KR20150040880A

KR20150040880A - 열 펌프에서의 e-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 용도

Info

Publication number: KR20150040880A
Application number: KR20157002357A
Authority: KR
Inventors: 콘스탄티노스 콘토마리스
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-04-15
Also published as: CN104508397A; IN2015DN00230A; EP2880380A1; JP2019152428A; TW201413192A; BR112015002257A2; EP2880380B1; ES2762412T3; JP2015529788A; WO2014022610A1; JP6836322B2; AU2013296453A2; AU2013296453A1; KR102145281B1; EP2880380A4; CA2880043C; US20150191639A1; MX2015001477A; SG11201500742WA; CN104508397B

Abstract

열 교환기에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써 냉각된 작동 유체를 생성함을 포함하는, 열 펌프 속에서의 열의 생성 방법이 기재되어 있다. 또한, 열이 적어도 2개의 캐스케이드 단계들 사이에서 교환되는 열 펌프 속에서 열을 생성하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 작동 유체 가열기, 압축기, 작동 유체 냉각기 및 팽창 장치를 포함하는 열 펌프 장치가 기재되어 있으며, 당해 장치는 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 포함한다. 또한, E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프에서 CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a, CFC-12 작동 유체를 대체하는 방법이 기재되어 있다. 또한, (i) E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체; 및 (ii) 안정화제; 또는 (iii) 윤활제; 또는 (ii) 및 (iii) 둘 다를 포함하는 조성물이 기재되어 있다.

Description

열 펌프에서의 E-1,1,1,4,4,4,-헥사플루오로-2-부텐의 용도{USE OF E-1,1,1,4,4,4-HEXAFLUORO-2-BUTENE IN HEAT PUMPS}

발명의 분야

본 발명은 다수의 적용에서 유용성을 갖는 방법 및 시스템, 및 특히 고온 열 펌프를 포함하는 열 펌프에서의 화합물 E1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 (E-HFO-1336mzz)의 용도에 관한 것이다.

본 발명의 조성물은 다음 세대의 낮은 지구 온난화 잠재 물질에 대한 연속된 연구의 일부이다. 이러한 물질은, 낮은 지구 온난화 잠재성 및 제로 또는 무시할만한 오존 고갈 잠재성으로 측정한 바와 같은, 낮은 환경 충격을 가져야만 한다. 새로운 열 펌프 작동 유체(working fluid)가 필요하다.

약 40℃ 내지 약 135℃의 범위에서의 난방(heating)은 공간 가열(space heating), 가정용 또는 기타 서비스용 물 가열, 식품 건조, 공정 난방 등을 포함하는, 광범위한 적용에서 필요하다. 현재, 이러한 가열은 화석 연료(예: 중유, 천연 가스 등)를 사용하는 가열기를 통해 대부분 제공된다. 따라서, 이러한 온도 범위 또는 이보다 훨씬 더 높은 온도 범위에서 열을 제공할 수 있는 작동 유체가 필요하다.

[과제의 해결 수단]

발명의 요지

본 기재내용은, 화석 연료 가열기와 비교하여 감소된 에너지 비용 및 감소된 온실 가스 방출을 갖는 약 40℃ 내지 약 135℃의 범위의 온도에서의 열을 생성하기 위하여 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용하는 열 펌프 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 기재내용은 또한, 화석 연료 가열기와 비교하여 감소된 에너지 비용 및 감소된 온실 가스 방출을 갖는 약 140℃ 보다 높은 온도에서 열을 생성하기 위하여 작동 유체(예: 초임계 사이클)로서 E-HFO-1336mzz를 사용하는 열 펌프 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라서, 열 펌프에서 열을 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 열 교환기에서, E-HFO-1336mzz을 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출(extracting)함으로써 냉각된 작동 유체를 생성함을 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 열이 적어도 2개의 가열 단계들에서 교환되는 캐스케이드 열 펌프(cascade heat pump)에서의 열을 생성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 캐스케이드 가열 단계에서 제1 작동 유체에서의 선택된 저온에서 열을 흡수하고, 이 열을, 고온에서 열을 배출하는 제2 캐스케이드 가열 단계의 제2 작동 유체로 전달함을 포함하며; 여기서 제2 작동 유체는 E-HFO-1336mzz를 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 열 펌프 장치가 제공된다. 당해 장치는 작동 유체 가열기(예: 증발기), 압축기, 작동 유체 냉각기(예: 응축기 또는 초임계 작동 유체 냉각기) 및 팽창 장치를 포함하며, 상기 장치는 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 상기 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기(chiller) 속의 CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12 작동 유체를 대체하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 상기 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속의 HCFC-22 작동 유체를 대체하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 상기 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속의 HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze 또는 Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 작동 유체 또는, HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze 또는 Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 HFC 또는 HC를 포함하는 작동 유체를 대체하는 방법이 제공된다. 이 방법은 E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다.

또한, 본 발명에 따라서, 캐스케이드 열 펌프 시스템에서 동시 가열 및 냉각을 제공하는 방법이 제공된다. 이 방법은 CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하며; 상기 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계는 열 접촉 상태에 있다.

또한, 본 발명에 따라서, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서 동시 가열 및 냉각을 공급하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-151a, 탄화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계(또는 사이클)을 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하며, 여기서 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계는 열 접촉 상태에 있다.

또한, 본 발명에 따라서, 열 펌프에서 사용하기 위한 조성물이 제공된다. 이 조성물은 (i) E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체; 및 (ii) 50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하기 위한 안정화제, 또는 (iii) 50℃ 이상에서 사용하기에 적합한 윤활제, 또는 (ii) 및 (iii) 둘 다를 포함한다.

도 1은 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물을 이용하는 만액식 증발기(flooded evaporator) 열 펌프 장치의 일 구현예의 개략도이다.
도 2는 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물을 이용하는 직접 팽창 열 펌프 장치의 일 구현예의 개략도이다.
도 3은 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물을 이용하는 캐스케이드 열 펌프 시스템의 개략도이다.

바람직한 구현예의 상세한 설명

하기한 구현예들의 상세한 사항을 언급하기 전에, 일부 용어들이 정의되거나 명확해 진다.

지구 온난화 잠재성(GWP)은 1 킬로그램의 이산화탄소의 방출과 비교한 1 킬로그램의 특별한 온실 가스의 대기 방출로 인한 상대적 지구 온난화 기여도를 평가하기 위한 지수이다. GWP는 주어진 기체에 대한 대기 수명의 효과를 나타내는 상이한 시간 수평선(time horizon)에 대해 계산할 수 있다. 100년 시간 수평선에 대한 GWP는 일반적으로 참조된 값이다.

오존 고갈 잠재성(ODP)은 문헌[참조: "The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, A report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project," section 1.4.4, pages 1.28 to 1.31 (본 단락의 첫번째 문장 참조)]에 정의되어 있다. ODP는 플루오로트리클로로메탄(CFC-11)에 대한 질량 기준에 대한 질량에서 화합물로부터 예측된 성층권에서의 오존 고갈의 정도를 나타낸다.

냉동 용량(종종 냉각 용량으로 언급됨)은 순환된 냉매의 단위 질량당 증발기 속의 냉매의 엔탈피의 변화를 정의하기 위한 용어이다. 용적 냉각 용량은 증발기를 빠져나오는 냉매 증기의 단위 용적당 증발기 속의 냉매에 의해 제거된 열의 양을 나타낸다. 냉동 용량은 냉각시키기 위한 냉매 또는 열 전달 조성물의 능력의 척도이다. 냉각 속도는 단위 시간당 증발기 속에서 냉매에 의해 제거된 열을 나타낸다.

성능 계수(COP)는 압축기를 작동시키기 위해 필요한 에너지로 나눈 증발기 속에서 제거된 열의 양이다. COP가 높아질수록, 에너지 효율이 더 높아진다. COP는 에너지 효율 비(EER), 즉 특정한 세트의 내부 및 외부 온도에서 냉동 또는 에어 컨티셔닝 장비를 위한 효율 등급과 직접 관련된다.

본원에 사용된 바와 같이, 열 전달 매질은 열을 열 공급원(예를 들면, 냉각되는 본체로부터의 것)으로부터 열 펌프 작동 유체 가열기(예를 들면, 증발기)로 또는 열 펌프 작동 유체 냉각기(예를 들면, 응축기 또는 초임계 작동 유체 냉각기)로부터 가열되는 본체로 운반하기 위해 사용된 조성물을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 작동 유체는 사이클에서 열을 전달하기 위한 기능을 하는 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함하며, 여기서 작동 유체는 반복 사이클에서 액체로부터 증기로의 및 다시 액체로의 상 변화를 수행한다.

차냉각(subcooling)은, 주어진 압력에 대하여 액체의 포화 점 미만의 액체의 온도의 감소이다. 포화 점은, 증기 조성물이 액체(버블 점으로도 언급됨)로 단지 완전히 응축되는 온도이다. 그러나, 차냉각은 액체를 주어진 압력에서 저온 액체로 계속해서 냉각시킨다. 차냉각 양은 포화 온도(도 단위) 미만에서의 냉각량 또는 이의 포화 온도의 얼마나 더 아래에서 액체 조성물이 냉각되는 지의 양이다.

과열은, 이의 포화 증기 온도(조성물이 냉각되는 경우, 액체의 첫 방울이 형성되는 온도, "이슬점"이라고도 함)의 얼마나 더 위에서 증기 조성물이 가열되는 지를 정의하는 용어이다.

온도 글라이드(종종 간단히 "글라이드"로 언급됨)는, 어떠한 차냉각 또는 과열을 배제한, 냉매 시스템의 성분 내의 냉매에 의한 상-변화 공정의 개시 온도와 종료 온도 사이의 차이의 절대값이다. 이 용어는 근처의 공비혼합물 또는 비-공비혼합물성 조성물의 응축 또는 증발을 기술하기 위해 사용될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, 열 교환기는, 열이 전달되는 열 펌프 장치의 부품이다. 열 교환기는 작동 유체 냉각기일 수 있으며, 여기서 열은 작동 유체로부터 안락한 가열 또는 가열되는 본체를 위한 열 전달 매질 또는 공기로 전달된다. 작동 유체가 냉각 동안에 응축을 수행하는 경우, 작동 유체 냉각기는 응축기이다. 열 교환기는 작동 유체 가열기일 수 있으며, 여기서 열은 작동 유체로 전달된다. 작동 유체가 가열 동안 증발되는 경우, 작동 유체 가열기는 증발기이다.

본원에서 사용된 바와 같은, 용어 "함유하다", "함유하는", "포함하다", "포함하는", "가지다", "가지는" 또는 이의 어떠한 다른 변형은 비-배타적 포함을 포괄하고자 하는 것이다. 예를 들면, 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 성분 목록을 포함하는 장치는 이러한 성분만으로 필수적으로 제한되는 것이 아니라 이러한, 조성물, 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 고유하거나 표현해서 나열하지 않은 기타 성분도 포함할 수 있다. 추가로, 반대로 표현하여 언급하지 않는 한, "또는"은 포괄적인 "또는"을 나타내고 배타적인 "또는"은 나타내지 않는다. 예를 들면, 조건 A 또는 B는 다음 중의 어느 하나에 의해 충족된다: A는 진실(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부재)이고, A는 거짓(또는 부재)이고 B는 진실(또는 존재)이며, A 및 B 둘 다는 진실(또는 존재)이다.

해석적 어구 "이루어진"은 명시되지 않은 어떠한 요소, 단계, 또는 성분도 배제한다. 특허청구범위에서 이러한 것은, 이와 함께 통상적으로 결합된 불순물을 제외하고는 인용된 것들 이외의 물질의 포함에 대하여 특허청구범위를 닫게 될 것이다. 어구 "이루어진"이 특허청구범위의 서문 바로 다음 보다는, 이의 본문의 절에 나타나는 경우, 이는 해당 절에 나타낸 요소만으로 한정하며; 다른 요소는 전체적으로 특허청구범위로부터 배제되지 않는다.

해석적 어구 "로 본질적으로 이루어진"은, 문헌적으로 기재된 것들 이외의 물질, 단계, 특징, 성분 또는 요소를 포함하는 조성물, 방법 또는 장치를 정의하기 위해 사용되며, 단 추가로 포함된 물질, 단계, 특징, 성분, 또는 요소가 특허청구된 발명의 기본적 또는 신규한 특성(들)에 실제로 물질적으로 영향을 미친다. 용어 "로 본질적으로 이루어진"은 "포함하는"과 "이루어진" 사이의 중간 근거를 차지한다.

본 출원인이 "포함하는"과 같은 개방형 용어로 본 발명 또는 이의 부분을 정의한 경우, 이는 (달리 언급하지 않는 한) 이러한 설명이 용어 "본질적으로 이루어진" 또는 "이루어진"을 사용하는 이러한 발명을 또한 기술하기 위해 해석되어야함을 용이하게 이해하여야 한다.

또한, 하나 ("a" 또는 "an")를 사용하여 본원에 기술된 요소 및 성분을 기술한다. 이는 단순히 편의상으로 및 본 발명의 영역의 일반적인 측면을 제공하기 위해 수행하는 것이다. 이러한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독되어야 하며 단수는 또한, 이것이 다른 것을 의미하는 것이 명백하지 않은 한 복수를 포함한다.

달리 정의하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 것들과 유사하거나 동일한 방법 및 물질은 본 발명의 구현예를 실시하거나 시험하는 데 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 물질은 하기한다. 본원에 언급된 모든 공보, 특허원, 특허, 및 다른 참조문헌은, 특별한 구절이 인용되지 않는 한, 이의 전문이 참조로 혼입된다. 충돌하는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 조절할 것이다. 또한, 물질, 방법 및 실시예는 단지 설명적이며 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

E-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 (또한 E-HFO-1336mzz 또는 트랜스-HFO-1336mzz로 공지되고 구조식 E-CF₃CH=CHCF₃을 가짐)은 , 본원에 참조로 혼입된, 미국 특허공개공보 제US2009/0012335 A1호에 기재된 바와 같이, 2,3-디클로로-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 하이드로데클로리네이션과 같은, 당해 분야에 공지된 방법으로 제조할 수 있다.

