JP7377841B2 - 組成物の装置における使用、装置、および、冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
組成物の装置における使用、装置、および、冷凍サイクル装置に関する。
従来より、冷凍装置には、ＨＦＣ冷媒より地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：以下、単に、ＧＷＰという場合がある。）の低いハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ冷媒）が注目されている。例えば、特許文献１（特開２０１９－１９６３１２号公報）では、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）等がＧＷＰの低い冷媒として検討されている。
このようなＨＦＯ冷媒は、ＧＷＰが低いものの、安定性が低い。このため、一定条件下において不均化反応と呼ばれる自己分解反応が発生しやすい場合がある。不均化反応とは、同一種類の分子２個以上が相互に反応するなどの原因により、２種類以上の異なる種類の物質に転じる化学反応である。そして、このようにして発生したＨＦＯ冷媒の不均化反応は、伝播していく場合がある。
本開示の目的は、冷媒の不均化反応の伝播を抑制することにある。
本願の発明者らは冷媒の不均化反応の伝播を抑制すべく鋭意研究を重ねた結果、熱容量の大きなものを用いることにより冷媒の不均化反応の伝播が抑制されうることを新規に見出し、さらに検討を重ねることにより本開示の内容を完成するに至った。本開示は、以下の各観点に係る組成物の装置における使用、装置、および、冷凍サイクル装置を提供する。
第１観点に係る使用は、組成物の装置における使用である。組成物は、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む。装置は、融点が１０００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である。
なお、特に限定されないが、当該装置は、可動部分および／または電動部分を含むものであってよい。
この組成物の装置における使用によれば、装置において不均化反応が発生したとしても、その不均化反応の伝播を抑制することが可能になる。
第２観点に係る組成物の装置における使用は、第１観点の組成物の装置における使用であって、組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含む。
なお、１，２－ジフルオロエチレンは、トランス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｅ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、シス－１，２－ジフルオロエチレン［（Ｚ）－ＨＦＯ－１１３２］であってもよく、これらの混合物であってもよい。
第３観点に係る組成物の装置における使用は、第２観点の組成物の装置における使用であって、組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含む。
第４観点に係る装置は、組成物を用いる装置である。組成物は、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む。装置は、融点が１０００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である。
なお、特に限定されないが、当該装置は、可動部分および／または電動部分を含むものであってよい。
この装置は、装置において冷媒の不均化反応が発生したとしても、その不均化反応の伝播を抑制することが可能になる。
第５観点に係る冷凍サイクル装置は、冷媒回路を備えている。冷媒回路は、装置と、冷媒配管と、を含む。装置は、第４観点に係る組成物を冷媒として用いる装置である。冷媒配管は、装置に接続されている。
この冷凍サイクル装置では、冷媒回路を循環する冷媒の不均化反応の伝播を抑制することが可能になる。
以下、本開示に係る組成物の装置における使用、装置、および、冷凍サイクル装置について、例を挙げつつ具体的に説明するが、これらの記載は本開示内容を限定するものではない。
本開示に係る組成物の装置における使用は、エチレン系のフルオロオレフィンおよび２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む組成物の、融点が１０００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である装置における使用である。
組成物は、エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む。なお、ＩＳＯ８１７で定義される燃焼速度については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の１．２ｃｍ／ｓは、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の１．５ｃｍ／ｓよりも低い点で好ましい。また、ＩＳＯ８１７で定義されるＬＦＬ（ＬｏｗｅｒＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ Ｌｉｍｉｔ：燃焼下限界）については、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）の６５０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．５％は、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）の６２０００ｖｏｌ．ｐｐｍ６．２％よりも高い点で好ましい。なかでも、当該組成物としては、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含むものであってよい。当該組成物としては、特に、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含むものであることが好ましい。
