JP2015501368A - 冷却装置での１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよび任意選択的にｚ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンを含む組成物の使用 - Google Patents

冷却装置での１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパンおよび任意選択的にｚ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンを含む組成物の使用 Download PDF

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Abstract

冷媒組成物が蒸発して伝熱媒体を冷却する、エバポレーターを有する冷却装置で冷却を行う方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物をエバポレーターで蒸発させる工程を含む。さらに、（１）ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷媒組成物と；（２）冷却装置用に好適な潤滑油とを含む組成物であって；冷媒組成物中のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも約４１重量パーセントである組成物が提供される。また、エバポレーターと、圧縮機と、凝縮器と、減圧デバイスとを含み、それらのすべてが、リストされた順に流体連通しており、それらを通って冷媒が、繰り返しサイクルで１つの構成要素から次のものへと流れる冷却装置が提供される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年１１月２日出願の米国仮特許出願第６１／５５４，７６８号明細書の優先権を主張するものである。
本発明は、多くの用途において、特に、冷却装置において冷却を行うことのためを有する方法およびシステムに関する。
本発明の組成物は、次世代の低地球温暖化係数材料の継続探索の一部である。かかる材料は、低地球温暖化係数およびゼロオゾン層破壊係数によって測定されるように、低い環境影響を持たなければならない。新規の冷却装置作動流体が必要とされている。
本発明は、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｅｂ）および任意選択的にＺ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ）を含む組成物を含む。
本発明の実施形態は、単独でまたは本明細書で下に詳細に記載されるような１つまたは複数の他の化合物との組み合わせのいずれかで、化合物ＨＦＣ−２４５ｅｂを含む。
本発明に従って、エバポレーターを有する冷却装置で冷却を行う方法であって、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物をエバポレーターで蒸発させる工程を含む、冷媒組成物が蒸発して伝熱媒体を冷却し、冷却された伝熱媒体がエバポレーターから冷却されるべき本体へ運ばれる方法が提供される。
また本発明に従って、（１）ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷媒組成物と；（２）冷却装置用に好適な潤滑油とを含む組成物であって；冷媒組成物中のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも約４１重量パーセントである組成物が提供される。
また本発明に従って、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物を含有する冷却装置が提供される。冷却装置は、（ａ）それを通って冷媒が流れ、そして蒸発するエバポレーターと；（ｂ）蒸発した冷媒をより高い圧力に圧縮する、エバポレーターと流体連通する圧縮機と；（ｃ）それを通って高圧冷媒蒸気が流れ、そして凝縮する、圧縮機と流体連通する凝縮器と；（ｄ）凝縮器と流体連通する減圧デバイスであって、凝縮した冷媒の圧力が下げられ、そして冷媒が繰り返しサイクルで構成要素（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の通過を繰り返すように前記減圧デバイスがエバポレーターとさらに流体連通する減圧デバイスとを含んでもよく；ここで、前記冷媒は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む。
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物を利用する、フラデッドエバポレーター（ｆｌｏｏｄｅｄ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）を有する遠心冷却装置の一実施形態の略図である。 ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物を利用する、直膨式エバポレーターを有する遠心冷却装置の一実施形態の略図である。
以下に説明される実施形態の詳細を述べる前に、幾つかの用語が定義されるかまたは明確にされる。
地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、二酸化炭素の１キログラムの排出と比較して特定の温室効果ガスの１キログラムの大気排出による相対的な地球温暖化寄与を推定するための指数である。ＧＷＰは、所与のガスに関する大気寿命の影響を示して異なる対象期間について計算することができる。１００年対象期間についてのＧＷＰは一般に参考値である。
オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）は、「Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｚｏｎｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ，２００２，Ａ ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ’ｓ Ｇｌｏｂａｌ Ｏｚｏｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ」，１．１．４節，頁１．２８−１．３１（この節の第１段落を参照されたい）に定義されている。ＯＤＰは、フルオロトリクロロメタン（ＣＦＣ−１１）と比べて質量−質量基準でみたときの、ある化合物から予期される成層圏でのオゾン層破壊の程度を表す。
冷凍能力（冷却能力と言われることもある）は、循環される冷媒組成物の単位質量当たりのエバポレーターでの冷媒組成物のエンタルピーの変化を定義するための用語である。容積冷却能力は、エバポレーターを出る冷媒組成物蒸気の単位体積当たりエバポレーターで冷媒組成物によって除去される熱の量を意味する。冷凍能力は、冷媒組成物または伝熱組成物が冷却を行う能力の尺度である。冷却速度は、単位時間当たりエバポレーターで冷媒組成物によって除去される熱に関する。
性能係数（ＣＯＰ）は、圧縮機を運転するために必要とされるエネルギーで割ったエバポレーターでの除去される熱の量である。ＣＯＰが高ければ高いほど、エネルギー効率は高い。ＣＯＰは、エネルギー効率比（ＥＥＲ）、すなわち、内温および外温の特有のセットでの冷凍またはエアコン設備についての効率格付けに直接関係する。
本明細書で用いるところでは、伝熱媒体は、冷却されるべき本体から冷却装置エバポレーターへまたは冷却装置凝縮器から冷却塔もしくは熱を周囲の環境へ放出することができる他の構成へ熱を運ぶために使用される組成物を含む。
本明細書で用いるところでは、冷媒組成物は、繰り返しサイクルで液体から気体へ、そして逆に液体へ相変化を受ける、サイクルで熱を伝えるために機能する単一化合物であっても化合物の混合物を含んでもよい組成物である。
サブクーリングは、所与の圧力についてその液体の飽和点よりも下への液体の温度の低下である。飽和点は、蒸気組成物が完全に凝縮して液体になる温度である（バブルポイントとも言われる）。しかしサブクーリングは、所与の圧力で液体をより低い温度の液体へ冷却し続ける。液体を飽和温度よりも下に冷却することによって、正味の冷凍能力を増大させることができる。サブクーリングはそれによって、システムの冷凍能力およびエネルギー効率を向上させる。サブクール量は、飽和温度よりも下への冷却の量（度単位での）であるか、または液体組成物がその飽和温度よりもどれくらい下に冷却されているかである。
