JP2021169598A - 冷媒を含む組成物、その使用、並びにそれを有する冷凍機及びその冷凍機の運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、R404Aの地球温暖化係数(GWP)は3920であり、地球温暖化への懸念の高まりからより低GWPの冷媒が求められている。
このため、R404Aに代替可能な低GWP混合冷媒が種々提案されている(特許文献1〜5)。
冷媒を含む組成物であって、前記冷媒が、トランス−1,2−ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234ze)を含む、組成物。
項2.
前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜72.0質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜28.0質量%である、
項1に記載の組成物。
項3.
前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%である、
項1に記載の組成物。
項4.
さらに、冷凍機油を含有し、冷凍機用作動流体として用いられる、項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
項5.
蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを運転するために用いられる、項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
項6.
R404Aの代替冷媒として用いられる、項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
項7.
項1〜4のいずれか一項に記載の組成物の、R404Aの代替冷媒としての使用。
項8.
項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として含む、冷凍機。
項9.
蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを有する、項8に記載の冷凍機。
項10.
冷凍機の運転方法であって、
項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として冷凍機において循環させる工程を含む、方法。
項11.
前記冷凍機が、蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを有する、項10に記載の方法。
項12.
前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が14.1〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が85.9〜61.6質量%である、
R134a、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234yf)及びCO2(R744)からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、項1に記載の組成物。
項13.
前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が22.7〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が77.3〜61.6質量%である、
R134a、R1234yf及びCO2からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、項1に記載の組成物。
項14.
前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%である、
R134a、R1234yf及びCO2からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、項1に記載の組成物。
項15.
R134aの代替冷媒として用いられる、項12〜14のいずれか一項に記載の組成物。
項16.
さらに、冷凍機油を含有し、冷凍機用作動流体として用いられる、項1〜3及び項12〜15のいずれか一項に記載の組成物。
項17.
空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機における作動流体として用いられる、項12〜16のいずれか一項に記載の組成物。
項18.
車載用空調機器における作動流体として用いられる、項12〜16のいずれか一項に記載の組成物。
項19.
項12〜16のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として含む、冷凍機。
項20.
空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機である、項19に記載の冷凍機。
項21.
車載用空調機器である、項19に記載の冷凍機。
項22.
冷凍機の運転方法であって、
項12〜16のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として冷凍機において循環させる工程を含む、方法。
項23.
前記冷凍機が、空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機である、項22に記載の方法。
項24.
前記冷凍機が、車載用空調機器である、項22に記載の方法。
<用語の定義>
本明細書において用語「冷媒」には、ISO817(国際標準化機構)で定められた、冷媒の種類を表すRで始まる冷媒番号(ASHRAE番号)が付された化合物が少なくとも含まれ、さらに冷媒番号が未だ付されていないとしても、それらと同等の冷媒としての特性を有するものが含まれる。冷媒は、化合物の構造の面で、「フルオロカーボン系化合物」と「非フルオロカーボン系化合物」とに大別される。「フルオロカーボン系化合物」には、クロロフルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)及びハイドロフルオロカーボン(HFC)が含まれる。「非フルオロカーボン系化合物」としては、プロパン(R290)、プロピレン(R1270)、ブタン(R600)、イソブタン(R600a)、二酸化炭素(R744)及びアンモニア(R717)等が挙げられる。
本開示の冷媒は、トランス−1,2−ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234ze)を含む混合冷媒である。
1.1.冷媒A
冷媒Aは、R1234zeとして、R1234ze(E)若しくはR1234ze(Z)の一方、又は両方を含んでいてもよく、好ましくはR1234ze(E)を含む。
HFO-1132(E)の含有割合は35.3〜72.0質量%であり、
R1234zeの含有割合は64.7〜28.0質量%である。
本開示の冷媒Aにおいて、HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、HFO-1132(E)の含有割合は35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%であることが好ましい。
