JP2017226855A - Method for converting heat energy to mechanical energy, organic rankine cycle device, and method for substituting working fluid - Google Patents

Method for converting heat energy to mechanical energy, organic rankine cycle device, and method for substituting working fluid Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new working fluid composition incombustible, also reduced in a load to the environment and further improved in the power generation cycle efficiency of an organic Rankine cycle and the size parameters of a heat expander.SOLUTION: Provided is a method for converting heat energy to mechanical energy using an organic Rankine cycle system stored with a working fluid composition where the operations of vaporizing the working fluid composition, expanding the working fluid composition, condensing the working fluid composition and pressure-rising and transferring the working fluid composition are successively performed. The working fluid composition converts heat energy in which the mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene is 92.0 to 99.9 mass%, the mass ratio of trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 0.1 to 8.0 mass%, and also evaporation temperature is 60 to 150°C to mechanical energy.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む作動流体組成物および作動流体を収容した有機ランキンサイクル装置において熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法、その有機ランキンサイクル装置、及び地球温暖化係数が大きな作動流体を置換える方法に関する。   The present invention relates to a working fluid composition containing cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and a method for converting thermal energy into mechanical energy in an organic Rankine cycle device containing the working fluid, the organic Rankine cycle device, And a method for replacing a working fluid having a large global warming potential.

二酸化炭素、メタン、一酸化二窒素、代替フロン等の温室効果ガス排出量を規制する京都議定書が発効し、現在温室効果ガスは排出が制限されている。このため、温室効果ガスを抑制する未利用エネルギーの活用による廃熱発電の開発は重要な課題となっている。鉄鋼・石油・化学・セメント・紙パルプ・窯業・バイオマス等の各種産業から発生する廃熱またはガスタービン、エンジン等の原動機からの廃熱等中低温度の廃ガス、温水廃熱は今日十分には利用されているとはいいがたい。   The Kyoto Protocol, which regulates greenhouse gas emissions such as carbon dioxide, methane, dinitrogen monoxide, and chlorofluorocarbon alternatives, has come into effect, and greenhouse gas emissions are currently restricted. For this reason, the development of waste heat power generation by utilizing unused energy to suppress greenhouse gases has become an important issue. Waste heat generated from various industries such as steel, petroleum, chemicals, cement, pulp and paper, ceramics, and biomass, or waste heat from gas turbines, engines and other prime movers, and low temperature waste gas and hot water waste heat are sufficient today It is hard to say that is being used.

一般に作動媒体として有機化合物を用いる有機ランキンサイクル(ORC)は、作動媒体を外部に排出しない閉鎖ランキンサイクルであり、作動媒体を気化させる蒸発器と、発電機、膨張機、凝縮器及び再循環用ポンプ等から構成される。ランキンサイクルにおいて、作動流体は、ポンプにおける断熱圧縮、定圧加熱(蒸発)、断熱膨張、定圧冷却(凝縮)の4つの過程を経て装置内部を循環する。定圧加熱過程において外部熱源と熱交換し、気化した作動媒体が膨張機に運ばれ、断熱膨張しエネルギー(仕事)を外部に与え、電気エネルギー等として取り出される。   In general, an organic Rankine cycle (ORC) using an organic compound as a working medium is a closed Rankine cycle that does not discharge the working medium to the outside, and an evaporator that vaporizes the working medium, a generator, an expander, a condenser, and a recirculation Consists of a pump and the like. In the Rankine cycle, the working fluid circulates inside the apparatus through four processes of adiabatic compression, constant pressure heating (evaporation), adiabatic expansion, and constant pressure cooling (condensation) in the pump. In the constant pressure heating process, heat exchange with an external heat source is performed, the vaporized working medium is carried to the expander, adiabatically expanded, energy (work) is given to the outside, and taken out as electric energy or the like.

従来、ランキンサイクルの作動媒体としては、水が用いられ、古くから実用化されている(例えば、米国特許第3,393,515号)。しかしながら、水は凝固点が0℃と高く、蒸気比体積が非常に大きいために、使用温度範囲が比較的低温(約200℃以下)の熱源を使用する場合は、設備が大きくなり、またサイクル効率が低下するという欠点を有する。   Conventionally, water has been used as a working medium for Rankine cycle, and has been put into practical use for a long time (for example, US Pat. No. 3,393,515). However, since water has a high freezing point of 0 ° C and a large specific volume of steam, when using a heat source with a relatively low operating temperature range (about 200 ° C or less), the equipment becomes large and the cycle efficiency is high. Has the disadvantage of lowering.

このような背景のもと、低温廃熱利用技術として、水より沸点の低い有機化合物を作動流体として用いる有機ランキンサイクル(ORC)について種々の検討がなされており、中でも、有機ランキンサイクル用の作動流体として、有機フッ素化合物を用いる技術が提案されている。   Under such circumstances, various studies have been made on organic Rankine cycle (ORC) using an organic compound having a boiling point lower than that of water as a working fluid as a low-temperature waste heat utilization technology. A technique using an organic fluorine compound as a fluid has been proposed.

特許文献1には、有機ランキンサイクル用作動流体として、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン等の炭素数が3である水素含有ハロゲン化飽和炭化水素類が開示されている。   Patent Document 1 discloses hydrogen-containing halogenated saturated hydrocarbons having 3 carbon atoms, such as 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, as a working fluid for organic Rankine cycle.

また、特許文献2には、2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを作動流体として用いる有機ランキンサイクル装置が開示されている。   Patent Document 2 discloses an organic Rankine cycle apparatus using 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoropropane and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as a working fluid. Yes.

また、特許文献3には、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、モノクロロノナフルオロペンテン等のフルオロオレフィン類を作動流体として用いる有機ランキンサイクル装置が開示されている。   Patent Document 3 discloses an organic Rankine cycle device using fluoroolefins such as 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and monochlorononafluoropentene as a working fluid.

また、特許文献4には、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン等の4つの炭素原子を有するヒドロフルオロオレフィンを作動流体として用いる有機ランキンサイクルシステムが開示されている。   Patent Document 4 discloses an organic Rankine cycle system using a hydrofluoroolefin having four carbon atoms such as 1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene as a working fluid. Yes.

特開平2−272086号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-27086 特開2007−6684号公報JP 2007-6684 A 特表2012−511087号公報Special table 2012-511087 gazette 特表2013−500374号公報Special table 2013-500374 gazette

特許文献1において、作動流体として炭素数が3である水素含有ハロゲン化飽和炭化水素類が提案されているが、地球温暖化係数(GWP)が大きいため、将来永続的に使用することが懸念されている。   In Patent Document 1, hydrogen-containing halogenated saturated hydrocarbons having 3 carbon atoms have been proposed as a working fluid. However, since the global warming potential (GWP) is large, there is a concern about permanent use in the future. ing.

特許文献2において、2,2−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを作動流体として用いる有機ランキンサイクル装置について提案されているが、これらの化合物は、オゾン層破壊の観点または非常に大きい地球温暖化係数を有する点から環境への負荷が大きいため、将来永続的に使用することが懸念されている。   Patent Document 2 proposes an organic Rankine cycle apparatus using 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoropropane and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as a working fluid. These compounds are concerned about their permanent use in the future because they have a large environmental impact from the viewpoint of ozone layer destruction or having a very large global warming potential.

特許文献3または4において、地球温暖化係数の小さい不飽和ハロゲン化炭化水素類を含む組成物を作動流体として用いる有機ランキンサイクルについて提案されている。現在、有機ランキンサイクル作動流体として広く使用されている1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンと比較して、ランキンサイクル効率は向上しているが、膨張機の容量が大きくなるなどの欠点を有しており、性能の観点から総合的に未だ十分なものではなく、更なる性能の向上が望まれている。   In patent document 3 or 4, the organic Rankine cycle which uses the composition containing unsaturated halogenated hydrocarbons with a small global warming potential as a working fluid is proposed. Compared to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, which is currently widely used as an organic Rankine cycle working fluid, Rankine cycle efficiency is improved, but the capacity of the expander is increased. It has drawbacks and is not yet fully comprehensive from the viewpoint of performance, and further improvement in performance is desired.

このように、環境適合性の高い作動流体を用いた有機ランキンサイクルの性能はなお不十分である。したがって、150℃以下の未利用熱からの熱伝達を実現し、かつ従来の作動流体よりも熱伝達性能に優れた、低GWP化合物を主成分とする作動流体組成物を見出すことが望まれている。   Thus, the performance of the organic Rankine cycle using a working fluid with high environmental compatibility is still insufficient. Therefore, it is desired to find a working fluid composition mainly composed of a low GWP compound that realizes heat transfer from unused heat of 150 ° C. or less and has better heat transfer performance than conventional working fluids. Yes.

本発明の目的は、更に改良した、新規な作動流体組成物および有機ランキンサイクル装置及び地球温暖化係数が大きな作動流体を置換える方法を提供することを目的とする。本発明は、現在使用されている多くのハイドロフルオロカーボンと比較して、地球温暖化には実質上寄与しない作動流体組成物および有機ランキンサイクル装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a further improved working fluid composition and organic Rankine cycle device and a method for replacing a working fluid having a large global warming potential. An object of the present invention is to provide a working fluid composition and an organic Rankine cycle device that do not substantially contribute to global warming as compared with many hydrofluorocarbons currently used.

発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、不飽和ハロゲン化炭化水素に着目し、特にシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを主成分とする二成分系ハロゲン化炭化水素を含む組成物を所定の温度、圧力下で作動流体として用いれば極めて有効な熱エネルギー変換方法となるという知見を得て、本発明を完成させた。   The inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, paying attention to unsaturated halogenated hydrocarbons, in particular, a composition containing a binary halogenated hydrocarbon mainly composed of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene is subjected to a predetermined temperature and pressure. Thus, the present invention has been completed by obtaining the knowledge that if used as a working fluid, it becomes a very effective thermal energy conversion method.

本発明の一実施形態によると、作動流体組成物を気化させ、前記作動流体組成物を膨張させ、前記作動流体組成物を凝縮させ、前記作動流体組成物を昇圧することを順次行う、前記作動流体組成物を収容した有機ランキンサイクルシステムを用いた、熱エネルギー変換方法であって、前記作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が92.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が0.1質量%以上8.0質量%以下であり、且つ、蒸発温度が60℃以上150℃以下である熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法が提供される。   According to an embodiment of the present invention, the operation sequentially vaporizes the working fluid composition, expands the working fluid composition, condenses the working fluid composition, and pressurizes the working fluid composition. A thermal energy conversion method using an organic Rankine cycle system containing a fluid composition, wherein the working fluid composition has a cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene mass ratio of 92.0 masses % To 99.9% by mass, and the mass ratio of trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 0.1% to 8.0% by mass. % And a method of converting thermal energy having an evaporation temperature of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower into mechanical energy.

本発明の一実施形態によると、作動流体組成物を気化させ、前記作動流体組成物を膨張させ、前記作動流体組成物を凝縮させ、前記作動流体組成物を昇圧することを順次行う、前記作動流体組成物を収容した有機ランキンサイクルシステムを用いた、熱エネルギー変換方法であって、前記作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が80.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比率が0.1質量%以上20.0質量%以下であり、且つ、蒸発温度が60℃以上150℃以下である熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法が提供される。   According to an embodiment of the present invention, the operation sequentially vaporizes the working fluid composition, expands the working fluid composition, condenses the working fluid composition, and pressurizes the working fluid composition. A thermal energy conversion method using an organic Rankine cycle system containing a fluid composition, wherein the working fluid composition has a cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene mass ratio of 80.0 mass % To 99.9% by mass, the mass ratio of 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 0.1% to 20.0% by mass, and the evaporation temperature is 60 ° C. There is provided a method for converting thermal energy of 150 ° C. or lower into mechanical energy.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記作動流体組成物のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が90.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比率0.1質量%以上10.0質量%以下であってもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the working fluid composition has a cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene mass ratio of 90.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, The mass ratio of 1,1,1,3,3-pentafluoropropane may be 0.1% by mass or more and 10.0% by mass or less.