過熱は、蒸気組成物の飽和蒸気温度よりもどれくらい上に蒸気組成物が加熱されているかを定義する用語である。飽和蒸気温度は、蒸気組成物が冷却される場合に、液体の第１滴が形成される温度であり、「露点」とも言われる。
温度グライド（簡単に「グライド」と言われることもある）は、あらゆるサブクーリングまたは過熱を除いて、冷媒システムの構成要素中での冷媒組成物による相変化プロセスの出発温度と終了温度との差の絶対値である。この用語は、近共沸混合物または非共沸組成物の凝縮または蒸発を記載するために用いられてもよい。平均グライドは、所与のセットの条件下に動作する具体的な冷却装置システムのエバポレーターでのグライドと凝縮器でのグライドとの平均を意味する。
共沸組成物は、所与の圧力下に液体形態にあるときに、その温度が個々の成分の沸騰温度より高くてもまたは低くてもよい、実質的に一定の温度で沸騰し、そして沸騰を受けている全体液体組成物と本質的に同一の蒸気組成を提供するであろう２つ以上の異なる成分の混合物である（例えば、Ｍ．Ｆ．Ｄｏｈｅｒｔｙ ａｎｄ Ｍ．Ｆ．Ｍａｌｏｎｅ，Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ），２００１，１８５−１８６，３５１−３５９を参照されたい）。
従って、共沸組成物の本質的な特徴は、所与の圧力で、液体組成物の沸点が固定されること、および沸騰している組成物の上方の蒸気の組成が本質的に沸騰している全体液体組成物のそれである（すなわち、液体組成物の成分の分別が全く起こらない）ことである。共沸組成物の各成分の沸点および重量百分率は両方とも、共沸組成物が異なる圧力で沸騰にさらされるときに変化する可能性があることも当該技術分野において認められている。このように、共沸組成物は、成分の間に存在する、または成分の組成範囲の観点からもしくは指定圧力での一定の沸点で特徴づけられる組成物の各成分の厳密な重量百分率の観点から存在する独特の関係の観点から定義されてもよい。
本発明の目的のためには、共沸混合物様組成物は、共沸組成物のように実質的に挙動する（すなわち、一定の沸騰特性または沸騰もしくは蒸発時に分別しない傾向を有する）組成物を意味する。それ故に、沸騰もしくは蒸発時に、蒸気および液体組成は、たとえそれらが変化するとしても、最小限のまたは無視できる程度に変化するにすぎない。これは、沸騰もしくは蒸発中に、蒸気および液体組成がかなりの程度に変化する非共沸混合物様組成物と対比されるべきである。
本明細書で用いるところでは、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含を網羅することが意図される。例えば、要素のリストを含む組成物、プロセス、方法、物品、もしくは装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明確にリストされないか、またはかかる組成物、プロセス、方法、物品、もしくは装置に固有である他の要素を含んでもよい。さらに、相反する記載がない限り、「または」は、包含的なまたはを意味し、排他的なまたはを意味しない。例えば、条件ＡまたはＢは、次のいずれか１つで満たされる：Ａは真であり（または存在し）かつＢは偽である（または存在しない）、Ａは偽であり（または存在せず）かつＢは真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方とも真である（または存在する）。
移行句「からなる」は、明記されないあらゆる要素、工程、または原料を除外する。特許請求の範囲内の場合、かかるものは特許請求の範囲から、通常それに関連した不純物を除き列挙されるもの以外の材料の包含を閉め出すであろう。語句「からなる」が序文の直後よりもむしろ、特許請求の範囲の本文の節に現れるとき、それは、その節に述べられる要素のみを限定し；他の要素は全体として特許請求の範囲から除外されない。
移行句「から本質的になる」は、文字通り開示されるものに加えて、材料、工程、特徴、成分、または要素を含む組成物、方法または装置を明示するために用いられ、ただし、これらの追加の包含される材料、工程、特徴、成分、または要素は特許請求される発明の基本的なおよび新規な特性に実質的に影響を及ぼさない。用語「から本質的になる」は、「を含む」と「からなる」との中間領域を占める。
出願人が「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのオープンエンド用語で発明または発明の一部を明示している場合、（特に明記しない限り）その記載は用語「から本質的になる」または「からなる」を用いてかかる発明をまた記載していると解釈されるべきであることが容易に理解されるべきである。
同様に、「ａ」または「ａｎ」の使用は、本明細書に記載される要素および成分を記載するために用いられる。これは、便宜上および本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われるにすぎない。この記載は、１つまたは少なくとも１つを包含すると読まれるべきであり、そして単数はまた、それが複数ではないことを意味することが明確でない限り複数を包含する。
特に明確にされない限り、本明細書に用いられるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものに類似のまたは均等の方法および材料を本発明の実施形態の実施または試験に用いることができるが、好適な方法および材料は以下に記載される。本明細書に言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、特に節が言及されない限り、全体が参照により援用される。矛盾が生じた場合には、定義をはじめとして、本明細書が優先される。加えて、材料、方法、および実施例は例示的であるにすぎず、限定的であることを意図されない。
ＨＦＣ−２４５ｅｂ、すなわち１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＣＦ３ＣＨＦＣＨ２Ｆ）は、その全体を本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００９−０２６４６９０ Ａ１号明細書に開示されているようにパラジウム／炭素触媒上での１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパン（ＣＦ３ＣＣｌＦＣＣｌ２ＦすなわちＣＦＣ−２１５ｂｂ）の水素化によって、または参照により本明細書に援用される、米国特許第５，３９６，０００号明細書に開示されているように１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＦＨすなわちＨＦＯ−１２２５ｙｅ）の水素化によって製造することができる。
Ｚ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚすなわちシス−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとしてもまた知られ、構造シス−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣＦ３を有する）は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００９／００１２３３５ Ａ１号明細書に記載されているように、２，３−ジクロロ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの水素化脱塩素によるなどの、当該技術分野で公知の方法によって製造されてもよい。
冷却装置方法
エバポレーターを有する冷却装置で冷却を行う方法であって、冷媒組成物が蒸発して伝熱媒体を冷却し、そして冷却された伝熱媒体がエバポレーターから冷却されるべき本体へ運ばれる方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物をエバポレーターで蒸発させる工程を含む。一実施形態では、本方法は、（ａ）伝熱媒体をエバポレーターへ通す工程と；（ｂ）ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む液体冷媒組成物をエバポレーターで蒸発させ、それによって蒸気冷媒組成物を生成する工程と；（ｂ）蒸気冷媒組成物を圧縮機で圧縮する工程とを含む。圧縮機は、容積式圧縮機であっても遠心圧縮機であってもよい。容積式圧縮機には、往復、スクリュー、またはスクロール圧縮機が含まれる。遠心圧縮機を用いる冷却を行う方法が注目すべきである。冷却を行う方法は典型的には、冷却された伝熱媒体がエバポレーターから冷却されるべき本体へと通過する外部場所に冷却を提供する。
