JP5795448B2 - 熱伝達組成物および熱伝達方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年2月13日提出の米国仮特許出願第61/598056号の優先権の利益を主張するものであり、該仮特許出願の内容を本明細書中で参考として援用する。
熱伝達組成物
本発明の組成物は、一般に、熱伝達用途、すなわち、加熱および/または冷却媒体としての使用に適合することができるが、上記のように、中温および低温冷凍システム、好ましくは、従来HFC−404Aを用いてきた低温システムおよび/または従来R−22を用いてきたシステムでの使用に、とりわけ良好に適合する。
熱伝達方法および熱伝達システム
したがって、本方法、システムおよび組成物は、多種多様な熱伝達システム全般、とりわけ、空調システム(固定式および可動式の空調システムを含む)、冷凍システム、ヒートポンプシステムなどのような冷凍システムと接続して用いるために、適合させることができる。特定の好ましい態様において、本発明の組成物は、もともと例えばR−404などのHFC冷媒と一緒に用いるために設計された冷凍システムに用いられる。本発明の好ましい組成物は、R−404Aの望ましい特徴の多くを示す傾向があるが、R−404Aより実質的に低いGWPを有すると同時に、R−404Aと実質的に同様であるかこれに実質的に匹敵する、好ましくは、R−404Aと同程度またはこれより高い、能力および/または効率を有する。とりわけ、出願人らは、本組成物の特定の好ましい態様が、比較的低い地球温暖化係数(“GWP”)、好ましくは約2500未満、より好ましくは約2400未満、さらにより好ましくは約2300以下の地球温暖化係数を示す傾向があることを認識した。特定の態様において、本組成物は、約1500以下、さらにより好ましくは約1000未満のGWPを有する。
実施例1:性能パラメーター−低温システム
性能係数(COP)は、一般的に受け入れられている冷媒性能の尺度であり、特に、冷媒の蒸発または凝縮が関与する特定の加熱または冷却サイクルにおける冷媒の相対的熱力学的効率を表すのに有用である。冷凍工学において、この用語は、蒸気を圧縮する際に圧縮機により加えられるエネルギーに対する有用な冷凍の比を表す。冷媒の能力は、冷媒がもたらす冷却または加熱の量を表し、冷媒の所定の体積流量に対する熱量をポンプ移送するための圧縮機の能力の何らかの尺度を提供する。言い換えれば、ある特定の圧縮機が与えられた場合、冷媒の能力が大きいほど、より多くの冷却力または加熱力がもたらされる。特定の操作条件において冷媒のCOPを見積もるための1つの手段は、標準的な冷凍サイクル分析技術を用いての冷媒の熱力学的特性に由来する(例えば、R.C.Downing,FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK,第3章,Prentice−Hall,1988年参照)。
特定の態様において、本発明は、好ましくはシステムを実質的に改変することなく、さらにより好ましくは、圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁など主要なシステム構成部品を変更することなく、システムから現行の冷媒の少なくとも一部を除去し、除去された冷媒の少なくとも一部を本発明の組成物で置き換えることを含む、改良方法を提供すると考えられる。低温冷凍システム、例えば、詳細にはR404A冷媒を含有しているか含有するように設計されている低温冷凍システムの特定の特徴に起因して、特定の態様では、前記システムが、ドロップイン冷媒を用いて信頼性のあるシステム操作パラメーターを示すことができることが重要である。そのような操作パラメーターとしては以下が挙げられる:
・R404Aを用いるシステムの高側圧の約105%以内、さらにより好ましくは約103%以内である高側圧。このパラメーターにより現行の圧力構成部品の使用が可能になるので、このパラメーターは前記態様において重要である。
・好ましくは約130℃未満、さらにより好ましくは約125℃未満である排出温度。このような特徴の利点は、圧縮機構成部品を保護するように設計されていることが好ましいシステムの熱的保護の観点を作動させることなく、現行の設備の使用が可能になる点である。このパラメーターは、排出温度を低下させるための液体注入など高価な制御装置の使用が回避されるという点で有利である。
・システムが低い蒸発温度において大気圧未満にならない場合、より低い吸引圧が許容可能である。この正圧は、システムが常に正圧を有することを確実にして、漏出の場合に湿潤空気で汚染されるのを回避するために必要である。この要件を評価するために、当該流体の“標準沸点”(NBT:大気圧における沸点)とよばれる特性が採用される。このNBTは、置き換えられる流体の1つ(R404A)にできるだけ近く、少なくとも典型的な商業的システムで見いだされる最低蒸発温度(例:−40℃)より低い温度であるべきである。
中温冷凍システムを提供する。この実施例に例示するようなシステムの場合、凝縮器温度を40.55℃に設定する。これは、概して約35℃の戸外温度に相当する。膨張機器入口における過冷却度は5.55℃に設定する。蒸発温度は−3.88℃に設定する。これは、約1.66℃のボックス温度に相当する。蒸発器出口における過熱度は5.55℃に設定する。吸引ラインにおける過熱度は13.88℃に設定し、圧縮機効率は65%に設定する。接続ライン(吸引ラインおよび液体ライン)における圧力低下および熱伝達はごくわずかであると考え、圧縮機シェルを介した熱漏洩は無視する。いくつかの操作パラメーターを、本発明に従った上記表A中の確認された組成物A1〜A5について決定し、これらの操作パラメーターを、100%のCOP値、100%の能力値、および76℃の排出温度を有するHFC−404Aに基づき以下の表3に報告する。