本発明の一実施形態によると、作動流体組成物を気化させ、前記作動流体組成物を膨張させ、前記作動流体組成物を凝縮させ、前記作動流体組成物を昇圧することを順次行う、前記作動流体組成物を収容した有機ランキンサイクルシステムを用いた、熱エネルギー変換方法であって、前記作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が50.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比率が0.1質量%以上50.0質量%以下であり、且つ、蒸発温度が60℃以上150℃以下である熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法が提供される。   According to an embodiment of the present invention, the operation sequentially vaporizes the working fluid composition, expands the working fluid composition, condenses the working fluid composition, and pressurizes the working fluid composition. A thermal energy conversion method using an organic Rankine cycle system containing a fluid composition, wherein the working fluid composition has a mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene of 50.0 mass % To 99.9% by mass, the mass ratio of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is 0.1% to 50.0% by mass, and the evaporation temperature is A method is provided for converting thermal energy from 60 ° C. to 150 ° C. into mechanical energy.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記作動流体組成物のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が80.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比率0.1質量%以上20.0質量%以下であってもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene in the working fluid composition is 80.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, The mass ratio of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene may be 0.1% by mass or more and 20.0% by mass or less.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記作動流体組成物が潤滑剤を含んでもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the working fluid composition may include a lubricant.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記潤滑剤が、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てもよい。   In the method for converting thermal energy into mechanical energy, the lubricant may be a mineral oil (paraffinic oil or naphthenic oil) or a synthetic oil alkylbenzene (AB), poly (alpha-olefin), ester, polyol ester. (POE), polyalkylene glycols (PAG), polyvinyl ethers (PVE) and combinations thereof.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記作動流体組成物が安定剤をさらに含んでもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the working fluid composition may further include a stabilizer.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記安定剤が、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、芳香族不飽和炭化水素類、イソプレン類、プロパジエン類、テルペン類等およびそれらの組合せから選択されてもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the stabilizer is a nitro compound, an epoxy compound, a phenol, an imidazole, an amine, a diene compound, a phosphate, an aromatic unsaturated hydrocarbon, or an isoprene. , Propadiene, terpene and the like and combinations thereof.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記作動流体組成物が難燃剤をさらに含んでもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the working fluid composition may further include a flame retardant.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、前記難燃剤が、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およびそれらの組合せから選択されてもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, the flame retardant may be selected from phosphates, halogenated aromatic compounds, fluorinated iodocarbons, fluorinated bromocarbons, and combinations thereof.

前記熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法において、蒸発器の加熱源として60℃以上150℃以下の温水、加圧熱水または過熱蒸気を使用してもよい。   In the method of converting thermal energy into mechanical energy, hot water, pressurized hot water or superheated steam having a temperature of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower may be used as a heating source of the evaporator.

また、本発明の一実施形態によると、前記いずれかに記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法を用いる有機ランキンサイクル装置が提供される。   Moreover, according to one Embodiment of this invention, the organic Rankine-cycle apparatus using the method of converting the thermal energy in any one of the said to mechanical energy is provided.

また、本発明の一実施形態によると、有機ランキンサイクル装置において作動流体を置換える方法であって、前記作動流体が1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(R245fa)を主として含み、前記いずれかの作動流体組成物を、前記作動流体を使用する、使用したまたは使用するよう設計されている、前記有機ランキンサイクル装置に供給することを含む方法が提供される。   According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for replacing a working fluid in an organic Rankine cycle device, wherein the working fluid mainly includes 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (R245fa), A method is provided comprising supplying any of the working fluid compositions to the organic Rankine cycle apparatus that uses, uses or is designed to use the working fluid.

本発明の作動流体組成物によれば、不燃性または微燃性で、環境への影響が小さく、かつ、熱伝達および熱エネルギー変換特性に優れた有機ランキンサイクル用混合作動流体を提供することができる。また、本発明の作動流体組成物を用いて、熱伝達および熱エネルギー変換特性に優れた有機ランキンサイクル装置を提供することができる。また、本発明によると、地球温暖化係数が大きな作動流体を新規な作動流体組成物に置換える方法を提供することができる。   According to the working fluid composition of the present invention, it is possible to provide a mixed working fluid for organic Rankine cycle which is nonflammable or slightly flammable, has a small influence on the environment, and has excellent heat transfer and thermal energy conversion characteristics. it can. Moreover, the organic Rankine cycle apparatus excellent in heat transfer and thermal energy conversion characteristics can be provided using the working fluid composition of the present invention. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for replacing a working fluid having a large global warming potential with a novel working fluid composition.

本発明に係る作動流体を適用可能な有機ランキンサイクルの概略図である。It is the schematic of the organic Rankine cycle which can apply the working fluid which concerns on this invention. 本発明の実施例1におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 5 of this invention. 本発明の実施例6におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 6 of this invention. 本発明の実施例7におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 7 of the present invention. 本発明の実施例8におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 8 of the present invention. 本発明の実施例9におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 9 of the present invention. 本発明の実施例10におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 10 of this invention. 本発明の実施例11におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 11 of this invention. 本発明の実施例12におけるTs線図である。It is a Ts diagram in Example 12 of this invention. 本発明の比較例1におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 1 of the present invention. 本発明の比較例2におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 2 of the present invention. 本発明の比較例3におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 3 of the present invention. 本発明の比較例4におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 4 of the present invention. 本発明の比較例5におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 5 of the present invention. 本発明の比較例6におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 6 of the present invention. 本発明の比較例7におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 7 of the present invention. 本発明の比較例8におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 8 of the present invention. 本発明の比較例9におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 9 of the present invention. 本発明の比較例10におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 10 of the present invention. 本発明の比較例11におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 11 of the present invention. 本発明の比較例12におけるTs線図である。It is a Ts diagram in comparative example 12 of the present invention.

以下、図面を参照して本発明に係る有機ランキンサイクル装置および熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法について説明する。但し、本発明の有機ランキンサイクル装置および熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法は、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, an organic Rankine cycle device and a method for converting thermal energy into mechanical energy according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the organic Rankine cycle apparatus and the method for converting thermal energy into mechanical energy of the present invention are not construed as being limited to the description of the embodiments and examples shown below. Note that in the drawings referred to in this embodiment mode and examples, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

本発明に係る熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法(以下、熱エネルギー変換方法という)は、主成分である第1の成分としてシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、第2の成分としてトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、を混合した二成分系ハロゲン化炭化水素を含む作動流体組成物を用いる。また、本発明に係る熱エネルギー変換方法は、主成分である第1の成分としてシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、第2の成分としてトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンまたは1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンと、を混合した二成分系ハロゲン化炭化水素を含む作動流体組成物を用いる。本発明に係る作動流体組成物は、このような二成分系の混合物であることにより、不燃性または微燃性であり、且つ環境への負荷が小さく、優れた熱サイクル特性および熱伝達特性を有することを、本発明者らは見出した。   The method for converting thermal energy into mechanical energy according to the present invention (hereinafter referred to as thermal energy conversion method) includes cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene as the first component as the main component, A working fluid composition containing a binary halogenated hydrocarbon in which trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene is mixed is used. Moreover, the thermal energy conversion method according to the present invention includes cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene as the first component as the main component and trans-1-chloro-3,3 as the second component. , 3-trifluoropropene or 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is used, and a working fluid composition containing a binary halogenated hydrocarbon is used. Since the working fluid composition according to the present invention is such a two-component mixture, it is nonflammable or slightly flammable, has a low environmental load, and has excellent thermal cycle characteristics and heat transfer characteristics. We have found that it has.

シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(Z))について説明する。   Cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze (Z)) will be described.

<HFO−1234ze(Z)>
HFO−1234ze(Z)は、分子内に炭素−炭素間の二重結合を含み、水酸基ラジカルとの反応性が高いため、地球温暖化係数(GWP)が極めて小さく環境負荷が小さい。また、HFO−1234ze(Z)は微燃性又は難燃性であり、毒性がない。なお、HFO−1234ze(Z)の沸点は、大気圧下において9.8℃、大気寿命は10日、地球温暖化係数(GWP)は3(Chemical Physics Letters 2009, Vol.473, P233-237)である。また、臨界温度は150.1℃、臨界圧力は3.54MPa(4th IIR Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerant予稿集TP-018)である。
<HFO-1234ze (Z)>
HFO-1234ze (Z) contains a carbon-carbon double bond in the molecule and has high reactivity with a hydroxyl radical, and therefore has a very low global warming potential (GWP) and a low environmental load. HFO-1234ze (Z) is slightly flammable or flame retardant and has no toxicity. HFO-1234ze (Z) has a boiling point of 9.8 ° C. under atmospheric pressure, an atmospheric lifetime of 10 days, and a global warming potential (GWP) of 3 (Chemical Physics Letters 2009, Vol. 473, P233-237). It is. The critical temperature is 150.1 ° C. and the critical pressure is 3.54 MPa (4th IIR Conference on Thermophysical Properties and Transfer Processes of Refrigerant Proceedings TP-018).

トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(E))について説明する。   Trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze (E)) will be described.

<HFO−1234ze(E)>
HFO−1234ze(E)は、分子内に炭素−炭素間の二重結合を含み、水酸基ラジカルとの反応性が高いため、地球温暖化係数(GWP)が極めて小さく環境負荷が小さい。また、HFO−1234ze(E)は微燃性又は難燃性であり、毒性がない。なお、HFO−1234ze(E)の沸点は、大気圧下において−19℃、大気寿命は14日、地球温暖化係数(GWP)は6(Chemical Physics Letters 2007, Vol.443, P199-204)である
。また、臨界温度は109.4℃、臨界圧力は3.63MPa(Journal of Chemical Engineering Data 2010, Vol55, P1594-1597)である。
<HFO-1234ze (E)>
HFO-1234ze (E) contains a carbon-carbon double bond in the molecule and has a high reactivity with a hydroxyl radical, and therefore has a very low global warming potential (GWP) and a low environmental load. Moreover, HFO-1234ze (E) is slightly flammable or flame retardant and has no toxicity. The boiling point of HFO-1234ze (E) is −19 ° C. under atmospheric pressure, the atmospheric lifetime is 14 days, and the global warming potential (GWP) is 6 (Chemical Physics Letters 2007, Vol.443, P199-204). is there. The critical temperature is 109.4 ° C., and the critical pressure is 3.63 MPa (Journal of Chemical Engineering Data 2010, Vol55, P1594-1597).

2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)について説明する。   2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf) will be described.

<HFO−1234yf>
HFO−1234yfは、分子内に炭素−炭素間の二重結合を含み、水酸基ラジカルとの反応性が高いため、地球温暖化係数(GWP)が極めて小さく環境負荷が小さい。また、HFO−1234yfは微燃性であり、毒性がない。なお、HFO−1234yfの沸点は、大気圧下において−29℃、大気寿命は11日、地球温暖化係数(GWP)は4(Chemical Physics Letters 2007, Vol.439, P18-22)である。また、臨界温度は94.7℃、臨界圧力は3.38MPa(International Journal of Refrigeration 2010, Vol33, P474-479)である。
<HFO-1234yf>
Since HFO-1234yf contains a carbon-carbon double bond in the molecule and has high reactivity with a hydroxyl radical, the global warming potential (GWP) is extremely small and the environmental load is small. HFO-1234yf is slightly flammable and nontoxic. HFO-1234yf has a boiling point of −29 ° C. under atmospheric pressure, an atmospheric life of 11 days, and a global warming potential (GWP) of 4 (Chemical Physics Letters 2007, Vol. 439, P18-22). The critical temperature is 94.7 ° C. and the critical pressure is 3.38 MPa (International Journal of Refrigeration 2010, Vol33, P474-479).

次に、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(HCFO−1233zd(E))について説明する。   Next, trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (HCFO-1233zd (E)) will be described.

