(57)【要約】  不燃性で漏洩してもオゾン層および地球温暖化への影響が少なく、かつ優れたサイクル性能で生産性が高い作動媒体、および安全性に優れる熱サイクルシステムを提供する。作動媒体に対する４成分（トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペン）の合計量の割合が、９０質量％超１００質量％未満で、１，１−ジフルオロエチレンが１．５質量％未満であり、前記４成分の合計量に対する割合が、トリフルオロエチレンが３質量％以上３５質量％以下、１，１，１，２−テトラフルオロエタンが１０質量％以上５３質量％以下、ペンタフルオロエタンが４質量％以上５０質量％以下、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンが５質量％以上５１質量％以下である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリフルオロエチレンと、１，１，１，２−テトラフルオロエタンと、ペンタフルオロエタンと、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンと、１，１−ジフルオロエチレンを含む熱サイクル用作動媒体であって、
前記作動媒体の全量に対する、トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量の割合が、９０質量％を超え１００質量％未満で、１，１−ジフルオロエチレンの含有量の割合が、１．５質量％未満であり、
トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量に対する、トリフルオロエチレンの含有量の割合が３質量％以上３５質量％以下、１，１，１，２−テトラフルオロエタンの含有量の割合が１０質量％以上５３質量％以下、ペンタフルオロエタンの含有量の割合が４質量％以上５０質量％以下、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの含有量の割合が５質量％以上５１質量％以下であることを特徴とする熱サイクル用作動媒体。
【請求項２】
トリフルオロエチレンと１，１，１，２−テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンと２，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの合計量に対する、トリフルオロエチレンの含有量の割合が６質量％以上２５質量％以下、１，１，１，２−テトラフルオロエタンの含有量の割合が２０質量％以上３５質量％以下、ペンタフルオロエタンの含有量の割合が８質量％以上３０質量％以下、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの含有量の割合が２０質量％以上５１質量％以下である、請求項１に記載の熱サイクル用作動媒体。
【請求項３】
当該作動媒体の全量に対する１，１−ジフルオロエチレンの含有量の割合が、０．５質量％以下である、請求項１または２に記載の熱サイクル用作動媒体。
【請求項４】
当該作動媒体の全量に対する１，１−ジフルオロエチレンの含有量の割合が、４ｐｐｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱サイクル用作動媒体。
【請求項５】
地球温暖化係数が２０００以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱サイクル用作動媒体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱サイクル用作動媒体を用いた熱サイクルシステム。
【請求項７】
当該熱サイクルシステム内に形成される気相中のトリフルオロエチレンの割合が５０質量％以下である、請求項６に記載の熱サイクルシステム。
【請求項８】
冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置または二次冷却機に用いられる、請求項６または７に記載の熱サイクルシステム。
【請求項９】
ルームエアコン、店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置、内蔵型ショーケース、別置型ショーケース、業務用冷凍・冷蔵庫、製氷機または自動販売機に用いられる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の熱サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル用作動媒体および熱サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機、空調機器、発電システム（廃熱回収発電等）、潜熱輸送装置（ヒートパイプ等）などに用いられる熱サイクルシステムとしては、作動媒体として、オゾン層への影響が少ないヒドロフルオロカーボン（以下、ＨＦＣと記す。）を用いるものが知られている。なお、本明細書では、特に断りのない限り、飽和のヒドロフルオロカーボンをＨＦＣと示し、炭素−炭素二重結合を有するヒドロフルオロオレフィン（以下、ＨＦＯと記す。）とは区別して用いる。【０００３】
しかし、ＨＦＣについては、地球温暖化の原因となる可能性が指摘されている。例えば、自動車用空調装置の冷媒として用いられている１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１４３０（１００年値）と大きい。【０００４】
オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が少ない作動媒体を用いた熱サイクルシステムとして、ＨＦＯを用いた熱サイクルシステムが提案されている。ＨＦＯは、オゾン層への影響が少ないうえに、大気中のＯＨラジカルによって分解されやすい炭素−炭素二重結合を有するため、地球温暖化への影響も少ない。【０００５】
ＨＦＯを用いた熱サイクルシステムとして、具体的には、以下の（１）〜（３）の熱サイクルシステムが挙げられる。【０００６】
