DE112016000357B4

DE112016000357B4 - Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf

Info

Publication number: DE112016000357B4
Application number: DE112016000357.9T
Authority: DE
Inventors: Shin Nishida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: JPWO2016114217A1; JP6369572B2; CN107109198A; US20170369754A1; CN107109198B; WO2016114217A1; DE112016000357T5

Abstract

Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, wobei das Arbeitsmedium umfasst:H FO-1123;HFC-32; undHFO-1234ze, wobeidas HFO-1123, das HFC-32 und das HFO-1234ze, die als drei Komponenten bezeichnet werden, als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen, wobeidie drei Komponenten in jeweiligen Gemischanteilen vorliegen, so dass ein GWP der drei Komponenten in dem Gemischzustand gleich 150 oder weniger ist, und wobeidas HFO-1123 und das HFC-32 in einem Massenverhältnis von dem HFO-1123 zu dem HFC-32 von 4:6 bis 6:4 vorliegen, unddas HFO-1234ze in einem Massenanteil von 45 Masseprozent oder mehr relativ zu einer Gesamtmasse der drei Komponenten vorliegt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-7068 , eingereicht am 16. Januar 2015, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Als ein Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, das typischerweise in Wärmekreislaufvorrichtungen, wie beispielsweise Kältekreislaufvorrichtungen, Rankine-Kreislaufvorrichtungen, Wärmepumpen-Kreislaufvorrichtungen und Wärmetransportvorrichtungen verwendet wird, offenbart Patentliteratur 1 ein Gemisch aus zwei Komponenten von HFO-1123 und HFC-32. Ein derartiges Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf wird hier nachstehend ebenfalls einfach als ein „Arbeitsmedium“ bezeichnet. Das Arbeitsmedium, das aus der Mischung von I-IFO-1123 und HFC-32 hergestellt wird, weist eine ausgezeichnete Kreislaufleistung auf, weil das HFO-1123 aufgenommen ist.
LITERATUR DES STANDES DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: WO 2012/157764 A1
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Gemisch aus HFO-1 123 und HFC-32 weist jedoch Nachteile wie folgt auf.
Ein derartiges Arbeitsmedium erfordert niedrige GWPs (Abkürzung von Global Warming Potential), um globale Erwärmung weniger zu beeinflussen. Das Gemisch aus HFO-1 123 und HFC-32 weist jedoch ein hohes GWP auf, weil HFC-32 ein hohes GWP von 675 aufweist.
Das Gemisch aus HFO-1123 und HFC-32 weist eine niedrige kritische Temperatur auf, weil sowohl HFC-32 als auch HFO-1123 niedrige kritische Temperaturen von jeweils 78,1°C und 59,2°C aufweisen. Beispielsweise kann eine im Fahrzeug befindlichen Kältekreislaufvorrichtung unter Hochtemperaturbedingungen verwendet werde, in der Luft für den Einsatz in einem Wärmetausch mit einem Kältemittel in einem Wärmestrahler eine hohe Temperatur aufweist. In diesem Fall wird gewünscht, dass das Kältemittel eine hohe kritische Temperatur aufweist, weil das Kältemittel, wenn es eine niedrige kritische Temperatur aufweist, eine niedrige Kältekapazität (das heißt, eine niedrige Kreislaufleistung) aufgrund der Eigenschaften des Kältemittels bietet. Kältemittel für den Einsatz in anderen Wärmekreislaufvorrichtungen weisen ebenfalls bevorzugt hohe kritische Temperaturen auf.
Aus den Schriften EP 3 121 241 A1 , EP 3 109 291 A1 und EP 3 109 292 A1 sind Arbeitsmedien bekannt, die HFO-1123, HFC-32 und HFO-1234ze enthalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf bereitzustellen, das HFO-1123 und HFC-32 umfasst und das ein niedrigeres GWP und eine höhere kritische Temperatur als jene eines Arbeitsmedium aufweist, das aus einer Mischung von zwei Komponenten von HFO-1 123 und HFC-32 hergestellt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf HFO-1123, HFC-32 und 1,3,3,3-Tetrafluoropropen (HFO-1234ze). Die drei Komponenten, HFO-1 123, HFC-32 und HFO-1234ze liegen als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vor.
HFO-1234ze weist ein extrem niedrigeres GWP im Vergleich mit HFC-32 auf. HFO-1234ze weist eine extrem höhere kritische Temperatur im Vergleich mit HFO-1123 und HFC-32 auf.
Demgemäß wird im ersten Aspekt ein Gemisch aus HFO-1 123 und HFC-32 ferner mit HFO-1234ze kombiniert, das ein niedriges GWP und eine hohe kritische Temperatur aufweist. Dies ermöglicht dem Arbeitsmedium, ein niedrigeres GWP und eine höhere kritische Temperatur im Vergleich mit dem Arbeitsmedium aufzuweisen, das aus zwei Komponenten von HFO-1123 und HFC-32 hergestellt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst das Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf ferner HFO-1234yf. Die vier Komponenten HFO-1123, HFC-32, HFO-1234ze und HFO-1234yf liegen als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vor.
HFO-1234yf weist ein extrem niedrigeres GWP im Vergleich mit HFC-32 auf. HFO-1234yf weist eine extrem höhere kritische Temperatur im Vergleich mit HFO-1123 und HFC-32 auf.
Demgemäß werden im zweiten Aspekt HFO-1123 und HFC-32 mit HFO-1234ze und HFO-1234yf kombiniert, die niedrige GWPs und hohe kritische Temperaturen aufweisen. Dies ermöglicht dem Arbeitsmedium, ein niedrigeres GWP und eine höhere kritische Temperatur im Vergleich mit dem Arbeitsmedium aufzuweisen, das aus dem Gemisch der beiden Komponenten HFO-I 123 und HFC-32 hergestellt ist.
Figurenliste
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung offensichtlicher werden, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erstellt wurde, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet werden und in denen:

1 ein Diagramm ist, das die Konfiguration einer Kältekreislaufvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ein Diagramm ist, das auf einem Mollier-Diagramm von allein HFC-32 eine Änderung im Zustand eines Kältemittels in einem Kältekreislauf veranschaulicht, in dem eine Kondensationstemperatur des Kältemittels gleich 75°C ist;
3 ein Diagramm ist, das auf einem Mollier-Diagramm von allein HFC-32 eine Änderung im Zustand eines Kältemittels in einem Kältekreislauf veranschaulicht, in dem das Kältemittel nach einem Wärmetausch mit Luft in einem Wärmestrahler eine Temperatur von 85°C aufweist;
4 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen dem GWP eines Kältemittels in einem Gemischzustand der drei Komponenten HFO-1123, HFC-32 und HFO-1234ze gemäß der ersten Ausführungsform und einem Gemischanteil von HFO-1234ze relativ zu der Gesamtmasse der drei Komponenten veranschaulicht;
5 ein Dreiecksdiagramm ist, das einen Bereich des Gemischverhältnisses der drei Komponenten in dem Kältemittel gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wobei in dem Bereich das Verhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 ist und das Gemisch der vier Komponenten ein GWP von 150 oder weniger aufweist;
6 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen dem GWP eines Kältemittels in einem Gemischzustand der vier Komponenten HFO-1123, HFC-32, HFO-1234ze und HFO-1234yf gemäß einer zweiten Ausführungsform und einem Gemischanteil eines Gemisches von HFO-1234ze und HFO-1234yf relativ zu der Gesamtmasse der vier Komponenten veranschaulicht, und
7 ein Dreiecksdiagramm ist, das einen Bereich des Gemischverhältnisses der vier Komponenten in dem Kältemittel gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, wobei in dem Bereich das Verhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 ist und das Gemisch der vier Komponenten ein GWP von 150 oder weniger aufweist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Abschnitte oder Teile, die miteinander identisch oder äquivalent sind, werden in den folgenden Ausführungsformen mit einem identischen Bezugszeichen erläutert.
Erste Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Arbeitsmedium gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Kältemittel für den Einsatz in einer Dampfkompressions-Kältekreislaufvorrichtung von einer im Fahrzeug befindlichen Klimaanlage angewendet wird.
Wie in 1 veranschaulicht, umfasst die Kältekreislaufvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform einen Kompressor 101, einen Kondensator 102, ein Expansionsventil 103 und einen Verdampfer 104. Der Kompressor 101, der Kondensator 102, das Expansionsventil 103 und der Verdampfer 104 sind sequentiell aneinander durch ein Leitungssystem gekoppelt.
Der Kompressor 101 weist einen Kältemitteleinlass 101 a und einen Kältemittelauslass 101b auf. Der Kompressor 101 komprimiert das von dem Kältemitteleinlass 101a genommene Kältemittel und führt das komprimierte Kältemittel von dem Kältemittelauslass 101b ab. Der Kondensator 102 ist ein Wärmestrahler, der dem von dem Kompressor 101 abgeführten gasphasigen Kältemittel ermöglicht, Wärme über einen Wärmetausch mit der Fahrzeugaußenraumluft (das heißt, Außenluft) zu dissipieren. Das Expansionsventil 103 ist ein Dekompressor, der das von dem Kondensator 102 abgeführte Kältemittel dekomprimiert und expandiert. Der Verdampfer 104 ermöglicht dem Kältemittel, das durch das Expansionsventil 103 dekomprimiert wurde, Wärme zu absorbieren und über Wärmetausch mit Luft zu verdampfen, die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführen ist. Das von dem Verdampfer 104 abgeführte Kältemittel wird dem Kompressor 101 zugeführt.
Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform umfasst HFO-1123 (1,1,2-Trifluorethylen), HFC-32 (Difluormethan), und HFO-1234ze (1,3,3,3-Tetrafluorpropen), in dem die drei Komponenten als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen.
Das Kältemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf eines beschränkt, das nur aus drei Komponenten hergestellt ist. Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform kann ein oder mehrere andere Arbeitsmedien zusätzlich zu den drei Komponenten umfassen, solange wie die drei Komponenten als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen. Der Ausdruck „die drei Komponenten liegen als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vor“ bezieht sich auf und bedeutet, dass die Gesamtmasse der drei Komponenten größer als die Masse des anderen Arbeitsmediums/der anderen Arbeitsmedien ist. Wenn das Kältemittel zwei oder mehrere unterschiedliche andere Arbeitsmedien umfasst, bedeutet der Ausdruck, dass die Gesamtmasse der drei Komponenten größer als die Masse von jedem der anderen Arbeitsmedien ist. Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform kann in Kombination mit einer oder mehreren anderen Komponenten als Arbeitsmedien verwendet werden, wobei die anderen Komponenten für den Einsatz in Kombination mit derartigen Kältemitteln sind. Nicht einschränkende Beispiele der anderen Komponenten als Arbeitsmedien umfassen Schmieröle, Trockenmittel und andere Zusatzstoffe.
HFO-1234ze weist zwei Isomere, E-Form und Z-Form, durch einen Unterschied in der Anordnung von Atomen in dem Molekül auf. In der vorliegenden Beschreibung wird die E-Form als HFO-1234ze (E) und die Z-Form als HFO-1234ze (Z) angegeben. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff „HFO-1234ze“ auf den Fall, in dem das HFO-1234ze allein HFO-1234ze (E) umfasst, den Fall, in dem das HFO-1234ze sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst, und den Fall, in dem das HFO-1234ze allein HFO-1234ze (Z) umfasst.
Die Eigenschaften des Kältemittels der vorliegenden Ausführungsform werden mit den Eigenschaften eines Kältemittels, das ein Zweikomponenten-Gemischkältemittel aus HFO-1123 und HFC-32 ist, als ein Vergleichsbeispiel beschrieben.
Tabelle 1 stellt die Eigenschaften der einzelnen Kältemittel dar, wenn sie alleine verwendet werden. Die Werte der in Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften sind von den Werten der Eigenschaften, die in der folgenden Literatur und den Aufsätzen beschrieben sind.
Name der Literatur: The International Symposium on New Refrigerant und Environmental Technology 2014
Nummern der Aufsätze: JRA1A2014KOBE-0801, JRA1A2014KOBE-0805 und JRA1A2014KOBE-0806

Tabelle 2 stellt die Eigenschaften des Gemischkältemittels der Vergleichsbeispiele 1 und 2 dar. Die in Tabelle 2 angegebenen GWPs und die kritischen Temperaturen werden auf der Grundlage der Werte in Tabelle 1 berechnet. Die Kältemittel der Vergleichsbeispiele 1 und 2 umfassen HFO-I 123 und HFC-32 in Gemischverhältnissen von HFO-1123 zu HFC-32 von jeweils 50:50 (in Masseprozent) und 60:40 (in Masseprozent). Die Gemischverhältnisse werden definiert, während die Gesamtmasse von HFO-1123 und HFC-32 als 100 Masseprozent definiert ist. [Tabelle 1]

	HFO1123	HFC32	HFO1234ze(E)	HFO1234ze(Z)	HFO 1234yf	HFC134a
Siedepunkt (°C)	-56	-51	-19	9,7	-29	-26
kritische Temperatur (°C)	59,2	78,1	109,4	150,1	94,7	100,9
GWP	0,3	675	1	1	1	1430
Brennbarkeit	geringfügig brennbar	geringfügig brennbar	geringfügig brennbar	geringfügig brennbar	geringfügig brennbar	unbrennbar
Brennrate (cm·S^-1)	unverbrannt	9	5	unverbrannt	3	unbrennbar
Disproportionierung	vorhanden	abwesend	abwesend	abwesend	abwesend	abwesend

[Tabelle 2]

	Vergleichsbeispiel 1		Vergleichsbeispiel 2
	HFO1123	HFC32	HFO1123	HFC32
Gemischverhältnis (Masseprozent)	50	50	60	40
Kritische Temperatur (°C)	um 68°C		um 67°C
GWP	etwa 340		etwa 270
Brennbarkeit	geringfügig brennbar		geringfügig brennbar
Disproportionierung	abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)		abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)