ニートＨＦＣ−２４５ｅｂは、良好な冷却性能を冷却装置で提供することが分かっている。さらに、ニートＨＭＦ−２４５ｅｂは、冷却装置でＣＦＣ−１１（フルオロトリクロロメタン）についての性能に匹敵することが分かっている。そしてニートＨＭＦ−２４５ｅｂは、冷却装置でＨＣＦＣ−１２３（２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン）を使用するよりも改善されることが分かっている。蒸発する冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂから本質的になる冷却を行う方法が注目すべきである。
ニートＨＦＣ−２４５ｅｂは、冷却装置冷媒組成物に対して必要なものを満たすが、それは、Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚなどの成分の添加によって改善することができる。ＨＦＣ−２４５ｅｂへのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚの添加は、圧力を下げるという、そしてＧＷＰを低下させるという利点を与える。冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物から本質的になるそれらの実施形態が、冷却を行う方法で特に有用である。冷媒組成物が共沸もしくは共沸混合物様であるそれらの実施形態もまた特に有用である。共沸もしくは共沸混合物様組成物は、いかなる大きい程度にも分別しないので、それらは、冷却装置のエバポレーターでの低温度グライドのシステムで機能する。
約５７重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約４３重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約８２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約１８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む１℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が注目すべきである。約３５重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約６５重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約９２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む０．５℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が特に注目すべきである。
蒸発する冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になり；そして冷媒組成物中のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも１重量パーセントである冷却を行う方法もまた注目すべきである。蒸発する冷媒組成物が約９９重量パーセント〜約４３重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約１重量パーセント〜約５７重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷却を行う方法が特に注目すべきである。蒸発する冷媒組成物が約１重量パーセント〜約１８重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約８２重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷却を行う方法もまた特に注目すべきである。
本発明のある種の冷媒組成物は、約９９重量パーセント〜約４３重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約１重量パーセント〜約５７重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる。一実施形態では、不燃性組成物が冷却装置用に望ましい。少なくとも４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む本発明の不燃性組成物が注目すべきである。
冷却装置エバポレーターがＨＣＦＣ−１２３で使用するために好適であり、そして冷媒組成物が約１重量パーセント〜約５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約４１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷却を行う方法が注目すべきである。
前記冷却装置がＣＦＣ−１１で使用するために好適であり、そして冷媒組成物が約１重量パーセント〜約５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約４１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷却を行う方法もまた注目すべきである。
さらに、別の実施形態では、約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される冷却装置は、ＡＳＭＥボイラーおよび圧力容器規約（ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅ）の規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有するであろう。かかる組成物が冷却装置用に好適である。
冷却装置がＨＣＦＣ−１２３で使用するために好適であり、そして冷媒組成物が約１重量パーセント〜約２９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約７１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷却を行う方法が注目すべきである。冷媒組成物が約７１重量パーセント〜約８０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約２９重量パーセント〜約２０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとから本質的になる組成物が特に注目すべきである。
さらに、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。１５０未満のＧＷＰを有する、少なくとも４９．５重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５０．５重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む組成物が注目すべきである。
一実施形態では、冷却されるべき本体は、冷却されてもよい任意の空間、物体または流体であってもよい。一実施形態では、冷却されるべき本体は、部屋、建物、自動車の客室、冷蔵庫、冷凍庫、またはスーパーマーケットもしくはコンビニエンスストア展示ケースであってもよい。あるいはまた、別の実施形態では、冷却されるべき本体は、伝熱媒体または伝熱流体であってもよい。
一実施形態では、冷却を行う方法は、本明細書で下により詳細に記載されるように、図１に関して上に記載されたようなフラデッドエバポレーター冷却装置で冷却を行う工程を含む。この方法では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物は、第１伝熱媒体の近くで蒸発して冷媒組成物蒸気を形成する。伝熱媒体は、水などの、温かい液体であり、それは、冷却システムからパイプを経由してエバポレーターへ運ばれる。温かい液体は冷却され、建物などの、冷却されるべき本体へ通される。冷媒組成物蒸気は次に、たとえば、冷却塔から持ち込まれる冷液体である、第２伝熱媒体の近くで凝縮する。第２伝熱媒体は冷媒組成物蒸気を、それが凝縮して液体冷媒組成物を形成するように冷却する。この方法では、フラデッドエバポレーター冷却装置がまた、ホテル、オフィスビル、病院および大学を冷却するために用いられてもよい。