<HCFO−1233zd(E)>
HCFO−1233zd(E)は、分子内に炭素−炭素間の二重結合を含み、水酸基ラジカルとの反応性が高いため、地球温暖化係数(GWP)が極めて小さく環境負荷が小さい。また、 HCFO−1233zd(E)は不燃性であり、毒性がない。なお、HCFO−1233zd(E)の沸点は、大気圧下において18.3℃、大気寿命は26日、地球温暖化係数(GWP)は7(Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2008, Vol.199, P92-97)である。また、臨界温度は165.6℃、臨界圧力は3.77MPa(Journal of Chemical Engineering Data 2012, Vol57, P3581-3586)である。
<HCFO-1233zd (E)>
HCFO-1233zd (E) contains a carbon-carbon double bond in the molecule and has high reactivity with a hydroxyl radical, and therefore has a very low global warming potential (GWP) and a low environmental load. HCFO-1233zd (E) is nonflammable and nontoxic. The boiling point of HCFO-1233zd (E) is 18.3 ° C. under atmospheric pressure, the atmospheric lifetime is 26 days, and the global warming potential (GWP) is 7 (Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2008, Vol.199). , P92-97). The critical temperature is 165.6 ° C., and the critical pressure is 3.77 MPa (Journal of Chemical Engineering Data 2012, Vol57, P3581-3586).

次に、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)について説明する。   Next, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa) will be described.

<HFC−245fa>
HFC−245faは、不燃性であり、毒性が低い。なお、HFC−245faの沸点は、大気圧下において15.3℃、大気寿命は7.6年、地球温暖化係数(GWP)は1030(IPCC4次評価報告書 2007)である。
<HFC-245fa>
HFC-245fa is nonflammable and has low toxicity. The boiling point of HFC-245fa is 15.3 ° C. under atmospheric pressure, the atmospheric lifetime is 7.6 years, and the global warming potential (GWP) is 1030 (IPCC Fourth Assessment Report 2007).

HFC−245faは、地球温暖化係数(GWP)が高いので、HFC−245faを用いる場合には、1質量%以上20質量%以下含むことが望ましく、1質量%以上10質量%以下含むことが特に望ましい。   Since HFC-245fa has a high global warming potential (GWP), when HFC-245fa is used, it is preferable to include 1% by mass or more and 20% by mass or less, particularly 1% by mass or more and 10% by mass or less. desirable.

一実施形態において、本発明の作動流体組成物は、熱交換器における熱伝達効率の観点から、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が92.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が0.1質量%以上8.0質量%以下であることを特徴としている。このような組成を有することにより、本発明の作動流体組成物は、地球温暖化係数が150未満であり、汎用されるHFC−245faに比して環境への影響が小さい。   In one embodiment, the working fluid composition of the present invention has a mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene of 92.0% by mass or more from the viewpoint of heat transfer efficiency in the heat exchanger. 9% by mass or less, and the mass ratio of trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less. It is characterized by that. By having such a composition, the working fluid composition of the present invention has a global warming potential of less than 150, and has a smaller influence on the environment than HFC-245fa which is widely used.

また、一実施形態において、本発明の作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が80.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンが0.1質量%以上20.0質量%以下であることを特徴としている。このような組成を有することにより、本発明の作動流体組成物は、地球温暖化係数が150未満であり、汎用されるHFC−245faに比して環境への影響が小さい。   In one embodiment, the working fluid composition of the present invention has a cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene mass ratio of 80.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, The amount of 1,1,3,3-pentafluoropropane is 0.1% by mass or more and 20.0% by mass or less. By having such a composition, the working fluid composition of the present invention has a global warming potential of less than 150, and has a smaller influence on the environment than HFC-245fa which is widely used.

また、一実施形態において、本発明の作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が50.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンが0.1質量%以上50.0質量%以下であることを特徴としている。このような組成を有することにより、本発明の作動流体組成物は、地球温暖化係数が150未満であり、汎用されるHFC−245faに比して環境への影響が小さい。   In one embodiment, the working fluid composition of the present invention has a mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene of 50.0% by mass to 99.9% by mass, 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is characterized by being 0.1 mass% or more and 50.0 mass% or less. By having such a composition, the working fluid composition of the present invention has a global warming potential of less than 150, and has a smaller influence on the environment than HFC-245fa which is widely used.

シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンまたは1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとは、互いに臨界温度が近接しており、これらを含む本発明に係る作動流体組成物は、組成物としての臨界温度に与える影響が小さい。一方、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンとを比較すると、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの臨界温度が低い。したがって、これらを含む本発明に係る作動流体組成物においては、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が高まるに連れて、臨界温度が低下する。このため、本発明においては、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンとを含む作動流体組成物においては、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンを0.1質量%以上8.0質量%以下とすることが好ましい。   Cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene or 1,1,1,3,3-pentafluoropropane have a critical temperature relative to each other. Are close to each other, and the working fluid composition according to the present invention including these has a small influence on the critical temperature of the composition. On the other hand, when cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene is compared with trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene, trans-1 , 3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene has a low critical temperature. Therefore, in the working fluid composition according to the present invention containing these, as the mass ratio of trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene increases, The critical temperature decreases. Therefore, in the present invention, cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene are used. In the working fluid composition containing, trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene may be 0.1 mass% or more and 8.0 mass% or less. preferable.

一方、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンとを含む作動流体組成物においては、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が50.0質量%以上、好ましくは90.0質量%以上99.9質量%以下であり、トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比率が0.1質量%以上50.0質量%以下、好ましくは0.1質量%以上10.0質量%以下である。   On the other hand, in a working fluid composition containing cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, cis-1,3,3, The mass ratio of 3-tetrafluoropropene is 50.0 mass% or more, preferably 90.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, and the mass of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene The ratio is 0.1 mass% or more and 50.0 mass% or less, preferably 0.1 mass% or more and 10.0 mass% or less.

シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンとを含む作動流体組成物においては、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が80.0質量%以上、好ましくは90.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比率が0.1質量%以上20.0質量%以下、好ましくは0.1質量%以上10.0質量%以下である。   In a working fluid composition containing cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, cis-1,3,3,3-tetrafluoro The mass ratio of propene is 80.0 mass% or more, preferably 90.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, and the mass ratio of 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 0.1 mass. % To 20.0% by mass, preferably 0.1% to 10.0% by mass.

<潤滑剤>
また、本発明の作動流体組成物を有機ランキンサイクルの作動流体に用いる場合、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)または合成油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。
<Lubricant>
When the working fluid composition of the present invention is used as a working fluid for an organic Rankine cycle, the lubricating oil used in the expander sliding portion is a mineral oil (paraffinic oil or naphthenic oil) or a synthetic oil alkylbenzene ( AB), poly (alpha-olefin), esters, polyol esters (POE), polyalkylene glycols (PAG) or polyvinyl ethers (PVE) can be used.

アルキルベンゼン類としては、n−オクチルベンゼン、n−ノニルベンゼン、n−デシルベンゼン、n−ウンデシルベンゼン、n−ドデシルベンゼン、n−トリデシルベンゼン、2−メチル−1−フェニルヘプタン、2−メチル−1−フェニルオクタン、2−メチル−1−フェニルノナン、2−メチル−1−フェニルデカン、2−メチル−1−フェニルウンデカン、2−メチル−1−フェニルドデカン、2−メチル−1−フェニルトリデカン等が挙げられる。   Alkylbenzenes include n-octylbenzene, n-nonylbenzene, n-decylbenzene, n-undecylbenzene, n-dodecylbenzene, n-tridecylbenzene, 2-methyl-1-phenylheptane, 2-methyl- 1-phenyloctane, 2-methyl-1-phenylnonane, 2-methyl-1-phenyldecane, 2-methyl-1-phenylundecane, 2-methyl-1-phenyldodecane, 2-methyl-1-phenyltridecane Etc.

エステル類としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの混合物等の芳香族エステル、二塩基酸エステル、ポリオールエステル、コンプレックスエステル、炭酸エステル等が挙げられる。   Esters include aromatic esters such as benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid and mixtures thereof, dibasic acid esters, polyol esters, complex esters, carbonate esters, etc. It is done.

ポリオールエステル類の原料となるアルコールとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ジ−(トリメチロールプロパン)、トリ−(トリメチロールプロパン)、ペンタエリスリトール、ジ−(ペンタエリスリトール)、トリ−(ペンタエリスリトール)等のヒンダードアルコールのエステル等が挙げられる。   Examples of alcohols used as starting materials for polyol esters include neopentyl glycol, trimethylol ethane, trimethylol propane, trimethylol butane, di- (trimethylol propane), tri- (trimethylol propane), pentaerythritol, and di- (penta). And esters of hindered alcohols such as erythritol and tri- (pentaerythritol).

ポリオールエステル類の原料となるカルボン酸としては、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、オレイン酸、イソペンタン酸、2−メチルヘキサン酸、2−エチルペンタン酸、2−エチルヘキサン酸及び3,5,5−トリメチルヘキサン酸等が挙げられる。   Examples of the carboxylic acid used as a raw material for the polyol esters include valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, oleic acid, isopentanoic acid, 2-methylhexanoic acid, 2-ethylpentanoic acid, 2- Examples include ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid.

ポリアルキレングリコールは、炭素数1以上18以下のメタノール、エタノール、直鎖状または分枝状のプロパノール、直鎖状又は分枝状のブタノール、直鎖状又は分枝状のペンタノール、直鎖状又は分枝状のヘキサノール等脂肪族アルコールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等を付加重合した化合物が挙げられる。   Polyalkylene glycol is methanol having 1 to 18 carbon atoms, ethanol, linear or branched propanol, linear or branched butanol, linear or branched pentanol, linear Alternatively, a compound obtained by addition polymerization of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or the like to a branched aliphatic alcohol such as hexanol.

ポリビニルエーテル類としては、ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリn−プロピルビニルエーテル、ポリイソプロピルビニルエーテル等が挙げられる。   Examples of polyvinyl ethers include polymethyl vinyl ether, polyethyl vinyl ether, poly n-propyl vinyl ether, polyisopropyl vinyl ether and the like.

<安定剤>
また、本発明の作動流体組成物は、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、炭化水素類等が挙げられる。
<Stabilizer>
In addition, the working fluid composition of the present invention can use a stabilizer in order to improve thermal stability, oxidation resistance and the like. Examples of the stabilizer include nitro compounds, epoxy compounds, phenols, imidazoles, amines, hydrocarbons and the like.

ニトロ化合物としては、公知の化合物が例示されるが、脂肪族及び/または芳香族誘導体が挙げられる。脂肪族系ニトロ化合物として、例えばニトロメタン、ニトロエタン、1−ニトロプロパン、2−ニトロプロパン等が挙げられる。芳香族ニトロ化合物として、例えばニトロベンゼン、o−、m−又はp−ジニトロベンゼン、トリニトロベンゼン、o−、m−又はp−ニトロトルエン、o−、m−又はp−エチルニトロベンゼン、2,3−、2,4−、2,5−、2,6−、3,4−又は3,5−ジメチルニトロベンゼン、o−、m−又はp−ニトロアセトフェノン、o−、m−又はp−ニトロフェノール、o−、m−又はp−ニトロアニソール等が挙げられる。   Examples of the nitro compound include known compounds, and examples thereof include aliphatic and / or aromatic derivatives. Examples of the aliphatic nitro compound include nitromethane, nitroethane, 1-nitropropane, 2-nitropropane and the like. As aromatic nitro compounds, for example, nitrobenzene, o-, m- or p-dinitrobenzene, trinitrobenzene, o-, m- or p-nitrotoluene, o-, m- or p-ethylnitrobenzene, 2,3-, 2 , 4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- or 3,5-dimethylnitrobenzene, o-, m- or p-nitroacetophenone, o-, m- or p-nitrophenol, o- , M- or p-nitroanisole and the like.

エポキシ化合物としては、例えばエチレンオキサイド、1,2−ブチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、グリシドール、エピクロルヒドリン、グリシジルメタアクリレート、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル等のモノエポキシ系化合物、ジエポキシブタン、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントルグリシジルエーテル等のポリエポキシ系化合物等が挙げられる。   Examples of the epoxy compound include ethylene oxide, 1,2-butylene oxide, propylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, glycidol, epichlorohydrin, glycidyl methacrylate, phenyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, methyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, 2 -Monoepoxy compounds such as ethylhexyl glycidyl ether, polyepoxy compounds such as diepoxybutane, vinylcyclohexene dioxide, neopentyl glycol diglycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether, glycerin polyglycidyl ether, trimethylolpropane tolglycidyl ether Etc.