Zunächst werden die Eigenschaften des Zweikomponenten-Gemischkältemittels von HFO-1123 und HFC-32 beschrieben.
(I) GWP (Potenzial der Globalen Erwärmung)
Wie in Tabelle 1 dargestellt, weist HFO-1123 ein extrem niedriges GWP von 0,3 auf, wohingegen HFC-32 ein hohes GWP von 675 aufweist. Als Ergebnis nimmt das GWP des Zweikomponenten-Gemischkältemittels mit einer Zunahme im Gemischanteil von HFC-32 zu. Im Einzelnen weist das Gemischkältemittel von Vergleichsbeispiel 1 ein GWP von etwa 340 und das Gemischkältemittel von Vergleichsbeispiel 2 ein GWP von etwa 270 auf, wobei beide dieser GWPs hoch sind, wie in Tabelle 2 dargestellt.
(2) Kritische Temperatur
HFO-1123 weist eine niedrige kritische Temperatur von 59,2°C und HFC-32 weist ebenfalls eine niedrige kritische Temperatur von 78,1 °C auf, wie in Tabelle 1 dargestellt. Das Zweikomponenten-Gemischkältemittel weist daher eine niedrige kritische Temperatur zwischen 59,2°C bis 78,1°C einschließlich auf. Im Einzelnen weist das Gemischkältemittel von Vergleichsbeispiel 1 eine kritische Temperatur von rund 68°C und das Gemischkältemittel von Vergleichsbeispiel 2 eine kritische Temperatur von rund 67°C auf, wie in Tabelle 2 dargestellt.
Wenn das Zweikomponenten-Gemischkältemittel in einer Kältekreislaufvorrichtung einer im Fahrzeug befindlichen Klimaanlage verwendet wird, kann das Kältemittel einem Betrieb unter Hochtemperaturbedingungen unterzogen werden, in dem die Luft, um den Kondensator 102 zu kühlen, eine relativ hohe Temperatur aufweist. In einem derartigen Fall kann die im Fahrzeug befindliche Klimaanlage nachteiligerweise unter verringerter Kühlleistung leiden. Dies deswegen, weil die Temperatur des Kältemittels nach einem Wärmetausch niedriger als jedoch nahe an der kritischen Temperatur oder höher als die kritische Temperatur ist.
Die Verringerung in der Kühlleistung wird nachstehend mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
In Haushalts- und Industrieklimaanlagen ist die Kältemittelkondensationstemperatur in dem Kondensator, das heißt, die Temperatur des Kältemittels nach einem Wärmetausch mit der Luft, höher als die Außenlufttemperatur um mehrere Grad Celsius bis einige zehn Grad Celsius. Wenn die Außenlufttemperatur beispielsweise 40°C ist, ist die Kühllufttemperatur, welche die Temperatur der Luft ist, um den Kondensator zu kühlen, rund 45°C, und die Kältemittelkondensationstemperatur ist 50°C bis 60°C. Im Gegensatz dazu ist in Fahrzeug befindlichen Klimaanlagen der Kondensator 102 benachbart zu einer Maschine angeordnet, die Wärme erzeugt. Außerdem kann die durch die Maschine erzeugte Wärme intern im Maschinenraum verharren, wenn das Fahrzeug in einem geparkten Zustand ist. Dies kann bewirken, dass die Temperatur der Luft, die den Kondensator 102 kühlt, höher als die Außenlufttemperatur um nahezu 20°C ansteigt. Wenn die Außenlufttemperatur beispielsweise 40°C ist, wird die Kühllufttemperatur rund 60°C, und die Kältemittelkondensationstemperatur ist 65°C bis 75°C. Im Mittleren und Nahen Osten und anderen Regionen, wo die Außenlufttemperatur extrem hoch ist, wird, wenn die Außenlufttemperatur gleich 50°C ist, die Kühllufttemperatur rund 70°C, und die Kältemittelkondensationstemperatur 75°C bis 85°C. Wie oben beschrieben, kann der Betrieb in den im Fahrzeug befindlichen Klimaanlagen unter Hochtemperaturbedingungen durchgeführt werden, in denen die Temperatur der Luft, um den Kondensator 102 zu kühlen, höher (das heißt, eine höhere Kältemittelkondensationstemperatur) im Vergleich mit Haushalts- und Industrieklimaanlagen ist.
2 ist ein Diagramm, das auf einem Mollier-Diagramm (das heißt, einem ph-Diagramm) von HFC-32, das eine kritische Temperatur von 78,1 °C aufweist, eine Änderung des Zustands des Kältemittels in einem Kältekreislauf veranschaulicht, in dem die Kältemittelkondensationstemperatur gleich 75°C ist. Die Kältemittelkondensationstemperatur, wenn sie 75°C ist, ist nahe der kritischen Temperatur und die Enthalpie nimmt nicht bei Beendigung der Kondensation des Kältemittels ab. Somit gibt der Betrieb unter derartig hohen Temperaturbedingungen einen deutlich verringerten Unterschied in der Enthalpie im Vergleich mit einem Betrieb unter Mitteltemperaturbedingungen, wobei der Unterschied in der Enthalpie ein Enthalpieunterschied (das heißt, ein Unterschied in der Verdampfungsenthalpie) zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdampfers 104 ist. Es versteht sich, dass dies den Verdampfer 104 veranlasst, eine deutlich verringerte Kühlleistung aufzuweisen.
3 ist ein Diagramm, das auf einem Mollier-Diagramm (das heißt, einem ph-Diagramm) von HFC-32, das eine kritische Temperatur von 78,1 °C aufweist, eine Änderung des Zustands des Kältemittels in einem Kältekreislauf veranschaulicht, wobei das Kältemittel nach einem Wärmetausch mit Luft in einem Wärmestrahler eine Temperatur von 85°C aufweist. Der Wärmestrahler entspricht dem Kondensator 102 in 1. In diesem Fall ist der Betrieb ein superkritischer Betrieb, in dem das Kältemittel nach einem Wärmetausch mit Luft in dem Wärmestrahler eine höhere Temperatur als die kritische Temperatur aufweist und die Enthalpie nicht bei Beendigung der Kondensation des Kältemittels abnimmt. Somit weist wie mit dem Betrieb unter Hochtemperaturbedingungen, der in 2 angegeben wird, der Betrieb unter derartigen superkritischen Bedingungen einen deutlich verringerten Unterschied in der Verdampfungsenthalpie im Vergleich mit dem Betrieb unter Mitteltemperaturbedingungen auf, wie in 2 veranschaulicht. Der Verdampfer 104 leidet daher unter einer deutlich verringerten Kühlleistung. In einem derartigen superkritischen Druckbetrieb ist das Kältemittel in einem superkritischen Zustand sogar am Auslass des Wärmestrahlers. Dies erschwert einen Dampf-Flüssigkeits-Trennungsmeclianismus durch einen Empfänger in einem Kältekreislauf unter Verwendung des Empfängers und dies erfordert wiederum deutliche Änderungen oder Modifikationen des Kältekreislaufs selbst.
Die Gemischkältemittel von Vergleichsbeispielen 1 und 2 weisen kritische Temperaturen auf die niedriger als die kritische Temperatur von HFC-32 sind, und dies zeigt, dass die Gemischkältemittel von Vergleichsbeispielen 1 und 2 unter den Nachteilen wie mit HFC-32 leiden.
(3) Brennbarkeit und Disproportionierung
