JP2015131966A - 冷却のための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱移動流体を用いる熱移動システム、方法、および組成物であり、(a)約30重量%から約65重量%のHFC−134aと、(b)約0重量%から約70重量%のHFO1234zeと、(c)約0重量%から約70重量%のHFO−1234yfと、を有し、組成物中のHFO−1234zeとHFO−1234yfとの合計の量が少なくとも約35重量%であり、重量パーセントは組成物中の成分(a)−(c)の合計に基づく。
【選択図】図1
Description
関し、また、HFC−134aの使用のために設計されたしシステムを含む改良された冷却システムおよび/または調整システムに関する。
可燃性は、多くの用途にとって他の重要な特徴である。すなわち、多くの用途、特に、熱移動用途では、非可燃性の組成物の使用は重要または必須でると考えられる。本明細書で使用される「非可燃性」との語は、ANSI/ASHRI Addendaを含むASHRAE Standard 34-2007により決定されるクラス1の化合物または組成物である。これらは、参照により本明
細書に組み込まれる。しかし、他の点で冷媒として望ましい多くのHFCsは、非可燃性ではなく、および/またはクラス1ではない。たとえば、フルオロアルカンのジフルオロエタン(HFC−152a)およびフルオロアルケンの1,1,1−トリフルオロプロペン(HFO−1243zf)は、それぞれ可燃性であり、それゆえ多くの用途にとって現実的ではない。
また、本発明は、本発明の組成物を使用する方法およびシステムを提供し、熱移動のための方法およびシステムを含み、また、現存する熱移動システムの改良を提供する。本発明のいくつかの好ましい方法の側面は、小型の冷却システム内の冷却を提供する方法に関する。本発明の他の方法の側面は、R−134aを含むように設計された現存する小型の冷却システムを改良する方法を提供し、現存する冷却システムを実質的に技術変更することなく、本発明の組成物をシステム内に導入することを含む。
Association’s Global Ozone Research and Monitoring Project」において定義され、かかる文献は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の組成物は、一般に、熱移動用途での使用に適合的であり、すなわち、加熱および/または冷却媒体として適合的である。これらは、特に、上述のように、これまでHFC−134aを使用していた小型の冷却システムに特に適合的である。
態では、約0.65:1から約1:1の重量比が好ましい。
よびポリアルキレングリコール(Poly Alkylene Glycols, PAGs)、PAGオイル、
シリコンオイル、ミネラルオイル、アルキルベンゼン(ABs)、ポリ(アルファ−オレフィン)(PAO)などの一般に用いられる冷却潤滑剤を、本発明の冷媒組成物とともに使用することができる。市販されているミネラルオイルは、WitcoのWitco LP 250(登録商標)、Shrieve ChemicalのZerol 300(登録商標)、WitcoのSunisco 3GS、およびCalumetのCalumet R015を含む。市販のアルカリベンゼン潤滑剤は、Zerol 150 (登録商標)を含む。市販のエステルは、ネオペンチルグリコールジペラルゴネートを含み、これは、Emery 2917(登録商標)およびHatcol 2370(登録商標)として入手できる。他の有効なエステルは、リン酸エステル、二塩基酸エステル、およびフルオロエステルを含む。いくつかの場合、ハイドロカーボンベースのオイルは、冷媒に十分な溶解性を備え、これはヨードカーボンを有し、ヨードカーボンおよびハイドロカーボンの組み合わせのオイルは、他のタイプの潤滑剤よりも安定である。それゆえ、そのような組み合わせは有効である。好ましい潤滑剤は、ポリアルキレングリコールおよびエステルを含む。ポリアルキレングリコールは、自動車用空調装置のような用途に現在使用されているので、いくつかの実施形態で非常に好ましい。もちろん、潤滑剤の異なるタイプの異なる組み合わせを用いることもできる。
トリクロロフルオロメタン(CFC−11)
ジクロロジフルオロメタン(CFC−12)
ジフルオロメタン(HFC−32)
ペンタフルオロエタン(HFC−125)
1,1,2,2−テトラフルオロエタン(HFC−134)
ジフルオロエタン(HFC−152a)
1,1,1,2,3,3−ヘプタフルオロプロパン(HFC−227ea)
1,1,1,3,3,3−ヘクサフルオロプロパン(HFC−236fa)
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa)