特定の態様において、本発明は、好ましくはシステムを実質的に改変することなく、さらにより好ましくは、圧縮機、凝縮器、蒸発器および膨張弁など主要なシステム構成部品を変更することなく、システムから現行の冷媒の少なくとも一部を除去し、除去された冷媒の少なくとも一部を本発明の組成物で置き換えることを含む、改良方法を提供すると考えられる。中温冷凍システム、例えば、詳細にはR404A冷媒を含有しているか含有するように設計されている中温冷凍システムの特定の特徴に起因して、特定の態様では、前記システムが、ドロップイン冷媒を用いて信頼性のあるシステム操作パラメーターを示すことができることが重要である。そのような操作パラメーターとしては以下が挙げられる:
・R404Aを用いるシステムの高側圧の約105%以内、さらにより好ましくは約103%以内である高側圧。このパラメーターにより現行の圧力構成部品の使用が可能になるので、このパラメーターは前記態様において重要である。
・好ましくは約130℃未満、さらにより好ましくは約125℃未満である排出温度。このような特徴の利点は、圧縮機構成部品を保護するように設計されていることが好ましいシステムの熱的保護の観点を作動させることなく、現行の設備の使用が可能になる点である。このパラメーターは、排出温度を低下させるための液体注入など高価な制御装置の使用が回避されるという点で有利である。
・システムが低い蒸発温度において大気圧未満にならない場合、より低い吸引圧が許容可能である。この正圧は、システムが常に正圧を有することを確実にして、漏出の場合に湿潤空気で汚染されるのを回避するために必要である。この要件を評価するために、当該流体の“標準沸点”(NBT:大気圧における沸点)とよばれる特性が採用される。このNBTは、置き換えられる流体の1つ(R404A)にできるだけ近く、少なくとも典型的な商業的システムで見いだされる最低蒸発温度(例:−40℃)より低い温度であるべきである。
Claims (10)
- (a)26重量%のHFC−32;
(b)26重量%のHFC−125;
(c)20〜25重量%のHFO−1234yfおよび2〜7重量%のHFO−1234ze;
(d)21重量%のHFC−134a;
これに関し、重量%は、組成物中の成分(a)〜(d)の合計に基づく、
を含む低温冷凍システム及び/又は中温冷凍システムにおいて使用するための不燃性の熱伝達組成物であって、前記熱伝達組成物が2002年のASTM標準規格E−681に従って測定して不燃性組成物である、熱伝達組成物。 - 前記HFO−1234yf及び前記HFO−1234zeの量がそれぞれ20重量%及び7重量%である、請求項1に記載の熱伝達組成物。
- 前記HFO−1234zeがtrans−HFO−1234zeを含む、請求項1または2に記載の熱伝達組成物。
- 前記HFO−1234zeがtrans−HFO−1234zeからなる、請求項1または2に記載の熱伝達組成物。
- 前記低温冷凍システム若しくは前記中温冷凍システムのいずれかにおいてHFC−404Aと同様であるかこれより高い効率を有する、又は前記低温冷凍システム若しくは前記中温冷凍システムのいずれかにおいてR−22と同様であるかこれより高い効率を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝達組成物。
- 低温冷凍システム及び/又は中温冷凍システムに含有されている現行の熱伝達流体を置き換えるための方法であって、
前記システムから前記現行の熱伝達流体の少なくとも一部を除去し、これに関し、前記現行の熱伝達流体はHFC−404A又はR−22である、そして、
前記現行の熱伝達流体の少なくとも一部を、以下を含む熱伝達組成物:
(a)26重量%のHFC−32;
(b)26重量%のHFC−125;
(c)20〜25重量%のHFO−1234yfおよび2〜7重量%のHFO−1234ze;
(d)21重量%のHFC−134a;
これに関し、重量パーセントは、組成物中の成分(a)〜(d)の合計に基づく;
を前記システムに導入することにより置き換える、
ことを含み、
前記熱伝達組成物が2002年のASTM標準規格E−681に従って測定して不燃性組成物である、
前記方法。 - 前記HFO−1234yf及び前記HFO−1234zeの量がそれぞれ20重量%及び7重量%である、請求項6に記載の方法。
- 低温冷凍システム又は中温冷凍システムであって、流体連通状態にある圧縮機、凝縮器および蒸発器と、前記システム中の熱伝達組成物を含み、前記熱伝達組成物が、以下:
(a)26重量%のHFC−32;
(b)26重量%のHFC−125;
(c)20〜25重量%のHFO−1234yfおよび2〜7重量%のHFO−1234ze;
(d)21重量%のHFC−134a;
これに関し、重量パーセントは、組成物中の成分(a)〜(d)の合計に基づく;
を含み、
前記熱伝達組成物が2002年のASTM標準規格E−681に従って測定して不燃性組成物であり、
前記凝縮器が、35℃〜45℃の操作温度を有する、前記システム。 - 前記HFO−1234yf及び前記HFO−1234zeの量がそれぞれ20重量%及び7重量%である、請求項8に記載のシステム。
- 前記熱伝達組成物がHFC−404A又はR−22と同様であるかこれより高い効率を有する、請求項8又は9に記載のシステム。
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