別の実施形態では、冷却を行う方法は、以下でより詳細に記載されるように、図２に関して上に記載されたような直膨式冷却装置で冷却を行う工程を含む。この方法では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物は、エバポレーターへ通され、蒸発して冷媒組成物蒸気を生成する。第１液体伝熱媒体は、蒸発中の冷媒組成物によって冷却される。第１液体伝熱媒体は、エバポレーターから冷却されるべき本体へ通される。この方法では、直膨式冷却装置がまた、ホテル、オフィスビル、病院、大学、ならびに海軍潜水艦または海軍水上艦を冷却するために用いられてもよい。
フラデッドエバポレーター冷却装置または直膨式冷却装置のいずれかで冷却を行ういずれかの方法では、冷却装置は、遠心圧縮機を含んでもよい。
気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ：Ｉｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ Ｐａｎｅｌ ｏｎ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ）によって公表されたそれらのＧＷＰ値に基づいて、取り替える必要がある冷媒組成物および伝熱流体には、ＨＣＦＣ−１２３が含まれるが、それに限定されない。それ故、本発明に従って、冷却装置でＨＣＦＣ−１２３を取り替える方法が提供される。ＨＣＦＣ−１２３を冷媒組成物として使用するために設計された冷却装置で冷媒組成物を取り替える方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる冷媒組成物を含む組成物を前記冷却装置に装入する工程を含む。
ＨＣＦＣ−１２３を取り替えるこの方法では、冷媒組成物は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になり、ＨＣＦＣ−１２３で動作するために元々設計され、製造されたかもしれない遠心冷却装置で有用である。
ＨＣＦＣ−１２３を既存の設備で、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる本明細書に開示されるような冷媒組成物で取り替えると、追加の利点が、設備もしくは運転条件または両方を調整することによって実現され得る。たとえば、羽根車直径および羽根車速度が、ある組成物が代替作動流体として使用されつつある遠心冷却装置で調整されてもよい。
あるいはまた、ＨＣＦＣ−１２３を取り替える方法で、冷媒組成物は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になり、フラデッドエバポレーターを含む新しい冷却装置または直膨式エバポレーターを含む新しい冷却装置などの、新しい設備で有用であり得る。
冷却装置
一実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物を含む組成物を含有する冷却装置が提供される。冷却装置は、遠心装置および容積式装置などの様々なタイプのものであり得る。冷却装置は、エバポレーターと、圧縮機と、凝縮器と、バルブなどの、減圧デバイスとを典型的には含む。ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる冷媒組成物を含む冷却装置が注目すべきである。
一実施形態では、冷却装置は、それらのすべてがリストされる順に流体連通しており、そしてそれらを通って冷媒が繰り返しサイクルで１つの構成要素から次のものへと流れる、エバポレーターと、圧縮機と、凝縮器と減圧デバイスとを含む。
一実施形態では、冷却装置は、（ａ）それを通って冷媒が流れ、そして蒸発するエバポレーターと；（ｂ）蒸発した冷媒をより高い圧力に圧縮する、エバポレーターと流体連通する圧縮機と；（ｃ）それを通って高圧冷媒蒸気が流れ、そして凝縮する、圧縮機と流体連通する凝縮器と；（ｄ）凝縮器と流体連通する減圧デバイスであって、凝縮した冷媒の圧力が下げられ、そして冷媒が繰り返しサイクルで構成要素（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の通過を繰り返すように前記減圧デバイスがエバポレーターとさらに流体連通する減圧デバイスとを含む。
冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物から本質的になるそれらの実施形態が、冷却装置で特に有用である。冷媒組成物が共沸もしくは共沸混合物様であるそれらの実施形態もまた特に有用である。共沸もしくは共沸混合物様組成物は、いかなる大きな程度にも分別しないので、それらは、冷却装置のエバポレーターおよび凝縮器でのゼロもしくは低い温度グライドのシステムで機能する。
約５７重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約４３重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約８２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約１８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む１℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が注目すべきである。約３５重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約６５重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約９２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む０．５℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が特に注目すべきである。
別の実施形態では、不燃性組成物が冷却装置用に望ましい。少なくとも４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む不燃性組成物が注目すべきである。
さらに、別の実施形態では、約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される冷却装置は、ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅの規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有するであろう。かかる組成物が冷却装置用に望ましい。冷媒組成物が約７１〜約８０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約２９〜２０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとから本質的になる組成物が注目すべきである。
さらに、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。１５０未満のＧＷＰを有する、少なくとも４９．５重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５０．５重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む組成物が注目すべきである。