フェノール類としては、水酸基以外にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、カルボキシル基、カルボニル基、ハロゲン等各種の置換基を含むフェノール類も含むものである。たとえば、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、チモール、p−t−ブチルフェノール、o−メトキシフェノール、m−メトキシフェノール、p−メトキシフェノール、オイゲノール、イソオイゲノール、ブチルヒドロキシアニソール、フェノール、キシレノール等の1価のフェノールあるいはt−ブチルカテコール、2,5−ジ−t−アミノハイドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルハイドロキノン等の2価のフェノール等が例示される。   Examples of the phenols include phenols containing various substituents such as alkyl groups, alkenyl groups, alkoxy groups, carboxyl groups, carbonyl groups, and halogens in addition to the hydroxyl groups. For example, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, thymol, p-t-butylphenol, o-methoxyphenol, m-methoxyphenol, p-methoxyphenol , Eugenol, isoeugenol, butylhydroxyanisole, monovalent phenols such as phenol and xylenol, or divalent tert-butylcatechol, 2,5-di-t-aminohydroquinone, 2,5-di-t-butylhydroquinone, etc. Examples of phenol and the like.

イミダゾール類としては、炭素数1以上18以下の直鎖もしくは分岐を有するアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基をN位の置換基とする、1−メチルイミダゾール、1−n−ブチルイミダゾール、1−フェニルイミダゾール、1−ベンジルイミダゾール、1−(β−オキシエチル)イミダゾール、1−メチル−2−プロピルイミダゾール、1−メチル−2−イソブチルイミダゾール、1−n−ブチル−2−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、1,4−ジメチルイミダゾール、1,5−ジメチルイミダゾール、1,2,5−トリメチルイミダゾール、1,4,5−トリメチルイミダゾール、1−エチル−2−メチルイミダゾール等が挙げられる。これらの化合物は単独であるいは併用してもよい。   Examples of imidazoles include 1-methylimidazole, 1-n-butylimidazole, 1 to 18 carbon atoms having a linear or branched alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group as the N-position substituent. -Phenylimidazole, 1-benzylimidazole, 1- (β-oxyethyl) imidazole, 1-methyl-2-propylimidazole, 1-methyl-2-isobutylimidazole, 1-n-butyl-2-methylimidazole, 1,2 -Dimethylimidazole, 1,4-dimethylimidazole, 1,5-dimethylimidazole, 1,2,5-trimethylimidazole, 1,4,5-trimethylimidazole, 1-ethyl-2-methylimidazole and the like can be mentioned. These compounds may be used alone or in combination.

アミン類としては、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジアリルアミン、トリエチルアミン、N−メチルアニリン、ピリジン、モルホリン、N−メチルモルホリン、トリアリルアミン、アリルアミン、α―メチルベンジルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジベンチルアミン、トリベンチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、アニリン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ベンジルアミン、ジベンジルアミン、ジフェニルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン等が例示される。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of amines include pentylamine, hexylamine, diisopropylamine, diisobutylamine, di-n-propylamine, diallylamine, triethylamine, N-methylaniline, pyridine, morpholine, N-methylmorpholine, triallylamine, allylamine, α-methyl. Benzylamine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, propylamine, isopropylamine, dipropylamine, butylamine, isobutylamine, dibutylamine, tributylamine, diventylamine, triventylamine, 2-ethylhexylamine, aniline N, N-dimethylaniline, N, N-diethylaniline, ethylenediamine, propylenediamine, diethylenetriamine, tetraethyl Npentamin, benzylamine, dibenzylamine, diphenylamine, diethylhydroxylamine and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

炭化水素類としては、α―メチルスチレンやp−イソプロペニルトルエン、イソプレン類、プロパジエン類、テルペン類等が例示される。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of hydrocarbons include α-methylstyrene, p-isopropenyltoluene, isoprenes, propadiene, terpenes and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

安定化剤は、予め冷媒および潤滑剤の一方または両方に添加してもよく、また、単独で蒸発器内に添加してもよい。このとき、安定化剤の使用量は、特に限定されないが、主冷媒(100質量%)に対して、0.001質量%以上10質量%以下が好ましく、0.01質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.02質量%以上2質量%以下がさらに好ましい。安定剤の添加量が上限値を越えるか、下限値未満では、冷媒の安定性、熱サイクル性能等が十分得られない。   The stabilizer may be added in advance to one or both of the refrigerant and the lubricant, or may be added alone in the evaporator. At this time, although the usage-amount of a stabilizer is not specifically limited, 0.001 mass% or more and 10 mass% or less are preferable with respect to a main refrigerant | coolant (100 mass%), 0.01 mass% or more and 5 mass% or less Is more preferable, and 0.02 mass% or more and 2 mass% or less is further more preferable. If the added amount of the stabilizer exceeds the upper limit value or is less than the lower limit value, the stability of the refrigerant, the thermal cycle performance, etc. cannot be obtained sufficiently.

<難燃剤>
また、本発明の作動流体組成物は、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。
<Flame Retardant>
In addition, the working fluid composition of the present invention can use a flame retardant in order to improve combustibility. Examples of the flame retardant include phosphates, halogenated aromatic compounds, fluorinated iodocarbons, fluorinated bromocarbons, and the like.

このような組成を有する本発明の作動流体組成物の蒸発温度は、60℃以上150℃以下、好ましくは80℃以上130℃以下である。   The evaporation temperature of the working fluid composition of the present invention having such a composition is 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or higher and 130 ° C. or lower.

このような組成を有する本発明の作動流体組成物の蒸発圧力は、作動流体組成物の組成および蒸発温度によって決められる。すなわち、蒸発圧力は、蒸発温度における作動流体組成物の飽和蒸気圧力と等しくなる。一般的に、蒸発圧力が5.0MPaを超えると、圧縮機、凝縮器および配管部品に高い耐圧性能が求められ、それらの機器が高価になるため、好ましくない。本発明に係る作動流体組成物を用いる場合、蒸発圧力を5.0MPaより低くすることができ、公知の膨張機、凝縮器、ポンプおよび配管部品を使用することができる。   The evaporation pressure of the working fluid composition of the present invention having such a composition is determined by the composition of the working fluid composition and the evaporation temperature. That is, the evaporation pressure is equal to the saturated vapor pressure of the working fluid composition at the evaporation temperature. Generally, when the evaporation pressure exceeds 5.0 MPa, high pressure resistance is required for the compressor, the condenser and the piping parts, and these devices are expensive, which is not preferable. When using the working fluid composition according to the present invention, the evaporation pressure can be made lower than 5.0 MPa, and known expanders, condensers, pumps, and piping parts can be used.

本発明の作動流体組成物は、不燃性かつ環境への負荷が小さく、熱サイクル特性に優れている。そのため、発電システム等に利用される有機ランキンサイクル用作動流体、加圧温水または過熱蒸気生成等に利用される高温ヒートポンプ用の熱媒体、蒸気圧縮式冷凍サイクルシステム用冷媒、吸収式ヒートポンプ、ヒートパイプ等の媒体や、冷却システムまたはヒートポンプシステムのサイクル洗浄用洗浄剤、金属洗浄剤、フラックス洗浄剤、希釈溶剤、発泡剤、エアゾール等として用いることができる。   The working fluid composition of the present invention is nonflammable, has a low environmental load, and is excellent in thermal cycle characteristics. Therefore, working fluid for organic Rankine cycle used for power generation system, etc., heat medium for high-temperature heat pump used for generation of pressurized hot water or superheated steam, refrigerant for vapor compression refrigeration cycle system, absorption heat pump, heat pipe Or a cleaning agent for cycle cleaning of a cooling system or a heat pump system, a metal cleaning agent, a flux cleaning agent, a diluting solvent, a foaming agent, an aerosol, or the like.

なお、本発明の熱伝達および熱エネルギー変換方法は、パッケージ型の小型装置(ランキンサイクルシステムやヒートポンプサイクルシステム等)のみだけでなく、工場スケールの大規模な発電システム、ヒートポンプ給湯システム、ヒートポンプ蒸気生成システム等に適用可能である。   Note that the heat transfer and thermal energy conversion method of the present invention is not limited to package-type small devices (such as Rankine cycle systems and heat pump cycle systems), but also factory-scale large-scale power generation systems, heat pump hot water systems, and heat pump steam generation. Applicable to systems and the like.

以下、本発明の作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクル装置について詳細に説明する。
<有機ランキンサイクル装置>
有機ランキンサイクル装置とは、蒸発器において、加熱源から作動流体へ熱エネルギーを供給し、高温高圧状態の蒸気となった作動流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、発電を行う装置である。断熱膨張した後の作動流体蒸気は、凝縮器で凝縮して液体となり、ポンプにより蒸発器へ移送される。なお、加熱源の熱エネルギーとしては、200℃以下の中低温度の排熱や再生可能熱エネルギーを使用してもよい。
Hereinafter, the organic Rankine cycle apparatus using the working fluid composition of the present invention will be described in detail.
<Organic Rankine cycle equipment>
The organic Rankine cycle device is an evaporator that supplies thermal energy from a heating source to a working fluid, adiabatically expands the working fluid that has become steam in a high-temperature and high-pressure state by an expander, and performs work generated by this adiabatic expansion. It is a device that drives a generator to generate electricity. The working fluid vapor after adiabatic expansion is condensed in a condenser to become a liquid, and is transferred to the evaporator by a pump. In addition, as heat energy of a heating source, you may use the exhaust heat of medium and low temperature of 200 degrees C or less, and renewable heat energy.

有機ランキンサイクル装置の蒸発器または凝縮器において、作動流体組成物と熱交換をする被冷却流体または被加熱流体は、空気、水、ブライン、シリコーンオイルなどが挙げられる。これらはサイクル運転温度条件により、選択して使用されることが好ましい。   In the evaporator or the condenser of the organic Rankine cycle apparatus, examples of the fluid to be cooled or the fluid to be heated that exchanges heat with the working fluid composition include air, water, brine, and silicone oil. These are preferably selected and used according to the cycle operating temperature conditions.

図1は、本発明の作動流体組成物を適用可能な有機ランキンサイクル装置の一例を示す概略図である。以下に図1の有機ランキンサイクル100の構成と動作(繰り返しサイクル)について説明する。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of an organic Rankine cycle apparatus to which the working fluid composition of the present invention can be applied. The configuration and operation (repetition cycle) of the organic Rankine cycle 100 of FIG. 1 will be described below.

本発明の有機ランキンサイクルシステム100は、熱を受け取る蒸発器10(ボイラー)と、熱を供給する凝縮器11(コンデンサー)と、を備える。さらに、有機ランキンサイクルシステム100は、システムを流通する作動流体によって仕事される膨張機12と、凝縮器11を出た液体の圧力を高め、電力を消費する循環ポンプ13と、を有しており、膨張機12によって、電力を発生させる発電機14を駆動する。   The organic Rankine cycle system 100 of the present invention includes an evaporator 10 (boiler) that receives heat, and a condenser 11 (condenser) that supplies heat. Furthermore, the organic Rankine cycle system 100 has an expander 12 that is operated by a working fluid that circulates through the system, and a circulation pump 13 that increases the pressure of the liquid exiting the condenser 11 and consumes power. The generator 14 that generates electric power is driven by the expander 12.

