JP7249498B1 - 冷媒を含む組成物、その使用、並びにそれを有する冷凍機及びその冷凍機の運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が42.5~46.1質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が53.9~57.5質量%である、組成物。
項2.
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が31.6~34.3質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が65.7~68.4質量%である、組成物。
項3.
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が25.2~27.5質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が72.5~74.8質量%である、組成物。
項4.
R404Aの代替冷媒として用いられる、項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
項5.
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が43.0~47.9質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が52.1~57.0質量%である、組成物。
項6.
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が32.1~34.3質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が65.7~67.9質量%である、組成物。
項7.
冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が25.3~28.1質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が71.9~74.7質量%である、組成物。
項8.
R410Aの代替冷媒として用いられる、項1~7のいずれか一項に記載の組成物。
項9.
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfのみからなる、項1~8のいずれか一項に記載の組成物。
項10.
さらに冷凍機油を含有する、項1~9のいずれか1項に記載の組成物。
項11.
項1~10のいずれか1項に記載の組成物を用いて冷凍サイクルを運転する工程を含む冷凍方法。
項12.
項1~10のいずれか1項に記載の組成物を作動流体として含む、冷凍装置。
<用語の定義>
本明細書において用語「冷媒」には、ISO817(国際標準化機構)で定められた、冷媒の種類を表すRで始まる冷媒番号(ASHRAE番号)が付された化合物が少なくとも含まれ、さらに冷媒番号が未だ付されていないとしても、それらと同等の冷媒としての特性を有するものが含まれる。冷媒は、化合物の構造の面で、「フルオロカーボン系化合物」と「非フルオロカーボン系化合物」とに大別される。「フルオロカーボン系化合物」には、クロロフルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)及びハイドロフルオロカーボン(HFC)が含まれる。
本開示の冷媒は、HFO-1123及びHFO-1234yfを含み、冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上である。
車両用空調装置においては、凝縮器が熱を発生するエンジンの近傍に置かれることや、車両が駐車している状態においてはエンジンの熱がエンジンルームにこもることがある。このため、凝縮器を冷却する空気の温度が外気温度に対して20℃近く上昇することがある。この場合、例えば、外気温度が40℃のとき、冷却風温度は60℃付近となり、冷媒凝縮温度は65~75℃となる。また、外気温度が50℃のとき、冷却風温度は70℃付近となり、冷媒凝縮温度は75~85℃となる。このように、車両用空調装置においては、家庭用および業務用空調装置と比較して、凝縮器を冷却する空気の温度が高い高温度条件(すなわち、高い冷媒凝縮温度)での運転が発生するので、車両用空調装置の冷媒の臨界温度は、80℃以上、好ましくは85℃以上、さらには86.5℃以上がより好ましい。
本開示の冷媒組成物は、本開示の冷媒を少なくとも含み、本開示の冷媒と同じ用途のために使用することができる。また、本開示の冷媒組成物は、さらに少なくとも冷凍機油と混合することにより冷凍機用作動流体を得るために用いることができる。
本開示の冷媒組成物は、本開示の冷媒に加え、さらに少なくとも一種のその他の成分を含有する。本開示の冷媒組成物は、必要に応じて、以下のその他の成分のうち少なくとも一種を含有していてもよい。上述の通り、本開示の冷媒組成物を、冷凍機における作動流体として使用するに際しては、通常、少なくとも冷凍機油と混合して用いられる。したがって、本開示の冷媒組成物は、好ましくは冷凍機油を実質的に含まない。具体的には、本開示の冷媒組成物は、冷媒組成物全体に対する冷凍機油の含有量が好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下である。
本開示の冷媒組成物は微量の水を含んでもよい。冷媒組成物における含水割合は、冷媒全体に対して、0.1質量%以下とすることが好ましい。冷媒組成物が微量の水分を含むことにより、冷媒中に含まれ得る不飽和のフルオロカーボン系化合物の分子内二重結合が安定化され、また、不飽和のフルオロカーボン系化合物の酸化も起こりにくくなるため、冷媒組成物の安定性が向上する。
トレーサーは、本開示の冷媒組成物が希釈、汚染、その他何らかの変更があった場合、その変更を追跡できるように検出可能な濃度で本開示の冷媒組成物に添加される。
FC-14(テトラフルオロメタン、CF4)
HCC-40(クロロメタン、CH3Cl)
HFC-23(トリフルオロメタン、CHF3)
HFC-41(フルオロメタン、CH3Cl)
HFC-125(ペンタフルオロエタン、CF3CHF2)
HFC-134a(1,1,1,2-テトラフルオロエタン、CF3CH2F)
HFC-134(1,1,2,2-テトラフルオロエタン、CHF2CHF2)
HFC-143a(1,1,1-トリフルオロエタン、CF3CH3)
HFC-143(1,1,2-トリフルオロエタン、CHF2CH2F)
HFC-152a(1,1-ジフルオロエタン、CHF2CH3)
HFC-152(1,2-ジフルオロエタン、CH2FCH2F)
HFC-161(フルオロエタン、CH3CH2F)
HFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、CF3CH2CHF2)
HFC-236fa(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CH2CF3)