（１）３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、２−フルオロプロペン（ＨＦＯ−１２６１ｙｆ）、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、１，１，２−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｙｃ）等を含む作動媒体を用いた熱サイクルシステム（例えば、特許文献１参照。）。【０００７】
（２）１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）、トランス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ））、シス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ））、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等を含む作動媒体を用いた熱サイクルシステム（例えば、特許文献２参照。）【０００８】
（３）トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）を含む作動媒体を用いた熱サイクルシステム（例えば、特許文献３参照。）。【０００９】
しかし、特許文献１および２に記載された熱サイクルシステムは、いずれもサイクル性能（能力）が不十分であった。
また、特許文献３に記載された熱サイクルシステムにおいては、用いられる作動媒体に含まれるＨＦＯ−１１２３により優れたサイクル性能が得られるものの、ＨＦＯ−１１２３は燃焼性を有しているため、システムの安全性の点で問題があった。例えば、ビル用パッケージエアコンなどの大型空調機器においては、冷媒充填量が多いため、システム内に形成される気相の作動媒体が漏洩し、該作動媒体が空気と混合し、着火したとしても、燃え広がりにくい作動媒体を用い、システムの安全性を確保することは重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−１１０３８８号公報
【特許文献２】特表２００６−５１２４２６号公報
【特許文献３】国際公開第２０１２／１５７７６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
さらに、トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）は各種の方法により製造されるが、どの製造方法を採る場合にも、生成物中に不純物が存在する。特に、ＨＦＯ−１１２３の製造の際に副生する１，１−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２ａ）は、ＨＦＯ−１１２３と沸点が近いため、分離するのに複雑な工程が必要であった。そして、ＨＦＯ−１１３２ａを含むＨＦＯ−１１２３（以下、粗ＨＦＯ−１１２３ともいう。）をそのまま用いた場合には、サイクル性能に優れる作動媒体が得られない場合があった。【００１２】
本発明は、不燃性であり、漏洩してもオゾン層および地球温暖化への影響が少なく、優れたサイクル性能を有し、かつ安全性に優れ、精製工程の簡略化が可能で生産性が高い熱サイクル用作動媒体、および作動媒体が不燃性でオゾン層および地球温暖化への影響が少なく、優れたサイクル性能を有し安全性に優れる熱サイクルシステムを提供することを目的とする。【００１３】
なお、本明細書においてハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。また、幾何異性体を有する化合物の略称に付けられた（Ｅ）は、Ｅ体（トランス体）を示し、（Ｚ）はＺ体（シス体）を示す。該化合物の名称、略称において、Ｅ体、Ｚ体の明記がない場合、該名称、略称は、Ｅ体、Ｚ体、およびＥ体とＺ体の混合物を含む総称を意味する。【００１４】
また、本明細書においてハロゲン化炭化水素については次の略称を用いた。すなわち、ＨＦＣは飽和のヒドロフルオロカーボンの、ＨＦＯはヒドロフルオロオレフィンの、ＣＦＯはクロロフルオロオレフィンの、ＨＣＦＣは飽和のヒドロクロロフルオロカーボンの、ＨＣＦＯはヒドロクロロフルオロオレフィンのそれぞれ略称である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の熱サイクル用作動媒体は、トリフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１２３）と、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）と、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）と、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）と、１，１−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２ａ）を含む熱サイクル用作動媒体であって、前記作動媒体の全量に対する、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの合計量の割合が、９０質量％を超え１００質量％未満で、ＨＦＯ−１１３２ａの含有量の割合が、１．５質量％未満であり、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの合計量に対する、ＨＦＯ−１１２３の含有量の割合が３質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａの含有量の割合が１０質量％以上５３質量％以下、ＨＦＣ−１２５の含有量の割合が４質量％以上５０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの含有量の割合が５質量％以上５１質量％以下であることを特徴とする。【００１６】
