JP2017141372A - 熱源機およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷を低く抑え、且つ、高温の温熱を出力できる熱源機およびその運転方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の熱源機１は、冷媒を圧縮する遠心式圧縮機２と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器３，４と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁５，１１と、膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器７と、を有し、遠心式圧縮機２、凝縮器３，４、膨張弁５，１１および蒸発器７が順次接続されて構成された冷媒循環回路８内に封入された冷媒が、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃを含み、組成物Ａは、４個または５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子とを有し、組成物Ｂは、４個または５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子を有し、組成物Ｃは３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を有し、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、沸点が２０℃以上、臨界温度が１８０℃以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源機およびその運転方法に関するものである。

温熱を供給する方法として、ヒートポンプ（熱源機）を用いることが知られている。ヒートポンプは、従来のボイラーよりも加熱能力あたりの二酸化炭素（ＣＯ_２）排出量を抑えることができる。

ヒートポンプでは、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）またはハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）などが熱作動媒体（冷媒）として用いられている。ＨＦＣには、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２４５ｆａおよびＲ３２などがある。ＨＣＦＣは、Ｒ１２３などである。

ＨＦＣおよびＨＣＦＣは高い地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有する。例えば、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２４５ｆａおよびＲ３２のＧＷＰは、それぞれ１３００、１９２３、８５８、６７７である（ＩＰＣＣ５ｈｔ参照）。例えば、Ｒ１２３は、ＧＷＰが７９であるが、オゾン破壊係数（ＯＤＰ：Ｏｚｏｎｅ−Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は０．３３であり、モントリオール条約の全廃の対象物質である。ＧＷＰの高い冷媒の使用やオゾン層を破壊する冷媒は、環境負荷の観点から望ましくない。特許文献１では、環境への負荷が小さい熱媒体が記載されている。

特開２０１４−５４１９号公報（段落［００２８］）

現在、家庭用または業務用等のボイラーの代替として、小容量かつ比較的低温の温熱（１００℃以下）を供給するヒートポンプが実用化されている。しかしながら、大容量かつ高温（１００℃超）での使用が要求される産業分野でのヒートポンプの普及は進んでいない。特に１５０℃を超える高温の温熱を供給するヒートポンプは実用化されていない。そのため、高温の温熱を出力できるヒートポンプの実現が求められている。

高温の温熱を出力するヒートポンプでは、冷媒も高温となる。冷媒が高温になると、（１）冷媒が異性化または分解しやすくなる、（２）冷媒の圧力が高くなりヒートポンプに使用する弁などの機能品に高耐圧が要求される、（３）大容量の排熱回収型ヒートポンプにした場合、高圧で、且つ、大容積の圧力容器が設置されるためより安全の確保が必要となるといった問題がある。

家庭用の暖房または給湯用のヒートポンプでは、自然冷媒または有機化合物の冷媒が使用されている。自然冷媒はＣＯ_２である。有機化合物の冷媒は、Ｒ４１０ＡまたはＲ３２等である。ＣＯ_２の標準沸点および臨界温度は、それぞれ−７８．５℃、３１．０５℃である。Ｒ４１０Ａの標準沸点および臨界温度は、それぞれ−４８．５℃、７２．５℃である。Ｒ３２の標準沸点および臨界温度は、それぞれ−５１．６５℃、７８．１０５℃である。これらの冷媒は、三者とも高温でのヒートポンプ作動時に圧力が高くなるため、大容量のヒートポンプへの適用は現実的ではない。