Die Zweikomponenten-Gemischkältemittel sind bekannt, HFC-32 in einem hohen Gemischverhältnis umfassen zu müssen, um die Disproportionierung von HFO-1 123 einzuschränken. In einem Vergleich in der Brennrate, die ein Index für Brennbarkeit ist, weist HFC-32 eine höhere Brennrate im Vergleich mit HFO-1234yf auf, wie in Tabelle 1 dargestellt, wobei HFO-1234yf praktisch als ein im Fahrzeug befindliches Kältemittel verwendet wird. Dies erfordert die Einschränkung oder Verringerung von Brennbarkeit.
Die Zweikomponenten-Gemischkältemittel sind aus den obigen Gründen (1) bis (3) kaum als im Fahrzeug befindliche Kältemittel verwendbar. Im Gegensatz dazu weisen die Zweikomponenten-Gemischkältemittel eine extrem höhere Kühlleistung (das heißt, Kühlkapazität), die eine Grundleistung als Kältemittel ist, im Vergleich mit HFC-1 34a auf, das als ein im Fahrzeug befindliches Kältemittel praktisch verwendet wird. Beispielsweise bieten die Gemischkältemittel von Vergleichsbeispielen 1 und 2 eine extrem hohe Kühlleistung bis zu so viel wie etwa das 2,5-fache der Kühlleistung von HFC-134a. Demgemäß wird erwartet, die Nachteile durch Aufnehmen einer oder mehrerer anderer Kältemittelkomponenten in dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel als eine Grundkältemittelkomponente zu beheben.
Im Gegensatz dazu weist HFO-1234ze folgenden Spezifitäten auf, wie in Tabelle 1 angegeben.
(1) GWP
HFO-1234ze weist ein GWP von 1 auf, das so niedrig wie bei anderen Hydrofluorolefin(HFO)-Kältemitteln ist, die zunehmend praktisch verwendet wurden. HFO-1234yf wurde praktisch verwendet, weil es derartige Sicherheits- und Temperatur-Druck-Charakteristiken aufweist, um als ein im Fahrzeug befindlichen Kältemittel verwendbar zu sein. HFO-1234ze weist Eigenschaften auf, die denen von HFO-1234yf relativ nahe sind, und ist ein als eine weitere Kältemittelkomponente zu untersuchendes Objekt, das in das Zweikomponenten-Gemischkältemittel aufzunehmen ist.
(2) Kritische Temperatur
Die kritische Temperatur von HFO-1234ze ist eine markante Eigenschaft. Im Einzelnen weisen HFO-1234ze (E) und HFO-1234ze (Z) extrem höhere kritische Temperaturen von jeweils 109,4° C und 150,1° C im Vergleich mit anderen Kältemitteln auf. Diese Eigenschaft ermöglicht dem resultierenden Gemischkältemittel, eine höhere kritische Temperatur wirksam aufzuweisen.
(3) Brennbarkeit
HFO-1234ze weist eine Brennrate auf, die niedriger als die Brennrate von HFO-32 und nahe an der Brennrate von HFO-1234yf ist. Dies ermöglicht dem resultierenden Gemischkältemittel eine Brennbarkeit aufzuweisen, die innerhalb eines derartigen Bereichs kontrolliert wird, um als ein im Fahrzeug befindliches Kältemittel annehmbar zu sein.
Diese zeigen, dass HFO-1234ze als ein Kältemittel optimal ist, das die Anforderungen unter Kältemitteln erfüllt, die als Kältemittel zur Klimatisierung geprüft werden.
Als nächstes werden die Eigenschaften des Kältemittels der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
(1) GWP
Wie oben beschrieben, kann ein Gemischkältemittel aus HFO-1123 und HFC-32, wenn ferner mit I-IFO-1234ze kombiniert, das ein niedriges GWP aufweist, ein niedrigeres GWP im Vergleich mit dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel aufweisen.
4 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem GWP einer Mischung aus drei Komponenten HFO-1123, HFC-32 und HFO-1234ze und dem Gemischverhältnis (das heißt, dem Gemischanteil) von I-IFO-1234ze. Der „Gemischanteil von HFO-1234ze“ bezieht sich auf den Anteil von HFO-1234ze relativ zu der Gesamtmasse der drei Komponenten, vorausgesetzt, dass die Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. Die geraden Linien in 4, welche die Beziehung zwischen dem GWP und dem Gemischanteil von HFO-1234ze veranschaulichen, werden als ein Ergebnis der Berechnung unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen GWPs bei Gemischverhältnissen (in Massenverhältnissen) von HFO-1 123 zu HFC-32 von 4:6, 5:5 und 6:4 aufgetragen. Wie durch Tabelle 1 gezeigt, weisen HFO-1234ze (E) und HFO-1234ze (Z) identische GWPs auf. Somit kann das HFO-1234ze in 4 ein beliebiges HFO-1234ze sein, das HFO-1234ze (E) allein umfasst, ein HFO-1234ze sein, das sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst, und ein HFO-1234ze sein, das HFO-1234ze (Z) allein umfasst.
4 zeigt, dass ein Kältemittel, wenn es ferner HFO-5 1234ze umfasst, ein niedrigeres GWP im Vergleich mit den Gemischkältemitteln der Vergleichsbeispiele 1 und 2 aufweist, wenn diese mit dem gleichen Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 verglichen werden.
(2) Kritische Temperatur
Wie oben beschrieben, kann ein Gemischkältemittel aus HFO-1123 und HFC-32, wenn ferner mit HFO-1234ze kombiniert, das eine hohe kritische Temperatur aufweist, eine höhere kritische Temperatur im Vergleich mit dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel aufweisen. Das heißt, dass das resultierende Gemischkältemittel eine erhöhende kritische Temperatur mit einem zunehmenden Anteil von HFO-1234ze relativ zu der Gesamtmenge der drei Komponenten aufweisen kann.
Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform kann daher eine höhere kritische Temperatur aufweisen und kann den Nachteil einer Verringerung in der Kältemitteleistung aufgrund der niedrigeren kritischen Temperatur beheben.
HFO-1234ze (Z) weist eine extrem hohe kritische Temperatur von 150,1°C auf, wobei es jedoch ebenfalls einen hohen Siedepunkt von 9,7°C aufweist. Das HFO-1234ze für den Einsatz hier umfasst bevorzugt allein HFO-1234ze (E) oder umfasst bevorzugt die beiden Isomere, wobei es jedoch HFO-1234ze (E) in einer größeren Menge im Vergleich mit HFO-1234ze (Z) enthält.
(3) Brennbarkeit
Wie oben beschrieben, kann das Dreikomponenten-Gemischkältemittel, wenn HFO-32 in einem niedrigeren Anteil und HFO-1234ze in einem höheren Anteil relativ zu der Gesamtmenge des Gemischkältemittels enthalten ist, eine niedrigere Brennbarkeit im Vergleich mit dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel aufweisen. Mit anderen Worten enthält das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform HFO-1234ze, das eine niedrigere Brennrate im Vergleich mit 1-IFO-32 aufweist. Dies ermöglicht dem Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform eine niedrigere Brennbarkeit im Vergleich mit dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel aufzuweisen, wenn beim gleichen Gemischverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 verglichen wird.
