JP7081600B2 - 共沸または共沸様組成物、熱サイクル用作動媒体および熱サイクルシステム - Google Patents
共沸または共沸様組成物、熱サイクル用作動媒体および熱サイクルシステム Download PDFInfo
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Description
[1] 1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HCFO-1224yd。1224ydともいう。)および(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E)、1233zd(E)ともいう。)からなる共沸または共沸様組成物。
[2] 前記1224ydと前記1233zd(E)の含有比は、1224yd:1233zd(E)で表わされる質量比で1:99~99:1である[1]に記載の共沸または共沸様組成物。
[3] 前記1224ydと前記1233zd(E)の含有比は、1224yd:1233zd(E)で表わされる質量比で85:15である[1]または[2]に記載の共沸組成物。
[4] 前記共沸または共沸様組成物における前記1224ydの含有割合は、前記共沸または共沸様組成物の全量に対して40質量%以上である[1]~[3]のいずれかに記載の共沸または共沸様組成物。
[5] 前記[1]~[4]のいずれかに記載の共沸または共沸様組成物を含む熱サイクル用作動媒体。
[6] 前記熱サイクル用作動媒体の全量に対する前記共沸または共沸様組成物の割合が80質量%以上である[5]に記載の熱サイクル用作動媒体。
[7] 前記熱サイクル用作動媒体の全量に対する前記1224ydの含有割合が40質量%以上である[5]または[6]に記載の熱サイクル用作動媒体。
[8] 前記[5]~[7]のいずれかに記載の熱サイクル用作動媒体を用いた、熱サイクルシステム。
[9] 前記熱サイクルシステムが冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置または二次冷却機である[8]に記載の熱サイクルシステム。
[10] 前記熱サイクルシステムが遠心式冷凍機である[8]または[9]に記載の熱サイクルシステム。
[11] 前記熱サイクルシステムが低圧型遠心式冷凍機である[8]または[9]に記載の熱サイクルシステム。
[1224ydおよび1233zd(E)からなる共沸または共沸様組成物]
本発明の共沸または共沸様組成物は、1224ydおよび1233zd(E)からなる。
1224ydおよび1233zd(E)からなる共沸組成物は、1224yd:1233zd(E)で表わされる質量比が85:15の組成物であり、以下の式で示される比揮発度(1224yd/1233zd(E))が1.00である。
比揮発度(1224yd/1233zd(E))=(気相部における1224ydの質量%/気相部における1233zd(E)の質量%)/(液相部における1224ydの質量%/液相部における1233zd(E)の質量%)
比揮発度は、具体的には、以下の方法で求められる。所定の組成の1224ydおよび1233zd(E)を、25℃で耐圧容器内に充填し、撹拌した後、気液平衡状態となるまで静置した。その後、耐圧容器内の気相および液相を採取し、それぞれガスクロマトグラフによって組成の分析を行った。また、両者の組成比から、上に説明した比揮発度を求める式により比揮発度を求めた。結果を表1に示す。
また、図1より、1224ydおよび1233zd(E)からなる混合物においては、1224ydが1~99質量%の範囲で気液平衡状態における液相濃度(質量%)と気相濃度(質量%)の関係が、上記破線で示す比揮発度1.00の直線に近似していることがわかる。本明細書において、共沸様組成物とは、上記式で求められる比揮発度が1.00±0.45の範囲にある組成物をいう。
本発明の熱サイクル用作動媒体は、上記した1224ydおよび1233zd(E)からなる共沸様組成物を含む。また、本発明の熱サイクル用作動媒体は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記共沸様組成物以外に、通常作動媒体として用いられる化合物を任意に含有してもよい。
本発明の熱サイクル用作動媒体は、本発明の効果を損なわない範囲で上記共沸様組成物以外に、通常作動媒体として用いられる化合物を任意に含有してもよい。
任意成分のHFCとしては、上記観点から選択されることが好ましい。ここで、HFCは、1224ydおよび1233zd(E)に比べてGWPが高いことが知られている。したがって、本発明の共沸様組成物(GWP=1)と組合せるHFCとしては、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させ、GWPを許容の範囲、例えば、150未満にとどめる観点から、適宜選択されることが好ましい。
HFOについても、上記HFCと同様の観点から選択されることが好ましい。なお、HFOであれば、GWPはHFCに比べて桁違いに低い。したがって、本発明の共沸様組成物と組み合わせるHFOとしては、GWPを考慮するよりも、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させることに留意して、適宜選択されることが好ましい。
1224ydおよび1233zd(E)以外の任意成分としてのHCFOについても、上記HFCと同様の観点から選択されることが好ましい。なお、1224ydおよび1233zd(E)以外であってもHCFOであれば、GWPはHFCに比べて桁違いに低い。したがって、本発明の共沸様組成物と組合せる1224ydおよび1233zd(E)以外のHCFOとしては、GWPを考慮するよりも、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させることに留意して、適宜選択されることが好ましい。
本発明の熱サイクルシステムに用いる作動媒体は、上記任意成分以外に、二酸化炭素、炭化水素、クロロフルオロオレフィン(CFO)等を含有してもよい。その他の任意成分としてはオゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が小さい成分が好ましい。
作動媒体は、熱サイクルシステムへの適用に際して、通常、潤滑油と混合して作動媒体組成物として使用することができる。作動媒体組成物は、これら以外にさらに、安定剤、漏れ検出物質等の公知の添加剤を含有してもよい。
潤滑油としては、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、作動媒体組成物に用いられる公知の潤滑油が特に制限なく採用できる。潤滑油として具体的には、含酸素系合成油(エステル系潤滑油、エーテル系潤滑油等)、フッ素系潤滑油、鉱物系潤滑油、炭化水素系合成油等が挙げられる。
潤滑油としては、作動媒体との相溶性の点から、ポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油およびポリグリコール油から選ばれる1種以上が好ましい。