열 펌프 방법

본 발명에 따라서, 열 펌프 속에서 열을 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 열 교환기에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써, 냉각된 작동 유체를 생성함을 포함한다. 이 방법에서, 열 교환기는 작동 유체 냉각기 및 작동 유체 응축기로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

열 펌프 속에서 열을 생성하는 방법의 일 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이며, 여기서 열이 작동 유체로부터 추출되는 열 교환기(작동 유체 냉각기 또는 작동 유체 응축기)는 약 50℃ 초과의 온도에서 작동한다. 이 방법의 또 다른 구현예에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 열 교환기는 약 75℃ 초과의 온도에서 작동한다. 방법의 또 다른 구현예에서, 열이 작동 유체로부터 추출되는 열 교환기는 약 100℃ 초과의 온도에서 작동한다.

방법의 특정한 구현예에서, 열 교환기는 응축기이다. 따라서, 응축기 속에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 증기 작동 유체를 응축시킴으로써 액체 작동 유체를 생성함을 포함하는, 열 펌프 속에서의 열의 생성 방법이 제공된다. E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 증기 작동 유체가 응축되는 방법이 특히 중요하다. 이러한 통상적인 사이클에서, 작동 유체 압력은 전체 사이클 전반에 걸쳐서 작동 유체의 임계 압력 이하로 유지된다.

열을 생성하기 위한 본 발명의 방법의 특별한 유용성 중에는 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체가 있다. E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체가 중요하다. 또한, E-HFO-1336mzz로 이루어진 작동 유체가 중요하다.

추가로, 또 다른 구현예에서, 저 GWP 작동 유체가 바람직하다. GWP가, 본 발명의 방법에서 유용한 150 미만인, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체가 중요하다. 또한, 본 발명의 방법에서 유용한 500 미만의 GWP를 갖는, E-HFO-1336mzz를 함유하는 작동 유체가 중요하다. 또한, 본 발명의 방법에서 유용한 1000 미만의 GWP를 갖는, E-HFO-1336mzz를 함유하는 작동 유체가 중요하다. 또한, 본 발명의 방법에서 유용한 2000 미만의 GWP를 갖는, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체가 중요하다.

열을 생성하는 방법은 열 교환기를 통해 제1 열 전달 매질을 통과시킴으로써, 작동 유체로부터의 열의 추출이 제1 열 전달 매질을 가열하고, 가열된 제1 열 전달 매질을 열 교환기로부터 가열되는 본체로 통과시킴을 추가로 포함할 수 있다.

열 펌프 속에서 열을 생성하는 방법에서, 가열된 본체는 가열되는 수 있는 어떠한 공간, 대상, 공정 스트림 또는 유체일 수 있다. 일 구현예에서, 가열되는 본체는 실내, 건물, 또는 자동차의 객실일 수 있다. 대안적으로, 또 다른 구현예에서, 가열되는 본체는 2차 루프 유체, 열 전달 매질 또는 열 전달 유체일 수 있다.

일 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 물이고 가열되는 본체는 물이다. 또 다른 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 물이고 가열되는 본체는 공간 가열을 위한 공기이다. 또 다른 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 공업용 열 전달 액체이고 가열되는 본체는 화학적 공정 스트림이다. 또 다른 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 물이고 가열되는 본체는 건조 또는 탈습을 위한 공기이다.

열을 생성하기 위한 방법의 또 다른 구현예에서, 이 방법은 냉각된 작동 유체를 팽창시키고 팽창되고 냉각된 작동 유체를 가열기 속에서 가열함을 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 냉각된 작동 유체는 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력으로 팽창시키고, 가열기는 증발기이다. 따라서, 또 다른 구현예에서, 열을 생성하는 방법은 냉각된 작동 유체를 팽창시키고 작동 유체를 증발기 속에서 가열함으로써 작동 유체 증기를 생성함을 추가로 포함한다.

여전히 또 다른 구현예에서, 열을 생성하기 위한 방법은 작동 유체 증기를 동적(예를 들면, 축형 또는 원심분리형) 압축기 또는 양변위(예를 들면, 왕복형, 스크류(screw)형 또는 스크롤(scroll)형) 압축기 속에서 압축시킴을 추가로 포함한다. 압축 단계는 작동 유체 증기를 작동 유체의 임계 압력 미만 또는 초과로 압축시킬 수 있다. 압축 단계가 작동 유체를, 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력으로부터 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력으로 압축시키는 경우, 이후에 이러한 사이클은 초임계 사이클로 언급될 수 있다.

일 구현예에서, 가열은, 가열되는 제1 열 전달 매질을 열 교환기로 통과시킴으로써 제1 열 전달 매질을 가열함을 추가로 포함하는, 열 교환기를 포함하는 열 펌프 속에서 생성된다. 일 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 공기이고, 열 교환기로부터 가열되는 공간으로 통과시킨다. 또 다른 구현예에서, 제1 열 전달 매질은 공정 스트림의 일부이며, 열 교환기로부터 공정으로 다시 통과시킨다.

일부 구현예에서, 열 전달 매질은 물 또는 글리콜(예: 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)로부터 선택될 수 있다. 제2 열 전달 매질이 공간 냉각을 위한 공기와 같은 냉각되는 본체로부터 열을 추출하는 물인 구현예가 특히 중요하다.

또 다른 구현예에서, 열 전달 매질은 공업용 열 전달 액체일 수 있으며, 가열되는 본체는 화학적 공정 스트림이고, 이는 공정 라인, 및 증류 컬럼과 같은 공정 장비를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 열 전달 매질은 공업용 열 전달 액체일 수 있으며, 여기서 가열되는 본체는 화학 반응기, 건조기, 결정화기, 증발기, 보일러 및 액체 펌프와 같은 공정 장비를 포함하는 화학적 공정 스트림이다. 이온성 액체, 각종 염수, 예를 들면, 수성 염화칼슘 또는 염화나트륨, 글리콜, 예를 들면, 프로필렌 글리콜 또는 에틸렌 글리콜, 메탄올, 암모니아, 트리클로로에틸렌, d-리모넨, 메틸렌 클로라이드 및 다른 열 전달 매질, 예를 들면, 문헌[참조: the 2006 ASHRAE Handbook on Refrigeration]의 4단락에 나열된 것들을 포함하는 공업용 열 전달 액체가 중요하다.

이러한 방법의 일 구현예에서, 작동 유체는 가열된 작동 유체를 형성하기 위한 제2 열 전달 매질에 의해 작동 유체 가열기(또는 열 교환기) 속에서 가열된다. 제2 열 전달 매질은 따뜻한 액체, 예를 들면, 저온 열 공급원으로부터 작동 유체 가열기 속으로 운반되는 물이다. 따뜻한 제2 열 전달 매질은 작동 유체 가열기 속에서 냉각되며 저온 열 공급원으로 복귀되거나 건물과 같은 냉각되는 본체로 통과한다. 가열된 작동 유체는 이후에 압축기 속으로 압축되어 고압 작동 유체를 생성한다. 고압 작동 유체는 이후에, 가열되는 본체(열 싱크(heat sink))의 부근으로부터 발생한 냉각된 액체인, 제1 열 전달 매질에 의해 작동 유체 냉각기 속에서 냉각된다. 이 방법에서, 열 펌프를 또한 사용하여 가정용 또는 서비스용 물 또는 공정 스트림을 가열할 수 있다. 이러한 방법에서, 열 펌프를 또한 사용하여 구역 가열을 위한 물을 가열할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도를 갖는다. 여전히 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도를 갖는다. 여전히 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도를 갖는다.

열을 생성하기 위한 방법의 또 다른 구현예에서, 액체 작동 유체는, 제2 액체 열 전달 매질에 의해 가열됨으로써 증발되어 가열된 작동 유체 증기를 생성하는 증발기로 통과한다. 제2 액체 열 전달 매질은 작동 유체를 가열함으로써 냉각되며 증발기 밖에서 저온 열 공급원 또는 냉각되는 본체로 통과한다. 가열된 작동 유체 증기는 이후에 압축기 속에서 압축되어 고압 작동 유체 증기를 생성한다. 고압 작동 유체 증기는 이후에, 가열되는 본체(열 싱크)의 부근으로부터 발생한 냉각된 액체인, 제1 열 전달 매질에 의해 응축기 속에서 냉각되고 응축된다. 이 방법에서, 열 펌프를 또한 사용하여 가정용 또는 서비스용 물 또는 공정 스트림을 가열할 수 있다. 이러한 방법에서, 열 펌프를 또한 사용하여 구역 가열을 위한 물을 가열할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 50℃ 초과의 응축기 온도를 갖는다. 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도를 갖는다. 여전히 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 고온 열 펌프이어서, 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도를 갖는다.

열을 생성하는 방법의 일 구현예에서, 열 펌프는 동적 또는 양변위 압축기인 압축기를 포함한다. 동적 압축기는 축형 및 원심분리형 압축기를 포함한다. 양변위 압축기는 왕복형, 스크류형 및 스크롤형을 포함한다.

작동 유체 압력이 작동 유체 임계 압력을 초과하지 않는 상기한 통상적인 가열 사이클은 아-임계(sub-critical) 가열 사이클로 언급될 수 있다. 아-임계 가열 사이클 액체 작동 유체는 증발기(열 교환기 또는 작동 유체 가열기) 속에서 증발되며 응축기(상이한 열 교환기 또는 작동 유체 가열기) 속에서 응축됨으로써, 사이클 반복으로서 액체와 증기 작동 유체 사이에서 반복해서 전환시킨다.

초임계 가열 사이클에서, 사이클에서 사용된 작동 유체는, 증발기 또는 열 교환기 또는 작동 유체 가열기(아-임계 사이클의 증발기에 상응함) 속에서 증발시킴으로써 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력에서 열을 수용한다(또는 가열되는 것이라고 언급할 수 있다). 작동 유체 증기는 이후에 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력으로 압축시킨 다음 제2 열 교환기 또는 작동 유체 냉각기(아-임계 사이클에서의 응축기에 상응함)에서 농축시키지 않고 냉각시킴으로써 열을 방출하여 냉각된 작동 유체를 생성한다. 이러한 냉각된 작동 유체의 압력은 이의 임계 압력 미만으로 감소된다. 따라서, 작동 유체 압력은 사이클의 단지 일부(그러나 전체는 아님)에 대하여 이의 임계 압력을 초과한다.

초임계 가열 사이클은 전체 사이클 전반에 걸쳐 작동 유체의 임계 압력 초과의 압력에서 작동하며 다음 단계, 작동 유체 압축, 냉각, 팽창 및 가열을 포함한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 열이 적어도 2개의 캐스케이드 가열 단계들 사이에서 교환되는 열 펌프 속에서 열을 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 캐스케이드 가열 단계에서 선택된 저온에서 제1 작동 유체 내의 열을 흡수하고 이 열을 높은 작동 유체 온도에서 열을 배출하는 제2 캐스케이드 가열 단계의 제2 작동 유체로 전달함을 포함하며, 여기서 제2 작동 유체는 E-HFO-1336mzz를 포함한다. 다단계 열 펌프 시스템(또는 캐스케이드 열 펌프 시스템)은, 하나 이상의 사이클 또는 캐스케이드 단계를 통해 열을 단계적으로 상승시킴으로써 저온 열이 높은 수준으로 상승되도록 한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 고온 열 펌프를, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로 충전시킴을 포함하는 고온 열 펌프 장치에서 최대 실행가능한 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 작동 온도를 상승시키기 위한 방법이 제공된다. 고온 열 펌프는 안락한 가열용 열 펌프(예: 주택용 열 펌프)보다는 높은 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도에서 작동한다. 최대의 실행가능한 작동하는 작동 유체 냉각기(또는 응축기) 온도는 존재하는 장치의 특정한 제한뿐만 아니라 사용된 작동 유체의 특성(예를 들면, 유체 화학적 분해, 이성체화 또는 다른 화학적 변화의 속도가 허용할 수 없게 높아지는 온도; 유체 임계 온도; 유체 포화 압력 대 온도 곡선)에도 좌우된다.

열 펌프에서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물을 사용하여, 낮은 GWP (GWP= 32) 및 제로 ODP를 갖는, 보다 환경적으로 지속가능한 작동 유체를 제공한다.

일반적으로 이용가능한 대형 톤수 원심분리형 열 펌프 성분은 중요한 수정없이 약 2.18 MPa 이하의 최대 작동 압력을 수용할 수 있다. 따라서, 약 2.18 MPa 초과의 압력에 도달한 경우, 이는 장치가 고압을 처리하도록 변형될 필요가 있을 수 있다.

E-HFO-1336mzz는 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 약 118.1℃ 이하의 온도로 응축시킬 수 있다. 따라서, E-HFO-1336mzz는 일반적으로 이용가능한 대형의 원심분리형 열 펌프를 사용하여 실행가능한 압력(2.18 MPa 미만)에서 응축 온도를 118℃ 이상까지 가능하도록 할 수 있었다. 약 2.18 MPa의 응축기 압력을 초과하지 않고 E-HFO-1336mzz를 사용하여 성취할 수 있는 응축기 온도는, 따라서, CFC-114 (약 123℃의 최대 성취가능한 응축기 작동 온도를 갖는, 1,2-디클로로-1,1,2,2- 테트라플루오로에탄(GWP = 10,000)), 및 HFC-245fa (약 126℃의 최대 성취가능한 응축기 작동 온도를 갖는, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(GWP=1030))으로 성취할 수 있는 것과 비교가능하다.

또 다른 구현예에서, E-HFO-1336mzz를 사용하면 적합한 압축기를 사용하여 137.7℃의 이의 임계 온도에 의해 제한된 118℃ 초과의 온도가 가능하도록 할 수 있다.

