッ素化ブロモカーボン等が挙げられる。
ランキンサイクルシステムとは、蒸発器において、地熱エネルギー、太陽熱、中低温度(30〜300℃程度)の廃熱等により作動媒体を加熱し、高温高圧状態の蒸気となった作動媒体を膨張機にて断熱膨張させ、この断熱膨張によって発生する仕事によって、発電機を駆動させ、発電を行うシステムである。
蒸気圧縮サイクルシステムとは、蒸発器で空気、水またはブラインなどの被冷却物のもっている熱を、作動媒体の蒸発潜熱としてそれに移動させ、発生した冷媒蒸気を、圧縮機において、所定温度の空気や水で冷却すれば容易に凝縮する圧力まで圧縮の仕事を加えて圧縮し、凝縮器で凝縮熱を排出して液化し、凝縮した作動媒体液を膨張弁で低圧・低温に絞り膨張させ、蒸発器に送り込んで蒸発させるシステムである。蒸発器において、被冷却物のもっている熱エネルギーを作動媒体が受け取ることにより、被冷却物を冷却し、より低い温度へ降温するシステムであり、公知のシステムに適用できる。凝縮器において作動媒体の熱エネルギーを負荷流体に与えることにより、負荷流体を加熱し、より高い温度に昇温するシステムであり公知のシステムに適用できる。
ヒートパイプとは、パイプ状の容器の一端を蒸発部とし、他端を凝縮部として熱を伝える伝熱素子である。原理としては、パイプの一端が温められると、そこで作動媒体が蒸発して熱を吸収する。次いで、蒸発した気体はパイプの中を拡散し、低温部となる他端で潜熱を放出し凝縮する。作動媒体(液体)は重力や毛管力で再びパイプの高温部となる一端へ戻り高温部から低温部へ熱が輸送される。また、本発明の作動媒体は、ヒートパイプと同様な原理の二相密閉型熱サイフォン装置等の潜熱輸送用システムにも適用可能である。また、ヒートパイプにおける作動液を循環させる駆動力は、重力または毛管力に限定されず、ポンプなどの機械仕事を用いてもよい。
沸騰冷却器とは、内部に作動媒体が充填された耐圧性を有する密閉容器であり、容器の一端を半導体などの被冷却物と接している部分を蒸発部とし、他端を空気または水などの被加熱流体と接している部分を凝縮部として、熱を伝える熱交換器である。原理としては、沸騰冷却器と接している高温熱源から沸騰冷却器の蒸発部に熱が加えられると沸騰冷却器内部の作動液が蒸発して熱を吸収する。次いで、蒸発した気体は沸騰冷却器の中を拡散し、被加熱流体へと放熱する凝縮部で凝縮潜熱を放出し液体へ戻る。作動媒体(液体)は重力や毛管力で再び蒸発部へ戻り高温部から低温部へ熱が輸送される。沸騰冷却器における作動液を循環させる駆動力は、重力または毛管力に限定されず、ポンプなどの機械仕事を用いてもよい。
<トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:HFO−1234ze(E)>
図1の有機ランキンサイクルシステム100において、本発明のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを適用した場合のランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図5および6において、実施例1におけるTs線図およびP−h線図を示す。図6において、サイクルポイント1、2、3、4はランキンサイクル計算条件1を示す。
G: 作動媒体循環量
Lth: 膨張タービンの理論発生動力
Lt: 発生動力
EG: 発電量
EP: 循環ポンプ必要電力
Pc: 凝縮器圧力
PE: 蒸気発生器圧力
Lpth: 理論的必要動力
Ev: 必要電力
Ecycle: 有効発電量
QE: 入熱量
ηcycle: 発電サイクル効率
ρ: 作動媒体密度
h: 比エンタルピー
1,2,3,4: サイクルポイント
[実施例2]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:HFO−1234ze(Z)>
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを用いた以外は、実施例1と同じ条件にて、ランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図7および8において、実施例2におけるTs線図およびP−h線図を示す。図8において、サイクルポイント1、2、3、4はランキンサイクル計算条件1を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はランキンサイクル計算条件2を示す。
<トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:HCFO−1233zd(E)>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いた以外は、実施例2と同じ条件にて、ランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図9および10において、実施例3おけるTs線図およびP−h線図を示す。図10において、サイクルポイント1、2、3、4はランキンサイクル計算条件1を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はランキンサイクル計算条件2を示す。
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:HCFO−1233zd(Z)>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いた以外は、実施例2と同じ条件にて、ランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図11および12において、実施例4におけるTs線図およびP−h線図を示す。図12において、サイクルポイント1、2、3、4はランキンサイクル計算条件1を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はランキンサイクル計算条件2を示す。
<1,1,1,2−テトラフルオロエタン:HFC−134a>
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、1,1,1,2−テトラフルオロエタンを用いた以外は、実施例1と同じ条件にて、ランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図13および14において、比較例1におけるTs線図およびP−h線図を示す。図15において、サイクルポイント1、2、3、4はランキンサイクル計算条件1を示す。
<1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン:HFC−245fa>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを用いた以外は、実施例2と同じ条件にて、ランキンサイクル性能(発電サイクル効率)について評価した。なお、図15および16において、比較例2におけるTs線図およびP−h線図を示す。図において、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はランキンサイクル計算条件2を示す。
<トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:HFO−1234ze(E)>
成績係数(COP)は、一般に認められている作動媒体性能の尺度であり、作動媒体の蒸発または凝縮を含む特定の加熱または冷却のサイクルにおける作動媒体の相対的な熱力学的効率を表すのに特に有益である。蒸気を圧縮する際に圧縮機によって加えられた仕事量に対する蒸発器において作動媒体が被冷却媒体から受け入れる熱量の比率をCOPRで表す。一方、蒸気を圧縮する際に圧縮機によって加えられた仕事量に対する凝縮器において作動媒体が被加熱媒体へ放出する熱量の比率をCOPHで表す。
G: 作動媒体循環量
W: 圧縮仕事
QE: 入熱量
QC: 放熱量