冷却装置は、ある種のエアコン／冷凍装置である。本開示は、蒸気圧縮冷却装置を指向する。蒸気圧縮冷却装置は、圧縮機、凝縮器、膨張デバイスおよびエバポレーターなどの、構成要素を含む。かかる蒸気圧縮冷却装置は、その一実施形態が図１に示される、フラデッドエバポレーター冷却装置か、その一実施形態が図２に示される直膨式冷却装置かのいずれかであってもよい。フラデッドエバポレーター冷却装置および直膨式冷却装置は両方とも空冷であっても水冷であってもよい。冷却装置が水冷である実施形態では、かかる冷却装置は一般に、システムからの熱放出のための冷却塔と関係がある。冷却装置が空冷である実施形態では、冷却装置は、システムから熱を放出するために冷媒対空気フィン付きチューブ（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ−ｔｏ−ａｉｒ ｆｉｎｎｅｄ−ｔｕｂｅ）凝縮器コイルおよびファンを備えている。空冷冷却装置システムは一般に、冷却塔および送水ポンプを含む等能力水冷冷却装置システムよりもコストがかからない。しかし、水冷システムは、より低い凝縮温度のために多くの運転条件下でより効率的であり得る。
フラデッドエバポレーターおよび直膨式冷却装置の両方などの、冷却装置は、快適エアコン（空気の冷却および脱湿）を、ホテル、オフィスビル、病院、大学などの、大きい商業ビルに提供するために、空気処理および分配システムと結合されてもよい。別の実施形態では、冷却装置、たぶん空冷直膨式冷却装置は、海軍潜水艦および水上艦において追加の有用性を見いだしている。
どのように冷却装置が動作するかを例示するために、図に言及される。水冷式フラデッドエバポレーター冷却装置が図１に示される。この冷却装置では、水と、幾つかの実施形態では、グリコール（たとえば、エチレングリコールもしくはプロピレングリコール）などの、添加物とを含む温かい液体である、第１伝熱媒体は、建物冷却システムなどの、冷却システムから冷却装置に入る。第１伝熱媒体は、入口および出口を有する、エバポレーター６で、コイルもしくは管束９を通って、矢印３で冷却装置に入ることが示される。温かい第１伝熱媒体は、エバポレーター６に配送され、エバポレーターでそれは、液体作動流体−低圧としてエバポレーター６の下方部に示される、液体冷媒組成物によって冷却される。液体冷媒組成物は、コイル９を通って流れる温かい第１伝熱媒体の温度よりも低い温度で蒸発する。冷却された第１伝熱媒体は、コイル９のリターン部分を経由して、矢印４で示されるように、建物冷却システムへ再循環して戻る。液体作動流体−低圧としてエバポレーター６の下方部分に示される、液体冷媒組成物は気化してエバポレーター６の上方部での蒸気作動流体−低圧を形成し、圧縮機７に吸い込まれ、圧縮機は、冷媒組成物蒸気（蒸気作動流体）の圧力および温度を高める。圧縮機７は、この蒸気を、エバポレーター６からのときの冷媒組成物蒸気の圧力および温度よりも高い圧力および温度で、それが凝縮器５で凝縮し得るように圧縮する。水冷冷却装置の場合には液体である、第２伝熱媒体は、矢印１で冷却塔から凝縮器５でのコイルもしくは管束１０を経由して凝縮器５に入る。第２伝熱媒体は、このプロセスで温められ、コイル１０のリターンループおよび矢印２を経由して冷却塔へまたは環境へ戻される。この第２伝熱媒体は、蒸気を凝縮器５で冷却し、この蒸気を凝縮させて液体冷媒組成物にし、その結果液体冷媒組成物（液体作動流体−高圧）が凝縮器５の下方部に存在する。凝縮器５での凝縮した液体冷媒組成物は、オリフィス、毛細管または膨張弁であってもよい、膨張デバイス８を通ってエバポレーター６へ流れて戻る。膨張デバイス８は、液体冷媒組成物の圧力を下げ、液体冷媒組成物を部分的に蒸気に変換する、言い換えると液体冷媒組成物は、圧力が凝縮器５とエバポレーター６との間で降下するのでフラッシュする。フラッシングは、冷媒組成物、すなわち、液体冷媒組成物および冷媒組成物蒸気を両方ともエバポレーター圧力での飽和温度まで冷却し、その結果、液体冷媒組成物および冷媒組成物蒸気が両方ともエバポレーター６に存在する。
単一成分冷媒組成物については、エバポレーターでの蒸気冷媒組成物の組成は、エバポレーターでの液体冷媒組成物の組成と同じものであることが指摘されるべきである。この場合には、蒸発は一定温度で起こるであろう。しかし、ブレンド（または混合物）である冷媒組成物の場合には、エバポレーターでの（または凝縮器での）液体冷媒組成物および冷媒組成物蒸気は、異なる組成を有する可能性がある。これは、非効率的なシステムおよび設備の使用での困難さをもたらす可能性があり、したがって単一成分冷媒組成物がより望ましい。共沸混合物もしくは共沸混合物様組成物は、液体組成および蒸気組成が本質的に同じものであり、非共沸もしくは非共沸混合物様組成物の使用から生じる可能性があるいかなる非効率性も低減するように、冷却装置において単一成分冷媒組成物のように本質的に機能するであろう。
７００ｋＷよりも上の冷却能力の冷却装置は、エバポレーターおよび凝縮器での冷媒組成物が伝熱媒体用のコイルもしくは管束または他の導管を取り囲む（すなわち、冷媒組成物がシェル側にある）、フラデッドエバポレーターを一般に用いる。フラデッドエバポレーターは、冷媒組成物のより多い装入を必要とするが、より近いアプローチ温度およびより高い効率を可能にする。７００ｋＷよりも下の能力の冷却装置は、冷媒組成物がチューブの内側を流れ、そしてエバポレーターおよび凝縮器での伝熱媒体がチューブを取り囲む状態で、すなわち、伝熱媒体がシェル側にあるエバポレーターを一般に用いる。かかる冷却装置は、直膨式（ＤＸ）冷却装置と呼ばれる。水冷直膨式冷却装置の一実施形態が図２に例示される。図２に例示されるような冷却装置では、温水などの、温かい液体である、第１液体加熱媒体は、入口１４でエバポレーター６’に入る。ほとんど液体の冷媒組成物（少量の冷媒組成物蒸気ありの）は、矢印３’でエバポレーター６’でのコイルもしくは管束９’に入り、蒸発する。結果として、第１液体加熱媒体はエバポレーター６’で冷却され、冷却された第１液体加熱媒体は、出口１６でエバポレーター６’を出て、建物などの、冷却されるべき本体へ送られる。図２のこの実施形態では、冷却されるべき建物または他の本体を冷却するのは、この冷却された第１液体加熱媒体である。冷媒組成物蒸気は、矢印４’でエバポレーター６’を出て、圧縮機７’へ送られ、圧縮機でそれは圧縮され、高温、高圧冷媒組成物蒸気として出る。この冷媒組成物蒸気は、１’で凝縮器コイルもしくは管束１０’を通って凝縮器５’に入る。冷媒組成物蒸気は、凝縮器５’で、水などの、第２液体加熱媒体によって冷却され、液体になる。第２液体加熱媒体は、凝縮器伝熱媒体入口２０を通って凝縮器５’に入る。第２液体加熱媒体は、凝縮中の冷媒組成物蒸気から熱を抽出し、この蒸気は液体冷媒組成物になり、これは、凝縮器５’で第２液体加熱媒体を温める。第２液体加熱媒体は、凝縮器伝熱媒体出口１８を通って出る。凝縮した冷媒組成物液は、下方コイル１０’を通って凝縮器５’を出て、オリフィス、毛細管または膨張弁であってもよい、膨張デバイス１２を通って流れる。膨張デバイス１２は、液体冷媒組成物の圧力を下げる。膨張の結果として生成した、少量の蒸気は、コイル９’を通って液体冷媒組成物と共にエバポレーター６’に入り、そしてサイクルは繰り返す。
蒸気圧縮冷却装置は、それらが用いる圧縮機のタイプによって特定されてもよい。本発明は、容積式圧縮機だけでなく遠心圧縮機を利用する冷却装置を含む。一実施形態では、本明細書に開示されるような組成物は、本明細書では遠心冷却装置と言われる、遠心圧縮機を利用する冷却装置で有用である。
遠心圧縮機は、冷媒組成物を放射状に加速させるために回転要素を用い、ケーシングに収納された羽根車および拡散器を典型的には含む。遠心圧縮機は通常、羽根車目玉、すなわち循環羽根車の中央入口で作動流体を取り入れ、それを、通路を通して外側に放射状に加速させる。幾らかの静圧上昇が羽根車で起こるが、圧力上昇のほとんどは、速度が静圧に変換される、ケーシングの拡散器部分で起こる。各羽根車−拡散器一式は圧縮機の１段階である。遠心圧縮機は、所望の最終圧力および処理されるべき冷媒組成物の容積に依存して、１〜１２もしくはそれ以上の段階で構築される。
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吐出される圧力は、比較的広範囲の能力にわたって実質的に一定である。遠心圧縮機が生み出すことができる圧力は、羽根車の先端速度に依存する。先端速度は、その最も外側の先端で測定される羽根車の速度であり、羽根車の直径およびその回転数毎分に関係する。遠心圧縮機の能力は、羽根車の通過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所要の圧力に依存するようにする。
別の実施形態では、本明細書に開示されるような組成物は、容積式圧縮機、往復、スクリュー、またはスクロール圧縮機のどれかを利用する、容積式冷却装置に有用である。スクリュー圧縮機を利用する冷却装置は、本明細書では以下スクリュー冷却装置と言われる。