ここで、エチレン系のフルオロオレフィンとしては、例えば、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、パーハロオレフィン等が挙げられる。また、パーハロオレフィンとしては、例えば、クロロトリフルオロエチレン（ＣＦＯ－１１１３）、テトラフルオロエチレン（ＦＯ－１１１４）等が挙げられる。
これらの組成物は、例えば、所定の高温条件、高圧条件、および、着火エネルギ条件を満たす状況下において、不均化反応が発生しうるが、本開示の内容により、不均化反応が発生したとしても、その伝播が抑制されるものである。
以上の組成物は、装置において、冷媒として用いられるものであってよい。また、組成物は、装置において、冷凍機油とともに用いられるものであってよい。
装置は、融点が１０００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である。装置は、融点が１０００℃以上である部分の熱容量が６．７Ｊ／Ｋ以上であることが好ましい。また、装置は、融点が１２００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上であることが好ましく、融点が１２００℃以上である部分の熱容量が６．７Ｊ／Ｋ以上であることがより好ましい。また、装置は、融点が１４００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上であることがより好ましく、融点が１４００℃以上である部分の熱容量が６．７Ｊ／Ｋ以上であることがさらに好ましい。装置が有する熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上の部分の融点が１０００℃以上であることにより、不均化反応が発生したとしても、当該部分の融解が抑制される。また、装置が当該熱容量を有することにより、装置において不均化反応が発生したとしても、高い熱容量の箇所が吸熱することにより温度の急激な上昇が抑制されるものと考えられ、発生した不均化反応の伝播が抑制される。
装置において、上記熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である箇所は、上記組成物が用いられる際に組成物が接触する箇所であることが好ましい。装置における熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である箇所は、単一の部材によって構成されていてもよいし、複数の部材の集合体として構成されていてもよい。装置における熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である箇所は、例えば、金属で構成されていることが好ましい。
このような装置としては、特に限定されず、上記組成物を輸送するための輸送管であってもよいし、例えば、可動部分および／または電動部分を含む装置であってよい。可動部分および／または電動部分を含む装置としては、例えば、冷凍サイクル装置において用いられる圧縮機であってもよいし、膨張弁や開閉弁等の制御弁であってもよい。このように可動部分を有する装置では可動部分の摩擦熱に起因して不均化反応が発生しやすく、電動部分を有する装置では電動部分の電気的エネルギに起因して不均化反応が発生しやすいが、このようにして発生した不均化反応の伝播を抑制することができる。このような圧縮機や制御弁を有する冷凍サイクル装置としては、例えば、図１に示す冷凍サイクル装置１であってよい。冷凍サイクル装置１は、圧縮機２１、レシーバ４１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内熱交換器３１が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路１０と、室外ファン２５と、室内ファン３２と、コントローラ７と、を有している。冷媒回路１０内には、冷媒としての上述の組成物が冷凍機油と共に充填されている。コントローラ７は、圧縮機２１と膨張弁２４と室外ファン２５と室内ファン３２を駆動制御することで、冷媒回路１０内の冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。
以上に述べた組成物の装置における使用、装置、および、冷凍サイクル装置では、発明者等が確認した試験結果によれば、不均化反応が発生したとしても、その発生した不均化反応の伝播を抑制することができる。