空調用途等のヒートポンプでは、Ｒ１２３、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）等が使用されている。Ｒ１２３の標準沸点および臨界温度は、それぞれ２７．７℃、８１．５℃である。Ｒ２４５ｆａの標準沸点および臨界温度は１５．３℃、１５４℃である。上記のようにＲ１２３およびＲ２４５ｆａは圧力の低い冷媒である。しかしながら、Ｒ１２３は、ＧＷＰが低いものの、オゾン破壊係数（ＯＤＰ：Ｏｚｏｎｅ−Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が０．３３であり、モントリオール条約の全廃の対象物質である。Ｒ２４５ｆａはＯＤＰが０であるものの、ＧＷＰが高い。Ｒ１２３４ｙｆおよびＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）は、ＧＷＰが低く（０または１）環境への負荷は小さいが、高温条件では高圧となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、環境負荷を低く抑え、且つ、高温の温熱を出力できる熱源機およびその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱源機およびその運転方法は以下の手段を採用する。本発明は、冷媒を圧縮する遠心式圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器と、を有し、遠心式圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されて構成された冷媒循環回路内に封入された冷媒が、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃを含み、組成物Ａは、４個又は５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子とを有し、組成物Ｂは、４個又は５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子とを有し、組成物Ｃは３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を有し、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、沸点が２０℃以上、臨界温度が１８０℃以上である熱源機を提供する。

本発明の一態様において、前記組成物Ａが６個のフッ素原子およびメトキシ基を含む組成物であってよい。前記組成物Ａは２，２，２，２’，２’，２’−ヘキサフルオロイソプロピル−メチル−エーテルであってよい。

本発明の一態様において、前記組成物Ｂが、６個のフッ素原子および炭素数５の環状構造を含む組成物、または８個のフッ素原子と５個の炭素原子および分子内二重結合を含む組成物であってよい。前記組成物Ｂは３，３，４，４，５，５−ヘキサフルオロシクロペンテン、１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロシクロペンタン、（Ｅ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン、または（Ｚ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテンであってよい。

本発明の一態様において、前記組成物Ｃが１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンであってよい。

本発明は、冷媒を圧縮する遠心式圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器と、を有し、前記遠心式圧縮機、前記凝縮器、前記膨張弁および前記蒸発器が順次接続されて構成された冷媒循環回路内を有する熱源機の運転方法であって、前記冷媒を、沸点が２０℃以上、かつ、臨界温度が１８０℃以上である、４〜５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子とを有する組成物Ａ、４〜５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子とを有する組成物Ｂまたは３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を有する組成物Ｃのいずれかから選択して前記冷媒循環回路内に封入する熱源機の運転方法を提供する。

本発明の一態様では、前記蒸発器で熱を回収し、該回収した熱により前記凝縮器で１５０℃以上の温熱を出力する。

本発明の一態様によれば、冷媒の沸点および臨界温度を上記範囲とすることで、高温の作動環境下における冷媒圧力を、従来の冷媒よりも低く抑えられる。それにより、従来の熱源機と同程度の冷媒圧力で、１５０℃を超える温熱を出力できる。

本発明の一態様によれば、圧縮機を遠心式とすることで動作係数を向上できる。それにより、圧力の低い冷媒を用いた場合であっても、熱源機が大型化するのを避けられる。

組成物Ａおよび組成物Ｂは１５０℃以上の高温環境でも安定な性質を示すものである。組成物Ａおよび組成物Ｂを含む冷媒を用いることで、安定して長期間運転できる熱源機となる。

２，２，２，２’，２’，２’−ヘキサフルオロイソプロピル−メチル−エーテル、３，３，４，４，５，５−ヘキサフルオロシクロペンテン、１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロシクロペンタン、（Ｅ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン、（Ｚ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン、および１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンは、ＧＷＰの小さい組成物である。そのような組成物を冷媒として用いることで、環境負荷の小さい熱源機を実現できる。

本発明の一実施形態に係る熱源機のヒートポンプサイクル図である。

以下に、本発明に係る熱源機およびその運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る熱源機のヒートポンプサイクル図である。

熱源機１は、遠心式圧縮機２と、高圧高温の冷媒ガスにより熱媒を加熱する高温凝縮器３と、中圧中温の冷媒ガスにより熱媒を加熱する中温凝縮器４と、高圧段膨張弁５と、低圧段膨張弁１１と、蒸発器７と、制御装置（図示せず）とを備えている。熱源機１は、遠心式圧縮機２、高温凝縮器３、中温凝縮器４、高圧段膨張弁５、低圧段膨張弁１１、および蒸発器７が順次配管で接続されてなる冷媒循環回路（ヒートポンプサイクル）８を備えている。ヒートポンプサイクル内には、冷媒が封入されている。