このとき、本開示の冷媒Aは、WCF微燃性となり、GWPが4以下となり、R404Aを基準とする冷凍能力比が70%以上となる。
また、このとき、蒸発温度が5℃以下である冷凍サイクルを運転するために用いた場合、本開示の冷媒Aは圧縮比が2.5以上となり、冷凍サイクルとしての効率を十分な範囲内に確保できる。
さらに、このとき、蒸発温度が-60℃以上である冷凍サイクルを運転するために用いた場合、本開示の冷媒Aは蒸発圧力が0.02MPa以上となり、圧縮機への冷媒の吸入が比較的容易となる。
本開示の冷媒Aにおいて、HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%であることが好ましい。
このとき、本開示の冷媒Aは、ASHRAE微燃性となり、GWPが4以下となり、R404Aを基準とする冷凍能力比が70%以上となる。
冷媒Bは本開示の冷媒の一例である。冷媒Bにおいて、HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が14.1〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が85.9〜61.6質量%である。
このとき、本開示の冷媒Bは、ASHRAE微燃性となり、R134aを基準とする冷凍能力比が100%以上となる。
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が22.7〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が77.3〜61.6質量%であることが好ましい。
このとき、本開示の冷媒Bは、沸点が-40℃以下となる。
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%であることがより好ましい。
このとき、本開示の冷媒Bは、沸点が-44℃以下となる。
本開示の冷媒は、冷凍機における作動流体として好ましく使用することができる。
本開示の冷媒組成物は、本開示の冷媒を少なくとも含み、本開示の冷媒と同じ用途のために使用することができる。また、本開示の冷媒組成物は、さらに少なくとも冷凍機油と混合することにより冷凍機用作動流体を得るために用いることができる。
本開示の冷媒組成物は、本開示の冷媒に加え、さらに少なくとも一種のその他の成分を含有する。本開示の冷媒組成物は、必要に応じて、以下のその他の成分のうち少なくとも一種を含有していてもよい。上述の通り、本開示の冷媒組成物を、冷凍機における作動流体として使用するに際しては、通常、少なくとも冷凍機油と混合して用いられる。したがって、本開示の冷媒組成物は、好ましくは冷凍機油を実質的に含まない。具体的には、本開示の冷媒組成物は、冷媒組成物全体に対する冷凍機油の含有量が好ましくは0〜1質量%であり、より好ましくは0〜0.1質量%である。
本開示の冷媒組成物は微量の水を含んでもよい。冷媒組成物における含水割合は、冷媒全体に対して、0.1質量%以下とすることが好ましい。冷媒組成物が微量の水分を含むことにより、冷媒中に含まれ得る不飽和のフルオロカーボン系化合物の分子内二重結合が安定化され、また、不飽和のフルオロカーボン系化合物の酸化も起こりにくくなるため、冷媒組成物の安定性が向上する。
トレーサーは、本開示の冷媒組成物が希釈、汚染、その他何らかの変更があった場合、その変更を追跡できるように検出可能な濃度で本開示の冷媒組成物に添加される。
FC-14(テトラフルオロメタン、CF4)
HCC-40(クロロメタン、CH3Cl)
HFC-23(トリフルオロメタン、CHF3)
HFC-41(フルオロメタン、CH3Cl)
HFC-125(ペンタフルオロエタン、CF3CHF2)
HFC-134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン、CF3CH2F)
HFC-134(1,1,2,2−テトラフルオロエタン、CHF2CHF2)
HFC-143a(1,1,1−トリフルオロエタン、CF3CH3)
HFC-143(1,1,2−トリフルオロエタン、CHF2CH2F)
HFC-152a(1,1−ジフルオロエタン、CHF2CH3)
HFC-152(1,2−ジフルオロエタン、CH2FCH2F)
HFC-161(フルオロエタン、CH3CH2F)
HFC-245fa(1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、CF3CH2CHF2)
HFC-236fa(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、CF3CH2CF3)
HFC-236ea(1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン、CF3CHFCHF2)
HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン、CF3CHFCF3)
HCFC-22(クロロジフルオロメタン、CHClF2)
HCFC-31(クロロフルオロメタン、CH2ClF)
CFC-1113(クロロトリフルオロエチレン、CF2=CClF)
HFE-125(トリフルオロメチル−ジフルオロメチルエーテル、CF3OCHF2)
HFE-134a(トリフルオロメチル−フルオロメチルエーテル、CF3OCH2F)
HFE-143a(トリフルオロメチル−メチルエーテル、CF3OCH3)
HFE-227ea(トリフルオロメチル−テトラフルオロエチルエーテル、CF3OCHFCF3)
HFE-236fa(トリフルオロメチル−トリフルオロエチルエーテル、CF3OCH2CF3)
本開示の冷媒組成物は、紫外線蛍光染料として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷媒組成物は、安定剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷媒組成物は、重合禁止剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、本開示の冷媒又は冷媒組成物と、冷凍機油とを少なくとも含み、冷凍機における作動流体として用いられる。具体的には、本開示の冷凍機油含有作動流体は、冷凍機の圧縮機において使用される冷凍機油と、冷媒又は冷媒組成物とが互いに混じり合うことにより得られる。冷凍機油含有作動流体には冷凍機油は一般に10〜50質量%含まれる。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、冷凍機油として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、相溶化剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機の運転方法は、本開示の冷媒を用いて冷凍機を運転する方法である。