본 발명에 따라서, 고온 열 펌프 유체를 위해 원래 설계된 시스템에서 고온 열 펌프 유체(예를 들면, CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a, CFC-12)를 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로 대체시킬 수 있다. 따라서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공하는 작동 유체를 위해 설계된 고온 열 펌프에서 CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12 작동 유체를 대체시키기 위한 방법이 제공된다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다. CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a, CFC-12 작동 유체를 대체시키는 방법의 일 구현예에서, 열 펌프는 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. 본 발명에 따라서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 갖는 HCFC-22를 위해 원래 설계된 시스템 속의 HCFC-22 (클로로디플루오로메탄)을 대체할 수 있다. 따라서, 일 구현예에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공하는 HCFC-22를 위해 설계된 고온 열 펌프 속에서 HCFC-22를 대체하기 위한 방법이 제공된다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다.

HCFC-22를 대체하는 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. HCFC-22를 대체하는 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. HCFC-22를 대체하는 방법의 여전히 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다.

또한, 본 발명에 따라서, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체를 대체하는 방법이 제공된다. 이 방법은 E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 방법은 E-HFO-1336mzz로 이루어진 대체 작동 유체를 제공함을 포함한다.

작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체를 대체하기 위한 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체를 대체하는 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 75℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다. HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체를 대체하는 방법의 또 다른 구현예에서, 열 펌프는 약 100℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프이다.

방법의 하나의 구현예에서, 대체되는 작동 유체는 HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12이고, 최대 실행가능한 응축 온도는 상기 대체된 작동 유체로 성취할 수 있는 것 초과로 증가시킬 수 있다. 일 구현예에서, HFC-236fa를 E-HFO-1336mzz로 대체시키면 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 105.5℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, HCFC-124를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 95.5℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, HFC-134a를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 71.2℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, HCFC-22를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 55℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, HFO-1234yf를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 73℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, E-HFO-1234ze를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 84℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, HFO-1243zf를 E-HFO-1336mzz로 대체시키는 것은 2.18 MPa의 응축 압력을 초과하지 않고 실행가능한 응축 온도를 약 79.8℃ 내지 약 118.1℃로 증가시킬 수 있다. CFC-114, HFC-245fa, HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12 작동 유체를 대체시키기 위한 방법의 일 구현예에서, 작동 유체를 사용하여 작동하도록 설계된 냉각기는 E-HFO-1336mzz 작동 유체와 작동하는 열 펌프로 전환될 수 있다.

HCFC-22를 대체시키기 위한 방법의 일 구현예에서, HCFC-22를 사용하여 작동하도록 설계된 냉각기는 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용하여 작동하는 열 펌프로 전환될 수 있다.

HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로탄화수소 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체를 대체시키기 위한 방법의 또 다른 구현예에서, 작동 유체를 사용하여 작동하도록 설계된 냉각기는 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용하여 작동하는 열 펌프로 전환될 수 있다. 일 구현예에서, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서 동시 가열 및 냉각을 제공하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하며; 여기서 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계는 열 접촉 상태에 있다.

본 발명에 따라서, 또한, 시스템을 열 펌프 시스템으로 전환시킬 목적으로 통상적인 냉각기 작동 유체(예를 들면, HFC-134a 또는 HFC-245fa를 사용하는 냉각기)를 사용하는 냉각기로서 원래 설계된 시스템에서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 통상적인 냉각기 작동 유체는 존재하는 냉각기 시스템에서 이러한 목적을 달성하기 위하여 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로 대체시킬 수 있다.

본 발명에 따라서, 시스템을 열 펌프 시스템으로 전환시킬 목적으로 HFO(예를 들면, HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze)를 함유하는 냉각기 작동 유체를 사용하는 냉각기로서 원래 설계된 시스템에서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용할 수 있다. 예를 들면, HFO를 포함하는 냉각기 작동 유체는 존재하는 냉각기 시스템에서 이러한 목적을 달성하기 위하여 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로 대체시킬 수 있다.

본 발명에 따라서, 시스템을 약 50℃ 이상의 응축기 온도를 갖는 고온 열 펌프 시스템으로 전환시킬 목적으로 통상적인 안락한 가열 열 펌프 작동 유체(예를 들면, HFC-134a 또는 HCFC-123 또는 HFC-245fa를 사용하는 열 펌프)를 사용하는 안락한 가열용(즉, 저온 또는 주택용) 열 펌프 시스템으로서 원래 설계된 시스템에서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 또한 사용할 수 있다. 예를 들면, 통상적인 안락한 가열 열 펌프 작동 유체를 이러한 목적을 달성하기 위하여 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용하여 존재하는 안락한 가열 열 펌프 시스템에서 대체할 수 있다.

E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물은 고온에서 가열하기 위한 요구사항을 충족하기 위한 저온에서 이용가능한 열을 상승시키기 위한 동적(예를 들면, 원심분리형) 또는 양변위(예를 들면, 스크류형 또는 스크롤형) 열 펌프의 설계 및 작동을 가능하게 할 수 있다. 이용가능한 저온 열은 증발기로 공급할 수 있으며 고온 열은 응축기에서 추출될 수 있다. 예를 들면, 폐열은, 85℃에서 작동하는, 응축기로부터의 열을 사용하여 물(예를 들면, 순환수식 공간 가열 또는 다른 서비스)을 가열하기 위해 사용될 수 있는 위치(예: 병원)에서 25℃에서 작동하는 열 펌프의 증발기에 공급되도록 이용할 수 있다.

일부 경우에, 열은 위에서 제안된 것보다 더 높은 온도에서 각종의 다른 공급원(예를 들면, 공정 스트림으로부터의 폐열, 지열 또는 태양 열)으로부터 이용가능할 수 있지만, 훨씬 더 높은 온도에서의 가열이 필요할 수 있다. 예를 들면, 폐열은 100℃에서 이용가능할 수 있지만 130℃에서의 가열은 산업적 적용에서 필요할 수 있다. 저온 열은, 130℃의 목적하는 온도로 상승되고 응축기에서 전달될 동적(예: 원심분리형) 또는 양변위 열 펌프의 작동 유체 가열기(예를 들면, 증발기)로 공급될 수 있었다.

열 펌프 장치

본 발명의 일 구현예에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 포함하는 고온 열 펌프 장치가 제공된다. 또한, 작동 유체가 E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 구현예가 중요하다.

열 펌프는 가열 및/또는 냉각을 생성하기 위한 장치의 한 가지 유형이다. 열 펌프는 작동 유체 가열기(예를 들면, 증발기), 압축기, 작동 유체 냉각기(예: 응축기), 및 팽창 장치를 포함한다. 작동 유체는 반복 사이클에서 이러한 성분을 통해 순환한다. 가열은 작동 유체 냉각기(예를 들면, 응축기)에서 생성될 수 있으며, 여기서 에너지(열의 형태)는 냉각되어 냉각된 작동 유체를 형성함에 따라 작동 유체로부터 추출된다. 냉각은 작동 유체 가열기(예: 증발기)에서 생성될 수 있는데, 여기서 에너지는 흡수되어 작동 유체를 가열(및 대부분 증발)시켜서 가열된 작동 유체(대부분 작동 유체 증기)를 형성한다. 작동 유체가 응축되고 증발되는 구현예는 아-임계 사이클로서 언급될 수 있으며 이러한 아-임계 사이클의 위해 사용된 장치는 상기한 바와 같은 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 장치를 포함한다.

초임계 가열 사이클에서, 사이클에서 사용된 작동 유체 액체는 증발기에서 열을 접수하고 작동 유체의 임계 압력 미만의 압력에서 증발한다. 이후에, 가열된 작동 유체 증기는 이의 임계 압력 초과의 압력으로 압축된다. 작동 유체는 이후에 이의 임계 압력 초과에서 유체로서 작동 유체 냉각기로 공급되고 이는 냉각되어(응축 없이) 냉각된 작동 유체를 생성한다. 냉각된 작동 유체가 냉각기를 빠져나온 후에, 이의 압력은 이의 임계 압력 미만의 압력으로 강하된다. 초임계 사이클에서의 작동 유체는, 따라서, 사이클의 부분을 위한 이의 임계 압력보다 큰 압력에서 및 사이클의 또 다른 부분을 위한 이의 임계 압력보다 낮은 압력에서 존재한다.

초임계 가열 사이클에서, 사이클에서 사용된 작동 유체는 작동 유체의 임계 압력보다 높은 압력에서 가열기 속의 열을 접수한다. 작동 유체는 이후에 훨씬 더 높은 압력으로 압축되고 냉각기에서 냉각되어 열을 방출한다. 이후에, 작동 유체의 압력은 가열기 압력으로 강하되며, 이에 따라 작동 유체 압력은 작동 유체 임계 압력보다 높게 유지된다. 따라서, 작동 유체의 압력은 초-임계 사이클 전반에 걸쳐서 이의 임계 압력보다 더 높게 유지된다.

열 펌프는, 일 구현예가 도 1에 나타내어진 만액식 증발기, 또는 일 구현예가 도 2에 나타내어진 직접 팽창 증발기를 포함할 수 있다.

열 펌프는 양변위 압축기 또는 동적 압축기를 이용할 수 있다. 양변위 압축기는 왕복형, 스크류형 및 스크롤형 압축기를 포함한다. 스크류형 압축기를 사용하는 열 펌프가 중요하다. 동적 압축기는 축형 및 원심분리형 압축기를 포함한다. 원심분리형 압축기를 사용하는 열 펌프가 또한 중요하다.

주택용 열 펌프를 사용하여 주택 또는 가정(단독주택 또는 다가구 주택을 포함)을 가온시키기 위해 가열된 공기를 생성하며, 약 30℃ 내지 약 50℃의 최대 응축기 작동 온도를 생성한다.

공기, 물, 산업 공정의 또 다른 열 전달 매질 또는 일부 부분, 예를 들면, 1종의 장치, 저장 영역 또는 공정 스트림을 가열하기 위해 사용될 수 있는 고온 열 펌프가 중요하다. 이러한 고온 열 펌프는 약 50℃ 초과의 온도에서 작동하는 최대 작동 유체 냉각기(예를 들면, 응축기)를 생성할 수 있다. 고온 열 펌프에서 달성할 수 있는 최대 작동 유체 냉각기(예를 들면, 응축기) 작동 온도는 사용된 작동 유체에 좌우될 것이다. 이러한 최대 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 작동 온도는 작동 유체의 정상 가열 특성 및 또한 가열 펌프의 압축기가 증기 작동 유체 압력을 상승시킬 수 있는 압력에 의해 제한된다. 이러한 최대 허용된 작동 압력은 또한 열 펌프에서 사용된 작동 유체와 관련된다.

적어도 약 80℃의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도에서 작동하는 고온 열 펌프가 특히 가치가 있다. E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물은, 현재 사용시 많은 작동 유체로 접근가능한 것들과 비교가능하거나 이보다 높은 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도에서 작동된, 원심분리형 열 펌프의 설계 및 작동을 가능하게 한다. 약 118 ℃ 이하의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도에서 작동된 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용하는 구현예가 중요하다. 약 137 ℃ 이하의 작동 유체 냉각기(예: 응축기) 온도에서 작동된 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 사용하는 구현예가 또한 중요하다. 가열 및 냉각을 동시에 생성하기 위해 사용되는 열 펌프가 또한 중요하다. 예를 들면, 단일 열 펌프 유닛(unit)은 가정용으로 사용하기 위한 열 수를 생성할 수 있고 또한 여름에 안락한 에어 컨디셔닝을 위한 냉각을 생성할 수 있다.

만액식 증발기 및 직접 팽창 둘 다를 포함하는 열 펌프는, 호텔, 사무실 건물, 병원, 대학 등을 포함하는, 주택용(단독주택 또는 다가구) 및 대형 상업 건물에 안락한 에어 컨디셔닝(공기의 냉각 및 제습) 및/또는 열을 제공하기 위한 공기 취급 및 분배 시스템과 결합될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 고온 열 펌프를 사용하여 물을 가열할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 고온 열 펌프를 사용하여 다가구 주택 건물(예: 고층 아파트 건물)을 가열할 수 있다.

얼마나 높은 온도의 열 펌프가 작동하는 지를 설명하기 위하여, 도면을 참조한다. 만액식 증발기형 가열 펌프는 도 1에 나타낸다. 이러한 열 펌프에서, 물, 및 일부 구현예에서, 첨가제, 또는 다른 열 전달 매질, 예를 들면, 글리콜(예: 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)을 포함하는, 따뜻한 액체인, 제2 열 전달 매질이, 입구 및 출구를 갖는, 증발기(6)에서, 튜브 번들 또는 코일(9)을 통해, 화살표(3)으로 들어가는 것으로 나타낸, 냉각 탑으로 유동되는 냉각기 공장의 응축기로부터의 건물 공기 처리 시스템 또는 가온 수와 같은 저온 공급원으로부터의 열을 운반하는 열 펌프로 들어간다. 따뜻한 제2 열 전달 매질은 증발기로 전달되며, 여기서 이는 증발기의 하부에 나타낸 액체 작동 유체에 의해 냉각된다. 액체 작동 유체는 튜브 번들 또는 코일(9)을 통해 유동하는 따뜻한 제2 열 전달 매질보다 더 낮은 온도에서 증발한다. 냉각된 제2 열 전달 매질은, 튜브 번들 또는 코일(9)의 복귀 부분을 통해, 화살표(4)로 나타낸 바와 같은 저온 열 공급원으로 다시 재순환시킨다. 도 1에서 증발기(6)의 하부 부분에 나타낸, 액체 작동 유체는, 증발하며, 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시키는, 압축기(7)로 들어간다. 압축기는 이러한 작동 유체 증기를 압축시켜서 이는 증발기를 빠져나오는 경우 작동 유체 증기의 압력 및 온도보다 더 높은 압력 및 온도에서 응축기(5)에서 응축될 수 있도록 한다. 도 1에서 화살표(1)에서 가정용 또는 서비스 물 가열기 또는 순환수식 가열 시스템과 같은, 제1 열 전달 매질이, 고온 열이 제공되는 위치("열 싱크")로부터 응축기(5) 속의 튜브 번들 또는 코일(10)을 통해 응축기로 들어간다. 제1 열 전달 매질은 공정에서 가온되며, 화살표(2) 및 튜브 번들 또는 코일(10)의 복귀 루프(return loop)를 통해 열 싱크로 복귀된다. 이러한 제1 열 전달 매질은 응축기에서 작동 유체 증기를 냉각시키고 증기가 액체 작동 유체로 응축되어 도 1에 나타낸 바와 같은 응축기의 하부 부분에 액체 작동 유체가 존재하도록 한다. 응축기 속의 응축된 액체 작동 유체는 오리피스(orifice)일 수 있는 팽창 장치(8), 모세관 또는 팽창 밸브를 통해 증발기로 다시 유동한다. 팽창 장치(8)는 액체 작동 유체의 압력을 강하시키며, 액체 작동 유체를 증기로 부분적으로 전환시키는 데, 즉 액체 작동 유체는 응축기와 증발기 사이의 압력 강하로서 플래슁(flashing)된다. 플래슁은 작동 유체, 즉 증발기 압력에서 포화 온도에 대한 액체 작동 유체 및 작동 유체 증기 둘 다를 냉각시켜서, 액체 작동 유체 및 작동 유체 증기 둘 다가 증발기 속에 존재하도록 한다.