具体的には、発明者等は、図２に示す試験装置を用意して、不均化反応を発生させ、不均化反応の発生箇所の周囲に存在するメッシュ部材の熱容量等を変化させながら不均化反応の伝播の様子の違いを観察した。試験装置は、主として、耐圧容器Ｐと、着火源Ｓと、メッシュ部材Ｍとから構成した。耐圧容器Ｐは、円筒形状の内部空間を有する容器である。着火源Ｓは、耐圧容器Ｐの内部空間の中心において、２つの電極間を繋ぐように設けた白金線である。メッシュ部材Ｍは、着火源Ｓの周囲を径方向外側から覆うように設けられた外形が円筒形状であるメッシュ状の部材である。なお、このようにメッシュ状の部材を用いたのは、メッシュ部材Ｍの内側と外側とで冷媒の圧力を同じに保って試験するためである。耐圧容器Ｐの内部空間の径方向の大きさは、メッシュ部材Ｍの径方向の大きさよりも十分に大きくなるように試験装置を構成した。メッシュ部材Ｍは、メッシュ状シートを円筒形状となるように巻き上げて構成した。なお、各試験例において、メッシュ部材Ｍの網目の大きさは統一されており、試験例１～９では、同一のＳＵＳのメッシュ状シートを用い、巻き付ける回数を増減させることで、熱容量を変化させた。なお、いずれのメッシュ部材Ｍについても、径方向の厚みが１～３ｍｍ程度となるようにまとめられたものとした。ここで、耐圧容器Ｐには、冷媒としての１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）を充填し、冷媒の温度を１５０℃、冷媒の圧力を１．５ＭＰａとした。メッシュ部材Ｍについて、材質と、直径Ｄと、熱容量と、を変化させ、着火源Ｓをスパークさせることで発生させた不均化反応の伝播が、メッシュ部材Ｍの径方向外側まで伝播するか否かを観察した。以下に、試験結果を示す。
なお、以下の表において、「反応後状態」は、不均化反応を発生させた後のメッシュ部材Ｍの状態を目視にて確認した結果を示している。また、「メッシュ部材外の温度上昇（℃）」は、不均化反応を発生させた際の最高到達温度を示しており、耐圧容器Ｐ内であってメッシュ部材Ｍの外側に配置した温度センサでの検知温度を用いて測定したものである。
以上の試験結果によれば、試験例１０におけるガラス繊維を材質とするメッシュ部材Ｍは、融点が８４０℃と低いものであるため、不均化反応の発生により高温環境下に曝されることで、溶解し、消滅していた。この試験例１０では、メッシュ部材Ｍが存在していた箇所よりも外の冷媒の温度上昇が確認されており、不均化反応の伝播が抑制できなかったことが確認された。
また、試験例１、２、４－６、８におけるＳＵＳを材質とするメッシュ部材Ｍは、融点は１４００℃と高いものの、熱容量が６．５Ｊ／Ｋ未満で不足していたため、メッシュ部材Ｍ外の冷媒の温度上昇が確認されており、不均化反応の伝播が抑制できなかったことが確認された。具体的には、熱容量が０．６５～１．３０Ｊ／Ｋで非常に小さい試験例１、２では、メッシュ部材Ｍの全体が溶解してしまっていた。また、熱容量が１．９１～６．４９Ｊ／Ｋで比較的小さい試験例４－６、８では、メッシュ部材Ｍの一部が溶解し、メッシュ部材Ｍの径方向に貫通した穴が生じていることが確認された。
他方、試験例３、７、９におけるＳＵＳを材質とするメッシュ部材Ｍは、融点は１４００℃で高く、しかも熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上であったため、メッシュ部材Ｍの溶解も無く、メッシュ部材Ｍ外の冷媒の温度上昇も無かったことから、不均化反応の伝播が抑制されていることが確認された。
なお、例えば、試験例３と試験例６を比較すると、いずれもメッシュ部材Ｍについて融点が１４００℃のＳＵＳであり直径が１３ｍｍで共通しているにも関わらず、試験例６では不均化反応の伝播が抑制できず、試験例３では不均化反応の伝播が抑制された（試験例９と試験例１の関係、試験例７と試験例５の関係等も同様）。このため、不均化反応の伝播の抑制には、メッシュ部材Ｍの直径は無関係であることが分かる。
（付記）
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
特許文献１：特開２０１９－１９６３１２号公報
Claims (5)
- エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む組成物の装置における使用であって、
前記装置は、融点が１２００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である金属を有し、前記組成物の不均化反応が発生した場合に熱を吸熱する、
使用。 - 前記組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、モノフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１４１）、および、パーハロオレフィンからなる群より選択される１種または２種以上を含む、
請求項１に記載の使用。 - 前記組成物は、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２）、および／または、１，１，２－トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）を含む、
請求項２に記載の使用。 - エチレン系のフルオロオレフィン、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、および、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）からなる群より選択される１種または２種以上を含む組成物を用いる装置であって、
融点が１２００℃以上である部分の熱容量が６．５Ｊ／Ｋ以上である金属を有し、前記組成物の不均化反応が発生した場合に熱を吸熱する、
装置。 - 請求項４に記載の装置であって前記組成物を冷媒として用いる装置と、前記装置に接続される冷媒配管と、を含む冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置。
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