本発明の作動流体を用いて有機ランキンサイクルを繰り返す場合、以下の(a)〜(e)を経て、熱エネルギーを機械エネルギーへ変換し、発電機を経て、電気的エネルギーとして取り出すことができる。
(a)熱交換器(蒸発器10)内で液体の作動流体が被冷却流体(加熱源)と熱交換し、気化(液体から気体へ相変化)させる。
(b)熱交換器から気化した作動流体を取り出す。
(c)気化した作動流体を膨張器(発電用タービン12)に通して膨張させ、機械的(電気的)エネルギーに変換する。
(d)膨張器から出た作動流体を凝縮器へ通し、気体の作動流体を凝縮(気体から液体へ相変化)させる。
(e)液化した作動流体をポンプ13により昇圧するともに移送して、工程(a)へ再循環させる。
When the organic Rankine cycle is repeated using the working fluid of the present invention, heat energy can be converted into mechanical energy through the following (a) to (e), and taken out as electrical energy through a generator.
(A) In the heat exchanger (evaporator 10), the liquid working fluid exchanges heat with the fluid to be cooled (heating source) to be vaporized (phase change from liquid to gas).
(B) Remove the vaporized working fluid from the heat exchanger.
(C) The vaporized working fluid is expanded through an expander (power generation turbine 12) and converted into mechanical (electrical) energy.
(D) The working fluid exiting from the expander is passed to the condenser, and the gaseous working fluid is condensed (phase change from gas to liquid).
(E) The liquefied working fluid is pressurized and transferred by the pump 13 and recirculated to the step (a).

作動流体を収容した有機ランキンサイクルシステムは少なくとも一つの蒸発器10と、膨張機12と、凝縮器11と、ポンプ13と、これらの要素間で作動流体を輸送する配管とを有する。なお、システムの中に、内部熱交換器を有してもよい。   The organic Rankine cycle system containing the working fluid has at least one evaporator 10, an expander 12, a condenser 11, a pump 13, and piping for transporting the working fluid between these elements. In addition, you may have an internal heat exchanger in a system.

膨張機の種類は特に限定されないが、単段または多段の遠心式膨張機、回転ピストン式膨張機、ロータリーベーン式膨張機、スクロール式膨張機、スクリュ式膨張機またはピストン・クランク式膨張機を使用できる。   The type of expander is not particularly limited, but a single-stage or multi-stage centrifugal expander, rotary piston expander, rotary vane expander, scroll expander, screw expander or piston / crank expander is used. it can.

本発明の作動流体組成物を有機ランキンサイクルシステムの作動流体として用いることにより、60℃以上150℃以下の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換することができる。なお、機械エネルギーは、発電機により電気エネルギーへ変換してもよい。   By using the working fluid composition of the present invention as the working fluid of the organic Rankine cycle system, heat energy of 60 ° C. or more and 150 ° C. or less can be converted into mechanical energy. Mechanical energy may be converted into electrical energy by a generator.

また、本発明の作動流体組成物を、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(R245fa)を主として含む地球温暖化係数が大きな作動流体(高GWP作動流体)を使用する、使用したまたは使用するよう設計されている有機ランキンサイクル装置に適用することができる。有機ランキンサイクル装置において、高GWP作動流体を本発明の作動流体組成物に置換えることにより、GWPを小さくし、環境への負荷を低減することができる。   In addition, the working fluid composition of the present invention was used using a working fluid having a large global warming potential (high GWP working fluid) mainly containing 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (R245fa). Or it can be applied to an organic Rankine cycle device designed to be used. By replacing the high GWP working fluid with the working fluid composition of the present invention in the organic Rankine cycle device, the GWP can be reduced and the load on the environment can be reduced.

有機ランキンサイクル装置に収容されている作動流体を置換える方法の一様態は、収容されている高GWP作動流体を全て回収し、その後、本発明の作動流体組成物を充填する、という方法である。作動流体を置換える方法は、特に限定されないが、有機ランキンサイクル装置の運転を停止しているときに行うことが望ましい。高GWP作動流体の回収は、環境に対する負荷を軽減するために、フルオロカーボン冷媒を回収するときに用いられる回収装置を使用することが望ましい。高GWP作動流体を回収した後、かつ本発明の作動流体組成物を充填する前に、有機ランキンサイクル装置の作動流体収容部を真空ポンプで減圧してもよい。本発明の作動流体組成物の充填方法は、特に限定されないが、作動流体と有機ランキンサイクル装置の圧力差を利用して充填してもよく、ポンプなどの機械的動力を利用して充填してもよい。   One aspect of the method of replacing the working fluid contained in the organic Rankine cycle apparatus is a method in which all of the contained high GWP working fluid is recovered and then filled with the working fluid composition of the present invention. . The method for replacing the working fluid is not particularly limited, but it is preferable to perform the method when the operation of the organic Rankine cycle apparatus is stopped. In order to recover the high GWP working fluid, it is desirable to use a recovery device used when recovering the fluorocarbon refrigerant in order to reduce the burden on the environment. After recovering the high GWP working fluid and before filling the working fluid composition of the present invention, the working fluid container of the organic Rankine cycle device may be decompressed with a vacuum pump. The method of filling the working fluid composition of the present invention is not particularly limited, but the working fluid composition may be filled using the pressure difference between the working fluid and the organic Rankine cycle device, or filled using mechanical power such as a pump. Also good.

本発明の作動流体組成物は、主成分である第1の成分としてシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、第2の成分としてトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンまたは2,3,3,3−テトラフルオロプロペンと、を混合した二成分系ハロゲン化炭化を含む作動流体組成物であることにより、不燃性または微燃性で、汎用されるHFC−245faに比して環境への影響が小さい。また、本発明の作動流体組成物は、熱伝達および熱エネルギー変換特性に優れ、有機ランキンサイクル装置に好適に用いることができる。   The working fluid composition of the present invention comprises cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene as the first component as the main component and trans-1,3,3,3-tetrafluoro as the second component. By being a working fluid composition containing a two-component halogenated carbonization in which propene or 2,3,3,3-tetrafluoropropene is mixed, it is nonflammable or slightly flammable and can be used in a widely used HFC-245fa. The impact on the environment is small. Moreover, the working fluid composition of the present invention is excellent in heat transfer and thermal energy conversion characteristics, and can be suitably used for an organic Rankine cycle apparatus.

有機ランキンサイクル装置に用いる作動流体組成物の特性評価の指標として、例えば、発電サイクル効率(ηcycle)と膨張機サイズパラメーター(SP)が挙げられる。 Examples of indexes for evaluating the characteristics of the working fluid composition used in the organic Rankine cycle apparatus include power generation cycle efficiency (η cycle ) and expander size parameter (SP).

発電サイクル効率(ηcycle)は、一般に認められている作動流体性能の尺度であり、ランキンサイクルにおける作動流体組成物の相対的な熱力学的効率を表すのに特に有益である。作動流体が蒸発する際に加熱源から供給された熱エネルギーに対する膨張機および発電機において作動流体が生み出す電気エネルギーの比率をηcycleで表す。 Power generation cycle efficiency (η cycle ) is a generally accepted measure of working fluid performance and is particularly useful for representing the relative thermodynamic efficiency of the working fluid composition in the Rankine cycle. The ratio of the electrical energy generated by the working fluid in the expander and the generator to the thermal energy supplied from the heating source when the working fluid evaporates is represented by η cycle .

膨張機サイズパラメーター(SP)は、膨張機の大きさを評価するための尺度であり、一般的に認められている(Energy 2012, Vol.38, P136-143)。同一条件のランキンサイクルにおいて作動流体組成物を置き換えたとき、SP値が大きいほど、その作動流体組成物はより大きなサイズの膨張機を必要とすることを意味する。すなわち、SP値が小さいほど、より小型の膨張機を採用することができ、ランキンサイクルシステムの小型化に寄与するため、より好ましい。   The expander size parameter (SP) is a measure for evaluating the size of the expander and is generally accepted (Energy 2012, Vol. 38, P136-143). When a working fluid composition is replaced in a Rankine cycle under the same conditions, a larger SP value means that the working fluid composition requires a larger size expander. That is, a smaller SP value is more preferable because a smaller expander can be employed and contributes to the miniaturization of the Rankine cycle system.

一方、発電サイクル効率の値が高いと、SPの値も高くなり、逆に発電サイクル効率の値が低いと、SPの値は低くなる。すなわち、発電サイクル効率とSPの値はトレードオフの関係にある。有機ランキンサイクル装置に用いる作動流体組成物において、発電サイクル効率が高いことが好ましいが、ランキンサイクルシステムの小型化への要求を満たすためには、SPの値は低いことが好ましい。従来の作動流体組成物では、この条件を実用的な範囲で満たすのは困難であった。   On the other hand, when the value of the power generation cycle efficiency is high, the value of SP is also high. Conversely, when the value of the power generation cycle efficiency is low, the value of SP is low. That is, the power generation cycle efficiency and the SP value are in a trade-off relationship. In the working fluid composition used in the organic Rankine cycle apparatus, it is preferable that the power generation cycle efficiency is high, but in order to satisfy the demand for downsizing the Rankine cycle system, the SP value is preferably low. In the conventional working fluid composition, it was difficult to satisfy this condition in a practical range.

本発明の作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを主成分とする二成分系ハロゲン化炭化水素を含むことにより、実用的な範囲で発電サイクル効率とSPの値を調整することができる新規な組成物である。   The working fluid composition of the present invention contains a two-component halogenated hydrocarbon mainly composed of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene, so that power generation cycle efficiency and SP can be improved within a practical range. It is a novel composition whose value can be adjusted.

また、本発明の作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを主成分とすることにより、膨張機入口体積流量と膨張機出口体積流量が汎用されるHFC−245faと同程度となり、既存の有機ランキンサイクル装置において、HFC−245faの代替品として用いることができるため、既存の有機ランキンサイクル装置の環境への負荷を低コストで低減することができる。   In addition, the working fluid composition of the present invention is mainly composed of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene, so that the expander inlet volume flow rate and the expander outlet volume flow rate are widely used. Since it can be used as an alternative to HFC-245fa in an existing organic Rankine cycle apparatus, the load on the environment of the existing organic Rankine cycle apparatus can be reduced at low cost.

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to the Example which concerns.

[実施例1]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合熱伝達用組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。作動流体組成物の物性値は、米国国立標準技術研究所(NIST)のREFPROP ver.9.0により求めた。
[Example 1]
<Composition for mixed heat transfer of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, the conditions shown in Table 1 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. The physical property values of the working fluid composition were determined by REFPROP ver. 9.0 of the National Institute of Standards and Technology (NIST).

以下に、有機ランキンサイクル計算条件1を表1に示す。   The organic Rankine cycle calculation condition 1 is shown in Table 1 below.

有機ランキンサイクル条件1は、蒸発器へ供給する熱源水の温度を90℃、凝縮器へ供給する冷却水の温度を30℃と想定している。   The organic Rankine cycle condition 1 assumes that the temperature of the heat source water supplied to the evaporator is 90 ° C. and the temperature of the cooling water supplied to the condenser is 30 ° C.

非共沸作動流体混合物が、蒸発または凝縮において温度勾配を示すことが知られている。温度勾配とは、非共沸作動流体混合物が定圧で蒸発または凝縮するときに熱交換器の出入口で生じる温度差(熱交換器出口温度と熱交換器入口温度の差)である。非共沸作動流体混合物を有機ランキンサイクルに適用する場合、蒸発および凝縮温度に対する勾配効果を考慮しなければならない。   It is known that non-azeotropic working fluid mixtures exhibit a temperature gradient in evaporation or condensation. The temperature gradient is the temperature difference (difference between the heat exchanger outlet temperature and the heat exchanger inlet temperature) that occurs at the inlet and outlet of the heat exchanger when the non-azeotropic working fluid mixture evaporates or condenses at a constant pressure. When applying a non-azeotropic working fluid mixture to an organic Rankine cycle, gradient effects on evaporation and condensation temperatures must be considered.

定圧での非共沸混合物の沸点温度と露点温度の差である温度勾配は、冷媒の特性である。本発明の作動流体組成物は、温度勾配が非常に小さい共沸様組成物または非共沸組成物である。熱交換器における熱伝達効率の観点から、温度勾配が小さいことが望ましく、具体的には5K以下がより好ましい。   A temperature gradient that is the difference between the boiling point temperature and the dew point temperature of a non-azeotropic mixture at constant pressure is a characteristic of the refrigerant. The working fluid composition of the present invention is an azeotrope-like or non-azeotropic composition with a very small temperature gradient. From the viewpoint of heat transfer efficiency in the heat exchanger, it is desirable that the temperature gradient is small, and specifically, 5K or less is more preferable.