1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365mfc)
水
二酸化炭素
もちろん、上述の例の任意のものに追加して、またはこれらに代えて他の共冷媒を使用してもよい。
好ましい熱移動方法は、全体として、本発明の組成物を提供すること、顕熱移動、相変化熱移動、またはこれらの組み合わせにより、熱を組成物へまたは組成物から移動させること、を含む。たとえば、いくつかの好ましい実施形態において、本方法は、冷却システムを提供し、これは、本発明の冷媒を含み、また、本発明の組成物を凝縮および/または蒸発させることにより加熱または冷却を生じさせる方法を含む。いくつかの好ましい実施形態において、加熱および/または冷却のためのシステムおよび方法は、直接的または間接的に他の流体または本体を冷却することを含み、本発明の冷媒組成物を圧縮することを含み、その後、冷却される物の近傍で冷媒組成物を蒸発させることを含む。本明細書で用いられる「本体」との語は、無生物物体だけでなく生体組織も含むことを意図しており、一般に動物の組織および人間の組織を含む。たとえば、本発明のいくつかの側面は、鎮痛技術、予備麻酔、または処置される身体の温度を低下させることを含む治療の一部のような1つまたはそれ以上の治療目的で、本組成物を人間の組織に適用することを含む。いくつかの実施形態において、本体への応用は、本組成物を圧力下で液体の状態で、好ましくは一方向排出バルブおよび/またはノズルを備える圧力下の容器内に提供すること、および、本体へ組成物をスプレーまたは他の方法で付与することにより、圧力下の容器から液体を解放すること、を含む。液体がスプレーされた表面から蒸発するときに、表面は冷却される。
以下の例は、本発明を限定することなく説明する目的で提供される。
例1−小型冷却システム
エネルギー消費(EC)は、小型冷却システムの冷却性能の許容される測定である。EC
は、所定の時間期間にわたり特定の動作条件でシステムにより消費されるエネルギーの量を示す。特定の動作条件で冷媒のECを見積もる1つの手段は、上述のANSI/AHAM HRF-1-2007 Standardから得られ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
・冷蔵庫全体は、試験前に少なくとも24時間で32.2℃の平衡温度になるようにされる。
・冷蔵庫のドアが閉じられ、システムが開始される。
・少なくとも48時間の間データが収集され、これは、所望の冷凍温度が到達されるまでの「プルダウン」期間として知られる。また、この48時間は冷却システムが循環する間の期間をカバーする。
・電力消費、冷凍庫およびキャビネット(生鮮食品区画)の温度も、外部周囲温度とともに記録される。
いくつかの動作パラメータは、この試験に関して上記の表Aに示される組成物A1−A2のために決定され、これらの動作パラメータは、100%のエネルギー消費値を備えるHFC−134aに基づいて、以下の表1に示される。
成績係数(coefficient performance, COP)は、一般に受け入れられている、冷却性
能の測定であり、特に、冷媒の蒸発または凝縮を含む特定の加熱サイクルまたは冷却サイクルにおける冷却の相対的な熱力学効率を表すのに有用である。冷却工学において、この用語は、蒸気を圧縮する際にコンプレッサにより付与されるエネルギーに対する有効な冷却の比を表す。冷媒の能力は、冷媒が提供する冷却または加熱の量を示し、また、冷媒の所与の体積流量での熱のポンプ量に対するコンプレッサの能力のいくつかの測定値を提供する。換言すれば、特定のコンプレッサが与えられると、より高い能力を備える
冷媒は、より多くの冷却または加熱のパワーを届ける。特定の動作条件で冷却機のCOPを見積もる一つの手段は、標準的な冷却サイクル解析技術を用いる冷却機の熱力学特性から得られる(たとえば、R.C. Dowing, FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK, Chapter
3, Prentice-Hall, 1988を参照されたい)。