容積式圧縮機は蒸気をチャンバーに吸い込み、チャンバーは、容積が減少して蒸気を圧縮する。圧縮された後、蒸気は、チャンバーの容積をゼロもしくはほぼゼロにさらに減らすことによってチャンバーから追い出される。
往復圧縮機は、クランク軸によって駆動されるピストンを用いる。それらは、固定式か移動式かのいずれかであり得、単段または多段であり得、電動機または内燃エンジンによって駆動することができる。５〜３０ｈｐの小さい往復圧縮機は、自動車用途で見られ、典型的には断続使用向けである。１００ｈｐまでのより大きい往復圧縮機は、大きな工業用途で見いだされる。吐出圧力は、低い圧力から非常に高い圧力（５０００ｐｓｉまたは３５ＭＰａ）までの範囲であり得る。
スクリュー圧縮機は、ガスをより小さい空間へ押し込むために２つのかみ合った回転容積式螺旋状スクリューを用いる。スクリュー圧縮機は通常、商業用途および工業用途で連続運転用であり、固定式か移動式かのいずれかであってもよい。それらの用途は、５ｈｐ（３．７ｋＷ）〜５００ｈｐ（３７５ｋＷ）超、低い圧力から非常に高い圧力（１２００ｐｓｉまたは８．３ＭＰａ）であり得る。
スクロール圧縮機は、スクリュー圧縮機に似ており、ガスを圧縮するために２つの交互の螺旋形状スクロールを含む。出力は、回転スクリュー圧縮機のそれよりも脈動する。
スクロール圧縮機または往復圧縮機、１５０ｋＷよりも下の能力を用いる冷却装置については、ろう付けプレート熱交換器が、大きい冷却装置で用いられるシェルアンドチュ−ブ熱交換器の代わりにエバポレーターのために一般に用いられる。ろう付けプレート熱交換器は、システム体積および冷媒組成物装入を減らす。
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物は、湿気の除去に役立つためのモレキュラーシーブと組み合わせて冷却装置に使用されてもよい。乾燥剤は、活性アルミナ、シリカゲル、またはゼオライトベースのモレキュラーシーブを含んでもよい。ある種の実施形態では、好ましいモレキュラーシーブは、おおよそ３オングストローム、４オングストローム、または５オングストロームの細孔径を有する。代表的なモレキュラーシーブには、ＭＯＬＳＩＶ ＸＨ−７、ＸＨ−６、ＸＨ−９およびＸＨ−１１（ＵＯＰ ＬＬＣ，Ｄｅｓ Ｐｌａｉｎｅｓ，ＩＬ）が含まれる。
組成物
冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物であるそれらの実施形態が、本明細書に記載される冷却を行う方法および冷却装置で特に有用である。冷媒組成物が共沸もしくは共沸混合物様であるそれらの実施形態もまた特に有用である。共沸および共沸混合物様組成物は、いかなる大きな程度にも分別しないので、それらは、冷却装置のエバポレーターでの低グライドのシステムで機能する。
２０１１年３月２日に出願された米国仮特許出願第６１／４４８，２４１号明細書（今は、２０１２年８月９日に公開された国際公開第２０１２／１０６５６５Ａ１号パンフレット）は、共沸および共沸混合物様組成物用のＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを開示している。
約５７重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約４３重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約８２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約１８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む１℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が注目すべきである。約３５重量パーセント未満もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約６５重量パーセント超もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含むか；または約９２重量パーセント超もしくはそれに等しいＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約８重量パーセント未満もしくはそれに等しいＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む０．５℃未満の平均温度グライドを提供する組成物が特に注目すべきである。
別の実施形態では、不燃性組成物が冷却装置用に望ましい。少なくとも４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む不燃性組成物が注目すべきである。
一実施形態では、（１）ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷媒組成物と；（２）冷却装置用に好適な潤滑油とを含む組成物であって；冷媒組成物中のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも約４１重量パーセントである組成物が提供される。
さらに、別の実施形態では、約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚもしくはそれ以上を含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される冷却装置は、ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅの規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有するであろう。かかる組成物は、冷却装置用に望ましい。冷媒組成物が約７１〜約８０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約２９〜２０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとから本質的になる組成物が注目すべきである。
さらに、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。１５０未満のＧＷＰを有する、少なくとも４９．５重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む組成物が注目すべきである。
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物はまた、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリビニルエーテル、鉱油、アルキルベンゼン、合成パラフィン、合成ナフテン、およびポリ（アルファ）オレフィンからなる群から選択される少なくとも１つの潤滑油を含んでもおよび／または潤滑油と組み合わせて使用されてもよい。
有用な潤滑油には、冷却装置で使用するために好適なものが含まれる。これらの潤滑油の中には、クロロフルオロカーボン冷媒組成物を利用する蒸気圧縮冷凍装置に通常使用されるものがある。一実施形態では、潤滑油は、圧縮冷凍潤滑の分野で「鉱油」として一般に知られるものを含む。鉱油はパラフィン（すなわち、直鎖および分岐鎖炭素鎖、飽和炭化水素）、ナフテン（すなわち、環式パラフィン）ならびに芳香族化合物（すなわち、交互二重結合によって特徴づけられる１つまたは複数の環を含有する不飽和の環式炭化水素）を含む。一実施形態では、潤滑油は圧縮冷凍潤滑の分野で「合成油」として一般に知られるものを含む。合成油はアルキルアリール（すなわち線状および分枝状アルキルのアルキルベンゼン）、合成パラフィンおよびナフテン、ならびにポリ（アルファオレフィン）を含む。代表的な従来型潤滑油は、商業的に入手可能なＢＶＭ １００Ｎ（ＢＶＡ Ｏｉｌｓによって販売されるパラフィン系鉱油）、商標Ｓｕｎｉｓｏ（登録商標）３ＧＳおよびＳｕｎｉｓｏ（登録商標）５ＧＳでＣｒｏｍｐｔｏｎ Ｃｏ．から商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｓｏｎｔｅｘ（登録商標）３７２ＬＴでＰｅｎｎｚｏｉｌから商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｃａｌｕｍｅｔ（登録商標）ＲＯ−３０でＣａｌｕｍｅｔ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓから商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｚｅｒｏｌ（登録商標）７５、Ｚｅｒｏｌ（登録商標）１５０およびＺｅｒｏｌ（登録商標）５００でＳｈｒｉｅｖｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商業的に入手可能な線状アルキルベンゼン、ならびにＨＡＢ２２（新日本石油株式会社によって販売される分枝状アルキルベンゼン）である。