本発明の熱サイクル用作動媒体において、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの合計量に対する、ＨＦＯ−１１２３の含有量の割合は６質量％以上２５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａの含有量の割合は２０質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１２５の含有量の割合は８質量％以上３０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの含有量の割合は２０質量％以上５１質量％以下であることが好ましい。【００１７】
また、当該作動媒体の全量に対するＨＦＯ−１１３２ａの含有量の割合は、０．５質量％以下であることが好ましい。また、当該作動媒体の全量に対するＨＦＯ−１１３２ａの含有量の割合は、４ｐｐｍ以上であることが好ましい。さらに、本発明の熱サイクル用作動媒体の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２０００以下であることが好ましい。【００１８】
本発明の熱サイクルシステムは、本発明の熱サイクル用作動媒体を用いたものであることを特徴とする。【００１９】
本発明の熱サイクルシステム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合は、５０質量％以下であることが好ましい。また、本発明の熱サイクルシステムは、冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置または二次冷却機に用いられることが好ましい。また、本発明の熱サイクルシステムは、ルームエアコン、店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置、内蔵型ショーケース、別置型ショーケース、業務用冷凍・冷蔵庫、製氷機または自動販売機に用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱サイクル作動媒体は、不燃性であり、オゾン層および地球温暖化への影響が少なく、熱サイクルシステムに用いた際に優れたサイクル性能を有し、かつ安全性に優れる。また、粗ＨＦＯ−１１２３からの不純物を低減する精製工程等を簡略化することができ、生産性が高い。【００２１】
本発明の熱サイクルシステムは、作動媒体が不燃性であり、漏洩してもオゾン層および地球温暖化への影響が少なく、優れたサイクル性能を有しているので、性能に優れ、かつ安全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の熱サイクルシステムの一例である冷凍サイクルシステムを示した概略構成図である。
【図２】図１の冷凍サイクルシステムにおける作動媒体の状態変化を圧力−エンタルピ線図上に記載したサイクル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［熱サイクル用作動媒体］
＜ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆ＞
本発明の熱サイクル用作動媒体（以下、単に作動媒体ともいう）は、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＯ−１１３２ａとを含み、作動媒体の全量（総質量）に対する、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの合計量の割合が、９０質量％を超え１００質量％未満であり、同じく作動媒体の全量に対するＨＦＯ−１１３２ａの含有量の割合が、１．５質量％未満である。そして、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆの４成分（以下、単に「４成分」ともいう。）の合計量に対する、ＨＦＯ−１１２３の割合が３質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａの割合が１０質量％以上５３質量％以下、ＨＦＣ−１２５の割合が４質量％以上５０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が５質量％以上５１質量％以下である。
このようにすることにより、不燃性で安全性に優れ、オゾン層および地球温暖化への影響をより少なくし、熱サイクルシステムに用いた際により優れたサイクル性能を有する作動媒体とすることができる。
【００２４】
本発明の作動媒体において、前記４成分の合計量に対する各成分の割合は、ＨＦＯ−１１２３が６質量％以上２５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａが２０質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１２５が８質量％以上３０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆが２０質量％以上５１質量％以下であることが好ましい。
このようにすることにより、不燃性で安全性により一層優れ、オゾン層および地球温暖化への影響をより一層少なくし、熱サイクルシステムに用いた際により一層優れたサイクル性能を有する作動媒体とすることができる。
【００２５】
また、本発明の作動媒体を用いた熱サイクルシステムにおいて、該熱サイクルシステム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の比率を、後述する特定の範囲に制御することで、該気相の作動媒体の燃焼性が抑えられる。なお、本発明において、「熱サイクルシステム内に形成される気相」とは熱サイクルシステム内の気相に存在する作動媒体をいう。以下、単に「システム」という場合は、熱サイクルシステムを指す。システム内において、作動媒体は、その一部が液状で存在する場合があり、また共存する潤滑油等の液体にその一部が溶解している場合がある。したがって、システム内に形成される気相中の作動媒体は、液化している作動媒体と潤滑油等の液体に溶解している作動媒体を除いた部分である。
【００２６】