遠心式圧縮機２は、１段または多段で冷媒を圧縮する機器である。本実施形態において遠心式圧縮機２は、２段ターボ圧縮機である。圧縮機を遠心式とすることおよび熱媒をカスケード的に昇温する抽気サイクルで、熱源機１の動作係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を３以上にすることが可能となる。遠心式圧縮機２の形状には、機械加工によるオープンインペラを用いる。遠心式圧縮機２の材質は、アルミ合金（Ａ６０６１、Ａ７０７５、Ａ２６１８）または鉄（ＳＣＭ４３５）である。

遠心式圧縮機２の流量係数は０．１以上とする。通常の圧縮機では流量係数０．０８程度を設計点とするが、圧力の低い冷媒を用いる場合は、冷媒の比体積が大きいため、加熱能力を得るために羽根車が大型化してしまう。遠心式圧縮機２の流量係数を０．１以上とすることで、熱源機１の大型化を抑制できる。

遠心式圧縮機２は、回転軸６を介して電動機９により駆動される。

電動機９は、例えばインバータ駆動である。電動機９には、該電動機９を冷却する構成が備わっている（図示省略）。該冷却する構成は、電動機９の固定子側面およびコイル部、更に電動機９の固定子および回転子の間に、後述する高温凝縮器３で凝縮液化した冷媒を減圧膨張させたものを通過させ、電動機９を冷却する。

回転軸６は、転がり軸受、ころ軸受、すべり軸受または磁気軸受で支持されている。それにより機械損失を低減することができる。回転軸６は、電動機９と直結しているか、または増速歯車を介して電動機９に接続されている。

軸受および増速歯車は、潤滑油を循環させて冷却および潤滑され得る。潤滑油は、冷媒と相溶性がある鉱物油、ポリオールエステルまたはアルキルベンゼン油などが好ましい。

遠心式圧縮機２は、吸入口２Ａ、吐出口２Ｂ、および図示省略の第１羽根車と第２羽根車との間に設けられる中間吐出口２Ｃを備えている。遠心式圧縮機２は、吸入口２Ａから吸い込んだ低圧ガス冷媒を第１羽根車および第２羽根車の回転により順次遠心圧縮し、圧縮した高圧ガス冷媒を吐出口２Ｂから吐き出すように構成されている。なお、第１段羽根車で圧縮した中間圧ガス冷媒の一部が中間吐出口２Ｃから吐出される。第１羽根車および第２羽根車の前には、それぞれ吸込ベーンが取り付けられている（図示省略）。吸込ベーンの開度調整により、遠心式圧縮機２への吸込風量が制御される。

遠心式圧縮機２の吐出口２Ｂから吐き出された高圧ガス冷媒は、高温凝縮器３へと導かれる。
また、遠心式圧縮機２の中間吐出口２Ｃから吐き出された中圧ガス冷媒は中間吐出回路１２を介して中温凝縮器４へと導かれる。

高温凝縮器３および中温凝縮器４は、プレート式熱交換器であり、遠心式圧縮機２から供給される高圧ガス冷媒および中間圧ガス冷媒と温水回路１０を介して循環される熱媒（第１非冷媒）とを段階的に熱交換させることにより、高圧冷媒ガスおよび中間圧冷媒ガスを凝縮液化するものである。熱媒は、中温凝縮器４で７０℃程度から１００℃以上の中間温度まで加熱され、高温凝縮器３は、１５０℃以上、好ましくは２００℃以上の温熱を生成できる。高温熱媒ポンプ（第１非冷媒ポンプ）１４によって供給される高温熱媒の流れと高圧ガス冷媒の流れとは、向流となるようにすることが望ましい。それぞれのプレート式熱交換器は１つに限定されず、複数配置されてもよい。

高温凝縮器３の後流側には、高温凝縮器３で凝縮液化した液冷媒が、減圧膨張され、潤滑油と熱交換を行うための熱交換器がある（図示省略）。該熱交換器の伝熱面を隔てた一方の側の通路に減圧膨張された冷媒が導かれ、他方の側の通路には潤滑油が導かる。このように減圧膨張させた冷媒により潤滑油が冷却される。