有用な潤滑油はハイドロフルオロカーボン冷媒組成物と一緒の使用をデザインされたものをまた含んでもよく、圧縮冷凍およびエアコン装置の運転条件下で本発明の冷媒組成物と混和性である。かかる潤滑油には、Ｃａｓｔｒｏｌ（登録商標）１００（Ｃａｓｔｒｏｌ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）などのポリオールエステル（ＰＯＥ）、Ｄｏｗ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ））製のＲＬ−４８８Ａなどのポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）ならびにポリカーボネート（ＰＣ）が含まれるが、それらに限定されない。
好ましい潤滑油はポリオールエステルである。
本明細書に開示される冷媒組成物と共に使用される潤滑油は、所与の圧縮機の要件および潤滑油が曝されるであろう環境を考慮することによって選択される。
一実施形態では、本明細書に開示されるような組成物は、相溶化剤、ＵＶ染料、可溶化剤、トレーサー、安定剤、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、および官能化パーフルオロポリエーテルからなる群から選択される添加剤をさらに含んでもよい。
一実施形態では、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入りで使用されてもよい。かかる他の添加剤には、ニトロメタン、ヒンダードフェノール、ヒドロキシルアミン、チオール、ホスファイト、またはラクトンが含まれるが、それらに限定されない。単一の添加剤または組み合わせが使用されてもよい。
任意選択的に、別の実施形態では、ある種の冷凍もしくはエアコンシステム添加剤が、性能およびシステム安定性を高めるために、要望に応じて、添加されてもよい。任意選択的に、別の実施形態では、ある種の冷凍、エアコン、またはヒートポンプシステム添加剤が、性能およびシステム安定性を高めるために本明細書に開示されるような作動流体に、要望に応じて添加されてもよい。これらの添加剤は、冷凍およびエアコンの分野で公知であり、摩耗防止剤、極圧潤滑油、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、および泡制御剤を含むが、それらに限定されない。一般に、これらの添加剤は、全体組成物に対して少量で本発明組成物中に存在してもよい。典型的には、約０．１重量パーセント未満から約３重量パーセントほどに多い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、トリアリールホスフェートの系統、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、例えば、Ａｋｚｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＳｙｎ−０−Ａｄ ８４７８、トリクレジルホスフェートおよび関連化合物などの、ＥＰ（極圧）潤滑性添加剤の系統が含まれる。さらに、金属ジアルキルジチオホスフェート（例えばジチオリン酸ジアルキル亜鉛（またはＺＤＤＰ））、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。他の耐摩耗性添加剤には、天然物油、およびＳｙｎｅｒｇｏｌ ＴＭＳ（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）、エポキシドおよびそれらの混合物が含まれ得るが、それらに限定されない。腐食防止剤には、ドデシルコハク酸（ＤＤＳＡ）、アミンホスフェート（ＡＰ）、オレイルサルコシン、イミダゾン誘導体および置換スルホネートが含まれる。金属表面不活性化剤には、アレオキサリル（ａｒｅｏｘａｌｙｌ）ビス（ベンジリデン）ヒドラジド（ＣＡＳ登録番号６６２９−１０−３）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３，５−ジ−第三ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナモイルヒドラジン（ＣＡＳ登録番号３２６８７−７８−８）、２，２’−オキサミドビス−エチル−（３，５−ジ−第三ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナメート（ＣＡＳ登録番号７０３３１−９４−１）、Ｎ，Ｎ’−（ジサリシリデン）−１，２−ジアミノプロパン（ＣＡＳ登録番号９４−９１−７）ならびにエチレンジアミン四酢酸（ＣＡＳ登録番号６０−００−４）およびその塩、ならびにそれの混合物が含まれる。
本明細書に記載される概念は、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定しない、以下の実施例でさらに説明される。
実施例１
「ニート」ＨＦＣ−２４５ｅｂの冷却性能
この実施例は、冷却装置での冷媒組成物としてのＨＦＣ−２４５ｅｂの使用を実証する。ＣＦＣ−１１およびＨＣＦＣ−１２３についての性能との比較は、冷却装置でのＣＦＣ−１１またはＨＣＦＣ−１２３の代替品としてのＨＦＣ−２４５ｅｂの使用を実証する。表１で、Ｐｅｖａｐはエバポレーターの圧力であり；Ｐｃｏｎｄは凝縮器の圧力であり；ＰＲは圧力比（Ｐｃｏｎｄ／Ｐｅｖａｐ）であり；Ｕｔｉｐは先端速度であり；ＣＯＰは性能係数（エネルギー効率の尺度）であり；そしてＣＡＰは容積能力である。ＨＦＣ−２４５ｅｂ、ＣＦＣ−１１およびＨＣＦＣ−１２３についての性能は、次の条件について測定される：
Figure 2015501368
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ニートＨＦＣ−２４５ｅｂは、魅力的な環境特性（比較的低いＧＷＰおよびゼロＯＤＰ）を有する。それはまた、魅力的な冷却装置性能（冷却についての高いＣＯＰおよび高い容積冷却能力）を示す。ＨＦＣ−２４５ｅｂでの冷却装置ＣＯＰは、ＣＦＣ−１１でのＣＯＰに匹敵し、３．１７％だけＨＣＦＣ−１２３でのＣＯＰを上回る。ＨＦＣ−２４５ｅｂでの冷却装置容積冷却能力は、４．４８％だけＣＦＣ−１１でのおよび２５．４３％だけＨＣＦＣ−１２３での容積能力を上回る。冷却デューティを満たすために必要とされるＨＦＣ−２４５ｅｂでの羽根車先端速度は、ＣＦＣ−１１（５．７３％だけ）またはＨＣＦＣ−１２３（９．４５％だけ）でよりもわずかに高いにすぎないであろう。ＨＦＣ−２４５ｅｂは、遠心冷却装置でＣＦＣ−１１の好適なほぼ簡単に取り換えられる代替品であろうし、ＨＣＦＣ−１２３よりも実質的に良好な性能の冷却装置を可能にするであろう。ＨＦＣ−２４５ｅｂは、ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅに適合した導管が使用され、かつ、好適な可燃性軽減手段が導入される場合には既存の冷却装置でＨＣＦＣ−１２３の代替品として使用することができるだろう。
実施例２
Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとＨＦＣ−２４５ｅｂとの不燃性ブレンドについての冷却性能
この実施例は、４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとを含有する不燃性ブレンドでの冷却装置性能を実証する。表２で、Ｐｅｖａｐはエバポレーターの圧力であり；Ｐｃｏｎｄは凝縮器の圧力であり；ＰＲは圧力比（Ｐｃｏｎｄ／Ｐｅｖａｐ）であり；Ｕｔｉｐは先端速度であり；ＣＯＰは性能係数（エネルギー効率の尺度）であり；そしてＣＡＰは容積能力である。ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとのブレンドについてのならびにＣＦＣ−１１およびＨＣＦＣ−１２３についての性能は、次の条件について測定される：
Figure 2015501368