本発明の熱サイクルシステムにおいて、システム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合は５０質量％以下であることが好ましい。システム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合が５０質量％以下であるとは、システムのすべての過程において形成される気相中で、常にＨＦＯ−１１２３の割合が５０質量％以下であることを意味する。システム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合が５０質量％以下であると、該気相の作動媒体がシステム外に漏洩し、空気と混合しても不燃性であり、安全性に優れる。
【００２７】
システム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合は、５〜５０質量％が好ましく、１０〜４５質量％がより好ましく、１０〜４０質量％がさらに好ましい。前記気相中のＨＦＯ−１１２３の割合が前記上限値以下であれば、作動媒体がシステム外に漏洩し、空気と混合しても不燃性であり、安全性に優れる。前記気相中のＨＦＯ−１１２３の割合が前記下限値以上であれば、優れたサイクル性能が得られやすい。
【００２８】
＜ＨＦＯ−１１３２ａ＞
ＨＦＯ−１１３２ａは、例えば、ＨＦＯ−１１２３の製造の際に副生し、不純物として生成組成物中に存在する。ＨＦＯ−１１２３をはじめとする前記４成分を含む作動媒体がＨＦＯ−１１３２ａを含有すると、サイクル性能が低くなる。しかし、ＨＦＯ−１１３２ａの含有量を作動媒体の全量に対して１．５質量％未満とした場合には、十分に優れたサイクル性能を有する作動媒体を得ることができる。
【００２９】
ＨＦＯ−１１３２ａの含有量は、作動媒体の全量に対して１．０質量％未満がより好ましく、０．７質量％以下がさらに好ましく、０．５質量％以下が特に好ましい。また、ＨＦＯ−１１３２ａの含有量は、作動媒体の全量に対して４ｐｐｍ以上が好ましく、５０ｐｐｍ以上がさらに好ましく、１００ｐｐｍ以上が最も好ましい。ＨＦＯ−１１３２ａの含有量が０〜１００ｐｐｍの範囲では、ＨＦＯ−１１３２ａによるサイクル性能低下に与える影響の差はほとんどなく、またＨＦＯ−１１２３の製造で得られる粗ＨＦＯ−１１２３を、必要以上に精製することなく使用することができるので、ＨＦＯ−１１３２ａを低減する精製工程が簡略化でき、製造コストが削減できるという利点がある。
【００３０】
ＨＦＯ−１１２３の製造方法の中で、ＨＦＯ−１１３２ａが副生し不純物として粗ＨＦＯ−１１２３に含まれる製造方法の例を、以下に示す。
【００３１】
（Ｉ）クロロトリフルオロエチレン（ＣＦＯ−１１１３）の水素還元
ＣＦＯ−１１１３と水素とを、触媒担持担体が充填された触媒層を有する反応器内で気相で反応させ、ＨＦＯ−１１２３を含むガスを生成する。
この方法では、反応器内で下記式（Ｉ）の反応式に示す反応が生じる。
【化１】
2016190177.tif 000002
【００３２】
原料組成物におけるＣＦＯ−１１１３と水素の割合は、ＣＦＯ−１１１３の１モルに対して水素が０．０１〜４．０モルの範囲である。反応器内の圧力は、取り扱い性の点から、常圧が好ましい。触媒としてはパラジウム触媒が好ましく、パラジウム触媒は活性炭等の担体に担持して用いる。気相反応を行うために、触媒層の温度は、ＣＦＯ−１１１３と水素を含む原料組成物（混合ガス）の露点以上の温度とする。２２０℃から２４０℃の範囲が好ましい。原料化合物であるＣＦＯ−１１１３と触媒との接触時間は、４〜６０秒間が好ましい。
【００３３】
このようなＣＦＯ−１１１３の水素還元においては、ＨＦＯ−１１２３を含む組成物を反応器の出口ガスとして得ることができる。出口ガスには、ＨＦＯ−１１２３と未反応原料であるＣＦＯ−１１１３以外に、ＨＦＯ−１１３２ａが含まれる。
【００３４】
（II）クロロジフルオロメタン（ＨＣＦＣ−２２）とクロロフルオロメタン（ＨＣＦＣ−３１）との熱分解を伴う合成
ＨＣＦＣ−２２とＨＣＦＣ−３１を含む原料組成物を用い、熱媒体の存在下で熱分解を伴う合成反応によりＨＦＯ−１１２３を製造する。この製造方法では、ＨＣＦＣ−２２の１モルに対してＨＣＦＣ−３１を０．０１〜４．０モルの割合で予め混合し、または別々に反応器に供給して反応器内に滞留させ、一方熱媒体を反応器に供給し、反応器内で前記原料組成物と接触させる。反応器内の温度は、４００〜１２００℃とすることが好ましい。
【００３５】
この製造方法における反応器内の主な反応を、下記式（II）に示す。
【化２】
2016190177.tif 000003
【００３６】
このような熱分解を伴う合成においては、ＨＦＯ−１１２３を含む組成物を反応器の出口ガスとして得ることができる。出口ガスには、ＨＦＯ−１１２３と未反応原料であるＨＣＦＣ−２２およびＨＣＦＣ−３１以外に、ＨＦＯ−１１３２ａが含まれる。
【００３７】
（III）ＨＦＣ−１３４ａと固体反応剤との接触反応
ＨＦＣ−１３４ａを含む原料ガスと固体反応剤とを反応器内で接触させて反応させ、ＨＦＯ−１１２３を含む組成物（ガス）を生成する。固体反応剤としては、例えば、粒子状の酸化カルシウムを使用することができる。
【００３８】
この態様における反応器内の主な反応を、下記式（III）に示す。
【化３】
2016190177.tif 000004
【００３９】
原料ガス（１００モル％）中のＨＦＣ−１３４ａの含有量は、５〜１００モル％が好ましい。また、反応器内の温度は２００〜５００℃が好ましく、圧力はゲージ圧で０〜２ＭＰａが好ましい。また、特に、所定の平均粒子径（１μｍ〜５０００μｍ）の粒子状の固体反応剤（例えば、炭酸カリウムおよび／または酸化カルシウム）を使用し、この固体反応剤の層中にＨＦＣ−１３４ａを含む原料ガスを流通させて、固体反応剤層が流動化した状態でＨＦＣ−１３４ａを接触させる方法を採ることもできる。この態様では、ＨＦＣ−１３４ａを固体反応剤と接触させる温度は１００℃〜５００℃の範囲が好ましい。
【００４０】
このような反応においては、ＨＦＯ−１１２３を含む組成物を反応器の出口ガスとして得ることができる。出口ガスには、ＨＦＯ−１１２３と未反応の原料以外に、ＨＦＯ−１１３２ａが含まれる。
【００４１】
このように、ＨＦＯ−１１２３の上記製造方法では、ＨＦＯ−１１２３とともに、前記したＨＦＯ−１１３２ａが生成組成物中に不純物として存在する。そして、作動媒体の全量に対するＨＦＯ−１１３２ａの含有量の割合が１．５質量％未満であれば、ＨＦＯ−１１２３の製造で得られるＨＦＯ−１１３２ａを含む粗ＨＦＯ−１１２３を、精製することなくそのまま加えて、作動媒体を調製することができる。