상기한 도 1의 설명은 아-임계 열 펌프 사이클에 관한 것이지만, 사이클이 초임계 열 펌프 사이클(trans-critical heat pump cycle) 또는 초임계 열 펌프 사이클(super-critical heat pump cycle)인 구현예는 본 발명의 영역 내에 속하는 것으로 의도된다. 초임계 사이클에서, 응축기는 작동 유체 냉각기로 대체될 수 있으며, 작동 유체는 응축 없이 냉각기에서 냉각될 수 있다. 초임계 사이클에서, 응축기는 작동 유체 냉각기로 대체될 수 있으며, 작동 유체는 응축 없이 냉각기에서 냉각될 수 있으며; 또한 증발기는 작동 유체 가열기로 대체될 수 있으며 작동 유체는 증발 없이 가열기에서 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 작동 유체 증기는 압축되어 초임계 상태로 압축되며 도 1에서 용기(5)는, 작동 유체 증기가 응축없이 액체 상태로 냉각되는 기체 냉각기를 나타낸다.

일부 구현예에서, 도 1에 도시된 장치에서 사용된 제2 열 전달 매질은, 에어 컨디셔닝이 제공되는 건물로부터 또는 냉각되는 일부 다른 본체로부터 복귀되는 냉각된 물이다. 열은 증발기(6)에서 복귀하는 제2 열 전달 매질로부터 추출되며 냉각된 제2 열 전달 매질은 냉각되는 건물 또는 다른 본체로 다시 공급된다. 이러한 구현예에서, 도 1에 도시된 장치는 냉각되는 본체에 냉각을 제공하는 제2 열 전달 매질(예를 들면, 건물 공기)을 동시에 냉각시키고, 가열되는 본체에 열을 제공하는 제1 열 전달 매질(예를 들면, 가정용 또는 서비스용 물 또는 공정 스트림)을 가열하는 기능을 한다.

도 1에 도시된 장치는 태양열, 지열 및 폐열을 포함하는 매우 다양한 열 공급원으로부터 증발기(6)에서 열을 추출할 수 있고 열을 응축기(5)로부터 광범위한 열 싱크로 공급할 수 있음이 이해된다.

단일 성분 작동 유체 조성물에 있어서, 증발기 및 응축기 속의 증기 작동 유체의 조성은 증발기 및 응축기 속의 액체 작동 유체의 조성물과 동일하다는 것을 주목해야 한다. 이 경우, 증발 및 응축은 일정한 온도에서 발생할 것이다.

직접 팽창 열 펌프의 일 구현예가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 열 펌프에서, 온수와 같은 따뜻한 액체인, 액체 제2 열 전달 매질이 입구(14)에서 증발기(6')로 공급된다. 대부분의 액체 작동 유체(소량의 작동 유체 증기 함유)는 화살표(3')에서 증발기 속의 코일(9')로 공급되고 증발된다. 결과적으로, 액체 제2 열 전달 매질은 증발기 속에서 냉각되고, 냉각된 액체 제2 열 전달 매질은 출구(16)에서 증발기를 빠져나가며, 저온 열 공급원(예를 들면, 냉각 탑으로 유동되는 온수)으로 보내진다. 작동 유체 증기는 화살표(4')에서 증발기를 빠져나가고 압축기(7')로 보내지며, 여기서 이는 압축되고 고온, 고압 작동 유체 증기로서 빠져나간다. 이러한 작동 유체 증기는 응축기 코일 또는 튜브 번들(10')을 통해 (1')에서 응축기(5')로 공급된다. 작동 유체 증기는 응축기 속에서 물과 같은 액체 제1 열 전달 매질에 의해 냉각되고 액체가 된다. 액체 제1 열 전달 매질은 응축기 열 전달 매질 입구(20)를 통해 응축기로 공급된다. 액체 제1 열 전달 매질은 응축되는 작동 유체 증기로부터 열을 추출하며, 이는 액체 작동 유체가 되고, 이는 응축기 속에서 액체 제1 열 전달 매질을 가온시킨다. 액체 제1 열 전달 매질은 응축기 열 전달 매질 출구(18)를 통해 응축기로부터 빠져나온다. 응축된 작동 유체는 도 2에 나타낸 바와 같이 하부 코일 또는 튜브 번들(10')을 통해 응축기를 빠져나오고, 오리피스, 모세관 또는 팽창 밸브일 수 있는 팽창 장치(12)를 통해 유동한다. 팽창 장치(12)는 액체 작동 유체의 압력을 강하시킨다. 팽창의 결과로 생성된 소량의 증기는 코일(9')을 통해 액체 작동 유체와 함께 증발기로 공급되며 이 사이클은 반복된다.

일부 구현예에서, 작동 유체 증기는 초임계 상태로 압축되고 도 2에서 용기(5')는 기체 냉각기를 나타내며, 여기서 작동 유체 증기는 응축없이 액체 상태로 냉각된다.

일부 구현예에서, 도 2에 도시된 장치에서 사용된 제2 열 전달 매질은, 에어 컨디셔닝이 제공되는 건물로부터 또는 냉각되는 일부 다른 본체로부터 복귀되는 냉각된 물이다. 열은 증발기(6')에서 복귀하는 제2 열 전달 매질로부터 추출되며 냉각된 제2 열 전달 매질은 상기 건물 또는 냉각되는 다른 본체로 다시 공급된다. 이러한 구현예에서, 도 2에 도시된 장치는 냉각되는 본체로 냉각을 제공하는 제2 열 전달 매질(예: 건물 공기)을 동시에 냉각시키고 가열되는 본체로 열을 제공하는 제1 열 전달 매질(예: 가정용 또는 서비스용 수 또는 공정 스트림)을 가열하는 기능을 한다.

도 2에 도시된 장치는 태양열, 지열 및 폐열을 포함하는 매우 광범위한 열 공급원으로부터 증발기(6')에서 열을 추출하고 열을 응축기(5')로부터 광범위한 열 싱크로 공급할 수 있음이 이해된다.

본 발명에서 유용한 압축기는 동적 압축기를 포함한다. 동적 압축기의 예로서 원심분리형 압축기가 중요하다. 원심분리형 압축기는 작동 유체를 방사상으로 가속시키는 회전 요소를 사용하며, 전형적으로 케이싱(casing) 속에 제공된 임펠러(impeller) 및 확산기를 포함한다. 원심분리형 압축기는 대개 임펠러 아이(impeller eye), 또는 회전 임펠러의 중앙 입구에서 작동 유체를 취하고, 이를 방사상으로 바깥쪽으로 가속시킨다. 일부 정지 압력 상승이 임펠러 구역에서 발생하지만, 대부분의 압력 상승은 확산기 구역에서 발생하며, 여기서 속도는 압력으로 전환된다. 각각의 임펠러-확산기 설정은 압축기 단계이다. 원심분리형 압축기는, 목적하는 최종 압력 및 처리되는 냉매의 용적에 따라, 1 내지 12개 이상의 압축기 단계로 제조된다.

압축기의 압력 비, 압축 비는 절대 입구 압력에 대한 절대 배출 압력의 비이다. 원심분리형 압축기에 의해 전달된 압력은 비교적 광범위한 용량에 걸쳐서 실질적으로 일정하다. 원심분리형 압축기가 발생할 수 있는 압력은 임펠러의 선단 속도(tip speed)에 좌우된다. 선단 속도는 이의 선단에서 측정한 임펠러의 속도이며 임펠러의 직경 및 분당 이의 회전수와 관련된다. 특정한 적용에서 필요한 선단 속도는, 증발기로부터 응축기 조건으로 작동 유체의 열역학적 상태를 상승시키기 위해 필요한 압축기 작업에 좌우된다. 원심분리형 압축기의 용적 유동 용량은 임펠러를 통한 통로의 크기로 측정된다. 이는 압축기의 크기를 필요한 용적 유동 용량보다 필요한 압력에 더 좌우된다.

또한, 동적 압축기의 예로서 축형 압축기가 중요하다. 유체가 축방향으로 공급되고 떠나는 압축기는 축형 유동 압축기라고 부른다. 축형 압축기는, 작동 유체가 회전 축에 평행하게 주로 유동하는 회전하는, 에어포일(airfoil)- 또는 블레이드-계 압축기이다. 이는, 작동 유체가 축방향으로 공급되지만 배출시 상당한 방사상 성분을 갖게 될 원심분리형 또는 혼합-유동 압축기와 같은 다른 회전 압축기와 대조적이다. 축형 유동 압축기는 압축된 기체의 연속 유동을 생성하며, 특히 이들의 횡단면과 관련하여, 고 효율 및 큰 질량 유동 용적의 이점을 갖는다. 이들은, 그러나, 실제로 큰 압력 상승을 달성하기 위해 수개의 열의 에어포일을 필요로 하여, 이들이 다른 설계에 비하여 복잡하고 고가이도록 한다.

본 발명에서 유용한 압축기는 또한 양변위 압축기를 포함한다. 양변위 압축기는 증기를 체임버(chamber) 속으로 끌어들이고, 체임버는 용적을 감소시켜서 증기를 압축시킨다. 압축된 후에, 증기는 체임버의 용적을 제로 또는 거의 제로로 추가로 감소시킴으로써 체임버로부터 강제로 진행하도록 한다.

양변위 압축기의 예로서 왕복형 압축기가 중요하다. 왕복형 압축기는 크랭크축에 의해 구동된 피스톤을 이용한다. 이들은 정지형 또는 휴대형일 수 있고, 단일 단계 또는 다단계일 수 있으며, 전기 모터 또는 내연기관에 의해 구동될 수 있다. 5 내지 30 hp의 작은 왕복형 압축기가 자동차 제품에서 발견되며 전형적으로 간헐적 기관의 효율(intermittent duty)을 위한 것이다. 100 hp 이하의 대형의 왕복형 압축기는 대형 산업용 적용에서 발견된다. 배출 압력은 저압 내지 매우 고압(5000 psi 또는 35 MPa 초과)의 범위일 수 있다.

또한, 양변위 압축기의 예로서 스크류형 압축기가 중요하다. 스크류형 압축기는, 기체를 보다 작은 공간으로 진행시키기 위해 2개의 메쉬화된 회전 양변위 나선형 스크류를 이용한다. 스크류형 압축기는 대개 통상적인 및 공업적 적용에서 연속 작동을 위한 것이며 정지형 또는 휴대형 중의 어느 하나일 수 있다. 이들의 적용은 5 hp (3.7 kW) 내지 500 hp (375 kW) 초과 및 저압 내지 매우 고압(1200 psi 또는 8.3 MPa 초과)일 수 있다.

또한, 양변위 압축기의 예로서 스크롤형 압축기가 중요한다. 스크롤형 압축기는 스크류형 압축기와 유사하며 2개의 교차배치된 나선형 스크롤을 포함하여 기체를 압축한다. 출력은 회전 스크류형 압축기의 것보다 더 펄스화된다.

일 구현예에서, 열 펌프 장치는 하나 이상의 가열 회로(또는 루프 또는 단계)를 포함할 수 있다. 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz로 작동된 열 펌프의 성능(가열 및 용적 가열 용량을 위한 성능 계수)은, 작동 유체 가열기가 적용에 의해 요구된 작동 유체 냉각기 온도에 접근하는 온도에서 작동하는 경우 급격하게 개선된다.

열이, 가열이 필요한 온도에 비교적 근접한 온도(예를 들면, 약 50℃ 이내)에서 이용가능한 경우, E-HFO-1336mzz로 작동하는 단일 단계(또는 단일 루프) 열 펌프가 바람직할 수 있다. 예를 들면, 공정 또는 저등급 지열 공급원으로부터 75℃에서 가열하면 E-HFO-1336mzz로 작동하는 단일 단계 열 펌프로 상승되어 118℃에서 가열 요구를 충족할 수 있다.