有機ランキンサイクルの発電サイクル効率(ηcycle)および膨張機サイズパラメーター(SP)を算出するにあたり、次の項目を仮定した。
(A)ランキンサイクルの理想的な膨張過程は等エントロピー膨張とし、実機損失を考慮し、膨張機断熱効率ηTを導入。
(B)膨張機による発電機損失を発電機効率ηGで考慮。
(C)循環ポンプ動力は発電電気で駆動し、モータ効率を含めポンプ効率ηPを導入。ポンプはキャンド型で、損失分は熱としてサイクルに含める。
(D)軸受潤滑油の循環ポンプ動力は微小であるため無視する。
(E)配管の熱損失、圧力損失は無視する。
(F)蒸発器出口の作動流体は飽和蒸気とする。
(G)凝縮器出口の作動流体は飽和液とする。
In calculating the power generation cycle efficiency (η cycle ) and the expander size parameter (SP) of the organic Rankine cycle, the following items were assumed.
(A) The ideal expansion process of Rankine cycle is isentropic expansion, and expander adiabatic efficiency η T is introduced in consideration of actual machine loss.
(B) The generator loss due to the expander is taken into account by the generator efficiency η G.
(C) The circulation pump power is driven by generated electricity, and pump efficiency η P including motor efficiency is introduced. The pump is a can type and the loss is included in the cycle as heat.
(D) Since the circulating pump power of the bearing lubricating oil is very small, it is ignored.
(E) Ignore heat loss and pressure loss of piping.
(F) The working fluid at the outlet of the evaporator is saturated steam.
(G) The working fluid at the outlet of the condenser is a saturated liquid.

作動流体が非共沸混合物の場合、さらに次の項目を仮定した。
(H)蒸発工程の露点を蒸発温度とし、その圧力を蒸発圧力とする。
(I)凝縮工程の露点を凝縮温度とし、その圧力を凝縮圧力とする。
When the working fluid was a non-azeotropic mixture, the following items were further assumed.
(H) Let the dew point of the evaporation step be the evaporation temperature, and let the pressure be the evaporation pressure.
(I) The dew point of the condensation step is defined as the condensation temperature, and the pressure is defined as the condensation pressure.

以下に、有機ランキンサイクルの発電サイクル効率(ηcycle)を算出する基礎式について詳細に説明する。なお、基礎式は、エバラ時報No.211(2006−4)、p.11掲載の「廃熱発電装置の開発(作動媒体及び膨張タービンの検討)」の計算式を用いた。また、作動流体が非共沸混合物の場合は、蒸発温度と凝縮温度を露点で決定する露点方式を採用した。なお露点方式は、JIS B8600「冷媒用圧縮機の定格温度条件」で採用されている。 The basic formula for calculating the power generation cycle efficiency (η cycle ) of the organic Rankine cycle is described in detail below. The basic formula is Ebara Times No. 211 (2006-4), p. The calculation formula of “Development of waste heat power generation equipment (examination of working medium and expansion turbine)” on page 11 was used. In addition, when the working fluid is a non-azeotropic mixture, a dew point method is adopted in which the evaporation temperature and the condensation temperature are determined by the dew point. The dew point method is adopted in JIS B8600 “Rated temperature condition of refrigerant compressor”.

作動流体循環量Gによる膨張機の理論発生動力LTthは、
LTth=G×( h 1 − h 2th)・・・(1)
となる。
The theoretically generated power L Tth of the expander by the working fluid circulation amount G is
L Tth = G × (h 1 −h 2th ) (1)
It becomes.

膨張機効率ηTを考慮した発生動力LTは、
LT=LTth×ηT =G×( h 1− h 2)・・・(2)
となる。
Generated in consideration of the expansion machine efficiency η T power L T is,
L T = L Tth × η T = G × (h 1 −h 2 ) (2)
It becomes.

発電機効率ηGを考慮した発電量EGは、
EG=LT×ηG・・・(3)
となる。
Power generation amount E G considering the generator efficiency eta G is
E G = L T × η G (3)
It becomes.

循環ポンプは、凝縮器出口の作動媒体液を凝縮器圧力PCから圧力の高い蒸発器圧力PEに送り込むもので,その理論的な必要動力LPthは、
LP th =(PE −PC)×G /ρ3・・・(4)
となる。
Circulation pump, intended for feeding the working medium fluid of the condenser outlet to the condenser pressure P C higher evaporator pressure of the pressure from the P E, the theoretical power requirement L Pth is
L P th = (P E −P C ) × G / ρ 3 (4)
It becomes.

ポンプ効率ηPを考慮した必要電力EPは、
EP=LP thP=G×( h4 − h 3)・・・(5)
となる。
Required power E P in consideration of pump efficiency eta P is
E P = L P th / η P = G × (h 4 −h 3 ) (5)
It becomes.

有効発電量Ecycle は、
Ecycle=EG −EP・・・(6)
となる。
Effective power generation E cycle is
E cycle = E G -E P (6)
It becomes.

蒸発器への供給熱量QEは、
QE =G×( h1− h 4
=G×( h1− h 3)−(PE− PC)×G /(ρ3 ×ηP)・・・(7)
となる。
The amount of heat Q E supplied to the evaporator is
Q E = G × (h 1 − h 4 )
= G × (h 1 −h 3 ) − (P E −P C ) × G / (ρ 3 × η P ) (7)
It becomes.

発電サイクルとしての効率は、
ηcycle =(EG−EP)×100 / QE・・・(8)
となる。
Efficiency as a power generation cycle is
η cycle = (E G −E P ) × 100 / Q E (8)
It becomes.

次に、膨張機サイズパラメーター(SP)について詳細に説明する。なお、基礎式は非特許文献(Energy 2012, Vol.38, P136-143)に記載の計算式を用いた。   Next, the expander size parameter (SP) will be described in detail. The basic formula used was a calculation formula described in non-patent literature (Energy 2012, Vol. 38, P136-143).

作動流体循環量がGのとき、等エントロピー膨張における膨張機出口の作動流体体積流量V2thは、
V2th=G /ρ2th・・・(9)
となる。
When the working fluid circulation amount is G, the working fluid volume flow rate V 2th at the expander outlet in the isentropic expansion is
V 2th = G / ρ 2th (9)
It becomes.

膨張機の理論断熱熱落差ΔHthは、
ΔHth=h1 − h 2th・・・(10)
となる。
The theoretical heat drop ΔH th of the expander is
ΔH th = h 1 −h 2th (10)
It becomes.

膨張機サイズパラメーター(SP)は、
SP=(V2th0.5/ (ΔHth0.25 ・・・(11)
となる。
The expander size parameter (SP) is
SP = (V 2th ) 0.5 / (ΔH th ) 0.25 (11)
It becomes.

なお、上記(1)〜(11)において、各種記号は以下を意味する。
G: 作動流体循環量
LTth: 膨張機の理論発生動力
LT: 膨張機の発生動力
EG: 発電量
EP: 循環ポンプ必要電力
Pc: 凝縮器圧力
PE: 蒸発器圧力
LPth: 循環ポンプの稼動に必要な理論動力
Ecycle: 有効発電量
QE: 入熱量
ηcycle: 発電サイクル効率
V2th: 膨張機出口の理論体積流量
ΔHth: 膨張機の理論断熱熱落差
SP: 膨張機サイズパラメーター
ρ: 作動流体の密度
h: 比エンタルピー
1,2,3,4: サイクルポイント
In addition, in said (1)-(11), various symbols mean the following.
G: Working fluid circulation rate
L Tth : The theoretically generated power of the expander
L T : Power generated by the expander
E G : Power generation amount
E P : Circulating pump power requirement
P c : Condenser pressure
P E : Evaporator pressure
L Pth : Theoretical power required to operate the circulation pump
E cycle : Effective power generation
Q E : Heat input η cycle : Power generation cycle efficiency
V 2th : Theoretical volume flow at the outlet of the expander ΔH th : Theoretical heat drop of the expander
SP: Expander size parameter ρ: Working fluid density h: Specific enthalpy
1,2,3,4 : Cycle points

図2において、実施例1(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。図において、サイクルポイント1、2、3、4は有機ランキンサイクル計算条件1を示す。   FIG. 2 shows a Ts diagram in Example 1 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5). In the figure, cycle points 1, 2, 3, and 4 indicate organic Rankine cycle calculation condition 1.

[実施例2]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図3において、実施例2(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 2]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
Table 1 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 3, the Ts line in Example 2 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is 95: 5). The figure is shown.

[実施例3]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図4において、実施例3(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 3]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, the conditions shown in Table 2 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. In FIG. 4, the Ts diagram in Example 3 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5) is shown. Show.

以下に、有機ランキンサイクル計算条件2を表2に示す。   The organic Rankine cycle calculation condition 2 is shown in Table 2 below.

有機ランキンサイクル条件2は、蒸発器へ供給する熱源水の温度を110℃、凝縮器へ供給する冷却水の温度を30℃と想定している。   The organic Rankine cycle condition 2 assumes that the temperature of the heat source water supplied to the evaporator is 110 ° C. and the temperature of the cooling water supplied to the condenser is 30 ° C.

[実施例4]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図5において、実施例4(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 4]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
Table 2 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 5, the Ts line in Example 4 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is 95: 5). The figure is shown.

[実施例5]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図6において、実施例5(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 5]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, the conditions shown in Table 3 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. In FIG. 6, the Ts diagram in Example 5 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5) is shown. Show.

以下に、有機ランキンサイクル計算条件3を表3に示す。   The organic Rankine cycle calculation condition 3 is shown in Table 3 below.

[実施例6]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図7において、実施例6(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 6]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
Table 3 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 7, the Ts line in Example 6 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is 95: 5). The figure is shown.

[実施例7]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図8において、実施例7(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 7]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene, the conditions shown in Table 1 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. In FIG. 8, the Ts diagram in Example 7 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5) is shown. Show.

[実施例8]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図9において、実施例8(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 8]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using the mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene, the conditions shown in Table 2 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. In FIG. 9, the Ts diagram in Example 8 (the mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5) is shown. Show.

[実施例9]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよびトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図10において、実施例9(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 9]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene, the conditions shown in Table 3 were used. Power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated. In addition, in FIG. 10, the Ts diagram in Example 9 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5). Show.

[実施例10]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図11において、実施例10(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 10]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene, a power generation cycle under the conditions shown in Table 1 Efficiency and expander size parameters were calculated. In addition, in FIG. 11, the Ts diagram in Example 10 (mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5) is shown.

[実施例11]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図12において、実施例11(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 11]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene, a power generation cycle under the conditions shown in Table 2 Efficiency and expander size parameters were calculated. In addition, in FIG. 12, the Ts diagram in Example 11 (The mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5) is shown.

[実施例12]
<シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物>
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図13において、実施例12(シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン:2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Example 12]
<Mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene>
In performance evaluation of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 2,3,3,3-tetrafluoropropene, a power generation cycle under the conditions shown in Table 3 Efficiency and expander size parameters were calculated. In addition, in FIG. 13, the Ts diagram in Example 12 (The mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene: 2,3,3,3-tetrafluoropropene is 95: 5) is shown.

[比較例1]
<1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図14において、比較例1におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 1]
<1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In the performance evaluation of an organic Rankine cycle using 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as a working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the expander were evaluated under the conditions shown in Table 1. Size parameters were calculated. In addition, in FIG. 14, the Ts diagram in the comparative example 1 is shown.

[比較例2]
<1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図15において、比較例2におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 2]
<1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as the working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the expander were evaluated under the conditions shown in Table 2. Size parameters were calculated. In addition, in FIG. 15, the Ts diagram in the comparative example 2 is shown.

[比較例3]
<1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図16において、比較例3におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 3]
<1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as the working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the expander were evaluated under the conditions shown in Table 3. Size parameters were calculated. In addition, in FIG. 16, the Ts diagram in the comparative example 3 is shown.

[比較例4]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図17において、比較例4におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 4]
<Cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene as the working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the conditions shown in Table 1 The expander size parameter was calculated. In addition, in FIG. 17, the Ts diagram in the comparative example 4 is shown.

[比較例5]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図18において、比較例5におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 5]
<Cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene as the working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the conditions shown in Table 2 The expander size parameter was calculated. In addition, in FIG. 18, the Ts diagram in the comparative example 5 is shown.