【００４２】
作動媒体は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、必要に応じて、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＯ−１１３２ａ以外のＨＦＯ（以下、その他のＨＦＯという。）、ＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５以外のＨＦＣ（以下、その他のＨＦＣという。）、炭化水素、ＨＣＦＯ、ＣＦＯ、その他の化合物を含んでいてもよい。
【００４３】
＜その他のＨＦＯ＞
その他のＨＦＯとしては、２−フルオロプロペン（ＨＦＯ−１２６１ｙｆ）、１，１，２−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｙｃ）、トランス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ））、シス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ））、３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３ｚｆ）、トランス−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｅ））、シス−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｚ））等が挙げられる。前記したその他のＨＦＯは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４４】
作動媒体がその他のＨＦＯを含む場合、作動媒体の総質量（１００質量％）に対するその他のＨＦＯの総質量の割合は、１質量％以上１０質量％未満とするのが好ましく、１質量％以上９．５質量％以下がより好ましく、１質量％以上８．５質量％以下が特に好ましい。
【００４５】
＜その他のＨＦＣ＞
その他のＨＦＣは、熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を向上させる成分である。その他のＨＦＣとしては、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が小さいＨＦＣが好ましい。
【００４６】
その他のＨＦＣとしては、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、ジフルオロエタン、トリフルオロエタン、ペンタフルオロプロパン、ヘキサフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、ペンタフルオロブタン、ヘプタフルオロシクロペンタン等が挙げられる。なかでも、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が小さい点から、ＨＦＣ−３２、１，１−ジフルオロエタン（ＨＦＣ−１５２ａ）が特に好ましい。前記したその他のＨＦＣは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
その他のＨＦＣの含有量は、作動媒体の要求特性に応じて制御できる。作動媒体がその他のＨＦＣを含む場合、作動媒体の総質量（１００質量％）に対するその他のＨＦＣの総質量の割合は、１質量％以上１０質量％未満とするのが好ましく、１質量％以上９．５質量％以下がより好ましく、１質量％以上８．５質量％以下が特に好ましい。
【００４８】
＜炭化水素＞
炭化水素は、後述の潤滑油の作動媒体への溶解性を向上させる成分である。
炭化水素としては、プロパン、プロピレン、シクロプロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン等が挙げられる。炭化水素は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４９】
作動媒体が炭化水素を含む場合、作動媒体の総質量（１００質量％）に対する炭化水素の総質量の割合は、１質量％以上１０質量％未満とするのが好ましく、１質量％以上９．５質量％以下がより好ましく、１質量％以上８．５質量％以下が特に好ましい。前記炭化水素の総質量の割合が前記下限値以上であれば、作動媒体への潤滑油の溶解性が良好になる。前記炭化水素の総質量の割合が前記上限値以下であれば、作動媒体の燃焼性を抑えやすい。
【００５０】
＜ＨＣＦＯ、ＣＦＯ＞
ＨＣＦＯおよびＣＦＯは、作動媒体の燃焼性を抑え、また作動媒体への潤滑油の溶解性を向上させる成分である。ＨＣＦＯ、ＣＦＯとしては、オゾン層への影響が少なく、かつ地球温暖化への影響が小さいＨＣＦＯ、ＣＦＯが好ましい。
【００５１】
ＨＣＦＯとしては、ヒドロクロロフルオロプロペン、ヒドロクロロフルオロエチレン等が挙げられる。なかでも、熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を大きく低下させることなく、作動媒体の燃焼性を十分に抑えやすい点から、１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ）、１−クロロ−１，２−ジフルオロエチレン（ＨＣＦＯ−１１２２）が好ましい。ＨＣＦＯは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５２】
ＣＦＯとしては、クロロフルオロプロペン、クロロフルオロエチレン等が挙げられる。なかでも、熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を大きく低下させることなく、作動媒体の燃焼性を十分に抑える点から、１，１−ジクロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＣＦＯ−１２１４ｙａ）、１，２−ジクロロ−１，２−ジフルオロエチレン（ＣＦＯ−１１１２）が好ましい。
【００５３】