이용가능한 열이, 가열이 필요한 온도(예를 들면, 50℃ 이상) 보다 실질적으로 더 낮은 온도에 있는 경우, 상부 캐스케이드 단계에서 E-HFO-1336mzz를 사용하는 캐스케이드 구조에서 2개 이상의 단계를 갖는 열 펌프가 바람직할 수 있다. 저온 캐스케이드 단계(또는 사이클)는 NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소(예를 들면, 프로판, n-부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄 등), 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 포함할 수 있다. 저온 캐스케이드 단계(들)를 위한 바람직한 작동 유체는 이용가능한 열 공급원의 온도에 좌우될 수 있다. 저온 열 공급원(예를 들면, 주변의 겨울 공기)의 경우, 낮은 비점(또는 동일하게 높은 증기압)을 갖는 작동 유체, 예를 들면, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a 및 이들의 블렌드가 유리할 수 있다. 예를 들면, -10℃에서의 주변 겨울 공기로부터의 열을 상승시켜 HFC-32, CO₂, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze 및 HFC-32의 블렌드, HFO-1234yf 및 HFC-134a의 비-가연성 공비혼합물성 블렌드, 또는 E-HFO-1234ze 및 HFC-134의 비-가연성 공비혼합물성 블렌드로부터 선택된 작동 유체를 상부 캐스케이드 단계 및 하부 캐스케이드 단계에서 E-HFO-1336mzz로 2단계 캐스케이드 열 펌프를 사용하여 가정용 또는 기타 서비스용을 위한 65 내지 85℃에서 가열 수를 생성시킬 수 있다. 하부 캐스케이드 단계(들)을 위한 다른 가능한 작동 유체는 HFO-1234ye (1,2,3,3-테트라플루오로프로펜, E- 또는 Z-이성체), HFO-1243zf (3,3,3-트리플루오로프로펜), HFC-125 (펜타플루오로에탄), HFC-143a (1,1,1-트리플루오로에탄), HFC-152a (1,1-디플루오로에탄), HFC-227ea (1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로펜) 및 이들의 블렌드, 예를 들면, HFO-1234yf/HFC-32, HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125, HFO-1234yf/HFC-134a, HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-32, HFO-1234yf/HFC-134, HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-134, HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/HFC-134a, E-HFO-1234ze/HFC-134a, E-HFO-1234ze/HFC-134, E-HFO-1234ze/HFC-134a/HFC-134, E-HFO-1234ze/HFC-227ea, E-HFO-1234ze/HFC-134/HFC-227ea, E-HFO-1234ze/HFC-134/HFC-134a/HFC-227ea, HFO-1234yf/E-HFO-1234ze/HFC-134/HFC-134a/HFC-227ea, HFO-1234yf/HFC-32/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-134a/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-32/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-134/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-134a/HFC-134/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-32/HFC-125/HFC-134a/E-HFO-1234ze, HFO-1234yf/HFC-32/HFC-152a/E-HFO-1234ze 등을 포함할 수 있다. 캐스케이드 사이클의 저온 회로(또는 저온 루프 또는 캐스케이드 단계)는 증발기에서 이용가능한 저온 열을 접수하고, 접수된 열을 필요한 가열 기관의 효율의 고온 및 이용가능한 저온 열의 온도 사이의 중간의 온도로 상승시키고 열을 캐스케이드 열 교환기에서 캐스케이드 시스템의 높은 단계 또는 고온 회로(또는 고온 루프)로 전달한다. 이후에, E-HFO-1336mzz로 작동된, 고온 회로는 캐스케이드 열 교환기에서 접수한 열을 의도한 가열 기관의 효율을 충족하기 위한 필요한 작동 유체 냉각기 온도로 추가로 상승시킨다. 캐스케이드 개념은 열을 넓은 온도 범위에 걸쳐 상승시키고 성능을 최적화하기 위하여 상이한 온도 부-범위에 걸쳐 상이한 유체를 이용하는 3개 이상의 회로를 갖는 구조로 확장될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라, 캐스케이드 가열 시스템으로서 배열된 적어도 2개의 가열 단계를 갖는 열 펌프 장치가 제공되며, 각각의 단계는 그것을 통해 작동 유체를 순환시키며, 여기서 열은 선행 단계로부터 최종 단계로 전달되며, 여기서 최종 단계의 작동 유체는 E-HFO-1336mzz를 포함한다. 적어도 2개의 가열 단계를 갖는 열 펌프 장치의 또 다른 구현예에서, 최종 단계의 작동 유체는 E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진다. 적어도 2개의 가열 단계를 갖는 열 펌프 장치의 또 다른 구현예에서, 최종 단계의 작동 유체는 E-HFO-1336mzz로 이루어진다.

일 구현예에서, 상기한 바와 같은 작동 유체로 작동하는 2단계 캐스케이드 열 펌프의 하부 캐스케이드 단계(또는 저온 루프)는 냉각을 제공할 수 있었지만 E-HFO-1336mzz로 작동하는 고급 단계는 가열을 동시에 제공할 수 있었다. 따라서, NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각을 제공하는 방법이 제공된다.

일 구현예에서, 상기한 바와 같은 작동 유체로 작동하는 2단계 캐스케이드 열 펌프의 하부 캐스케이드 단계(또는 저온 루프)는 냉각을 제공할 수 있었지만 E-HFO-1336mzz로 작동하는 고급 단계는 가열을 동시에 제공할 수 있었다. 따라서, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각을 제공하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따라서, 각각의 루프를 통해 작동 유체를 순환시키기 위한 적어도 2개의 가열 루프를 갖는 캐스케이드 열 펌프 시스템이 제공된다. 이러한 캐스케이드 시스템의 일 구현예는 일반적으로 도 3에서 (110)에 나타낸다. 본 발명의 캐스케이드 열 펌프 시스템은, 저온 루프인, 도 3에 나타낸 바와 같은 제1, 또는 하부 루프(112), 및 고온 루프(114)인, 도 3에 나타낸 바와 같은 제2, 또는 상부 루프(114)를 포함하는, 적어도 2개의 가열 루프를 갖는다. 각각은 그것을 통해서 작동 유체를 순환시킨다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 캐스케이드 열 펌프 시스템은 제1 팽창 장치(116)를 포함한다. 제1 팽창 장치는 입구(116a) 및 출구(116b)를 포함한다. 제1 팽창 장치는, 제1 또는 저온 루프를 통해 순환하는 제1 작동 유체 액체의 압력 및 온도를 강하시킨다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 증발기(118)를 포함한다. 증발기는 입구(118a) 및 출구(118b)를 갖는다. 제1 팽창 장치로부터의 제1 작동 유체 액체는 증발기 입구를 통해 증발기로 공급되며 증발기에서 증발되어 제1 작동 유체 증기를 형성한다. 제1 작동 유체 증기는 이후에 증발기의 출구로 순환된다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 제1 압축기(120)를 포함한다. 제1 압축기는 입구(120a) 및 출구(120b)를 갖는다. 증발기로부터의 제1 작동 유체 증기는 제1 압축기의 입구로 순환되고 압축됨으로써, 제1 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 압축된 제1 작동 유체 증기는 이후에 제1 압축기의 출구로 순환된다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 캐스케이드 열 교환기 시스템(122)를 포함한다. 캐스케이드 열 교환기는 제1 입구(122a) 및 제1 출구(122b)를 갖는다. 제1 압축기로부터의 제1 작동 유체 증기는 열 교환기의 제1 입구로 공급되며 캐스케이드 열 교환기 내에서 응축되어 제1 작동 유체 액체를 형성함으로써 열을 배출한다. 제1 작동 유체 액체는 이후에 캐스케이드 열 교환기의 제1 출구로 순환한다. 캐스케이드 열 교환기는 또한 제2 입구(122c) 및 제2 출구(122d)를 포함한다. 제2 작동 유체 액체는 캐스케이드 열 교환기의 제2 입구로부터 제2 출구로 순환하며 증발하여 제2 작동 유체 증기를 형성함으로써, 제1 작동 유체에 의해 배출된 열을 흡수한다(응축됨에 따라). 제2 작동 유체 증기는 이후에 캐스케이드 열 교환기의 제2 출구로 순환한다. 따라서, 도 3의 구현예에서, 제1 작동 유체에 의해 배출된 열은 제2 작동 유체에 의해 직접 흡수된다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 제2 압축기(124)를 포함한다. 제2 압축기는 입구(124a) 및 출구(124b)를 갖는다. 캐스케이드 열 교환기로부터의 제2 작동 유체 증기는 입구를 통해 압축기 내로 들어가고 압축됨으로써, 제2 작동 유체 증기의 압력 및 온도를 증가시킨다. 제2 작동 유체 증기는 이후에 제2 압축기의 출구로 순환한다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 입구(126a) 및 출구(126b)를 갖는 응축기(126)를 포함한다. 제2 압축기로부터의 제2 작동 유체는 입구로부터 순환하며 응축기 속에서 응축되어 제2 작동 유체 액체를 형성함으로써, 열을 생성한다. 제2 작동 유체 액체는 출구를 통해 응축기로 빠져나간다.

도 3에 나타낸 캐스케이드 열 펌프 시스템은 또한 입구(128a) 및 출구(128b)를 갖는 제2 팽창 장치(128)를 포함한다. 제2 작동 유체 액체는 제2 팽창 장치를 통해 통과하며, 이는 응축기를 빠져나가는 제2 작동 유체 액체의 압력 및 온도를 강하시킨다. 이러한 액체는 이러한 팽창 동안에 부분적으로 증발될 수 있다. 강하된 압력 및 온도의 제2 작동 유체 액체는 팽창 장치로부터의 캐스케이드 열 교환기 시스템의 제2 입구로 순환한다.

더욱이, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체가 이의 임계 온도보다 더 높은 온도에서 화학적으로 안정한 경우, 이후에 이들 작동 유체는, 열이 초임계 상태에서 작동 유체에 의해 배출되고 일정한 온도 범위(E-HFO-1336mzz의 임계 온도보다 높은 온도 포함)에 걸쳐 사용에 이용할 수 있도록 한 초임계 및/또는 초임계 사이클에 따라 작동된 열 펌프의 설계가 가능하도록 한다. 초임계 유체는 등온 응축 전이를 통해 통과하지 않고 액체 상태로 냉각된다.

고온 응축기 작동(고온 상승 및 고 압축기 배출 온도와 결합됨)에 있어서, 높은 열 안정성(가능하게는 오일 냉각 또는 다른 이동 접근법와 함께)을 갖는 작동 유체(예: E-HFO-1336mzz) 및 윤활제의 제형이 유리할 수 있었다.

고온 응축기 작동(고온 상승 및 고 압축기 배출 온도와 결합됨)에 있어서, 윤활제의 사용을 필요로 하지 않는 자기 원심분리형 압축기(예: Danfoss-Turbocor 유형)를 사용하는 것이 유리할 수 있었다.

고온 응축기 작동(고온 상승 및 고 압축기 배출 온도와 결합됨)에 있어서, 높은 열 안정성을 갖는 압축기 물질(예: 축 밀봉물 등)을 사용하는 것이 필요할 수 있다.

E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물이 분자 체(molecular sieve)와 조합하여 열 펌프 장치에 사용되어 수분의 제거시 도움을 줄 수 있다. 건조제는 활성화된 알루미나, 실리카 겔, 또는 제올라이트-계 분자 체(zeolite-based molecular sieve)로 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 분자 체는 대략 3 옹스트롱, 4 옹스트롱, 또는 5 옹스트롱의 기공 크기(pore size)를 사용하는 것이 가장 유용하다. 대표적인 분자 체는 MOLSIV XH-7, XH-6, XH-9 및 XH-11 (제조원: 일리노이주 데스 플레인즈(Des Plaines) 소재의 UOP LLC)을 포함한다.

열 펌프 조성물

고온 열 펌프에서 사용하기 위한 조성물이 제공된다. 이 조성물은 (i) E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체; 및 (ii) 50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하기 위한 안정화제, 또는 (iii) 50℃ 이상에서 사용하기에 적합한 윤활제, 또는 (ii) 및 (iii) 둘 다를 포함한다. 작동 유체 성분이 E-HFO-1336mzz로 이루어진 조성물이 중요하다.

E-HFO-1336mzz를 포함하는 조성물은 또한 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르, 폴리비닐에테르, 무기 오일, 알킬벤젠, 합성 파라핀, 합성 나프텐, 및 폴리(알파)올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 윤활제를 포함하고/하거나 이와 함께 사용할 수 있다.

유용한 윤활제는 고온 열 펌프 장치와 함께 사용하기에 적합한 것들을 포함한다. 이러한 윤활제 중에는 클로로플루오로카본 냉매를 이용하는 증기 압축 냉동 장치에서 통상적으로 사용된 것들이 있다. 일 구현예에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활 분야에서 "무기 오일"로서 일반적으로 공지된 것들을 포함한다. 무기 오일은 파라핀(즉, 직쇄 및 측쇄 탄소 쇄, 포화된 탄화수소), 나프텐(즉, 사이클릭 파라핀) 및 방향족 물질(즉, 교호하는 이중 결합을 특징으로 하는 하나 이상의 환을 포함하는 불포화된, 사이클릭 탄화수소)을 포함한다. 일 구현예에서, 윤활제는 압축 냉동 윤활 분야에서 "합성 오일"로서 일반적으로 공지된 것들을 포함한다. 합성 오일은 알킬아릴(즉, 직쇄 및 측쇄 알킬 알킬벤젠), 합성 파라핀 및 나프텐, 및 폴리(알파올레핀)을 포함한다. 대표적인 통상적인 윤활제는 시판되는 BVM 100 N (BVA Oils에서 판매하는 파라핀계 무기 오일), Crompton Co.에서 상표명 Suniso^® 3GS 및 Suniso^® 5GS 하에 시판하는 나프텐계 무기 오일, Pennzoil에서 상표명 Sontex^® 372LT 하에 시판하는 나프텐계 무기 오일, Calumet Lubricants에서 상표명 Calumet^® RO-30 하에 시판하는 나프텐계 무기 오일, Shrieve Chemicals에서 상표명 Zerol^® 75, Zerol^® 150 및 Zerol^® 500 하에 시판하는 직쇄 알킬 벤젠, 및 HAB 22 (Nippon Oil에서 시판하는 측쇄 알킬벤젠)이다.

유용한 윤활제는 또한, 압축 냉동 및 에어-컨디셔닝 장치의 작동 조건 하에 본 발명의 냉매와 혼화성이고 하이드로플루오로카본 냉매와 함께 사용하도록 설계된 것들을 포함할 수 있다. 이러한 윤활제는, 이에 제한되지 않지만, 폴리올 에스테르(POE), 예를 들면, Castrol^® 100(Castrol, UnitedKingdom), 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 예를 들면, 다우(미시간주 미들랜드 소재의 Dow Chemical)로부터의 RL-488A, 폴리비닐 에테르(PVE), 및 폴리카보네이트(PC)를 포함한다.

윤활제는 주어진 압축기 요건 및, 윤활제가 노출될 환경을 고려하여 선택된다.

고온에서 안정성을 갖는 고온 윤활제가 중요하다. 열 펌프가 성취할 가장 높은 온도는, 어떠한 윤활제가 필요한지를 결정할 것이다. 일 구현예에서, 윤활제는 적어도 55℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 75℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 100℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 139℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 145℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 155℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 165℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 170℃의 온도에서 안정하여야만 한다. 또 다른 구현예에서, 윤활제는 적어도 200℃의 온도에서 안정하여야만 한다.