COPR: 成績係数(冷却)
COPH: 成績係数(加熱)
h: 比エンタルピー
1,2,3,4: サイクルポイント
2th: 等エントロピー圧縮後のサイクルポイント
図17において、実施例5におけるP−h線図を示す。図17において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:HFO−1234ze(Z)>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いた以外は、実施例5と同じ条件にて、蒸気圧縮サイクル性能(COP)について評価した。なお、図18において、実施例6におけるP−h線図を示す。図18において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
<トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:HCFO−1233zd(E)>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いた以外は、実施例6と同じ条件にて、蒸気圧縮サイクル性能(COP)について評価した。なお、図19において、実施例7におけるP−h線図を示す。図19において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン:HCFO−1233zd(Z)>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを用いた以外は、実施例5と同じ条件にて、蒸気圧縮サイクル性能(COP)について評価した。なお、図20において、実施例8におけるP−h線図を示す。図20において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
<1,1,1,2−テトラフルオロエタン:HFC−134a>
本発明の作動媒体の代わりに、1,1,1,2−テトラフルオロエタンを用いた以外は、実施例5と同じ条件にて、蒸気圧縮サイクル性能(COP)について評価した。なお、図21において、比較例3におけるP−h線図を示す。図21において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
<1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン:HFC−245fa>
本発明の作動媒体の代わりに、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを用いた以外は、実施例3と同じ条件にて、蒸気圧縮サイクル性能(COP)について評価した。なお、図22において、比較例4におけるTs線図およびP−h線図を示す。図22において、サイクルポイント1、2、3、4はヒートポンプサイクル計算条件3を示す。また、サイクルポイント1’、2’、3’、4’はヒートポンプサイクル計算条件4を示し、サイクルポイント1’’、2’ ’、3’ ’、4’ ’はヒートポンプサイクル計算条件5を示す。
外径16mm、肉厚1.0mm、長さ800mmのパイプ状のSUS316製コンテナによって形成された沸騰冷却器のコンテナ内にトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを作動媒体として30mL封入した。
作動媒体を、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンとする以外は、実施例9と同じ条件とした。
SUS316製オートクレーブに作動媒体30gを充填し、150℃に加熱して、5週間保持した。ガスクロマトグラフィーを用いて、作動媒体の分解生成物および作動媒体の異性体生成物の有無について、評価を行った。得られた結果を表13に示す。
作動媒体0.5gと潤滑油0.5gをガラス製試験管に封入した。ガラス試験管ごと0℃まで冷却し、目視により、作動媒体と潤滑油との相溶性について、評価を行った。得られた結果を表14に示す。表14において、均一に相溶したときは○、二層分離したときは×で評価した。
鉱物油(MO2):スニソ4GS(日本サン石油製)
アルキルベンゼン油(AB):アトモス68N(JX日鉱日石エネルギー製)
ポリアルキレングリコール油(PAG):SUNICE P56(日本サン石油製)
ポリビニルエーテル油(PVE):ダフニーハーメチックオイルFVC68D(出光興産製)
ポリオールエステル油(POE):Ze−GLES RB68(JX日鉱日石エネルギー製)
Claims (39)
- 炭素数が3個であるフルオロアルケンを含む、熱伝達媒体。
- 一般式(1)
R1R2C=CR3R4 (1)
(式中、R1はCHmF3−m基であり(m=0〜3)、Rn(n=2〜4)はそれぞれ独立してフッ素、塩素、臭素、ヨウ素又は水素であり、分子内に少なくとも1つ以上のフッ素を含む。)
で表されるフルオロアルケンよりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む、請求項1の熱伝達媒体。 - フルオロアルケンの少なくとも1つの化合物が、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(E))又はシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(Z))、である、請求項1又は2の熱伝達媒体。
- フルオロアルケンが、
トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd(E))、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd(Z))、
2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233xf)
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、請求項1又は2の熱伝達媒体。 - フルオロアルケンが、
トランス−1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd(E))、
シス−1,2−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223xd(Z))、1,1−ジクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1223za)、
1,1,2−トリクロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1213xa)
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、請求項1又は2の熱伝達媒体。 - フルオロアルケンが、
トランス−1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
シス−1−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、
トランス−2−ブロモ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−2−ブロモ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン
トランス−1−クロロ−ペンタフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−ペンタフルオロプロペン、
トランス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
トランス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−1−クロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