作動媒体がＨＣＦＯおよびＣＦＯのいずれか一方または両方を含む場合、作動媒体の総質量（１００質量％）に対する、ＨＣＦＯとＣＦＯの合計量の割合は、１質量％以上１０質量％未満とするのが好ましく、１質量％以上９．５質量％以下がより好ましく、１質量％以上８．５質量％以下が特に好ましい。塩素原子は燃焼性を抑制する効果を有しており、ＨＣＦＯとＣＦＯの添加によって、熱サイクルシステムのサイクル性能（能力）を大きく低下させることなく、作動媒体の燃焼性を十分に抑えることができる。
【００５４】
＜その他の化合物＞
その他の化合物としては、炭素数１〜４のアルコール、または、従来の作動媒体、冷媒、熱伝達媒体として用いられている化合物等が挙げられる。また、ペルフルオロプロピルメチルエーテル（Ｃ３Ｆ７ＯＣＨ３）、ペルフルオロブチルメチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、ペルフルオロブチルエチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５）、１，１，２，２−テトラフルオロエチル−２，２，２−トリフルオロエチルエーテル（ＣＦ２ＨＣＦ２ＯＣＨ２ＣＦ３、ＨＦＥ−３４７ｐｃ−ｆ）等の含フッ素エーテルを用いてもよい。
【００５５】
作動媒体が前記その他の化合物を含む場合、作動媒体の総質量（１００質量％）に対するその他の化合物の総質量の割合は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、１〜８．５質量％が好ましい。
【００５６】
また、以上記載したその他のＨＦＯ、その他のＨＦＣ、炭化水素、ＨＣＦＯ、ＣＦＯ、およびその他の化合物の含有量の合計が、作動媒体の総質量に対して１質量％以上１０質量％未満の割合とするのが好ましく、１質量％以上９．５質量％以下がより好ましく、１質量％以上８．５質量％以下が特に好ましい。
【００５７】
［熱サイクルシステムへの適用］
＜熱サイクルシステム用組成物＞
本発明の作動媒体は、熱サイクルシステムへの適用に際して、通常、潤滑油と混合して熱サイクルシステム用組成物として使用することができる。本発明の作動媒体と潤滑油を含む熱サイクルシステム用組成物は、これら以外にさらに、安定剤、漏れ検出物質等の公知の添加剤を含有してもよい。
【００５８】
（潤滑油）
本発明の熱サイクルシステムでは、前記した作動媒体を潤滑油と混合して使用してもよい。潤滑油としては、熱サイクルシステムに用いられる公知の潤滑油を採用できる。潤滑油は、熱サイクルシステム用組成物に上記作動媒体とともに含有され熱サイクルシステム内を循環し、該熱サイクルシステム内の特に圧縮機において潤滑油として機能する。熱サイクルシステムにおいて、潤滑油は、潤滑性や圧縮機の密閉性を確保しつつ、低温条件下で作動媒体に対して相溶性が充分あるものが好ましい。このような観点から、潤滑油の４０℃における動粘度は１〜７５０ｍｍ２／ｓが好ましく、１〜４００ｍｍ２／ｓがより好ましい。また、１００℃における動粘度は１〜１００ｍｍ２／ｓが好ましく、１〜５０ｍｍ２／ｓであることがより好ましい。
【００５９】
潤滑油としては、エステル系潤滑油、エーテル系潤滑油、フッ素系潤滑油、炭化水素系合成油、鉱物油等が挙げられる。
【００６０】
エステル系潤滑油は、分子内にエステル結合を有する油状の、好ましくは上記動粘度を有するエステル化合物である。エステル系潤滑油としては、二塩基酸エステル、ポリオールエステル、コンプレックスエステル、ポリオール炭酸エステル等が挙げられる。
【００６１】
二塩基酸エステルとしては、炭素数５〜１０の二塩基酸（グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等）と、直鎖アルキル基または分枝アルキル基を有する炭素数１〜１５の一価アルコール（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、２−エチルヘキサノール、イソデシルアルコール、３−エチル−３−ヘキサノール等）とのエステルが好ましい。具体的には、グルタル酸ジトリデシル、アジピン酸ジ（２−エチルヘキシル）、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸ジトリデシル、セバシン酸ジ（３−エチル３−ヘキシル）等が挙げられる。
【００６２】
ポリオールエステルとは、多価アルコールと脂肪酸（カルボン酸）とから合成されるエステルである。
【００６３】
ポリオールエステルとしては、ジオール（エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，２−ブタンジオール、１，５−ペンタジオール、ネオペンチルグリコール、１，７−ヘプタンジオール、１，１２−ドデカンジオール等）または水酸基を３〜２０個有するポリオール（トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリスリトール、グリセリン、ソルビトール、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物等）と、炭素数６〜２０の脂肪酸（ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ペラルゴン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、エイコサン酸、オレイン酸等の直鎖または分枝の脂肪酸、もしくはα炭素原子が４級である脂肪酸等）とのエステルが好ましい。
ポリオールエステルは、遊離の水酸基を有していてもよい。
【００６４】
ポリオールエステルとしては、ヒンダードアルコール（ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリスルトール等）のエステル（トリメチロールプロパントリペラルゴネート、ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールテトラペラルゴネート等）がより好ましい。
【００６５】
コンプレックスエステルとは、数種のエステルを組み合わせた（コンプレックス化）ものである。コンプレックスエステル油は、脂肪酸および二塩基酸から選ばれる少なくとも１種とポリオールとのオリゴエステルである。脂肪酸、二塩基酸、ポリオールとしては、例えば、二塩基酸エステル、ポリオールエステルで挙げたものと同様のものが挙げられる。