약 200℃ 이하에서 안정성을 갖는 폴리 알파 올레핀(POA) 윤활제 및 약 200 내지 220℃ 이하의 온도에서 안정성을 갖는 폴리올 에스테르(POE) 윤활제가 특히 중요하다. 또한 약 220 내지 약 350℃의 온도에서 안정성을 갖는 퍼플루오로폴리에테르 윤활제가 특히 중요하다. PFPE 윤활제는 듀퐁(DuPont; 델라웨어주 윌밍톤(Wilmington) 소재)에서 상표명 Krytox^®하에 시판하는 것들, 예를 들면, 약 300 내지 350℃ 이하에서 열 안정성을 갖는 XHT 시리즈를 포함한다. 다른 PFPE 윤활제는 약 280 내지 330 ℃ 이하에서 열 안정성을 갖는 Daikin Industries (Japan)에서 상표명 Demnun^TM 하에 시판하는 것들, Ausimont (Milan, Italy)에서 상표명 Fomblin^® 및 Galden^® 하에 시판하는 것들, 예를 들면, 약 220 내지 260℃ 이하에서 열 안정성을 갖는 상표명 Fomblin^®-Y Fomblin^®-Z 하에 시판하는 것들을 포함한다.

고온 작동 유체 냉각기 작동(고온 상승 및 고 압축기 배출 온도와 연관됨)에 있어서, 높은 열 안정성(가능하게는 오일 냉각 또는 다른 완화 접근과 함께)을 갖는 작동 유체(예: E-HFO-1336mzz) 및 윤활제의 제형이 유리할 것이다. 고온 상승을 사용한 작동에 있어서, 단계간 유체 주입(예를 들면, 응축기를 떠나는 액체 냉매의 부분이 압축 단계들 사이의 중간 압력으로 팽창되어 낮은 압축 단계를 떠나는 증기를 완열시키는 경우)을 사용한 다단계 압축이 바람직할 수 있다. 일 구현예에서, 조성물은 고온에서 유발된 분해를 방지하기 위하여 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 안정화제(예를 들면, 유리 라디칼 스캐빈저, 산 스캐빈저 또는 항산화제)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 기타 첨가제는 니트로메탄, 장애된 페놀, 하이드록실아민, 티올, 포스파이트, 또는 락톤을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 조성물이 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 안정화제를 포함하는 조성물이 중요하다. 단일 안정화제 또는 조합물이 사용될 수 있다.

임의로, 또 다른 구현예에서, 특정 냉각, 에어-컨디셔닝, 또는 열 펌프 시스템 첨가제를, 필요한 경우, 본원에 기재된 바와 같은 작동 유체에 가하여 성능 및 시스템 안정성을 증진시킬 수 있다. 이들 첨가제는 냉각 및 에어-컨디셔닝의 분야에 공지되어 있으며, 마모방지제, 극한 압력 윤활제, 부식 및 산화 억제제, 금속 표면 탈활성화제, 유리 라디칼 스캐빈저, 및 발포 조절제를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일반적으로, 이들 첨가제는 전체 조성물에 대하여 소량으로 작동 유체 중에 존재할 수 있다. 전형적으로, 약 0.1 중량% 미만 내지 약 3 중량% 정도로 많은 각각의 첨가제의 농도가 사용된다. 이들 첨가제는 개개의 시스템 요건을 기준으로 하여 선택된다. 이들 첨가제는 트리아릴 포스페이트 계열의 EP(극한 압력) 윤활성 첨가제, 예를 들면, 부틸화된 트리페닐 포스페이트(BTPP), 또는 다른 알킬화된 트리아릴 포스페이트 에스테르, 예를 들면, Akzo Chemicals로부터의 Syn-0-Ad 8478, 트리크레실 포스페이트 및 관련 화합물의 구성원을 포함한다. 추가로, 금속 디아릴 디티오포스페이트(예: 아연 디알킬 디티오포스페이트(또는 ZDDP); Lubrizol 1375 및 이러한 부류의 화학물질의 다른 구성원이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 다른 마모방지 첨가제는 천연 생성물 오일 및 비대칭 폴리하이드록실 윤활 첨가제, 예를 들면, Synergol TMS (International Lubricants)을 포함한다. 유사하게, 항산화제, 유리 라디칼 스캐빈저, 및 물 스캐빈저와 같은 안정화제를 사용할 수 있다. 이러한 부류 내의 화합물은 부틸화된 하이드록시 톨루엔(BHT), 에폭사이드, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 부식 억제제는 도데실 석신산(DDSA), 아민 포스페이트(AP), 올레오일 사르코신, 이미다존 유도체 및 치환된 설포네이트를 포함한다. 금속 표면 탈활성화제는 아레옥살릴 비스(벤질리덴) 하이드라자이드(CAS reg no. 6629-10-3), N,N'-비스(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일하이드라진(CAS reg no. 32687-78-8), 2,2,'-옥사미도비스-에틸-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트(CAS reg no.70331-94-1), N,N'-(디살리사이클리덴)-1,2-디아미노프로판(CAS reg no.94-91-7) 및 에틸렌디아민테트라-아세트산(CAS reg no. 60-00-4) 및 이의 염, 및 이들의 혼합물을 포함한다.

50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 또한, 75℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 또한, 85℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 또한, 100℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 또한, 118℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다. 또한, 137℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하는 안정화제가 중요하다.

장애된 페놀, 티오포스페이트, 부틸화된 트리페닐포스포로티오네이트, 오가노 포스페이트, 또는 포스파이트, 아릴 알킬 에테르, 테르펜, 테르페노이드, 에폭사이드, 불화 에폭사이드, 옥세탄, 아스코르브산, 티올, 락톤, 티오에테르, 아민, 니트로메탄, 알킬실란, 벤조페논 유도체, 아릴 설파이드, 디비닐 테레프탈산, 디페닐 테레프탈산, 이온성 액체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 안정화제가 중요하다. 대표적인 안정화제 화합물은, 이에 제한되지 않지만, 토코페롤; 하이드로퀴논; t-부틸 하이드로퀴논; 모노티오포스페이트; 및 스위스 바젤 소재의 Ciba Specialty Chemicals(이하, "Ciba,")에서 상표명 Irgalube^® 63하에 시판하는 디티오포스페이트; Ciba에서 각각 상표명 Irgalube^® 353 및 Irgalube® 350 하에 시판하는 디알킬티오포스페이트 에스테르; Ciba에서 상표명 Irgalube^® 232 하에 시판하는 부틸화된 트리페닐포스포로티오네이트; Ciba에서 상표명 Irgalube^® 349(Ciba) 하에 시판하는 아민 포스페이트; Ciba에서 Irgafos^® 168로서 시판하는 장애된 포스파이트; Ciba에서 상표명 Irgafos^® OPH 하에 시판하는, (트리스-(디-3급-부틸페닐)과 같은 포스페이트; (디-n-옥틸 포스파이트); 및 Ciba에서 상표명 Irgafos^® DDPP 하에 시판하는 이소-데실 디페닐 포스파이트; 아니솔;1,4-디메톡시벤젠; 1,4-디에톡시벤젠; 1,3,5-트리메톡시벤젠; d-리모넨; 레티날; 피넨; 멘톨; 비타민 A; 테르피넨; 디펜텐; 라이코펜; 베타 카로텐; 보르난; 1,2-프로필렌 옥사이드; 1,2-부틸렌 옥사이드, n-부틸 글리시딜 에테르; 트리플루오로메틸옥시란; 1,1-비스(트리플루오로메틸)옥시란; 3-에틸-3-하이드록시메틸-옥세탄, 예를 들면, OXT-101(ToagoseiCo.,Ltd); 3-에틸-3-((페녹시)메틸)-옥세탄, 예를 들면, OXT-211(ToagoseiCo.,Ltd); 3-에틸-3-((2-에틸-헥실옥시)메틸)-옥세탄, 예를 들면, OXT-212(ToagoseiCo.,Ltd); 아스코르브산; 메탄티올(메틸 머캅탄); 에탄티올(에틸 머캅탄); 코엔자임 A; 디머캅토석신산(DMSA); 자몽 머캅탄((R)-2-(4-메틸사이클로헥스-3-에닐)프로판-2-티올)); 시스테인((R)-2-아미노-3-설파닐-프로파노산); 리포아미드 (1,2-디티올란-3-펜탄아미드); Ciba에서 상표명 Irganox^® HP-136 하에 시판하는 5,7-비스(1,1-디메틸에틸)-3-[2,3(또는 3,4)-디메틸페닐]-2(3H)-벤조푸라논; 벤질 페닐 설파이드; 디페닐 설파이드; 디이소프로필아민; Ciba에서 상표명 Irganox^® PS 802 (Ciba) 하에 시판하는 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트; Ciba에서 상표명 Irganox^® PS 800 하에 시판하는 디도데실 3,3'-티오프로피오네이트; Ciba에서 상표명 Tinuvin^® 770 하에 시판하는 디-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트; Ciba에서 상표명 Tinuvin^® 622LD(Ciba) 하에 시판하는 폴리-(N-하이드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-하이드록시-피페리딜 석시네이트); 메틸 비스 탤로우 아민; 비스 탤로우 아민; 페놀-알파-나프틸아민; 비스(디메틸아미노)메틸실란(DMAMS); 트리스(트리메틸실릴)실란(TTMSS); 비닐트리에톡시실란; 비닐트리메톡시실란; 2,5-디플루오로벤조페논; 2',5'-디하이드록시아세토페논; 2-아미노벤조페논; 2-클로로벤조페논; 벤질 페닐 설파이드; 디페닐 설파이드; 디벤질 설파이드; 이온성 액체; 및 기타의 것들을 포함한다.

또한, 적어도 하나의 이온성 액체를 포함하는 이온성 액체 안정화제가 중요하다. 이온성 액체는 100℃ 미만의 융점을 갖거나 액체인 유기 염이다. 또 다른 구현예에서, 이온성 액체 안정화제는 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨 및 트리아졸륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 염 함유 양이온; 및 [BF₄]-, [PF₆]-, [SbF₆]-, [CF₃SO₃]-, [HCF₂CF₂SO₃]-, [CF₃HFCCF₂SO₃]-, [HCClFCF₂SO₃]-, [(CF₃SO₂)₂N]-, [(CF₃CF₂SO₂)₂N]-, [(CF₃SO₂)₃C]-, [CF₃CO₂]-, 및 F-로 이루어진 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함한다. 대표적인 이온성 액체 안정화제는 에밈(emim) BF₄(1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트); 브밈(bmim) BF₄(1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라보레이트); 에밈 PF₆(1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트); 및 브밈 PF₆(1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트)를 포함하며, 이들 모두는 Fluka(Sigma-Aldrich)에서 시판하고 있다.

본 발명의 조성물은 목적하는 양을 혼합하거나 조합하는 것을 포함하는 임의의 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 조성물은 목적하는 성분량을 칭량한 다음 이들을 적합한 용기 속에서 조합함으로써 제조할 수 있다.

실시예

본원에 기재된 개념은, 본 발명의 영역을 제한하지 않는, 다음 실시예에서 추가로 기재될 것이다.

실시예 1

폐열을 사용하는 1단계 E-HFO-1336mzz 열 펌프를 사용한 가열: T_응축=85℃; T_증발=30℃

표 1은 30℃에서 작동하는 증발기로 공급된 이용가능한 폐열을 사용하여 85℃의 응축 온도에서 열을 제공하기 위해 사용된 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한 1단계 열 펌프의 예측된 성능을 요약한다. 응축기에서 방출된 열을 사용하여 순환수식 공간 가열 또는 식품 건조와 같은 각종 가열 기관의 효율을 충족시킬 수 있다. 증발기에 공급된 열은 냉각기 공장으로부터 기원할 수 있다. 표 1은, E-HFO-1336mzz가 가열을 위한 매력적인 COP를 갖는 당해 적용을 위한 열 펌프가 될 수 있도록 할 수 있었음을 나타낸다.

[표 1]

실시예 2

폐열을 사용하는 1단계 E-HFO-1336mzz 열 펌프를 사용한 가열: T_응축=118℃; T_증 _발=65℃

표 2는 65℃에서 작동하는 증발기로 공급된 이용가능한 폐열을 사용하여 118℃의 응축 온도에서 열을 제공하기 위해 사용된 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한 1 단계 열 펌프의 예측된 성능을 요약한다. 응축기에서 방출된 열을 사용하여 각종 공정 가열 기관의 효율을 충족시킬 수 있다. 증발기에 공급된 열은 전력 발생 설비 또는 저 등급 지열 공급원으로부터 기원할 수 있다. 표 2는, E-HFO-1336mzz가 가열을 위한 매력적인 COP를 갖는 당해 적용을 위한 열 펌프가 될 수 있도록 할 수 있었음을 나타낸다. 응축기 압력은 일반적으로 이용가능한 원심분리형 열 펌프로 실행가능한 범위 내에 잔류한다.

[표 2]

실시예 3

2 단계(E-HFO-1336mzz; HFC-32) 캐스케이드 열 펌프를 사용하는 주위 겨울 공기로부터의 열을 사용한 물의 가열: T_응축=65℃; T_증발=-10℃

냉각 주위 공기로부터 열을 추출함으로써 가정용 또는 기타 서비스용 열 수를 생성하기 위해 사용된 2단계 캐스케이드 열 펌프의 성능을 표 3에 요약한다. 상부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한다. 하부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 HFC-32를 사용한다.

열이 하부 캐스케이드 단계로부터 상부 캐스케이드 단계로 전달되는 온도, T_{캐스케이드}는 가열을 위한 COP 및 2단계의 가열의 용적 가열 용량에 영향을 미치며, 이에 따라, 이는 가열을 위한 총 COP 및 표적 전체 가열 용량을 위한 전체 장치 비용에 영향을 미친다. 이는, 2개의 캐스케이드 단계들이 가열을 위한 대략 동일한 COP를 갖도록 T_{캐스케이드}가 선택되는 경우, 가열을 위한 총 COP의 최소화, 및 이에 따라 작동 에너지 비용의 최소화가 달성됨을 나타낼 수 있다. 이는 종종, T_{캐스케이드}가 T_응축및 T_증발의 기하 평균 값과 동일하게 선택되도록 추천된다.