この例は、本発明の一実施形態の性能を示し、この実施形態において、冷媒組成物は、表AにおいてA1−A3として示され、また、4つのシステムにおいてHFC−134aの代替物として用いられる。第1のシステムは、約−7℃の蒸発温度(ET)および約54℃の凝縮温度(CT)を備えるものである(例3A)。便宜的に、そのような熱移動システム、すなわち約−18℃から約2℃のETおよび約27℃から約66℃のCTを備えるシステムは、ここでは「中間温度」のシステムと称される。第2のシステムは、約2℃のETおよび約66℃のCTを備えるものである(例3B)。便宜的に、そのような熱移動システム、すなわち約1℃から約16℃の蒸発温度および約32℃から約93℃のCTを備えるシステムは、ここでは「自動車用AC」システムと称される。第3のシステムは、約4℃のETおよび約16℃のCTを備えるものである(例3C)。便宜的に、そのような熱移動システム、すなわち約2℃から約10℃の蒸発温度および約27℃から149℃のCTを備えるシステムは、ここでは「チラー」または「チラーAC」システムと称される。第4のシステムは、約0℃のET、約5℃のソース温度(SRT)、約60℃のCT、約55℃のシンク温度(SKT)を備えるものである(例3D)。便宜的に、そのような熱移動システム、すなわち約−5℃から約5℃のET、約0℃から約10℃のSRT、約50℃から約70℃のCT、約45℃から約65℃のSKTを備えるシステムは、ここでは「家庭水ヒータ熱ポンプ」システムと称される。R−134aを用いるそのような各々のシステムの動作、および本発明の指定された冷媒組成物は以下の表3A−3Dに報告される。
は、HFC−134aとほぼ同じレベルであり、膨張器の変更が必要ないことを示している。同様の圧力および質量流れは、同一のコンプレッサの使用を可能にする。より低い排出温度は、SL−LL熱交換器の使用を可能にし、これはさらに能力および効率を改善し得る。
は、HFC−134aとほぼ同じレベルであり、膨張器の変更が必要ないことを示している。同様の圧力および質量流れは、同一のコンプレッサの使用を可能にする。より低い排出温度は、SL−LL熱交換器の使用を可能にし、これはさらに能力および効率を改善し得る。
この例は、本発明の3つの実施形態の性能を示し、ここで冷媒組成物はA1、A2、A3として表Aに示され、3つの冷媒、すなわちHFC−134a、HFO−1234fy、HFO−1234zeの使用と比較される。このシステムは、コンプレッサ、蒸発器、凝縮器、等エンタルピー膨張器、および液体ライン/吸引ライン熱交換器を備える蒸気圧縮冷却システムである。このシステムは、約363.4リットルの容積の家庭用の冷蔵庫の形態であり、空気冷却凝縮器および強制対流蒸発器を備える。コンプレッサは7.5cc排気のコンプレッサである。このシステムは、コンプレッサ吸引ラインを備える毛管SL−LL熱交換器を使用する。約32.2℃の周囲温度および約50%の相対湿度の実質的に安定な動作条件が試験される。冷凍温度は約−15℃である。コンプレッサ吸引温度は約32.2℃である。蒸発器の過熱は約5℃であり、凝縮器の予冷却は約2℃である。GWP、(HFC−134aに対する)能力、(HFC−134aに対する)効率、(HFC−134aに対する)質量流量、(HFC−134aに対する)吸引圧力:排出圧力の比、および(HFC−134aに対する)排出温度は、以下の表4に示されるように観察され、報告される。
本発明は以下の態様を含む。
[1]
熱移動組成物であって、:(a)約30重量%から約65重量%のHFC−134aと;(b)約0重量%から約70重量%のHFO−1234zeと;(c)約0重量%から約70重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記組成物中のHFO−1234zeおよびHFO−1234yfの合計の量が少なくとも35重量%であり、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
[2]
[1]に記載の熱移動組成物であって、(a)約40重量%から約45重量%のHFC−134aと;(b)約35重量%から約50重量%のHFO−1234zeと;(c)約10重量%から約20重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
[3]
[1]に記載の熱移動組成物であって、(a)約42重量%のHFC−134aと;(b)約40重量%のHFO−1234zeと;(c)約18重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
[4]
[1]に記載の熱移動組成物であって、前記HFO−1234zeは、トランスHFO−1234zeである、組成物。
[5]
[1]に記載の熱移動組成物を有する冷却システムであって、前記冷却システムは、定置空気調整器、自動車用空気調整器、家庭用冷蔵庫/冷凍庫、チラー、熱ポンプ、および自動販売機からなる群から選択されるユニット内にある、冷却システム。
[6]
[5]に記載の冷却システムであって、吸引ライン、液体ライン熱交換器を有する、冷却システム。
[7]
[1]に記載の熱移動組成物であって、さらに、約5重量%までのHFCO−1233zeを有する、組成物。
[8]