【００６６】
ポリオール炭酸エステルとは、炭酸とポリオールとのエステルまたは環状アルキレンカーボネートの開環重合体である。
ポリオールとしては、上記ポリオールエステルで挙げたものと同様のジオールやポリオール等が挙げられる。
【００６７】
エーテル系潤滑油とは、分子内にエーテル結合を有する油状の、好ましくは上記動粘度を有するエーテル化合物である。エーテル系潤滑油としては、ポリアルキレングリコールやポリビニルエーテル等が挙げられる。
【００６８】
ポリアルキレングリコールとは、オキシアルキレン単位を複数有する化合物、言い換えればアルキレンオキシドの重合体あるいは共重合体である。
【００６９】
ポリアルキレングリコールとしては、炭素数２〜４のアルキレンオキシド（エチレンオキシド、プロピレンオキシド等）を、水、アルカンモノオール、前記ジオール、前記ポリオール等を開始剤として重合させる方法等により得られたポリアルキレンポリオールおよびそれらの水酸基の一部または全部をアルキルエーテル化したもの等が挙げられる。
【００７０】
ポリアルキレングリコール１分子中のオキシアルキレン単位は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。ポリアルキレングリコールとしては、１分子中に少なくともオキシプロピレン単位が含まれるものが好ましく、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールのジアルキルエーテルがより好ましい。
【００７１】
ポリビニルエーテルとは、少なくともビニルエーテルモノマーに由来する重合単位を有する重合体である。
【００７２】
ポリビニルエーテルとしては、ビニルエーテルモノマーの重合体、ビニルエーテルモノマーとオレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーとの共重合体、ビニルエーテルモノマーとオキシアルキレン単位を複数有するビニルエーテルモノマーとの共重合体等が挙げられる。オキシアルキレン単位を構成するアルキレンオキシドとしては、ポリアルキレングリコールで例示されたものが好ましい。これらの重合体は、ブロックまたはランダム共重合体のいずれであってもよい。
【００７３】
ビニルエーテルモノマーとしてはアルキルビニルエーテルが好ましく、そのアルキル基としては炭素数６以下のアルキル基が好ましい。また、ビニルエーテルモノマーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
オレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーとしては、エチレン、プロピレン、各種ブテン、各種ペンテン、各種ヘキセン、各種ヘプテン、各種オクテン、ジイソブチレン、トリイソブチレン、スチレン、α−メチルスチレン、各種アルキル置換スチレン等が挙げられる。オレフィン性二重結合を有する炭化水素モノマーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００７４】
フッ素系潤滑油とは、分子内にフッ素原子を有する油状の、好ましくは上記動粘度を有する含フッ素化合物である。
【００７５】
フッ素系潤滑油としては、後述の鉱物油や炭化水素系合成油（例えば、ポリα−オレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等）の水素原子をフッ素原子に置換した化合物、ペルフルオロポリエーテル油、フッ素化シリコーン油等が挙げられる。
【００７６】
鉱物油とは、原油を常圧蒸留または減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、精製処理（溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、白土処理等）を適宜組み合わせて精製したものである。鉱物油としては、パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱物油等が挙げられる。
【００７７】
炭化水素系合成油とは、分子が炭素原子と水素原子のみで構成される合成された油状の、好ましくは上記動粘度を有する化合物である。炭化水素系合成油としては、ポリα−オレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等が挙げられる。
【００７８】
潤滑油は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
潤滑油としては、作動媒体との相溶性の点から、ポリオールエステルおよびポリアルキレングリコールのいずれか一方または両方が好ましく、安定化剤によって顕著な酸化防止効果が得られる点から、ポリアルキレングリコールが特に好ましい。
【００７９】
作動媒体と潤滑油を混合して用いる場合、潤滑油の使用量は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、用途、圧縮機の形式等によって適宜決定すればよい。熱サイクルシステム用組成物における潤滑油の総質量の割合は、作動媒体の総質量１００質量部に対して、１０〜１００質量部が好ましく、２０〜５０質量部がより好ましい。
【００８０】
（安定剤）
安定剤は、熱および酸化に対する作動媒体の安定性を向上させる成分である。安定剤としては、耐酸化性向上剤、耐熱性向上剤、金属不活性剤等が挙げられる。
【００８１】
耐酸化性向上剤は、作動媒体が熱サイクルシステムにおいて繰り返し圧縮・加熱される条件において、主に酸素による作動媒体の分解を抑制することで作動媒体を安定化させる安定剤である。
【００８２】