トランス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、
シス−2−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン
からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、請求項1又は2の熱伝達媒体。 - フルオロアルケンを、少なくとも50質量%以上含む、請求項1から6の何れかの熱伝達媒体。
- さらに、ジフルオロメタン(HFC−32)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン(HFC−125)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(HFC−227ea)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)、1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb)、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソブタン(HFC−356mmz)、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10−mee)からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物を含む、請求項1から7の何れかの熱伝達媒体。
- さらに、1,1,2,2−テトラフルオロ−1−メトキシエタン(HFE−254pc)、トランス−1−メトキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン、シス−1−メトキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン、2−メトキシ−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFE−356mmz)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(HFE−347pc−f)からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物を含む、請求項1から8の何れかの熱伝達媒体。
- さらに、炭素数3〜8の飽和炭化水素を熱伝達媒体中に、5質量%〜50質量%含む、請求項1から9の何れかの熱伝達媒体。
- 飽和炭化水素が、ブタン、イソブタン、ネオペンタン、n−ペンタン、i−ペンタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、請求項10の熱伝達作動媒体。
- さらに、炭素数が1〜4のアルコールを作動媒体中に5質量%〜50質量%含む、請求項1から11の何れかの熱伝達媒体。
- さらに、水を10質量%以下含む、請求項1から12の何れかの熱伝達媒体。
- さらに、二酸化炭素を10質量%以下含む、請求項1から13の何れかの熱伝達媒体。
- HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHFC−245faを1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
- HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHCFO−1233zd(E)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
- HFO−1234ze(Z)を50質量%〜98質量%、HFC−245faを1質量%〜約50質量%及びHCFO−1233zd(E)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
- HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHCFO−1233zd(Z)を1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
- HFO−1234ze(Z)を50質量%〜99質量%およびHFE−356mmzを1質量%〜50質量%含む、熱伝達媒体。
- さらに、潤滑剤を含む、請求項1から19の何れか熱伝達媒体。
- 潤滑剤が、鉱物油(パラフィン系油またはナフテン系油)または合成オイルのアルキルベンゼン類(AB)、ポリ(アルファ−オレフィン)、エステル類、ポリオールエステル類(POE)、ポリアルキレングリコール類(PAG)、ポリビニルエーテル類(PVE)およびそれらの組合せから選択される、請求項20の熱伝達媒体。
- さらに、安定剤を含む、請求項1から21の何れかの熱伝達媒体。
- 安定剤が、ニトロ化合物、エポキシ化合物、フェノール類、イミダゾール類、アミン類、ジエン系化合物類、ホスフェート類等およびそれらの組合せから選択される、請求項22の熱伝達媒体。
- さらに、難燃剤を含む、請求項1から23の何れかの熱伝達媒体。
- 難燃剤が、ホスフェート類、ハロゲン化芳香族化合物、フッ素化ヨードカーボン、フッ素化ブロモカーボン等およびそれらの組合せから選択される、請求項24の熱伝達媒体。
- 請求項1から請求項25の何れかの熱伝達媒体を含有している熱伝達装置。
- 熱伝達装置における、請求項1から請求項26の何れかの熱伝達媒体の使用。
- ランキンサイクルまたはその変法を用いて熱から動力を発生させるように構成されてなる請求項26の熱伝達装置。
- ランキンサイクルまたはその変法を用いて動力を発生させる際に、産業用排熱を利用する請求項28の熱伝達装置。
- 冷却装置である、請求項29の熱伝達装置。
- 業務用空調システム、業務用冷蔵庫システム、業務用冷凍庫システムからなる群より選択される請求項30の熱伝達装置。
- 沸騰冷却システムである、請求項30の熱伝達装置。
- 自動車用パワーコントロールユニット冷却システムまたはCPU冷却システムである、請求項32の熱伝達装置。
- 加熱装置である、請求項26の熱伝達装置。
- ヒートポンプサイクルまたはその変法を用いて、60℃以上の水を生成する請求項34に記載の熱伝達装置。
- ヒートポンプサイクルまたはその変法を用いて、100℃以上の水蒸気を生成する請求項34の熱伝達装置。
- 請求項1から請求項25の何れかの熱伝達媒体を含有している吸収式ヒートポンプシステム。
- 吸収剤が、エーテル類、エステル類、ポリオール類、アミド類、アミン類、イミド類、ケトン類、アルデヒド類、ニトリル類からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、請求項37の吸収式ヒートポンプシステム。
- 吸収剤が、ジメチルラウリルアミン、N−メチルジシクロヘキシルアミン、キノリン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、エチルアセトアセテート、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、アセトニルアセトン、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、ホウ酸トリグリコールエーテルエステル、n−ヘプトアルデヒド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリドン、1,3−ジプロピル−2−イミダゾリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種からなる化合物である、請求項37の吸収式ヒートポンプシステム。
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