熱交換システム内に収容される現存する熱移動流体を交換する方法であって、前記現存する熱移動流体の少なくとも一部を前記システムから取り除くステップを有し、前記現存する熱移動流体は、HFC−134aを有し、前記方法は、(a)約30重量%から約65重量%のHFC-134aと、(b)約0重量%から約70重量%のHFO1234z
eと、(c)約0重量%から約70重量%のHFO−1234yfと、を有する熱移動組成物を前記システム内に導入することで、前記現存する熱移動流体の少なくとも一部を交換するステップを有し、前記組成物中のHFO−1234zeとHFO−1234yfとの合計の量が少なくとも約35重量%であり、重量パーセントは前記組成物中の成分(a)−(c)の全体に基づく、方法。
[9]
[8]に記載の方法であって、前記HFO−1234zeはトランスHFO−1234zeを有する、方法。
[10]
熱移動システムであって、流体連通するコンプレッサ、凝縮器、および蒸発器を有し、前記システム内に熱移動組成物を有し、前記熱移動組成物は、(a)約30重量%から約65重量%のHFC−134aと、(3)約0重量%から約70重量%のHFO1234zeと、(c)約0重量%から約70重量%のHFO1234yfと、を有し、前記組成物内のHFO-1234zeとHFO−1234yfとの合計の量が少なくとも約35重
量%であり、重量パーセントは、前記組成物内の成分(a)−(c)の全体に基づく、シ
ステム。
Claims (10)
- 熱移動組成物であって、:(a)約30重量%から約65重量%のHFC−134aと;(b)約0重量%から約70重量%のHFO−1234zeと;(c)約0重量%から約70重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記組成物中のHFO−1234zeおよびHFO−1234yfの合計の量が少なくとも35重量%であり、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
- 請求項1に記載の熱移動組成物であって、(a)約40重量%から約45重量%のHFC−134aと;(b)約35重量%から約50重量%のHFO−1234zeと;(c)約10重量%から約20重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
- 請求項1に記載の熱移動組成物であって、(a)約42重量%のHFC−134aと;(b)約40重量%のHFO−1234zeと;(c)約18重量%のHFO−1234yfと;を有し、前記重量パーセントは、前記組成物の成分(a)−(c)の全部に基づく、組成物。
- 請求項1に記載の熱移動組成物であって、前記HFO−1234zeは、トランスHFO−1234zeである、組成物。
- 請求項1に記載の熱移動組成物を有する冷却システムであって、前記冷却システムは、定置空気調整器、自動車用空気調整器、家庭用冷蔵庫/冷凍庫、チラー、熱ポンプ、および自動販売機からなる群から選択されるユニット内にある、冷却システム。
- 請求項5に記載の冷却システムであって、吸引ライン、液体ライン熱交換器を有する、冷却システム。
- 請求項1に記載の熱移動組成物であって、さらに、約5重量%までのHFCO−1233zeを有する、組成物。
- 熱交換システム内に収容される現存する熱移動流体を交換する方法であって、前記現存する熱移動流体の少なくとも一部を前記システムから取り除くステップを有し、前記現存する熱移動流体は、HFC−134aを有し、前記方法は、(a)約30重量%から約65重量%のHFC-134aと、(b)約0重量%から約70重量%のHFO1234z
eと、(c)約0重量%から約70重量%のHFO−1234yfと、を有する熱移動組成物を前記システム内に導入することで、前記現存する熱移動流体の少なくとも一部を交換するステップを有し、前記組成物中のHFO−1234zeとHFO−1234yfとの合計の量が少なくとも約35重量%であり、重量パーセントは前記組成物中の成分(a)−(c)の全体に基づく、方法。 - 請求項8に記載の方法であって、前記HFO−1234zeはトランスHFO−1234zeを有する、方法。
- 熱移動システムであって、流体連通するコンプレッサ、凝縮器、および蒸発器を有し、前記システム内に熱移動組成物を有し、前記熱移動組成物は、(a)約30重量%から約65重量%のHFC−134aと、(3)約0重量%から約70重量%のHFO1234zeと、(c)約0重量%から約70重量%のHFO1234yfと、を有し、前記組成物内のHFO-1234zeとHFO−1234yfとの合計の量が少なくとも約35重
量%であり、重量パーセントは、前記組成物内の成分(a)−(c)の全体に基づく、シ
ステム。
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