T_{캐스케이드}[℃]=sqrt{(T_응축[℃]+273.15)^*(T_증발[℃]+273.15)}-273.15(1)

T_응축=65℃ 및 T_증발=-10℃에 있어서, 수학식 (1)은 T_{캐스케이드}~25℃를 생성한다. 장치 비용의 최소화는 T_{캐스케이드}에 대한 상이한 값을 필요로 할 수 있다.

[표 3]

표 3은, 상부 캐스케이드 단계에서 E-HFO-1336mzz를 사용하고 하부 캐스케이드 단계에서 HFC-32를 사용하는 캐스케이드 열 펌프가, 주위 공기의 온도가 단지 -10℃인 차가운 겨울 날 동안에도 매력적인 총 COP를 갖는 65℃에서의 열을 생성할 수 있었음을 나타낸다. 최대 압력 및 압축기 배출 온도는 일반적으로 이용가능한 장치의 실행가능한 범위 내에 양호하게 존재한다. 하부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도는 상부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도의 약 30.8%와 동일할 수 있었다.

실시예 4

2단계(E-HFO-1336mzz; CO₂) 캐스케이드 열 펌프를 사용하는 냉각 시스템으로부터 배출되거나 주위 겨울 공기로부터의 열을 사용한 물의 가열: T_응축=65℃; T_증발=-10℃

냉각 주위 공기로부터의 열을 추출함으로써 가정용 또는 다른 서비스용의 열수를 생성하기 위해 사용된 2단계 캐스케이드 열 펌프의 성능을 표 4에 요약한다. 상부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한다. 하부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 CO₂를 사용한다.

[표 4]

표 4는, 상부 캐스케이드 단계에서 E-HFO-1336mzz를 사용하고 하부 캐스케이드 단계에서 CO₂를 사용하는 캐스케이드 열 펌프가, 주위 공기의 온도가 단지 -10℃인 차가운 겨울 날 동안에도 매력적인 총 COP를 갖는 65℃에서의 열을 생성할 수 있었음을 나타낸다. 압축기 배출 온도는 일반적으로 이용가능한 장치의 실행가능한 범위 내에 양호하게 존재한다. 하부 단계 압력은 최근 개발된 CO₂ 압축기의 실행가능한 범위 내에 있다. 하부 캐스케이드 단계에서의 CO₂의 사용은 HFC-32보다 낮은 GWP 및 높은 용적 가열 용량을 제공한다. 더욱이, CO₂는 비-가연성이지만 HFC-32는 ASHRAE 표준 34에 따라 2L 가연성 유체로서 분류된다.

작동 유체로서 CO₂를 사용하여 작동하는 2단계 캐스케이드 열 펌프의 하부 캐스케이드 단계는 냉동을 제공할 수 있었지만 E-HFO-1336mzz를 사용하여 작동하는 높은 단계는 가열을 동시에 제공할 수 있었다. 하부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도는 상부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도의 약 47.2%와 동일할 수 있었다.

실시예 5

2단계(E-HFO-1336mzz; HFO-1234yf/HFC-134a) 캐스케이드 열 펌프를 사용하는 주위 겨울 공기로부터의 열을 사용한 물의 가열: T_응축=65℃; T_증발=-10℃

냉각 주위 공기로부터 열을 추출함으로써 가정용 또는 기타 서비스용 열 수를 생성하기 위해 사용된 2단계 캐스케이드 열 펌프의 성능을 표 5에 요약한다. 상부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한다. 하부 캐스케이드 단계는 작동 유체로서 55중량% HFO-1234yf 및 HFC-134a를 포함하는 비-가연성 공비혼합 블렌드를 이용한다.

[표 5]

표 5는, 상부 캐스케이드 단계에서 E-HFO-1336mzz를 사용하고 하부 캐스케이드 단계에서 HFO-1234yf/HFC-134a의 55중량%/45중량% 블렌드를 사용하는 캐스케이드 열 펌프가, 주위 공기의 온도가 단지 -10℃인 차가운 겨울 날 동안에도 매력적인 총 COP를 갖는 65℃에서의 열을 생성할 수 있었음을 나타낸다. 최대 압력 및 압축기 배출 온도는 일반적으로 이용가능한 장치의 실행가능한 범위 내에 양호하게 존재한다. 하부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도는 상부 온도 캐스케이드 단계에서의 작동 유체 질량 유동 속도의 약 60.6%와 동일할 수 있었다.

실시예 6

고온에서의 E-HFO-1336mzz의 화학적 안정성

금속의 존재하의 E-HFO-1336mzz의 화학적 안정성은 ANSI/ASHRAE 표준 97-2007의 밀봉된 튜브 시험 방법론에 따라 시험하였다. 밀봉된 튜브 시험에 사용된 E-HFO-1336mzz의 원료는 물 또는 공기를 사실상 함유하지 않았다. 각각 E-HFO-1336mzz에 침지된 강철, 구리 및 알루미늄으로 제조된 3개의 쿠폰(coupon)을 포함하는 밀봉된 유리 튜브는 175℃, 225℃ 및 250℃에서 14일 동안 가열된 오븐 속에서 노화(aging)시켰다. 열 노화 후의 튜브의 육안 검사 결과, 유체의 어떠한 변색이나 다른 가시적 열화가 없는 깨끗한 액체를 나타내었다. 이온 크로마토그래피로 측정한, 노화된 액체 샘플 속의 플루오라이드 이온의 농도는 250℃에서 노화시킨지 2주 후에도 검출 한계(3 ppm) 미만이었다. 플루오라이드 이온의 농도는 E-HFO-1336mzz 분해 정도의 지표로서 해석될 수 있다. 따라서, E-HFO-1336mzz 분해는 최소이었다. 175℃, 225℃ 및 250℃에서 14일 동안 노화시킨 후의 E-HFO-1336mzz 샘플의 기체 크로마토그래피(GC) 분석은 E-HFO-1336mzz의 무시할만한 화학적 전환 및 새로운 화합물의 무시할만한 형성을 나타내었다.

실시예 7

작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용하는 초임계 열 펌프를 사용한 공정 가열: T_냉각기=150℃; T_증발=125℃

실시예 6은, E-HFO-1336mzz가 이의 임계 온도(137.7℃)보다 실질적으로 더 높은 온도에서 화학적으로 안정하게 남았음을 입증하였다. 따라서, E-HFO-1336mzz는, E-HFO-1336mzz를 사용하여 작동하는 초임계 열 펌프를 사용하여 실행가능한 것들보다 더 높은 온도에서 열을 전달할 수 있었던 초임계 열 펌프가 가능할 수 있었다.

본 실시예는 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용하여 작동하는 초임계 열 펌프의 예측된 성능을 요약한다. T_증발=125℃ 및 20K의 증기 과열에서 작동하는 증발기로 열을 제공하였다. 초임계 유체 냉각기는 4 MPa의 압력 및 T_냉각기=150℃의 배출 온도에서 작동된다. 압축기 효율은 0.7로서 명시되었다. 압축기 배출 온도는170.2℃일 수 있었다. E-HFO-1336mzz는 170.2℃에서 화학적으로 안정하게 잔류하였다. 그러나, 이러한 높은 압축기 배출 온도는 압축기 구성의 적합한 윤활제 및 물질을 필요로 할 수 있었다. 사이클 성능은 매력적일 수 있었다; 가열을 위한 COP는 4.983일 수 있었고 용적 가열 용량은 7,953.7 kJ/m³일 수 있었다.

실시예 8

1단계 고온 열 펌프에서 HFC-245fa를 E-HFO-1336mzz로 대체시킴: T_응축=118℃; T_증발=65℃

표 6은 작동 유체로서 E-HFO-1336mzz를 사용한 1단계 열 펌프의 예측된 성능을 HFC-245fa와 비교한다. 열 펌프를 사용하여 65℃에서 작동하는 증발기에 공급된 이용가능한 폐열을 사용하는 118℃의 응축 온도에서 열을 제공한다. 응축기에서 방출된 열을 사용하여 각종의 공정 가열 기관의 효율을 충족할 수 있다. 증발기에 공급된 열은 저등급 지열 공급원으로부터 유래될 수 있다. 표 6은, E-HFO-1336mzz가 HFC-245fa를 위한 거의 삽입식의 대체(near drop-in replacement)일 수 있었음을 나타낸다.

[표 6]

선택된 구현예

구현예 A1: 열 교환기에서, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써, 냉각된 작동 유체를 생성함을 포함하는, 열 펌프 속에서의 열의 생성 방법.

구현예 A2: 구현예 A1에서, 열 교환기가 초임계 작동 유체 냉각기 및 응축기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열의 생성 방법.

구현예 A3: 구현예 A1-A2 중의 어느 하나에서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고 열 교환기가 약 50℃ 초과의 온도에서 작동하는, 열의 생성 방법.

구현예 A4: 구현예 A1-A3 중의 어느 하나에서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고 열 교환기가 약 75℃ 초과의 온도에서 작동하는, 열의 생성 방법.

구현예 A5: 구현예 A1-A4 중의 어느 하나에서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고 열 교환기는 약 100℃ 초과의 온도에서 작동하는, 열의 생성 방법.

구현예 A6: 구현예 A1-A5 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 매질을 열 교환기를 통해 통과시킴으로써, 열의 추출이 제1 열 전달 매질을 가열하고, 가열된 제1 열 전달 매질을 열 교환기로부터 가열되는 본체로 통과시킴을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.

구현예 A7: 구현예 A1-A6 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 매질이 물이고 가열되는 본체가 물인, 열의 생성 방법.

구현예 A8: 구현예 A1-A6 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 매질이 물이고 가열되는 본체가 공간 가열을 위한 공기인, 열의 생성 방법.

구현예 A9: 구현예 A1-A6 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 매질이 공업용 열 전달 액체이고 가열되는 본체가 화학 공정 스트림인, 열의 생성 방법.

구현예 A10: 구현예 A1-A5 중의 어느 하나에서, 작동 유체를 팽창시킨 다음, 작동 유체를 제2 열 교환기 속에서 가열하여 가열된 작동 유체를 생성함을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.

구현예 A11: 구현예 A10에서, 제2 열 교환기가 증발기이고 가열된 작동 유체가 증기인, 열의 생성 방법.

구현예 A12: 구현예 A1-A11 중의 어느 하나에서, 작동 유체를 동적 또는 양변위 압축기 속에서 압축시킴을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.

구현예 A13: 구현예 A12에서, 동적 압축기가 원심분리형 압축기인, 열의 생성 방법.

구현예 A14: 구현예 A6-A13 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 매질이 공기이고 열 교환기로부터 가열되는 공간으로 통과되는, 열의 생성 방법.

구현예 A15: 구현예 A6-A13 중의 어느 하나에서, 제1 열 전달 유체가 공정 스트림의 일부이고 열 교환기로부터 공정으로 다시 통과되는, 열의 생성 방법.

구현예 B1: 열을 제1 캐스케이드 단계에서 제1 작동 유체 내의 선택된 저온에서 흡수하고, 당해 열을, 보다 고온에서 열을 공급하는 제2 캐스케이드 단계의 제2 작동 유체로 전달함을 포함하며, 제2 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는, 열이 캐스케이드 구조로 배열된 적어도 2개의 단계들 사이에서 교환되는 열 펌프 속에서의 열의 생성 방법.

구현예 C1: 작동 유체 가열기, 압축기, 작동 유체 냉각기 및 팽창 장치를 포함하고, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 열 펌프 장치.

구현예 C2: 구현예 C1에서, 열 펌프가 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프인, 방법.

구현예 C3: 구현예 C1에서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고, 열 교환기가 약 75℃ 초과의 온도에서 작동하는, 방법.

구현예 C4: 구현예 C1에서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고, 열 교환기가 약 100℃ 초과의 온도에서 작동하는, 방법.

구현예 C5: 구현예 C1-C4 중의 어느 하나에서, 작동 유체를 동적 또는 양변위 압축기 속에서 압축시킴을 추가로 포함하는, 방법.

구현예 C6: 구현예 C5에서, 동적 압축기가 원심분리형 압축기인, 방법.

구현예 C7: 구현예 C1-C6 중의 어느 하나에서, 캐스케이드 시스템으로 배열된 적어도 2개의 단계를 갖고, 각각의 단계가 그것을 통해서 작동 유체를 순환시키고, 열이 앞선 캐스케이드 단계로부터 최종 캐스케이드 단계로 전달되며, 최종 단계의 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는, 방법.

구현예 C8: 구현예 C1-C7에서,

(a) 제1 작동 유체 액체의 압력 및 온도를 강하시키는 제1 팽창 장치;

(b) 제1 팽창 장치로부터의 제1 작동 유체가 작동 유체 가열기 입구를 통해 작동 유체 가열기로 공급되고 작동 유체 가열기에서 가열되어 가열된 제1 작동 유체를 형성하며, 작동 유체 가열기의 출구로 순환되는, 입구 및 출구를 갖는 작동 유체 가열기;

(c) 작동 유체 가열기로부터의 가열된 제1 작동 유체 증기가 제1 압축기의 입구로 순환되고 압축됨으로써, 가열된 제1 작동 유체의 압력 및 온도를 증가시켜 압축되고 가열된 제1 작동 유체를 생성하고, 압축되고 가열된 제1 작동 유체가 제1 압축기의 출구로 순환되는, 입구 및 출구를 갖는 제1 압축기;

(d) (i) 가열된 제1 작동 유체가 제1 입구로부터 제1 출구로 순환되고 열 교환기 시스템에서 냉각되어 냉각된 제1 작동 유체를 형성함으로써 열을 배출하는, 제1 입구 및 제1 출구, 및

(ii) 제2 작동 유체가 제2 입구로부터 제2 출구로 순환되고 제1 작동 유체에 의해 배출된 열을 흡수하고 가열된 제2 작동 유체를 형성하는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖는 캐스케이드 열 교환기 시스템;

(e) 캐스케이드 열 교환기 시스템으로부터의 가열된 제2 작동 유체가 압축기 내로 들어오고 압축됨으로써, 가열된 제2 작동 유체의 압력 및 온도를 증가시키는, 입구 및 출구를 갖는 제2 압축기;

(f) 가열된 제2 작동 유체를 그것을 통해 순환시키고 가열된 제2 작동 유체를 제2 압축기로부터 냉각시켜서 냉각된 제2 작동 유체를 형성시킴으로써 열을 공급하며, 냉각된 제2 작동 유체가 출구를 통해 작동 유체 냉각기를 빠져나가는, 입구 및 출구를 갖는 작동 유체 냉각기; 및

(g) 작동 유체 냉각기를 빠져나오고 캐스케이드 열 교환기 시스템의 제2 입구로 공급되는 냉각된 제2 작동 유체의 압력 및 온도를 강하시키기 위한 제2 팽창 장치를 포함하고; 제2 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는, 캐스케이드 시스템으로서 배열된 적어도 2개의 단계를 갖고, 각각의 단계가 그것을 통해 작동 유체를 순환시키는, 방법.