R404A(R125=44%/R143A=52%/R134A=4%)及び上記混合冷媒のGWPは、IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第4次報告書の値に基づいて評価した。HFO-1132(E)のGWPは記載がないが、HFO-1132a(GWP=1以下)、HFO-1123(GWP=0.3,特許文献1に記載)から、そのGWPを1と想定した。R404A及び上記混合冷媒の冷凍能力は、National Institute of Science and Technology(NIST)Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database(Refprop 9.0)を使い、下記条件で混合冷媒の冷凍サイクル理論計算を実施することにより求めた。
蒸発温度:表に示す値
凝縮温度:40℃
過熱度:-20K
過冷却度;0K
圧縮機効率 70%
これらの値を、各混合冷媒についてのGWPと合わせて表1に示す。なお、比COP及び比冷凍能力については、R404Aに対する割合を示す。
COP =(冷凍能力又は暖房能力)/消費電力量
Su=Sb*ρu/ρb
Sb;火炎伝搬速度(cm/s)
ρu;断熱火炎温度(未燃)
ρb;断熱火炎温度(既燃)
ここで、Sbはシュリーレンビデオ画像から求め、ρuは測定温度、ρbは燃焼ガスの燃焼熱及び定圧比熱から算出した。
また、このとき、蒸発温度が5℃以下である冷凍サイクルを運転するために用いた場合、本開示の冷媒は圧縮比が2.5以上となることも判る。
さらに、このとき、蒸発温度が-60℃以上である冷凍サイクルを運転するために用いた場合、混合冷媒は蒸発圧力が0.02MPa以上となることも判る。
また、混合冷媒において、HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%であるとき、混冷媒は、ASHRAE微燃性となり、GWPが4以下となり、R404Aを基準とする冷凍能力比が70%以上となることが判る。
2:高速カメラ
3:キセノンランプ
4:コリメートレンズ
5:コリメートレンズ
6:リングフィルター
Claims (24)
- 冷媒を含む組成物であって、前記冷媒が、トランス−1,2−ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234ze)を含む、組成物。
- 前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜72.0質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜28.0質量%である、
請求項1に記載の組成物。 - 前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%である、
請求項1に記載の組成物。 - さらに、冷凍機油を含有し、冷凍機用作動流体として用いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
- 蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを運転するために用いられる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
- R404Aの代替冷媒として用いられる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物の、R404Aの代替冷媒としての使用。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として含む、冷凍機。
- 蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを有する、請求項8に記載の冷凍機。
- 冷凍機の運転方法であって、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として冷凍機において循環させる工程を含む、方法。 - 前記冷凍機が、蒸発温度が-60〜5℃である冷凍サイクルを有する、請求項10に記載の方法。
- 前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が14.1〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が85.9〜61.6質量%である、
R134a、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234yf)及びCO2(R744)からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、請求項1に記載の組成物。 - 前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が22.7〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が77.3〜61.6質量%である、
R134a、R1234yf及びCO2からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、請求項1に記載の組成物。 - 前記冷媒において、
HFO-1132(E)及びR1234zeの総量に対して、
HFO-1132(E)の含有割合が35.3〜38.4質量%であり、
R1234zeの含有割合が64.7〜61.6質量%である、
R134a、R1234yf及びCO2からなる群より選択される少なくとも一種の冷媒の代替冷媒として用いられる、請求項1に記載の組成物。 - R134aの代替冷媒として用いられる、請求項12〜14のいずれか一項に記載の組成物。
- さらに、冷凍機油を含有し、冷凍機用作動流体として用いられる、請求項1〜3及び請求項12〜15のいずれか一項に記載の組成物。
- 空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機における作動流体として用いられる、請求項12〜16のいずれか一項に記載の組成物。
- 車載用空調機器における作動流体として用いられる、請求項12〜16のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項12〜16のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として含む、冷凍機。
- 空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機である、請求項19に記載の冷凍機。
- 車載用空調機器である、請求項19に記載の冷凍機。
- 冷凍機の運転方法であって、
請求項12〜16のいずれか一項に記載の組成物を作動流体として冷凍機において循環させる工程を含む、方法。 - 前記冷凍機が、空調機器、冷蔵庫、冷凍庫、冷水機、製氷機、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース、冷凍冷蔵ユニット、冷凍冷蔵倉庫用冷凍機、車載用空調機器、ターボ冷凍機又はスクリュー冷凍機である、請求項22に記載の方法。
- 前記冷凍機が、車載用空調機器である、請求項22に記載の方法。
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