Als nächstes werden die Gemischanteile in dem Kältemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In Europa wird von im Fahrzeug befindlichen Kältemitteln typischerweise von Vorschriften verlangt, GWPs von 150 oder weniger aufzuweisen. Das Kältemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein GWP in einem Gemischzustand der drei Hauptkomponenten von 150 oder weniger durch geeignetes Einstellen der Gemischanteile der drei Komponenten aufweisen.
Im Einzelnen werden die Gemischanteile der drei Komponenten innerhalb der folgenden Bereiche eingestellt.
Wie in 4 veranschaulicht, werden die Gemischanteile der drei Komponenten eingestellt, so dass der Massenanteil von HFO-1234ze relativ zu der Gesamtmasse der drei Komponenten 45 Masseprozent oder mehr ist, vorausgesetzt, dass das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 ist. Der Massenanteil bezieht sich auf einen Massenanteil, wie er bestimmt wurde, während die Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. Bei Massenverhältnissen von HFO-1123 zu HFC-32 von 5:5 und 4:6 werden die Massenanteile der drei Komponenten jedoch eingestellt, so dass die Massenanteile von HFO-1234ze jeweils etwa 55% oder mehr und etwa 64% oder mehr innerhalb derartiger Bereiche sind, so dass das resultierende Kältemittel ein GWP von 150 oder weniger aufweist. Das „Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 zu 6:4“ bezieht sich auf einen Bereich, der zwischen dem Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 und dem Massenverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 6:4 ist, und der sowohl das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 als auch das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 6:4 umfasst.
Das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 wird hier wie von 4:6 bis 6:4 aus den folgenden Gründen spezifiziert.
HFC-32 weist einen Siedepunkt nahe an dem Siedepunkt von HFO-1123 auf. HFC-32 wirkt daher als ein pseudo-azeotropes Kältemittel mit Bezug auf HFO-1123. HFO-1234ze weist Siedepunkte auf, die sich von den Siedepunkten von HFO-1123 deutlich unterscheiden. HFO-1234ze unterscheidet sich daher in den Eigenschaften von HFO-1123.
Während eines Halts der Kältekreislaufvorrichtung 100 kann eine Temperaturverteilung in einzelnen Abschnitten der Kältekreislaufvorrichtung 100 auftreten, um eine Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Kältemittelkomponenten in dem Kältekreislauf aufgrund des Verdampfungs- und/oder Kondensationsphänomens des Kältemittels zu verursachen. Sogar in diesem Fall kann das Kältemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Gemischzustand von HFO-1 123 und HFC-32 aufrechterhalten. Wenn das Kältemittel in diesem Zustand typischerweise von einer Rohrverbindung der Kältekreislaufvorrichtung 100 leckt, kann der Fall auftreten, in dem unter den drei Komponenten HFO-1234ze vorzugsweise nach außen abgeführt wird. In diesem Fall wird das restliche Gemischkältemittel im Kältekreislauf eine Zweikomponenten-Mischung aus HFO-1123 und HFC-32. Das Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 wird bevorzugt auf ein derartiges Gemischverhältnis eingestellt, um die Disproportionierung einzuschränken.
Das Zweikomponenten-Gemischkältemittel aus FIFO- 1123 und HFC-32 ist bekannt, weniger unter Disproportionierung von HFO-1123 durch Einstellen des Massenverhältnisses von HFO-1 123 zu HFC-32 in den Bereich von 4:6 bis 6:4 zu leiden (siehe, beispielsweise „The International Symposium on New Refrigerant und Environmental Technology 2014“, Article Number: JRA1A2014KOBE-0806). In dem Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform ist das Massenverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32, welches das pseudo-azeotrope Kältemittel gegenüber dem ersteren ist, von 4:6 bis 6:4 als eine Versicherung gegen den Fall, in dem unter den drei Komponenten allein HFO-1234ze nach außen abgeführt wird. Diese Konfiguration kann die Disproportionierung von HFO-1123 einschränken.
4 zeigt ebenfalls, dass das Gemischkältemittel ein GWP von 150 oder weniger durch Einstellen des Gemischverhältnisses von HFO-1234ze auf 45 Masseprozent oder mehr bei einem Massenverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 6:4 aufweist.
Gemischkältemittel, die Gemischverhältnisse von HFO-1123 zu HFC-32 von niedriger als 6:4 aufweisen, sind wie folgt. Das heißt, die Daten in 4 zeigen, dass ein Gemischkältemittel, wenn es ein Gemischverhältnis von HFO-1123 zu IIFC-32 von 5:5 aufweist, ein GWP von 150 oder weniger aufweisen kann, indem es HFO-1234ze in einem Gemischanteil von etwa 55 Masseprozent oder mehr aufweist. Die Daten zeigen ebenfalls, dass ein Gemischkältemittel, wenn es ein Gemischverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 4:6 aufweist, ein GWP von 150 oder weniger aufweisen kann, indem es HFO-1234ze in einem Gemischanteil von etwa 64 Masseprozent oder mehr aufweist.
Auf dieser Grundlage kann gesagt werden, dass das Gemischkältemittel HFO-1234ze in einem Gemischanteil von wenigstens 45 Masseprozent oder mehr enthalten sein muss, um ein GWP von 150 oder weniger aufzuweisen.
Der Bereich des Gemischverhältnisses der drei Komponenten, um dem Kältemittel zu ermöglichen, ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der drei Komponenten aufzuweisen, wird auf das Dreiecksdiagramm der drei Komponenten in 5 aufgetragen, wobei das Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 im Bereich von 4:6 bis 6:4 eingestellt wird. 5 ist ein Dreiecksdiagramm, wobei die Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist, und wobei Punkte, an denen der Massenanteil von je einem der drei Komponente 100 Masseprozent sind, als Scheitelpunkte definiert werden.
In dem in 5 veranschaulichten Dreiecksdiagramm wird das Gemischverhältnis der drei Komponenten eingestellt, um innerhalb einer quer schraffierten Region zu fallen, die von geraden Linien umgeben ist, die Punkt A1, Punkt A2 und Punkt A3 in der spezifizierten Reihenfolge verbinden, wobei die Region die einzelnen geraden Linien umfasst, jedoch Punkt A3 ausschließt. Dies ermöglicht dem Gemischkältemittel, ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der drei Komponenten aufzuweisen. Punkt A1, Punkt A2 und Punkt A3 werden wie folgt ausgedrückt.