구현예 C9: 구현예 C8에서, 제1 작동 유체가 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, 및 HFC-1243zf로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로올레핀을 포함하는 열 펌프 장치.

구현예 C10: 구현예 C8-C9에서, 제1 작동 유체가 HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-134, HFC-143a, HFC-152a, HFC-161, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea 및 HFC-227ea로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로알칸을 포함하는, 방법.

구현예 C11: 구현예 C8-C10에서, 제1 작동 유체가 탄화수소, NH₃, CO₂ 또는 N₂O로부터 선택된 적어도 하나의 작동 유체를 포함하는, 방법.

구현예 C12: 구현예 C8-C11에서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, 및 HFC-1243zf로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로올레핀을 포함하는, 방법.

구현예 C13: 구현예 C7-C12 중의 어느 하나에서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-134, HFC-143a, HFC-152a, HFC-161, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea 및 HFC-227ea로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로알칸을 포함하는, 방법.

구현예 C14: 구현예 C7-C13 중의 어느 하나에서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 탄화수소, NH₃, CO₂ 또는 N₂O로부터 선택된 적어도 하나의 작동 유체를 포함하는, 방법.

구현예 D1: 구현예 A12에서 또는 구현예 C1-C14 중의 어느 하나에서, 압축기가 축형 및 원심분리형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법 또는 장치.

구현예 D2: 구현예 A12에서 또는 구현예 C1-C14 중의 어느 하나에서, 압축기가 왕복형, 스크류형 및 스크롤형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법 또는 장치.

구현예 D3: 구현예 C8-C14 중의 어느 하나에서, 작동 유체 가열기가 증발기인 방법.

구현예 E1: E-HFO-1336mzz을 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의, 작동 유체로서 CFC-12, CFC-114, HCFC-124, HCFC-22, HFC-134a, HFC-236fa, HFC-245fa, 탄화수소, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze, HFO-1243zf, 또는 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf를 포함하는 블렌드의 대체 방법.

구현예 E2: 구현예 E1에서, 열 펌프가 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프인 방법.

구현예 E3: 구현예 E1-E2 중의 어느 하나에서, 대체되는 작동 유체가 HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12, HCFC-22, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, 또는 HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf를 포함하는 블렌드이고, 최대 실행가능한 응축 온도가, 대체된 작동 유체로 성취할 수 있는 온도 보다 높게 증가되는 방법.

구현예 E4: 구현예 E1-E3 중의 어느 하나에서, 최대 실행가능한 응축 온도가 약 118℃로 증가되는 방법.

구현예 E5: 구현예 E1-E4 중의 어느 하나에서, 작동 유체에 대해 설계된 냉각기가 열 펌프로 전환되는 방법.

구현예 F1: NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하고, 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계가 열 접촉 상태에 있는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각의 제공 방법.

구현예 G1: (i) E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체; 및 (ii) 50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하기 위한 안정화제, 또는 (iii) 50℃ 이상에서 사용하기에 적합한 윤활제, 또는 (ii) 및 (iii)의 둘 다를 포함하는 조성물.

구현예 H1: E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, HCFC-22 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의 HCFC-22 작동 유체의 대체 방법.

구현예 I1: E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화된 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체의 대체 방법.

구현예 J1: NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz 를 포함하는 작동 유체를 포함하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하며, 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계가 열 접촉 상태에 있는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각의 제공 방법.

Claims

열 교환기(heat exchanger) 속에서 E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체로부터 열을 추출함으로써, 냉각된 작동 유체를 생성함을 포함하는, 열 펌프 속에서의 열(heating)의 생성 방법.
청구항 1에 있어서, 열 교환기가 초임계 작동 유체 냉각기 및 응축기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열의 생성 방법.
청구항 1에 있어서, 열 펌프가 고온 열 펌프이고, 열 교환기가 약 50℃ 초과의 온도에서 작동하는, 열의 생성 방법.
청구항 1에 있어서, 제1 열 전달 매체를 열 교환기를 통하여 통과시킴으로써, 열의 추출이 제1 열 전달 매체를 가열하고, 가열된 제1 열 전달 매체를 열 교환기로부터 가열될 본체로 통과시킴을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.
청구항 4에 있어서, 제1 열 전달 매체가 물이고, 가열될 본체가 물인, 열의 생성 방법.
청구항 4에 있어서, 제1 열 전달 매체가 물이고, 가열될 본체가 공간 가열을 위한 공기인, 열의 생성 방법.
청구항 4에 있어서, 제1 열 전달 매체가 공업용 열 전달 액체이고, 가열될 본체가 화학 공정 스트림(chemical process stream)인, 열의 생성 방법.
청구항 1에 있어서, 작동 유체를 팽창시키고, 이어서 작동 유체를 제2 열 교환기에서 가열하여 가열된 작동 유체를 생성함을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.
청구항 8에 있어서, 제2 열 교환기가 증발기이고, 가열된 작동 유체가 증기인, 열의 생성 방법.
청구항 8에 있어서, 작동 유체를 동적 또는 양변위 압축기(positive displacement compressor) 속에서 압축시킴을 추가로 포함하는, 열의 생성 방법.
청구항 4에 있어서, 제1 열 전달 매체가 공기이고, 열 교환기로부터 가열될 공간으로 통과되는, 열의 생성 방법.
청구항 4에 있어서, 제1의 열 전달 유체가 공정 스트림의 일부이고, 열 교환기로부터 공정으로 다시 통과되는, 열의 생성 방법.
제1 캐스케이드 단계(cascade stage)에서 제1 작동 유체 내의 열을 선택된 저온에서 흡수하고, 당해 열을, 고온에서 열을 공급하는 제2 캐스케이드 단계의 제2 작동 유체로 전달함을 포함하며, 제2 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는, 열이 캐스케이드 구조로 배열된 적어도 2개의 단계들 사이에서 교환되는 열 펌프 속에서의 열의 생성 방법.
작동 유체 가열기, 압축기, 작동 유체 냉각기 및 팽창 장치를 포함하고, E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 열 펌프 장치.
청구항 14에 있어서, 열 펌프가 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프인 열 펌프 장치.
청구항 14에 있어서, 동적 또는 양변위 압축기를 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 14에 있어서, 캐스케이드 시스템으로서 배열된 적어도 2개의 단계를 갖고, 각각의 단계가 이를 통하여 작동 유체를 순환시키며, 열이 앞선 캐스케이드 단계로부터 최종 캐스케이드 단계로 전달되며, 최종 단계의 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 17에 있어서, 캐스케이드 시스템으로서 배열된 적어도 2개의 단계를 갖고, 각각의 단계가 이를 통하여 작동 유체를 순환시키고,
(a) 제1작동 유체 액체의 압력 및 온도를 강하시키기 위한 제1 팽창 장치;
(b) 제1 팽창 장치로부터의 제1 작동 유체가 작동 유체 가열기 입구를 통하여 작동 유체 가열기로 공급되고 작동 유체 가열기에서 가열되어 가열된 제1 작동 유체를 형성하며, 작동 유체 가열기의 출구로 순환되는, 입구 및 출구를 갖는 작동 유체 가열기;
(c) 작동 유체 가열기로부터의 가열된 제1 작동 유체 증기가 제1 압축기의 입구로 순환되어 압축됨으로써, 가열된 제1 작동 유체의 압력 및 온도를 증가시켜 압축되고 가열된 제1 작동 유체를 생성하고, 압축되고 가열된 제1 작동 유체가 제1 압축기의 출구로 순환되는, 입구 및 출구를 갖는 제1 압축기;
(d) (i) 가열된 제1 작동 유체가 제1 입구로부터 제1 출구로 순환되고 열 교환기 시스템에서 냉각되어 냉각된 제1 작동 유체를 형성함으로써 열을 배출하는, 제1 입구 및 제1 출구, 및
(ii) 제2 작동 유체가 제2 입구로부터 제2 출구로 순환되고 제1 작동 유체에 의해 배출된 열을 흡수하며 가열된 제2 작동 유체를 형성하는, 제2 입구 및 제2 출구를 갖는 캐스케이드 열 교환기 시스템;
(e) 캐스케이드 열 교환기 시스템으로부터의 가열된 제2 작동 유체가 압축기 속으로 들어와 압축됨으로써, 가열된 제2 작동 유체의 압력 및 온도를 증가시키는, 입구 및 출구를 갖는 제2 압축기;
(f) 가열된 제2 작동 유체를 이를 통하여 순환시키고 가열된 제2 작동 유체를 제2 압축기로부터 냉각시켜서 냉각된 제2 작동 유체를 형성시킴으로써 열을 공급하며, 냉각된 제2 작동 유체가 출구를 통하여 작동 유체 냉각기를 빠져나가는, 입구 및 출구를 갖는 작동 유체 냉각기; 및
(g) 작동 유체 냉각기를 빠져나와 캐스케이드 열 교환기 시스템의 제2 입구로 공급되는 냉각된 제2 작동 유체의 압력 및 온도를 강하시키기 위한 제2 팽창 장치를 포함하고;
제2 작동 유체가 E-HFO-1336mzz를 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 제1 작동 유체가 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf 및 HFC-1243zf로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로올레핀을 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 제1 작동 유체가 HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-134, HFC-143a, HFC-152a, HFC-161, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea 및 HFC-227ea로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로알칸을 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 제1 작동 유체가 탄화수소, NH₃, CO₂ 또는 N₂O로부터 선택된 적어도 하나의 작동 유체를 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf 및 HFC-1243zf로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로올레핀을 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC-134, HFC-143a, HFC-152a, HFC-161, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea 및 HFC-227ea 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 플루오로알칸을 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 최종 캐스케이드 단계에 선행하는 캐스케이드 단계의 작동 유체가 탄화수소, NH₃, CO₂ 또는 N₂O로부터 선택된 적어도 하나의 작동 유체를 포함하는 열 펌프 장치.
청구항 11 또는 청구항 17에 있어서, 동적 압축기가 축(axial)형 및 원심분리(centrifugal)형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열의 생성 방법 또는 열 펌프 장치.
청구항 11 또는 청구항 17에 있어서, 양변위 압축기가 왕복(reciprocating)형, 스크류(screw)형 및 스크롤(scroll)형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열의 생성 방법 또는 열 펌프 장치.
청구항 18에 있어서, 작동 유체 가열기가 증발기인 방법.
E-HFO-1336mzz을 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의, 작동 유체로서의 CFC-12, CFC-114, HCFC-124, HCFC-22, HFC-134a, HFC-236fa, HFC-245fa, 탄화수소, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze, HFO-1243zf, 또는 HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf를 함유하는 블렌드의 대체 방법.
청구항 28에 있어서, 열 펌프가 약 50℃ 초과의 작동 유체 냉각기 또는 응축기 작동 온도를 갖는 고온 열 펌프인 대체 방법.
청구항 28에 있어서, 대체되는 작동 유체가 HFC-236fa, HCFC-124, HFC-134a 또는 CFC-12, HCFC-22, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, 또는 HFO-1234yf 또는 E-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf를 함유하는 블렌드이고, 최대 실행 가능한 응축 온도가 대체된 작동 유체로 달성 가능한 온도 이상으로 증가하는 대체 방법.
청구항 30에 있어서, 최대 실행 가능한 응축 온도가 약 118℃로 증가하는 대체 방법.
청구항 28에 있어서, 작동 유체를 위해 설계된 냉각기가 열 펌프로 전환되는 대체 방법.
NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하고, 저온 캐스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계가 열 접촉 상태에 있는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각의 제공 방법.
(i) E-HFO-1336mzz로 본질적으로 이루어진 작동 유체; 및 (ii) 50℃ 이상의 온도에서 분해를 방지하기 위한 안정화제, 또는 (iii) 50℃ 이상에서 사용하기에 적합한 윤활제, 또는 (ii) 및 (iii) 둘 다를 포함하는 조성물.
E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, HCFC-22 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의 HCFC-22 작동 유체의 대체 방법.
E-HFO-1336mzz를 포함하는 대체 작동 유체를 제공함을 포함하는, 작동 유체를 위해 설계된 열 펌프 또는 냉각기 속에서의, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, Z-HFO-1234ze 또는 HFO-1243zf 및 임의로 하나 이상의 포화 하이드로플루오로카본 또는 탄화수소를 포함하는 작동 유체의 대체 방법.
NH₃, CO₂, N₂O, HFC-32, HFC-125, HFC-143a, HFC-227ea, HFC-227ca, HFC-245cb, HFC-236fa, HFC-236ea, HFO-1234yf, E-HFO-1234ze, HFO-1243zf, E-HFO-1234ye, HFO-1336yf, HFO-1243yf, Z-HFO-1234ze, HCFO-1233xf, HFC-134a, HFC-134, HFC-161, HFC-152a, 탄화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 작동 유체를 함유하는 저온 캐스케이드 단계를 제공하고; E-HFO-1336mzz 를 포함하는 작동 유체를 함유하는 고온 캐스케이드 단계를 제공함을 포함하며, 저온 케스케이드 단계와 고온 캐스케이드 단계가 열 접촉 상태에 있는, 캐스케이드 열 펌프 시스템 속에서의 동시 가열 및 냉각의 제공 방법.