高温凝縮器３で凝縮液化した液冷媒は、高圧段膨張弁５を通過することにより、減圧膨張され、中温凝縮器４で凝縮液化した液冷媒と合流する。合流した液冷媒は低圧段膨張弁１１を通過することにより、減圧膨張して蒸発器７に供給される。なお、更なる加熱性能の向上のため、合流後の液冷媒と中温凝縮器４に入る前の熱媒とを熱交換し、熱媒の予加熱を行っても良い（図示省略）。

蒸発器７は、プレート式熱交換器であり、低圧段膨張弁１１から導かれた冷媒と熱源水回路１３を介して循環される熱源水（第２非冷媒）とを熱交換させることにより、冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により熱源水を冷却するものである。なお、熱源水ポンプ（第２非冷媒ポンプ）１５によって供給される熱源水の流れと冷媒の流れとは、向流となるようにすることが望ましい。

高圧段膨張弁５および低圧段膨張弁１１は、固定オリフィス、電動ボール弁、またはステッピングモータ式ニードル弁である。

図示省略の制御装置は、マイコン基板を備えている。各吸込ベーンの開度、各膨張弁の開度、および電動機回転数は、制御装置のマイコン基板で演算、制御される。それにより、部分負荷運転においても高ＣＯＰを達成できる。

なお、遠心式圧縮機２が多段圧縮機である場合、熱源機１は凝縮器で液化された液冷媒のすべてを高圧膨張弁で減圧膨張させ、気化したガス冷媒（中間圧冷媒）を圧縮機の中間吸込口に導き、分離した液冷媒を低圧段膨張弁で再度減圧膨張して蒸発器に供給する自然膨張方式のエコノマイザサイクルや、高温凝縮器で液化された液冷媒の一部を分岐し、減圧膨張させた後、主回路を流れる冷媒液と熱交換し、主回路の液冷媒を過冷却することにより蒸発したガス冷媒（中間圧冷媒）を圧縮機の中間吸込口に導き、過冷却された主回路の液冷媒を減圧膨張して蒸発器に供給する中間冷却方式のエコノマイザサイクルとしてもよい。また、遠心式圧縮機２の吸込み冷媒ガスの加熱を行うインタークーラを備えていてもよい（図示省略）。それにより、圧縮機吐出のガス冷媒温度を高くし、より高い温度の温熱を供給することができる。

ヒートポンプサイクル８内に配置（封入）された冷媒は、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃを主成分として含む。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、冷媒（１００ＧＣ％）中に５０ＧＣ％より多く、好ましくは７５ＧＣ％より多く、更に好ましくは９０ＧＣ％より多く含まれていることが好ましい。

組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、有機化合物である。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、沸点が２０℃以上、且つ、臨界温度が１８０℃以上である。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、熱源機の作動環境下での圧力が５ＭＰａ以下となる性質を有する。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物ＣのＧＷＰは、１５０以下である。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃのオゾン破壊係数（ＯＤＰ：Ｏｚｏｎｅ−Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は略０である。略０とは、規制対象とならない数値であればよく、０．００５未満を含む。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃの純度は、好ましくは９７ＧＣ％以上、より好ましくは９９ＧＣ％以上、更に好ましくは９９．９ＧＣ％以上である。

組成物Ａは、４個または５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子を含む。好ましくは、組成物Ａは、６個のフッ素原子およびメトキシ基を含む組成物である。具体的に、組成物Ａは２，２，２，２’，２’，２’−ヘキサフルオロイソプロピル−メチル−エーテル（ＨＦＥ−３５６ｍｍｚ，Ｃ_４Ｈ_４ＯＦ_６）などである。ＨＦＥ−３５６ｍｍｚの標準沸点（大気圧での沸点）は５０℃である。ＨＦＥ−３５６ｍｍｚの臨界温度は、１８６℃である。ＨＦＥ−３５６ｍｍｚの地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は２５である。

組成物Ｂは、４個または５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子とを含む。好ましくは、組成物Ｂは、６個のフッ素原子および炭素数５の環状構造を含む組成物Ｂ１、または８個のフッ素原子と５個の炭素原子および分子内二重結合を含む組成物Ｂ２である。