HFC-236ea(1,1,1,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CHFCHF2)
HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、CF3CHFCF3)
HCFC-22(クロロジフルオロメタン、CHClF2)
HCFC-31(クロロフルオロメタン、CH2ClF)
CFC-1113(クロロトリフルオロエチレン、CF2=CClF)
HFE-125(トリフルオロメチル-ジフルオロメチルエーテル、CF3OCHF2)
HFE-134a(トリフルオロメチル-フルオロメチルエーテル、CF3OCH2F)
HFE-143a(トリフルオロメチル-メチルエーテル、CF3OCH3)
HFE-227ea(トリフルオロメチル-テトラフルオロエチルエーテル、CF3OCHFCF3)
HFE-236fa(トリフルオロメチル-トリフルオロエチルエーテル、CF3OCH2CF3)
本開示の冷媒組成物は、紫外線蛍光染料として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷媒組成物は、安定剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷媒組成物は、重合禁止剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、本開示の冷媒又は冷媒組成物と、冷凍機油とを少なくとも含み、冷凍機における作動流体として用いられる。具体的には、本開示の冷凍機油含有作動流体は、冷凍機の圧縮機において使用される冷凍機油と、冷媒又は冷媒組成物とが互いに混じり合うことにより得られる。冷凍機油含有作動流体には冷凍機油は一般に10質量%以上含まれる。冷凍機油含有作動流体には冷凍機油は一般に50質量%以下含まれる。
本開示の組成物は、冷凍機油として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、相溶化剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
本開示の冷凍機の運転方法は、本開示の冷媒を用いて冷凍機を運転する方法である。
蒸発温度:-30℃(表1)、-40℃(表2)、5℃(表3)
凝縮温度:30℃(表1)、40℃(表2)、45℃(表3)
過熱度:5K(表1)、20K(表2)、5K(表3)
過冷却度:5K(表1)、0K(表2)、5K(表3)
圧縮機効率:70%
これらの値を、各混合冷媒についてのGWPと合わせて表1~3に示す。なお、比COP及び比冷凍能力については、HFO-1234yf、R404A又はR410Aに対する割合を示す。
COP =(冷凍能力又は暖房能力)/消費電力量
試験方法
試験容器に、試験する冷媒組成物を移充填し、150℃まで加熱した後、容器内のPt線に電圧を印可して溶断させることで、冷媒組成物に30Jのエネルギーを与えた。不均化反応の有無は装置内の急激な圧力上昇及び温度上昇によって判定した。
試験条件
試験容器:38cc SUS製容器
試験温度:150℃
圧力:5 MPa
判定基準
「不爆」:Pt線溶断後の温度又は圧力が2倍未満であり、急激な不均化反応が起こっていない。
「爆発」:Pt線溶断後の温度又は圧力が2倍以上に達し、急激な不均化反応が起こった。
表1中、「沸点(℃)」とは、混合冷媒の液相が大気圧(101.33kPa)となる温度を示す。表1中、「動力の消費電力量(%)」とは、電気自動車が走行するために使用した電気エネルギーを示し、冷媒をHFO-1234yfとしたとき消費電力量との比で表す。表1中、「暖房の消費電力量(%)」とは、電気自動車が暖房を運転するために使用した電気エネルギーを示し、冷媒をHFO-1234yfとしたとき消費電力量との比で表す。表1中、「走行可能距離」とは、一定の電気容量の二次電池を搭載した電気自動車において、暖房せずに(暖房の消費電力が0)走行した場合の走行可能距離を100%とした場合の暖房ありで走行した場合の走行可能距離を相対割合(%)を表したものである。
暖房方法は、沸点が-40℃を超える冷媒では暖房に電気ヒーター方式を用い、沸点が-40
℃以下の冷媒には暖房にヒートポンプ方式を用いた。
暖房使用時の消費電力量は、次式により求めた。
暖房使用時の消費電力量=暖房能力/暖房COP
なお、暖房COPとは「暖房効率」を意味する。
暖房効率について、電気ヒーターの場合は暖房COP=1であり、動力と同等の電力を暖房
に消費する。一方、ヒートポンプの場合
はRefprop 9.0(NIST製)を使用し、下記条件で混合冷媒の冷凍サイクル理論計算を実施
することにより暖房COPを求めた。
蒸発温度 -30℃
凝縮温度 30℃
過熱温度 5K
過冷却温度 5K
圧縮機効率 70%
走行可能距離は、次式により求めた。
走行可能距離=(電池容量)/(動力の消費電力量+暖房での消費電力量)
Claims (7)
- 冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が42.5~46.1質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が53.9~57.5質量%である、
R404Aの代替冷媒用組成物。 - 冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が31.6~34.3質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が65.7~68.4質量%である、
R404Aの代替冷媒用組成物。 - 冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yfの合計の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が25.2~27.5質量%であり、HFO-1234yfの含有割合が72.5~74.8質量%である、
R404Aの代替冷媒用組成物。 - 前記冷媒が、HFO-1123及びHFO-1234yfのみからなる、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
- 水、トレーサー、紫外線蛍光染料、安定剤及び重合禁止剤からなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の組成物を用いて冷凍サイクルを運転する工程を含む冷凍方法。
- 冷媒を含む組成物であって、
前記冷媒がHFO-1123及びHFO-1234yfを含む、組成物であって、
前記冷媒の合計に対して、HFO-1123及びHFO-1234yf の含有割合が99.5質量%以上であり、
HFO-1123及びHFO-1234yfの合計に対して、HFO-1123の含有割合が9.8~39.5質量%であり、
HFO-1234yfを基準とするCOP比が94%以上、HFO-1234yfを基準とする冷凍能力比が121%以上である、
電気自動車用空調機器の冷凍サイクル運転用組成物。
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