Punkt A1: (HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze = 33:22,0:45,0)
Punkt A2: (HFO-1123 :HFC-32:HFO-1234ze = 14,5:21,8:63,8)
Punkt A3: (HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze = 0:0:100)

Die quer schraffierte Region in 5 wird unter Verwendung von GWPs hergeleitet, die durch eine Prozedur ähnliche derjenigen in 4 berechnet werden. Die gerade Linie, die zwischen Punkt A1 und Punkt A3 in 5 verbindet, entspricht einer Region mit einem Gemischanteil von HFO-1234ze von 45 Masseprozent oder mehr, in der geraden Linie mit einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 6:4 in 4. Die gerade Linie, die zwischen Punkt A2 und Punkt A3 in 5 verbindet, entspricht einer Region mit einem Gemischanteil von HFO-1234ze von etwa 64 (im Einzelnen 63,8) Masseprozent oder mehr, in der geraden Linie mit einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 in 4.
Wenn HFO-1234ze sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst, bezieht sich der Begriff „Massenanteil von HFO-1234ze“ in 4 und 5 auf den Massenanteil der Gesamtmasse der beiden Isomere.

Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt ein Gemischverhältnis der drei Komponenten von einem beliebigen der Gemischverhältnisse auf, wie in Beispielen 1 und 2 spezifiziert. Tabelle 3 stellt die Gemischverhältnisse und die Eigenschaften der Kältemittel von Beispielen 1 und 2 dar. Tabelle 3 stellt ebenfalls das Gemischverhältnis und die Eigenschaften des Kältemittels von Vergleichsbeispiel 1 dar. [Tabelle 3]

	Vergleichsbeispiel 1		Beispiel 1			Beispiel 2			Vergleichsbeispiel 3
	HFO1123	HFC32	HFO1123	HFC32	HFO1234ze(E)	HFO1123	HFC32	HFO1234ze(E)	HFO1234yf
Gemischverhältnis (Masseprozent)	50	50	33	22,0	45,0	14,5	21,8	63,8	100
Kritische Temperatur (°C)	um 68°C		um 86°C			um 95°C			94,7
GWP	etwa 340		etwa 150			etwa 150			1
Verbrennbarkeit	geringfügig brennbar		geringfügig brennbar			geringfügig brennbar			geringfügig brennbar
Disproportionierung	abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)		abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)			abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)			abwesend
Kühlleistung	100		etwa 73			etwa 63			etwa 36