具体的に、組成物Ｂ１は３，３，４，４，５，５−ヘキサフルオロシクロペンテン（３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥ，Ｃ_５Ｈ_２Ｆ_６）または１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロシクロペンタン（１，１，２，２，３，３−ＨＦＣＰＡ，Ｃ_５Ｈ_４Ｆ_６）などである。３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥの標準沸点は６８℃である。３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥの臨界温度は、２３８℃である。３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥのＧＷＰは、３３である。１，１，２，２，３，３−ＨＦＣＰＡの標準沸点は８８℃である。１，１，２，２，３，３−ＨＦＣＰＡの臨界温度は、２６６℃である。１，１，２，２，３，３−ＨＦＣＰＡのＧＷＰは１２５である。

具体的に、組成物Ｂ２は（Ｅ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン（ＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｅ），Ｃ_５Ｈ_２Ｆ_８）、または（Ｚ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン（ＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｚ），Ｃ_５Ｈ_２Ｆ_８）などである。ＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｅ）の標準沸点は、２９．５℃である。

組成物Ｃは、３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を含む。具体的に、組成物Ｃは１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２３ｘｄ（Ｚ），Ｃ_３ＨＣｌ_２Ｆ_３）などである。ＨＣＦＯ−１２２３ｘｄ（Ｚ）の標準沸点（大気圧での沸点）は５４℃である。ＨＣＦＯ−１２２３ｘｄ（Ｚ）の臨界温度は、２２２℃である。

組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃを含む冷媒は、１５０℃を超える高温環境下でも安定である。そのような冷媒をヒートポンプサイクルに封入した熱源機は、安定して長期間運転することが可能である。組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃは、ＧＷＰが低いため環境負荷の小さい熱源機を実現できる。

冷媒は、添加物を含んでいてもよい。添加物は、ハロカーボン類、その他のハイドロフルオロカーボン類（ＨＦＣ）、アルコール類、飽和炭化水素類などが挙げられる。

＜ハロカーボン類、および、その他のハイドロフルオロカーボン類＞
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等を挙げることができる。
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。

＜アルコール＞
アルコールとしては、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−プロパノール等を挙げることができる。

＜飽和炭化水素＞
飽和炭化水素としては、炭素数３以上８以下のプロパン、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、およびシクロヘキサンを含む群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。

＜熱安定性＞
ＪＩＳ Ｋ ２２１１に準拠した方法で熱安定性試験を実施した。
（試験１）
試験容器を減圧して真空とし、ここに試験冷媒約１４ｇを入れて密封した。密封した試験容器内を所定温度で１８時間加熱した。加熱前後における試験冷媒の純度を測定して熱安定性を評価した。加熱後の試験冷媒を大気雰囲気下で２か月保存し、色の変化を目視で確認した。

試験冷媒は、３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥとした。試験容器には、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製チューブ（内容積約２０ｍＬ）を用いた。純度の測定には、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を備えるガスクロマトグラフ（島津製作所製，２０１４Ｓ）を用いた。

表１に試験条件および純度測定の結果を示す。

表１によれば、試験冷媒の純度は加熱前後で変化していなかった。これにより、３，３，４，４，５，５−ＨＦＣＰＥは、２００℃から３００℃の温度範囲で安定であることが確認された。２００℃および２２０℃で加熱した試験冷媒は、大気雰囲気下で保存した後も色が変化することはなかった。

（試験２）
試験冷媒は、ＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｚ）が混在するＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｅ）とした。試験容器は、上記（試験１）と同様のものを用いた。

試験容器を減圧して真空とし、ここに試験冷媒約２ｇを入れて密封した。密封した試験容器内を２５０℃で７２時間加熱した。加熱前後における試験冷媒の純度を測定して熱安定性を評価した。純度の測定には上記（試験１）と同様にガスクロマトグラフを用いた。ｐＨ試験紙を用い、加熱前後の試験冷媒のｐＨを確認した。

表２に試験２の純度測定の結果を示す。

表２によれば、試験冷媒の純度は加熱前後でほとんど変化していなかった。これにより、ＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｅ）およびＨＦＯ−１４３８ｍｚｚ（Ｚ）は、２５０℃で安定であることが確認された。加熱前後の試験冷媒のｐＨは、いずれも約ｐＨ７程度であった。これにより、加熱による酸生成を抑制できていることが確認された。