安定剤は、熱および酸化に対する作動媒体の安定性を向上させる成分である。安定剤としては、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の安定剤、例えば、耐酸化性向上剤、耐熱性向上剤、金属不活性剤等が特に制限なく採用できる。
漏れ検出物質としては、紫外線蛍光染料、臭気ガスや臭いマスキング剤等が挙げられる。
紫外線蛍光染料としては、米国特許第4249412号明細書、特表平10-502737号公報、特表2007-511645号公報、特表2008-500437号公報、特表2008-531836号公報に記載されたもの等、従来、ハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の紫外線蛍光染料が挙げられる。
本発明の熱サイクルシステムは、熱サイクル用の機器や装置に本発明の作動媒体を適用して得られる。なお、作動媒体は、上記作動媒体組成物として熱サイクルシステムに適用されてもよい。本発明の作動媒体は、HFC-245faや1233zdが適用可能に設計された熱サイクル用の機器や装置にHFC-245faや1233zdに代えてそのまま用いることが可能であり、経済的に有利である。
(i)蒸発器14から排出された作動媒体蒸気Aを圧縮機11にて圧縮して高温高圧の作動媒体蒸気Bとする。
(ii)圧縮機11から排出された作動媒体蒸気Bを凝縮器12にて流体Fによって冷却し、液化して低温高圧の作動媒体Cとする。この際、流体Fは加熱されて流体F’となり、凝縮器12から排出される。
(iii)凝縮器12から排出された作動媒体Cを膨張弁13にて膨張させて低温低圧の作動媒体Dとする。
(iv)膨張弁13から排出された作動媒体Dを蒸発器14にて負荷流体Eによって加熱して高温低圧の作動媒体蒸気Aとする。この際、負荷流体Eは冷却されて負荷流体E’となり、蒸発器14から排出される。
COP=Q/圧縮仕事=(hA-hD)/(hB-hA) …(2)
M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O …(C)
ただし、Mは、Na、K等の1族の元素またはCa等の2族の元素であり、nは、Mの原子価であり、x、yは、結晶構造にて定まる値である。Mを変化させることにより細孔径を調整できる。
表4に示す割合で1224yd(Z)および1233zd(E)を含有する共沸様組成物を調製し、例1~11の熱サイクル用作動媒体とした。各例の熱サイクル用作動媒体について、サイクル性能、温度勾配の評価を次のように行った。
図2の冷凍サイクルシステム10に、各例の熱サイクル用作動媒体をそれぞれ適用して、図3に示す熱サイクル、すなわちAB過程で圧縮機11による断熱圧縮、BC過程で凝縮器12による等圧冷却、CD過程で膨張弁13による等エンタルピ膨張、DA過程で蒸発器14による等圧加熱を実施した場合のサイクル性能(能力および効率)として冷凍サイクル性能(冷凍能力および成績係数)および温度勾配を評価した。
Claims (12)
- 1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンおよび(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンからなり、
前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと前記(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの含有比は、1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン/(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンで表わされる質量比で、70/30超、90/10未満である共沸または共沸様組成物。 - 前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと前記(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの含有比は、1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン/(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンで表わされる質量比で、80/20以上、90/10未満である、請求項1に記載の共沸または共沸様組成物。
- 前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと前記(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの含有比は、1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン/(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンで表わされる質量比で、80/20以上、85/15以下である、請求項1または2に記載の共沸または共沸様組成物。
- 前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンと前記(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの含有比は、1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペン:(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンで表わされる質量比で85:15である請求項1~3のいずれか1項に記載の共沸または共沸様組成物。
- 前記共沸または共沸様組成物における前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンの含有割合は、前記共沸または共沸様組成物の全量に対して40質量%以上である請求項1~4のいずれか1項に記載の共沸または共沸様組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の共沸または共沸様組成物を含む熱サイクル用作動媒体。
- 前記熱サイクル用作動媒体の全量に対する前記共沸または共沸様組成物の割合が80質量%以上である請求項6に記載の熱サイクル用作動媒体。
- 前記熱サイクル用作動媒体の全量に対する前記1-クロロ-2,3,3,3-テトラフルオロプロペンの含有割合が40質量%以上である請求項6または7に記載の熱サイクル用作動媒体。
- 請求項6~8のいずれか1項に記載の熱サイクル用作動媒体を用いた、熱サイクルシステム。
- 前記熱サイクルシステムが冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置または二次冷却機である請求項9記載の熱サイクルシステム。
- 前記熱サイクルシステムが遠心式冷凍機である請求項9または10に記載の熱サイクルシステム。
- 前記熱サイクルシステムが低圧型遠心式冷凍機である請求項9または10に記載の熱サイクルシステム。
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