Die in Tabelle 3 angegeben kritischen Temperaturen und GWPs werden unter Verwendung der Werte in Tabelle 1 berechnet. Um die Eigenschaften der Kältemittel von Beispielen 1 und 2 zu bewerten, wurden Kühlleistungen von Kältekreislaufvorrichtungen unter Verwendung der Kältemittel von Beispielen 1 und 2 berechnet. Die „Kühlleistung“ kann wie gesagt ebenfalls eine Kältekapazität einer Kältekreislaufvorrichtung sein. Die Kühlleistungen von Beispielen 1 und 2 in Tabelle 3 wurden jeweils durch Berechnen einer Kühlkapazität durch das folgende Berechnungsverfahren bestimmt, und Angeben der Kühlkapazität als ein relativer Prozentsatz, wie bestimmt, während die Kühlkapazität von Vergleichsbeispiel 1 als 100% definiert ist.
Berechnungsverfahren der Kühlkapazität
Jede Kühlkapazität wurde aus der Enthalpie (h) jedes Kältemittels und der Dichte (ρ) jedes Kältemittels an einer Kompressoreinlassposition berechnet, wobei die Kältemittelkondensationstemperatur bei etwa 50°C und die Verdampfungstemperatur bei etwa 0°C definiert ist. $K \ddot{u} hlkapazit \ddot{a} t = (h1 - h2) \times ρ$
In dem Ausdruck ist h1 die Enthalpie des Kältemittels nach dem Abführen aus dem Verdampfer 104 und h2 die Enthalpie des Kältemittels vor dem Strömen in den Verdampfer 104.
Wie in Tabelle 3 dargestellt, verwendet das Kältemittel von Beispiel 1 allein HFO-1234ze (E) als das HFO-1234ze. Das Kältemittel von Beispiel 1 weist ein Gemischverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 6:4 auf. Das Kältemittel von Beispiel 1 weist einen Massenanteil von HFO-1234ze von 45,0 Masseprozent relativ zu der Gesamtmasse der drei Komponenten auf, wobei die Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. Das Gemischverhältnis in Beispiel 1 entspricht Punkt A1 in 5.
(1) GWP
Das Kältemittel von Beispiel 1 weist ein GWP von etwa 150 auf und erfüllt die verlangte Bedingung für das GWP von 150 oder weniger.
(2) Kritische Temperatur
Wie oben beschrieben, ist es für ein im Fahrzeug befindliches Kältemittel wünschenswert, die Kältemittelkondensationstemperatur auf einem Niveau beizubehalten, das gleich oder niedriger als die kritische Temperatur sogar im Mittleren und Nahen Osten und anderen Regionen ist, wo eine Umgebungstemperatur extrem hoch ist. Wenn die Außenlufttemperatur gleich 50°C ist, wird die Kondensationstemperatur gleich 75°C bis 85°C. Das Kältemittel weist daher wünschenswerterweise eine kritische Temperatur von 85° C oder höher auf.
Das Kältemittel von Beispiel 1 weist eine kritische Temperatur von etwa 86°C auf und erfüllt die Zielbedingung in der kritischen Technologie von 85°C oder höher.
(3) Brennbarkeit
Das Kältemittel von Beispiel 1 umfasst HFC-32 in einer kleineren Menge und HFO-1234ze (E) in einer größeren Menge im Vergleich mit dem Zweikomponenten-Gemischkältemittel, das HFO-1123 und HFC-32 in einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 6:4 aufweist. Das Kältemittel von Beispiel 1 weist daher eine niedrigere Brennbarkeit auf.
(4) Kühlleistung
Wie in Tabelle 3 gezeigt, kann das Kältemittel von Beispiel 1 seine Kühlleistung auf einem Niveau von etwa 73% relativ zu der Kühlleistung des Gemischkältemittels von Vergleichsbeispiel 1 aufrechthalten. Das Kältemittel von Beispiel 1 weist eine Kühlleistung von etwa zweimal so viel wie die Kühlleistung von HFO-1234yf auf, das gegenwärtig als ein im Fahrzeug befindliches Kältemittel verwendet wird. Demgemäß kann das Kältemittel von Beispiel 1, wenn verwendet, zu einer deutlich besseren Leistung von im Fahrzeug befindlichen Klimaanlagen beitragen.
Es gibt eine derartige Kompromissbeziehung, dass die kritische Temperatur angehoben wird, die Kühlleistung jedoch mit einer Zunahme im Gemischanteil von HFO-1234ze relativ zu der Gesamtmenge der drei Komponenten abgesenkt wird. Das in Beispiel 1 spezifizierte Gemischverhältnis ist ein derartiges Gemischverhältnis, um die Kühlleistung des Kältemittels auf einem maximalen Niveau aufrechtzuerhalten, während das Kältemittel gesteuert wird, ein GWP von 150 oder weniger und eine kritische Temperatur von 85°C oder höher aufzuweisen.
(5) Disproportionierung
Das Kältemittel von Beispiel 1 umfasst HFO-1123 und sein pseudo-azeotropes Kältemittel HFC-32 in einem Gemischverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 und erfährt dadurch weniger die Disproportionierung von HFO-1123, wie oben beschrieben.
Das Kältemittel von Beispiel 1 umfasst HFO-1123 und HFC-32 in einem Gemischverhältnis von HFO-1 123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 in einem Betriebszustand der Kältekreislaufvorrichtung 100. Außerdem wird HFO-1 123 in dem Kältemittel von Beispiel 1 mit HFO-1234ze verdünnt (in der Konzentration abgesenkt). Dies ermöglicht dem Kältemittel gemäß Beispiel 1 ebenfalls, weniger die Disproportionierung von HFO-1123 zu erfahren.
In einem Haltzustand der Kältekreislaufvorrichtung 100 können die Komponenten in dem Kältemittel ungleichmäßig verteilt sein, um zu bewirken, dass allein HFO-1234ze nach außen abgeführt wird. Sogar in diesem Fall erfährt das Kältemittel von Beispiel 1 weniger die Disproportionierung von HFO-1123, weil HFO-1123 und HFC-32 in einem Gemischzustand zueinander aufrechterhalten werden und das Kältemittel ein Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 6:4 aufweist.
Das Kältemittel von Beispiel 2 verwendet allein HFO-1234ze (E) als das I-IFO-1234ze, wie in Tabelle 3 dargestellt. Das Kältemittel von Beispiel 2 umfasst HFO-1123 und HFC-32 in einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6. Das Kältemittel von Beispiel 2 umfasst HFO-1234ze in einem Massenanteil von 63,8% relativ zu der Gesamtmenge der drei Komponenten. Der Massenanteil bezieht sich hier auf einen Massenanteil, wie er bestimmt wird, während die Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. Das in Beispiel 2 spezifizierte Gemischverhältnis entspricht Punkt A2 in 5.
Das Kältemittel von Beispiel 2 hält ein GWP in einem Gemischzustand auf einem Niveau von 150 oder weniger aufrecht und weist weiterhin eine höhere kritische Temperatur von etwa 95°C im Vergleich mit dem Kältemittel von Beispiel 1 auf. Im Gegensatz dazu umfasst das Kältemittel von Beispiel 2 die Komponente HFO-1234ze (E) in einem größeren Anteil und weist dadurch eine geringfügig niedrigere Kühlleistung im Vergleich mit dem Kältemittel von Beispiel 1 auf. Das Kältemittel von Beispiel 2 weist jedoch eine Kühlleistung von etwa 1,74 Mal so viel wie die Kühlleistung von HFO-1234yf auf. Das Kältemittel von Beispiel 2 kann, wenn verwendet, zu einer deutlich besseren Leistung von im Fahrzeug befindlichen Klimaanlagen beitragen.
Zweite Ausführungsform
Das Kältemittel gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ferner HFO-1234yf (2,3,3,3-Tetrafluor-1-Propen) zusätzlich zu den drei Komponenten des Kältemittels gemäß der ersten Ausführungsform. Das heißt, dass das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform ein Vierkomponenten-Gemisch aus HFO-1123, HFC-32, HFO-1234ze und HFO-1234yf ist, die als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen.
HFO-1234yf weist ein extrem niedrigeres GWP von 1 als das GWP (675) von HFC-32 auf, wie in Tabelle 1 dargestellt. HFO-1234yf weist eine extrem hohe kritische Temperatur von 94,7°C im Vergleich mit den kritischen Temperaturen (59,2°C und 78,1°C) von jeweils HFO-1123 und HFC-32 auf. HFO-1234yf weist eine niedrigere Brennrate im Vergleich mit HFC-32 auf.
Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform bietet ebenfalls ähnliche Vorteile in GWP, kritischer Temperatur und Brennbarkeit zu dem Kältemittel der ersten Ausführungsform.
HFO-1234yf weist ein GWP auf dem gleichen Niveau mit dem GWP von HFO-1234ze auf. Das Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der Hauptkomponenten durch geeignetes Einstellen des Gemischverhältnisses der vier Komponenten aufweisen, wie in dem Kältemittel der ersten Ausfuhrungsform. Der Bereich des Gemischverhältnisses der vier Komponenten, um dem Kältemittel zu ermöglichen, ein GWP von 150 oder weniger aufzuweisen, ist der gleiche wie mit dem Bereich des Gemischverhältnisses der in der ersten Ausführungsform beschriebenen drei Komponenten mit der Ausnahme, dass der Massenanteil von HFO-1234ze durch den Gesamtmassenanteil von HFO-1234ze und HFO-30 1234yf in Kombination ersetzt wird.
Im Einzelnen wird das Gemischverhältnis der vier Komponenten eingestellt, so dass der Gesamtmassenanteil von HFO-1234ze und HFO-1234yf in Kombination 45 Masseprozent oder mehr relativ zu der Gesamtmasse der vier Komponenten bei einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 6:4 ist, wie in 6 veranschaulicht. Der Gemischanteil bezieht sich hier auf einen Gemischanteil, wie er bestimmt wird, während die Gesamtmasse der vier Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. Der gesamte Gemischanteil von HFO-1234ze und HFO-1234yf in Kombination wird jedoch auf etwa 55 Masseprozent oder mehr bei einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 5:5 eingestellt. Wie oben beschrieben, wird das Gemischverhältnis unter den vier Komponenten innerhalb eines derartigen Bereichs eingestellt, um dem Kältemittel zu ermöglichen, ein GWP von 150 oder weniger aufzuweisen. Der gesamte Gemischanteil von HFO-1234ze und HFO-1234yf in Kombination wird auf etwa 64 Masseprozent oder mehr bei einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 eingestellt. Wie oben beschrieben, wird das Gemischverhältnis der vier Komponenten innerhalb eines derartigen Bereichs eingestellt, um dem Kältemittel zu ermöglichen, ein GWP von 150 oder weniger aufzuweisen. Diese Konfiguration ermöglicht dem Kältemittel, ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der vier Komponenten aufzuweisen.
Das Dreiecksdiagramm in 7 ist aufgetragen, in dem die Gesamtmasse der vier Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist und Punkte, bei denen der Massenanteil von einem von HFO-1123 allein, von HFC-32 allein und von einer Mischung M allein 100 Masseprozent ist, wurden als Scheitelpunkte definiert. Das Gemisch M ist ein Gemisch (Gesamtmenge) aus HFO-1234ze und HFO-1234yf in Kombination. Auf dem Dreiecksdiagramm in 7 wird eine derartige Region aufgetragen, so dass das Kältemittel ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der vier Komponenten bei einem Gemischverhältnis von HFO-1123 zu HFC-32 von 4:6 bis 6:4 aufweist.
Unter den vier Komponenten wird das Gemischverhältnis eingestellt, um innerhalb der quer schraffierten Region zu fallen, die von geraden Linien umgeben wird, welche Punkt B1, Punkt B2 und Punkt B3 in der spezifizierten Reihenfolge in dem in 7 veranschaulichten Dreiecksdiagramm verbinden, wobei die Region die einzelnen geraden Linien umfasst, jedoch Punkt B3 ausschließt. Dies ermöglicht dem Kältemittel ein GWP von 150 oder weniger in einem Gemischzustand der vier Komponenten aufzuweisen. Punkt B1, Punkt B2 und Punkt B3 werden wie folgt ausgedrückt.
Punkt B1: (HFO-1123:HFC-32:Mischung M = (33:22,0:45,0)
Punkt B2: (HFO-1123:HFC-32:Mischung M = (14,5:21,8:63,8)
Punkt B3: (HFO-1123:1-IFC-32:Mischung M = (0:0:100)
In 6 und 7 bezieht sich, wenn das HFO-1234ze sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst, der Begriff „Massenanteil von HFO-1234ze“ ebenfalls auf den Massenanteil der Gesamtmasse der beiden Isomere.