（比較試験）
参考冷媒としてＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）（沸点１８．３℃、臨界温度１６５．６℃）を用いて、熱安定性を確認する試験を実施した。試験容器は、上記（試験１）と同様のものを用いた。触媒として棒状の鉄、銅、およびアルミニウムを用いた。

参考冷媒および触媒を試験容器に入れて密封した。密封した試験容器内を液体窒素で十分に冷却しながら真空脱気をした後、所定温度で１４日間加熱した。加熱前後における参考冷媒の純度を測定して熱安定性を評価した。純度の測定には上記（試験１）と同様にガスクロマトグラフを用いた。加熱後の参考冷媒の色の変化を目視で確認した。

表３に試験条件および純度測定の結果を示す。

表３によれば、参考冷媒の純度は加熱により低下した。特に１８７℃以上の温度範囲で純度低下が顕著であった。２２５℃で加熱した後の参考冷媒の色は、加熱前の参考冷媒と比較して変化していた。

１ 熱源機
２ 遠心式圧縮機
２Ａ 吸入口
２Ｂ 吐出口
２Ｃ 中間吐出口
３ 高温凝縮器
４ 中温凝縮器
５ 高圧段膨張弁
６ 回転軸
７ 蒸発器
８ ヒートポンプサイクル（冷媒循環回路）
９ 電動機
１０ 高温熱媒回路
１１ 低圧段膨張弁
１２ 中間吐出回路
１３ 熱源水回路
１４ 高温熱媒ポンプ
１５ 熱源水ポンプ

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する遠心式圧縮機と、
   圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、
   膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   を有し、前記遠心式圧縮機、前記凝縮器、前記膨張弁および前記蒸発器が順次接続されて構成された冷媒循環回路内に封入された冷媒が、組成物Ａ、組成物Ｂまたは組成物Ｃを含み、
   前記組成物Ａは、４個または５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子とを有し、
   前記組成物Ｂは、４個または５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子とを有し、
   前記組成物Ｃは３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を有し、
   前記組成物Ａ、前記組成物Ｂまたは前記組成物Ｃは、沸点が２０℃以上、臨界温度が１８０℃以上である熱源機。
2. 前記組成物Ａが６個のフッ素原子およびメトキシ基を含む組成物である請求項１に記載の熱源機。
3. 前記組成物Ｂが、６個のフッ素原子および炭素数５の環状構造を含む組成物、または８個のフッ素原子と５個の炭素原子および分子内二重結合を含む組成物である請求項１に記載の熱源機。
4. 前記組成物Ａが２，２，２，２’，２’，２’−ヘキサフルオロイソプロピル−メチル−エーテルである請求項２に記載の熱源機。
5. 前記組成物Ｂが３，３，４，４，５，５−ヘキサフルオロシクロペンテン、１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロシクロペンタン、（Ｅ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテン、または（Ｚ）−１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンテンである請求項３に記載の熱源機。
6. 前記組成物Ｃが１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンである請求項１に記載の熱源機。
7. 冷媒を圧縮する遠心式圧縮機と、
   圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、
   膨張させた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   を有し、前記遠心式圧縮機、前記凝縮器、前記膨張弁および前記蒸発器が順次接続されて構成された冷媒循環回路内を有する熱源機の運転方法であって、
   前記冷媒を、沸点が２０℃以上、かつ、臨界温度が１８０℃以上である、４〜５個の炭素原子および６個以上のフッ素原子と１個以上の酸素原子とを有する組成物Ａ、４〜５個の炭素原子と６個以上のフッ素原子とを有する組成物Ｂまたは３個の炭素原子、２個の塩素原子、３個のフッ素原子および分子内二重結合を有する組成物Ｃのいずれかから選択して前記冷媒循環回路内に封入する熱源機の運転方法。
8. 前記蒸発器で熱を回収し、該回収した熱により前記凝縮器で１５０℃以上の温熱を出力する請求項７に記載の熱源機の運転方法。

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