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約４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとを含有する組成物は、不燃性で、１℃よりも低い冷却装置条件での温度グライドのほぼ共沸性であり、１７３の低ＧＷＰおよびゼロＯＤＰを有する。さらに、それは、表２に示されるように魅力的な冷却装置性能（冷却について高いＣＯＰおよび高い容量冷却能力）を示すであろう。上のブレンドでの冷却装置ＣＯＰおよび能力は、ＣＦＣ−１１にほぼ匹敵し、ＨＣＦＣ−１２３を上回るであろう。冷却デューティを満たすために必要とされる上のブレンドでの羽根車先端速度は、ＣＦＣ−１１（１．１５％だけ）またはＨＣＦＣ−１２３（４．７１％だけ）でよりもわずかに高いにすぎないであろう。上のブレンドは、冷却装置でのＣＦＣ−１１の好適なほぼ簡単に取り換えられる代替品であり、ＨＣＦＣ−１２３よりも実質的に良好な性能の冷却装置を可能にするであろう。それは、ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅに適合した導管が使用される場合には既存の冷却装置でＨＣＦＣ−１２３の代替品であり得よう。
実施例３
Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとＨＦＣ−２４５ｅｂとのより低い蒸気圧ブレンドについての冷却性能
Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドの蒸気圧は、ブレンドのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ含有量が増加するにつれて低下する。約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される冷却装置は、ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅの規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有するであろう。表３で、Ｐｅｖａｐはエバポレーターの圧力であり；Ｐｃｏｎｄは凝縮器の圧力であり；ＰＲは、圧力比（Ｐｃｏｎｄ／Ｐｅｖａｐ）であり；Ｕｔｉｐは先端速度であり；ＣＯＰは性能係数（エネルギー効率の尺度）であり；そしてＣＡＰは容積能力である。ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとのブレンドについてのならびにＣＦＣ−１１およびＨＣＦＣ−１２３についての性能は、次の条件について測定される：
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表３は、７１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドが冷却装置でＨＣＦＣ−１２３を取り替えるために使用できるであろうことを示す。それはまた、少しの冷却能力損失が許容されるときには冷却装置でＣＦＣ−１１を取り替えるために使用することができよう。幾つかの用途では、冷却能力の幾らかの損失は、受け入れられ得るか（たとえば、名目冷却装置冷却速度が実際に必要とされるものよりも高いとき）または他の手段（たとえば、他の冷却装置からの追加の冷水）による追加の冷却を供給することによってもしくは冷却負荷を減らすことによって埋め合わせられてもよい。

Claims (13)

  1. 冷媒組成物が蒸発して伝熱媒体を冷却し、前記冷却された伝熱媒体がエバポレーターから冷却されるべき本体へ運ばれる、エバポレーターを有する冷却装置で冷却を行う方法であって、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む冷媒組成物を前記エバポレーターで蒸発させる工程を含む方法。
  2. 前記組成物を蒸発させる前記工程が、蒸気組成物を生成し、そして前記蒸気組成物を圧縮機で圧縮する工程をさらに含み、前記圧縮機が遠心圧縮機である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記エバポレーターがＨＣＦＣ−１２３で使用するために好適であり、そして前記冷媒組成物が、約１重量パーセント〜約５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約４１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項１に記載の方法。
  4. 前記冷却装置がＨＣＦＣ−１２３で使用するために好適であり、そして前記冷媒組成物が、約１重量パーセント〜約２９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約７１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項１に記載の方法。
  5. 前記冷却装置がＣＦＣ−１１で使用するために好適であり、そして前記冷媒組成物が、約１重量パーセント〜約５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約４１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項１に記載の方法。
  6. 前記冷媒組成物がＨＦＣ−２４５ｅｂから本質的になる請求項１に記載の方法。
  7. 前記冷媒組成物が、ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になり；そして前記冷媒組成物中の前記Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも約１重量パーセントである請求項１に記載の方法。
  8. 前記冷媒組成物が、約９９重量パーセント〜約４３重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約１重量パーセント〜約５７重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項７に記載の方法。
  9. 前記冷媒組成物が、約１重量パーセント〜約１８重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約８２重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項７に記載の方法。
  10. （１）ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる冷媒組成物と；（２）冷却装置用に好適な潤滑油とを含む組成物であって；前記冷媒組成物中の前記Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚが少なくとも約４１重量パーセントである組成物。
  11. 前記冷媒組成物が、約１重量パーセント〜約５９ 重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂと約４１重量パーセント〜約９９重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる請求項１０に記載の組成物。
  12. 冷媒組成物を含有する冷却装置であって、
    前記冷媒組成物が、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含むこと
    で特徴づけられる、冷却装置。
  13. （ａ）それを通って冷媒が流れ、そして蒸発するエバポレーターと；（ｂ）前記蒸発した冷媒をより高い圧力に圧縮する、前記エバポレーターと流体連通する圧縮機と；（ｃ）それを通って前記高圧冷媒蒸気が流れ、そして凝縮する、前記圧縮機と流体連通する凝縮器と；（ｄ）前記凝縮器と流体連通する減圧デバイスであって、前記凝縮した冷媒の圧力が下げられ、そして前記冷媒が繰り返しサイクルで構成要素（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の通過を繰り返すように前記減圧デバイスが前記エバポレーターとさらに流体連通する減圧デバイスとを含む請求項１２に記載の冷却装置。
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