Tabelle 4 stellt Daten eines Kältemittels von Beispiel 3 dar. Die in Tabelle 4 angegebenen Gemischanteile sind Anteile, wie sie bestimmt wurden, während die Gesamtmasse der vier Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist. [Tabelle 4]

	Beispiel 3
	HFO1123	HFC32	HFO1234ze(E)	HFO1234yf
Gemischverhältnis (Masseprozent)	32	21,3	33,0	13,7
Kritische Temperatur (°C)	um 85°C
GWP	etwa 145
Brennbarkeit	geringfügig brennbar
Disproportionierung	abwesend (praktisch verwendbarer Bereich)
Kühlleistung	etwa 73

Das Kältemittel von Beispiel 3 umfasst HFO-1 123 und HFC-32 in Gemischanteilen, die näherungsweise denen des Kältemittels von Beispiel 1 identisch sind. Das Kältemittel von Beispiel 3 umfasst ferner 13,7% von HFO-1234yf, das einen Siedepunkt relativ nahe an den Siedepunkten von HFO-1123 und HFC-32 aufweist. Das Kältemittel von Beispiel 3 wird gesteuert, um einen niedrigeren Gemischanteil von I-IFO-1234ze von 33,0% im Vergleich mit dem Kältemittel von Beispiel 1 aufzuweisen, wobei HFO-1234ze einen von den Siedepunkten von HFO-1123 und HFC-32 deutlich unterschiedlichen Siedepunkt aufweist.
Das Kältemittel von Beispiel 3 kann, wie es das Gemischverhältnis (Gemischanteilen) aufweist, Leistung auf einem Niveau ähnliche demjenigen in dem Kältemittel von Beispiel 1 aufrechterhalten und kann weiterhin weniger Temperaturgleit erfahren.
Der „Temperaturgleit“ bezieht sich jeweils auf allmähliche Änderungen einer Verdampfungstemperatur und einer Kondensationstemperatur in einem Verdampfungsprozess und einem Kondensationsprozess des Kältemittels, HFO-1234ze weist einen Siedepunkt auf, der sich von den Siedepunkten von HFO-1123 und HFC-32 deutlich unterscheidet. Dies kann bewirken, dass das Kältemittel, das HFO-1123, HFC-32 und HFO-1234ze als Hauptkomponenten umfasst, Temperaturgleit erfahrt. Um dies zu beseitigen oder zu minimieren, wird ein Teil von HFO-1234ze, das einen von den Siedepunkten von HFO-1 123 und HFC-32 deutlich unterschiedlichen Siedepunkt aufweist, durch HFO-1234yf ersetzt, das einen Siedepunkt relativ nahe an den Siedepunkten von HFO-1123 und HFC-32 aufweist, wie mit dem Kältemittel von Beispiel 3. Diese Konfiguration ermöglicht dem resultierenden Kältemittel, gewünschte Eigenschaften aufrechtzuerhalten und weiterhin weniger Temperaturgleit zu erfahren.
Das Kältemittel von Beispiel 1 wird geschätzt, einen Temperaturgleit von etwa 12°C bis etwa 5°C aufzuweisen. Im Gegensatz dazu wird das Kältemittel von Beispiel 3 geschätzt, einen Temperaturgleit von 10°C bis 3,3°C aufzuweisen. Somit erfährt das Kältemittel weniger Temperaturgleit und kann dadurch eine homogenere Verdampfungstemperatur insbesondere im Verdampfer 104 aufrechterhalten, und dies ermöglicht der gekühlten Luft, eine vereinheitlichte Temperatur aufzuweisen.
Das Gemischverhältnis im Kältemittel der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf das in Beispiel 3 spezifizierte Gemischverhältnis beschränkt, sondern kann ebenfalls ein anderes Gemischverhältnis sein.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung ist nicht dazu bestimmt, auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt zu sein und kann innerhalb des Schutzumfangs und Wesens wie geeignet modifiziert werden, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt. Die vorliegende Offenbarung nimmt ebenfalls Modifikationen der Ausführungsformen und äquivalente Variationen derselben an, wie nachstehend erwähnt.

(1) In den Ausführungsformen wird das Arbeitsmedium der vorliegenden Offenbarung auf ein Kältemittel für den Einsatz in einer Dampfkompressions-Kältekreislaufvorrichtung einer im Fahrzeug befindlichen Klimaanlage angewendet, wobei das Arbeitsmedium jedoch ebenfalls auf Kältemittel für den Einsatz von im Fahrzeug befindlichen Kältekreislaufvorrichtungen und nicht auf im Fahrzeug befindlichen Klimaanlagen und auf Kältemittel für den Einsatz in anderen Wärmekreislaufvorrichtungen angewendet werden kann. Nicht einschränkende Beispiele der anderen Wärmekreislaufvorrichtungen umfassen Rankine-Kreislaufvorrichtungen, Wärmepumpen-Kreislaufvorrichtungen und Wärmetransportvorrichtungen.
(2) Die Ausführungsformen sind nicht ohne Belang füreinander, sondern können wie geeignet kombiniert werden, es sei denn, dass die Kombination offensichtlich unmöglich ist. Selbstverständlich sind in jeder der obigen Ausführungsformen die Komponenten, welche die Ausführungsform bilden, nicht notwendigerweise wesentlich, ausgenommen typischerweise in dem Fall, wo sie eindeutig als besonders wesentlich spezifiziert oder prinzipiell als offensichtlich wesentlich angesehen werden.

Claims

Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, wobei das Arbeitsmedium umfasst: H FO-1123; HFC-32; und HFO-1234ze, wobei das HFO-1123, das HFC-32 und das HFO-1234ze, die als drei Komponenten bezeichnet werden, als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen, wobei die drei Komponenten in jeweiligen Gemischanteilen vorliegen, so dass ein GWP der drei Komponenten in dem Gemischzustand gleich 150 oder weniger ist, und wobei das HFO-1123 und das HFC-32 in einem Massenverhältnis von dem HFO-1123 zu dem HFC-32 von 4:6 bis 6:4 vorliegen, und das HFO-1234ze in einem Massenanteil von 45 Masseprozent oder mehr relativ zu einer Gesamtmasse der drei Komponenten vorliegt.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, wobei das Arbeitsmedium umfasst: H FO-1123; HFC-32; und HFO-1234ze, wobei das HFO-1123, das HFC-32 und das HFO-1234ze, die als drei Komponenten bezeichnet werden, als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen, wobei in einem Dreiecksdiagramm, in dem eine Gesamtmasse der drei Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist und in dem Punkte, bei denen jeweils ein Massenanteil von einer der drei Komponenten 100 Masseprozent ist, als Scheitelpunkte definiert sind, Massenanteile der drei Komponenten jeweils innerhalb einer Region fallen, die von geraden Linien umgeben wird, die einen Punkt A1, einen Punkt A2 und einen Punkt A3 in einer spezifizierten Reihenfolge verbinden, und die gerade Linien umfassen, jedoch den Punkt A3 ausschließen, in denen der Punkt A1 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze = 33:22,0:45,0 erfüllt, der Punkt A2 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze = 14,5:21,8:63,8 erfüllt, und der Punkt A3 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze = 0:0:100 erfüllt.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das HFO-1234ze allein HFO-1234ze (E) umfasst.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das HFO-1234ze sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, wobei das Arbeitsmedium umfasst: H FO-1123; HFC-32; HFO-1234ze; und HFO-1234yf, wobei das HFO-1123, das HFC-32, das HFO-1234ze und das HFO-1234yf, die als vier Komponenten bezeichnet werden, als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen, wobei die vier Komponenten in jeweiligen Gemischanteilen vorliegen, so dass ein GWP der vier Komponenten im Gemischzustand gleich 150 oder weniger ist, und wobei das HFO-1123 und das HFC-32 in einem Massenverhältnis von dem HFO-1123 zu dem HFC-32 von 4:6 bis 6:4 vorliegen, und ein Gesamtmassenanteil des HFO-1234ze und des HFO-1234yf in Kombination gleich 45 Masseprozent oder mehr relativ zu einer Gesamtmasse der vier Komponenten ist.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf, wobei das Arbeitsmedium umfasst: H FO-1123; HFC-32; HFO-1234ze; und HFO-1234yf, wobei das HFO-1123, das HFC-32, das HFO-1234ze und das HFO-1234yf, die als vier Komponenten bezeichnet werden, als Hauptkomponenten in einem Gemischzustand vorliegen, wobei in einem Dreiecksdiagramm, in dem eine Gesamtmasse der vier Komponenten als 100 Masseprozent definiert ist und in dem Punkte, bei denen jeweils ein Massenanteil des HFO-1123 allein, des HFC-32 allein und eine Gesamtmenge des HFO-1234ze und des HFO-1234yf 100 Masseprozent sind, als Scheitelpunkte definiert sind, Massenanteile der vier Komponenten jeweils innerhalb einer Region fallen, die von geraden Linien umgeben wird, die einen Punkt B1, einen Punkt B2 und einen Punkt B3 in einer spezifizierten Reihenfolge verbunden, und die geraden Linien umfassen, jedoch den Punkt B3 ausschließen, in denen der Punkt B1 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze und HFO-1234yf in der Gesamtmenge = 33:22,0:45,0 erfüllt, der Punkt B2 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze und HFO-1234yf in der Gesamtmenge = 14,5:21,8:63,8 erfüllt und der Punkt B3 ein Massenverhältnis von HFO-1123:HFC-32:HFO-1234ze und HFO-1234yf in der Gesamtmenge = 0:0:100 erfüllt.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das HFO-1234ze allein HFO-1234ze (E) umfasst.
Arbeitsmedium für einen Wärmekreislauf gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das HFO-1234ze sowohl HFO-1234ze (E) als auch HFO-1234ze (Z) in Kombination umfasst.