[比較例6]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン>
本発明の作動流体組成物の代わりに、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンを作動流体として用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図19において、比較例6におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 6]
<Cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene as the working fluid instead of the working fluid composition of the present invention, the power generation cycle efficiency and the conditions shown in Table 3 The expander size parameter was calculated. In addition, in FIG. 19, the Ts diagram in the comparative example 6 is shown.

[比較例7]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物>
シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図20において、比較例7(シス−1−クロロ−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パンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 7]
<Mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
Table 1 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 20, the Ts line in Comparative Example 7 (mass ratio of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5). The figure is shown.

[比較例8]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物>
シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図21において、比較例8(シス−1−クロロ−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パンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 8]
<Mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
Table 2 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 21, the Ts line in Comparative Example 8 (the mass ratio of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5). The figure is shown.

[比較例9]
<シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物>
シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図22において、比較例9(シス−1−クロロ−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パンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 9]
<Mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane>
Table 3 shows the performance of an organic Rankine cycle using a mixed working fluid composition of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane. The power generation cycle efficiency and expander size parameters were calculated under the conditions. In FIG. 22, the Ts line in Comparative Example 9 (the mass ratio of cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is 95: 5). The figure is shown.

[比較例10]
<シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物>
[Comparative Example 10]
<Combined working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane>

シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン(HFO−1336mzz(Z))について説明する。
<HFO−1336mzz(Z)>
HFO−1336mzz(Z)は、不燃性であり、毒性が低い。なお、HFO−1336mzz(Z)の沸点は、大気圧下において33℃、大気寿命は20日、地球温暖化係数(GWP)は9(Journal of Physical chemistry A 2011 vol.115 P10539-10549)である。
Cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene (HFO-1336mzz (Z)) will be described.
<HFO-1336mzz (Z)>
HFO-1336mzz (Z) is nonflammable and has low toxicity. The boiling point of HFO-1336mzz (Z) is 33 ° C. under atmospheric pressure, the atmospheric life is 20 days, and the global warming potential (GWP) is 9 (Journal of Physical chemistry A 2011 vol.115 P10539-10549). .

次に、ペンタンについて説明する。
<ペンタン>
ペンタンは、可燃性であり、毒性が低い。なお、ペンタンの沸点は、大気圧下において36℃、地球温暖化係数(GWP)は3である。
Next, pentane will be described.
<Pentane>
Pentane is flammable and has low toxicity. Pentane has a boiling point of 36 ° C. under atmospheric pressure and a global warming potential (GWP) of 3.

シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表1に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図23において、比較例10(シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン:ペンタンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。   In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using the mixed working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane, the power generation cycle efficiency and expansion under the conditions shown in Table 1 Machine size parameters were calculated. In addition, in FIG. 23, the Ts diagram in Comparative Example 10 (mass ratio of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene: pentane is 95: 5) is shown.

[比較例11]
<シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物>
シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表2に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図24において、比較例11(シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン:ペンタンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 11]
<Combined working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using the mixed working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane, the power generation cycle efficiency and expansion under the conditions shown in Table 2 Machine size parameters were calculated. In addition, in FIG. 24, the Ts diagram in the comparative example 11 (mass ratio of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene: pentane is 95: 5) is shown.

[比較例12]
<シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物>
シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物を用いた有機ランキンサイクルの性能評価において、表3に示す条件で発電サイクル効率および膨張機サイズパラメーターを算出した。なお、図25において、比較例12(シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン:ペンタンの質量比が95:5)におけるTs線図を示す。
[Comparative Example 12]
<Combined working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane>
In the performance evaluation of the organic Rankine cycle using the mixed working fluid composition of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane, the power generation cycle efficiency and expansion under the conditions shown in Table 3 Machine size parameters were calculated. In addition, in FIG. 25, the Ts diagram in Comparative Example 12 (mass ratio of cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene: pentane is 95: 5) is shown.

実施例1〜12および比較例1〜12の有機ランキンサイクル性能(ηcycleおよびSP)の算出結果を表4〜41に示す。 The calculation results of the organic Rankine cycle performance (η cycle and SP) of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 12 are shown in Tables 4 to 41.

実施例1〜12および比較例7〜12において、熱伝達用組成物の第一成分および第二成分の値は質量百分率で示す。実施例1、3および5は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンであり、第二成分が1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンである。   In Examples 1-12 and Comparative Examples 7-12, the value of the 1st component of the composition for heat transfer, and the 2nd component is shown by the mass percentage. In Examples 1, 3 and 5, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and the second component is 1,1,1,3,3- Pentafluoropropane.

実施例2、4および6は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンであり、第二成分がトランス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンである。   In Examples 2, 4 and 6, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and the second component is trans-1-chloro-3,3. 3-trifluoropropene.

実施例7〜9は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンであり、第二成分がトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンである。   In Examples 7 to 9, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and the second component is trans-1,3,3,3-tetrafluoro. Propen.

実施例10〜12は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンであり、第二成分が2,3,3,3−テトラフルオロプロペンである。   In Examples 10 to 12, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and the second component is 2,3,3,3-tetrafluoropropene. is there.

比較例7〜9は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペンであり、第二成分が1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンである。   In Comparative Examples 7 to 9, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, and the second component is 1,1,1,3,3- Pentafluoropropane.

比較例10〜12は、混合熱伝達用組成物の第一成分がシス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンであり、第二成分がペンタンである。   In Comparative Examples 10 to 12, the first component of the mixed heat transfer composition is cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene, and the second component is pentane.

表4に示した実施例1の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表5に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 1 shown in Table 4, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 5 shows.

表6に示した実施例2の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表7に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 2 shown in Table 6, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 7 shows.

表8に示した実施例3の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表9に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 3 shown in Table 8, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 9 shows.

表10に示した実施例4の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表11に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 4 shown in Table 10, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 11 shows.

表12に示した実施例5の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表13に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 5 shown in Table 12, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 13 shows.

表14に示した実施例6の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表15に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 6 shown in Table 14, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 15 shows.

表16に示した実施例7の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表17に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 7 shown in Table 16, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. It shows in Table 17.

表18に示した実施例8の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表19に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Example 8 shown in Table 18, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 19 shows.

表20に示した実施例9の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表21に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 9 shown in Table 20, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively. It shows in Table 21.

表22に示した実施例10の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表23に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 10 shown in Table 22, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively. Table 23 shows.

表24に示した実施例11の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表25に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 11 shown in Table 24, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively. Table 25 shows.

表26に示した実施例12の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表27に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Example 12 shown in Table 26, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively. It shows in Table 27.

表30に示した比較例7の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表31に示す。
Regarding the value of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency, and the SP of Comparative Example 7 shown in Table 30, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. It shows in Table 31.

表32に示した比較例8の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表33に示す。
Regarding the value of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Comparative Example 8 shown in Table 32, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively. Table 33 shows.

表34に示した比較例8の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表35に示す。
Regarding the value of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Comparative Example 8 shown in Table 34, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively Table 35 shows.

表36に示した比較例10の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表37に示す。
Regarding the value of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Comparative Example 10 shown in Table 36, the relative values are set to 1,1,1,3,3-pentafluoropropane as 1, respectively Table 37 shows.

表38に示した比較例11の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表39に示す。
Regarding the values of the expander inlet volume flow rate, expander outlet volume flow rate, power generation cycle efficiency and SP of Comparative Example 11 shown in Table 38, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and relative values are set. Table 39 shows.

表40に示した比較例12の膨張機入口体積流量、膨張機出口体積流量、発電サイクル効率及びSPの値について、それぞれ1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを1として相対値を表41に示す。
Regarding the value of the expander inlet volume flow rate, the expander outlet volume flow rate, the power generation cycle efficiency and the SP of Comparative Example 12 shown in Table 40, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane is set to 1, and the relative value Table 41 shows.

表4〜41に示す通り、本発明の混合作動流体組成物は、上記特許文献1(特開平2−272086号)および特許文献2(特開2007−6684号)に記載の1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン作動流体よりも有機ランキンサイクルに適用したときの発電サイクル効率が高い値であり、膨張機サイズパラメーター(SP)が低い値である。すなわち、本発明の作動流体組成物を60℃〜150℃の熱エネルギーを機械エネルギー(および電気エネルギー)へ変換するための有機ランキンサイクルに作動流体として用いた場合、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン作動流体よりもサイクル効率の向上かつ装置の小型化が可能となることを意味する。   As shown in Tables 4 to 41, the mixed working fluid composition of the present invention has 1,1,1 described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-27086) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-6684). The power generation cycle efficiency when applied to the organic Rankine cycle is higher than that of the 3,3-pentafluoropropane working fluid, and the expander size parameter (SP) is lower. That is, when the working fluid composition of the present invention is used as a working fluid in an organic Rankine cycle for converting thermal energy of 60 ° C. to 150 ° C. into mechanical energy (and electrical energy), 1, 1, 1, 3, This means that the cycle efficiency can be improved and the apparatus can be made smaller than the 3-pentafluoropropane working fluid.

表4〜41に示す通り、本発明の混合作動流体組成物は、上記特許文献3(特表2012−511087号)に記載のシス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン作動流体よりも有機ランキンサイクルに適用したときの膨張機サイズパラメーター(SP)が低い値である。すなわち、本発明の作動流体組成物を60℃〜150℃の熱エネルギーを機械エネルギー(および電気エネルギー)へ変換するための有機ランキンサイクルに作動流体として用いた場合、シス−1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン作動流体よりも装置の小型化が可能となることを意味する。   As shown in Tables 4 to 41, the mixed working fluid composition of the present invention is a cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene working fluid described in Patent Document 3 (Japanese Patent Publication No. 2012-51087). The expander size parameter (SP) when applied to the organic Rankine cycle is a lower value. That is, when the working fluid composition of the present invention is used as a working fluid in an organic Rankine cycle for converting thermal energy of 60 ° C. to 150 ° C. into mechanical energy (and electrical energy), cis-1-chloro-3, This means that the apparatus can be made smaller than 3,3-trifluoropropene working fluid.

表4〜41に示す通り、本発明の混合作動流体組成物は、上記特許文献4(特表2013−500374号)に記載のシス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物よりも有機ランキンサイクルに適用したときの膨張機サイズパラメーター(SP)が低い値であり同等の発電サイクル効率を有する。すなわち、本発明の作動流体組成物を60℃〜150℃の熱エネルギーを機械エネルギー(および電気エネルギー)へ変換するための有機ランキンサイクルに作動流体として用いた場合、シス−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテンおよびペンタンの混合作動流体組成物と同等のサイクル性能をより小型の装置で達成できることを意味する。   As shown in Tables 4 to 41, the mixed working fluid composition of the present invention has a cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro- described in Patent Document 4 (Japanese Patent Publication No. 2013-500374). The expander size parameter (SP) when applied to the organic Rankine cycle is lower than that of the mixed working fluid composition of 2-butene and pentane, and has the same power generation cycle efficiency. That is, when the working fluid composition of the present invention is used as a working fluid in an organic Rankine cycle for converting thermal energy of 60 ° C. to 150 ° C. into mechanical energy (and electrical energy), cis-1,1,1, It means that a cycle performance equivalent to a mixed working fluid composition of 4,4,4-hexafluoro-2-butene and pentane can be achieved with a smaller apparatus.

[実施例13]
SUS316製オートクレーブに作動流体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、作動流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42に示す。
[Example 13]
A SUS316 autoclave was charged with 30 g of the working fluid, heated to 150 ° C. and held for 5 weeks. Using gas chromatography, the presence or absence of a decomposition product of the working fluid and an isomer product of the working medium were evaluated. The results obtained are shown in Table 42.

いずれの作動流体も、熱分解生成物は見られなかった。また、表42に示した結果から明らかなように、HFO−1234zeは、トランス体、シス体ともに、異性化反応は進行しなかった。HCFO−1233zdのトランス体は、少量の異性体生成が確認され、HCFO−1233zdのシス体は、80%の幾何異性体(トランス体)への異性化が確認された。本発明に用いる熱伝達用組成物は150℃以下の温度条件において、熱安定性に優れていることがわかる。   None of the working fluids showed any pyrolysis products. Further, as is clear from the results shown in Table 42, the isomerization reaction of HFO-1234ze did not proceed in both the trans form and the cis form. A small amount of isomer formation was confirmed in the trans form of HCFO-1233zd, and isomerization of the cis form of HCFO-1233zd into 80% geometric isomer (trans form) was confirmed. It can be seen that the heat transfer composition used in the present invention is excellent in thermal stability under a temperature condition of 150 ° C. or lower.

[実施例14]
シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234ze(Z))を用いて熱安定性試験を行った。JIS−K−2211「冷凍機油」のシールドチューブテストに準拠して、作動流体1.0gと金属片(鉄、銅、アルミニウムの各試験片)をガラス試験管に封入し、所定温度に加熱して2週間保持した。なお、加熱温度を175または200℃とした。2週間後の作動流体の外観、純度、酸分(F-イオン)を測定し、熱安定性の評価を行った。得られた結果を表43に示す。
[Example 14]
A thermal stability test was conducted using cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze (Z)). In accordance with the shield tube test of JIS-K-2211 “Refrigerator oil”, 1.0 g of working fluid and metal pieces (iron, copper, and aluminum test pieces) are sealed in a glass test tube and heated to a predetermined temperature. Held for 2 weeks. The heating temperature was 175 or 200 ° C. Appearance of the working fluid after 2 weeks, purity, acid content - the (F ions) were measured to evaluate the thermal stability. The results obtained are shown in Table 43.

[実施例15]
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)を用いて熱安定性試験を行った。JIS−K−2211「冷凍機油」のシールドチューブテストに準拠して、熱伝達用組成物1.0gと金属片(鉄、銅、アルミニウムの各試験片)をガラス試験管に封入し、所定温度に加熱して2週間保持した。なお、加熱温度を175または200℃とした。2週間後の作動流体の外観、純度、酸分(F-イオン)を測定し、熱安定性の評価を行った。得られた結果を表44に示す。
[Example 15]
A thermal stability test was conducted using 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa). In accordance with the shield tube test of JIS-K-2211 “refrigeration machine oil”, 1.0 g of heat transfer composition and metal pieces (iron, copper, and aluminum test pieces) are sealed in a glass test tube, and a predetermined temperature is obtained. And heated for 2 weeks. The heating temperature was 175 or 200 ° C. Appearance of the working fluid after 2 weeks, purity, acid content - the (F ions) were measured to evaluate the thermal stability. The results obtained are shown in Table 44.

表43および44に示した結果から明らかなように、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンおよび1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの熱分解生成物は見られなかった。また、熱安定性試験後の副生酸分(F-)は極微量であり、本発明に用いる作動流体組成物は、高温度条件においても、熱安定性に優れていることがわかる。 As is apparent from the results shown in Tables 43 and 44, no thermal decomposition products of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene and 1,1,1,3,3-pentafluoropropane were observed. It was. In addition, the by-product acid content (F ) after the thermal stability test is extremely small, and it can be seen that the working fluid composition used in the present invention is excellent in thermal stability even under high temperature conditions.

[実施例16]
JIS−K−2211「冷凍機油」の熱伝達用組成物と冷凍機油の相溶性試験に準拠して、作動流体1.7gと冷凍機油0.3gを厚肉ガラス試験管中に加え、液体窒素で冷却し、熱伝達用組成物および冷凍機油の混合物を固化した。作動流体および冷凍機油の混合物が固化した後、試験管の上部と真空ポンプを接続して、残存する空気を除去し、試験管の上部をガスバーナーで溶封した。溶封した厚肉ガラス試験管を−20℃まで冷却した恒温槽に入れ、恒温槽の温度とガラス試験管内の組成物が等しい温度となるまで静置した。その後、目視により、熱伝達用組成物と冷凍機油との相溶性について、評価を行った。恒温槽の温度を−20〜+80℃まで変化させて、相溶性を評価した。得られた結果を表45〜49に示す。表45〜49において、均一に相溶したときは○、二層分離または組成物に濁りを生じたときは×で評価した。
[Example 16]
In accordance with the compatibility test between the heat transfer composition of JIS-K-2211 “refrigeration oil” and the refrigerating machine oil, 1.7 g of working fluid and 0.3 g of refrigerating machine oil were added to a thick glass test tube, and liquid nitrogen was added. The mixture of the heat transfer composition and the refrigerating machine oil was solidified. After the working fluid and refrigeration oil mixture solidified, the upper part of the test tube was connected to a vacuum pump to remove the remaining air, and the upper part of the test tube was sealed with a gas burner. The sealed thick glass test tube was placed in a thermostat cooled to −20 ° C. and allowed to stand until the temperature of the thermostat and the composition in the glass test tube were equal. Thereafter, the compatibility between the heat transfer composition and the refrigerating machine oil was visually evaluated. The compatibility was evaluated by changing the temperature of the thermostatic bath to -20 to + 80 ° C. The results obtained are shown in Tables 45-49. In Tables 45-49, it evaluated by (circle) when it was compatibilized uniformly, and x when two-layer separation or the composition became turbid.

相溶性試験には、以下の5種類の潤滑油を使用した。
鉱物油(MO):スニソ4GS(日本サン石油製)
ポリオールエステル油(POE):SUNICE T68(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)
The following five types of lubricating oil were used for the compatibility test.
Mineral oil (MO): Suniso 4GS (manufactured by Nippon San Oil)
Polyol ester oil (POE): SUNICE T68 (manufactured by Nippon San Oil)
Alkylbenzene oil (AB): Atmos 68N (manufactured by JX Nippon Oil & Energy)
Polyalkylene glycol oil (PAG): SUNICE P56 (Nihon Sun Oil Co., Ltd.)
Polyvinyl ether oil (PVE): Daphne Hermetic Oil FVC68D (manufactured by Idemitsu Kosan)

いずれの作動流体も、合成油であるPOE、PAGまたはPVEに対して、良好な相溶性を示した。また、塩素を含有するHCFO−1233zdは、トランス体、シス体ともに、鉱物油およびアルキルベンゼン油に対しても良好な相溶性を示した。   All working fluids showed good compatibility with the synthetic oils POE, PAG or PVE. In addition, HCFO-1233zd containing chlorine showed good compatibility with both mineral oil and alkylbenzene oil in both trans and cis forms.

本発明は、不燃性または微燃性かつ環境への負荷が小さい作動流体組成物を有機ランキンサイクルシステムの作動流体として用いたときの熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法である。この方法は、従来技術であるハイドロフルオロカーボン作動流体による熱エネルギー変換方法に比較して、蒸発温度条件が60℃以上150℃以下において、好適に使用することができる。また、優れたサイクル効率かつ膨張機サイズパラメーターによって、熱エネルギーから電気エネルギーの製造に大きく寄与することが可能となる。本発明の方法によって、これまで十分利用されてこなかった中低温域の熱エネルギーを利用することにより、電気エネルギーとして再利用することができる。   The present invention is a method for converting thermal energy into mechanical energy when a working fluid composition that is nonflammable or slightly flammable and has a low environmental load is used as a working fluid in an organic Rankine cycle system. This method can be suitably used when the evaporation temperature condition is 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower as compared with the conventional thermal energy conversion method using a hydrofluorocarbon working fluid. In addition, excellent cycle efficiency and expander size parameters can greatly contribute to the production of electrical energy from thermal energy. The method of the present invention can be reused as electric energy by utilizing the heat energy in the medium / low temperature range that has not been sufficiently utilized until now.

10:蒸発器、11:凝縮器、12:膨張機、13:循環ポンプ、14:発電機、100:有機ランキンサイクル装置 10: evaporator, 11: condenser, 12: expander, 13: circulation pump, 14: generator, 100: organic Rankine cycle device

Claims (11)

作動流体組成物を気化させ、
前記作動流体組成物を膨張させ、
前記作動流体組成物を凝縮させ、
前記作動流体組成物をポンプで昇圧かつ移送することを順次行う、前記作動流体組成物を収容した有機ランキンサイクルシステムを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法であって、
前記作動流体組成物は、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が80.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比率が0.1質量%以上20.0質量%以下であり、且つ、蒸発温度が60℃以上150℃以下であることを特徴とする熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。
Vaporize the working fluid composition;
Expanding the working fluid composition;
Condensing the working fluid composition;
A method of converting thermal energy into mechanical energy using an organic Rankine cycle system containing the working fluid composition, which sequentially increases the pressure and transfers the working fluid composition with a pump,
In the working fluid composition, the mass ratio of cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene is 80.0 mass% or more and 99.9 mass% or less, and 1,1,1,3,3-penta A method for converting thermal energy into mechanical energy, wherein the mass ratio of fluoropropane is 0.1 mass% or more and 20.0 mass% or less, and the evaporation temperature is 60 ° C or more and 150 ° C or less.
前記作動流体組成物のシス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの質量比率が90.0質量%以上99.9質量%以下であり、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンの質量比率0.1質量%以上10.0質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The working fluid composition has a cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene mass ratio of 90.0% by mass or more and 99.9% by mass or less, and 1,1,1,3,3-pentafluoro The method for converting thermal energy into mechanical energy according to claim 1, wherein the mass ratio of propane is 0.1 mass% or more and 10.0 mass% or less. 前記作動流体組成物が潤滑剤を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The method for converting thermal energy into mechanical energy according to claim 1 or 2, wherein the working fluid composition comprises a lubricant. 前記潤滑剤が、パラフィン系油またはナフテン系油である鉱物油または合成オイルのアルキルベンゼン類、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、ポリアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類およびそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項3に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The lubricant is a paraffinic oil or a naphthenic oil, a mineral oil or a synthetic oil, alkylbenzenes, poly (alpha-olefin), esters, polyol esters, polyalkylene glycols, polyvinyl ethers and combinations thereof. 4. A method for converting thermal energy into mechanical energy according to claim 3, characterized in that it is selected. 前記作動流体組成物が安定剤をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The method for converting thermal energy into mechanical energy according to any one of claims 1 to 4, wherein the working fluid composition further comprises a stabilizer. 前記安定剤が、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、芳香族不飽和炭化水素類、イソプレン類、プロパジエン類、テルペン類およびそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項5に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The stabilizer is selected from nitro compounds, epoxy compounds, phenols, imidazoles, amines, diene compounds, phosphates, aromatic unsaturated hydrocarbons, isoprenes, propadiene, terpenes and combinations thereof A method for converting thermal energy into mechanical energy according to claim 5. 前記作動流体組成物が難燃剤をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The method for converting thermal energy into mechanical energy according to claim 1, wherein the working fluid composition further comprises a flame retardant. 前記難燃剤が、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およびそれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項7に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   8. The thermal energy of claim 7, wherein the flame retardant is selected from phosphates, halogenated aromatic compounds, fluorinated iodocarbons, fluorinated bromocarbons and combinations thereof. Method. 蒸発器の加熱源として60℃以上150℃以下の温水、加圧熱水または過熱蒸気を使用することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法。   The heat energy according to any one of claims 1 to 8, wherein hot water of 60 to 150 ° C, pressurized hot water or superheated steam is used as a heating source of the evaporator. how to. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の熱エネルギーを機械エネルギーへ変換する方法を用いる有機ランキンサイクル装置。   The organic Rankine cycle apparatus using the method of converting the thermal energy according to any one of claims 1 to 9 into mechanical energy. 有機ランキンサイクル装置において作動流体を置換える方法であって、
前記作動流体が1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパンを主として含み、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の作動流体組成物を、前記作動流体を使用する、使用したまたは使用するよう設計されている、前記有機ランキンサイクル装置に供給することを含む方法。
A method of replacing a working fluid in an organic Rankine cycle device,
The working fluid mainly comprises 1,1,1,3,3-pentafluoropropane;
A method comprising supplying a working fluid composition according to any one of claims 1 to 8 to the organic Rankine cycle apparatus that uses, uses or is designed to use the working fluid.
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