耐酸化性向上剤としては、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルフェニレンジアミン、ｐ−オクチルジフェニルアミン、ｐ，ｐ’−ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミン、Ｎ−フェニル−２−ナフチルアミン、Ｎ−（ｐ−ドデシル）フェニル−２−ナフチルアミン、ジ−１−ナフチルアミン、ジ−２−ナフチルアミン、Ｎ−アルキルフェノチアジン、６−（ｔ−ブチル）フェノール、２，６−ジ−（ｔ−ブチル）フェノール、４−メチル−２，６−ジ−（ｔ−ブチル）フェノール、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）等が挙げられる。耐酸化性向上剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００８３】
耐熱性向上剤は、作動媒体が熱サイクルシステムにおいて繰り返し圧縮・加熱される条件において、主に熱による作動媒体の分解を抑制することで作動媒体を安定化させる安定剤である。
耐熱性向上剤としては、耐酸化性向上剤と同様のものが挙げられる。耐熱性向上剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００８４】
金属不活性剤は、作動媒体および潤滑油に熱サイクルシステム内の金属材料が悪影響を及ぼさないように、あるいは作動媒体および潤滑油から該金属材料を保護する目的で用いられる。具体的には、金属材料の表面に被膜を形成する薬剤等が挙げられる。
【００８５】
金属不活性剤としては、イミダゾール、ベンズイミダゾール、２−メルカプトベンズチアゾール、２，５−ジメルカプトチアジアゾール、サリシリジン−プロピレンジアミン、ピラゾール、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、２−メチルベンズイミダゾール、３，５−ジメチルピラゾール、メチレンビス−ベンゾトリアゾール、有機酸またはそれらのエステル、第１級、第２級または第３級の脂肪族アミン、有機酸または無機酸のアミン塩、複素環式窒素含有化合物、アルキル酸ホスフェートのアミン塩またはそれらの誘導体等が挙げられる。
【００８６】
熱サイクルシステム用組成物における作動媒体の総質量（１００質量％）に対する安定剤の総質量の割合は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、５質量％以下が好ましく、１質量％以下がより好ましい。
【００８７】
（漏れ検出物質等の公知の添加剤）
漏れ検出物質とは、熱サイクルシステムから作動媒体等が漏れた場合に、臭いや蛍光等で検出しやすいようにする目的で添加される物質一般をいう。
【００８８】
漏れ検出物質としては、紫外線蛍光染料、臭気ガスや臭いマスキング剤等が挙げられる。
紫外線蛍光染料としては、米国特許第４２４９４１２号明細書、特表平１０−５０２７３７号公報、特表２００７−５１１６４５号公報、特表２００８−５００４３７号公報、特表２００８−５３１８３６号公報に記載されたもの等、公知の紫外線蛍光染料が挙げられる。
【００８９】
臭いマスキング剤とは、芳香が好ましくない作動媒体や潤滑油、後述する可溶化剤について、それ自体の特性を維持しつつ芳香を改善する目的で添加される化合物や香料などの物質一般をいう。
臭いマスキング剤としては、特表２００８−５００４３７号公報、特表２００８−５３１８３６号公報に記載されたもの等、公知の香料が挙げられる。
【００９０】
漏れ検出物質を用いる場合には、作動媒体への漏れ検出物質の溶解性を向上させる可溶化剤を用いてもよい。
可溶化剤としては、特表２００７−５１１６４５号公報、特表２００８−５００４３７号公報、特表２００８−５３１８３６号公報に記載されたもの等が挙げられる。
【００９１】
熱サイクルシステム用組成物における作動媒体の総質量（１００質量％）に対する漏れ検出物質の総質量の割合は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、２質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましい。
【００９２】
（水分濃度）
例えば、自動車用空調装置においては、振動を吸収する目的で使用されている冷媒ホースや圧縮機の軸受け部から水分が混入しやすい傾向にある。
熱サイクルシステム内に水分が混入すると、キャピラリーチューブ内での氷結、作動媒体や潤滑油の加水分解、システム内で発生した酸成分による材料劣化、コンタミナンツの発生等の問題が発生する。特に、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル等は、吸湿性が極めて高く、また加水分解反応を起こしやすく、潤滑油としての特性が低下するため、水分が混入すると圧縮機の長期信頼性を損なう大きな原因となる。そのため、潤滑油の加水分解を抑えるためには、熱サイクルシステム内の水分濃度を抑制する必要がある。
【００９３】
熱サイクルシステム内の水分濃度を抑制する方法としては、乾燥剤（シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト等）を用いる方法が挙げられる。乾燥剤としては、乾燥剤と作動媒体との化学反応性、乾燥剤の吸湿能力の点から、ゼオライト系乾燥剤が好ましい。
【００９４】
ゼオライト系乾燥剤とは、ゼオライト（アルミノケイ酸塩のなかで結晶構造中に比較的大きな空隙を持つものの総称）を用いた乾燥剤である。
【００９５】
ゼオライト系乾燥剤としては、従来の鉱物油に比べて吸湿量の高い潤滑油を用いる場合には、吸湿能力に優れる点から、下式（１）で表される化合物を主成分とするゼオライト系乾燥剤が好ましい。
【００９６】
Ｍ２／ｎＯ・Ａｌ２Ｏ３・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ  …………（１）。
ただし、Ｍは、Ｎａ、Ｋ等の第１族の元素またはＣａ等の第２族の元素であり、ｎは、Ｍの原子価であり、ｘ、ｙは、結晶構造にて定まる値である。Ｍを変化させることにより細孔径を調整できる。
【００９７】
乾燥剤の選定においては、細孔径および破壊強度が特に重要である。
作動媒体の分子径よりも大きい細孔径を有する乾燥剤を用いた場合、作動媒体が乾燥剤中に吸着され、その結果、作動媒体と乾燥剤との化学反応が生じ、不凝縮性気体の生成、乾燥剤の強度の低下、吸着能力の低下等の好ましくない現象を生じることとなる。
【００９８】
したがって、乾燥剤としては、細孔径の小さいゼオライト系乾燥剤を用いることが好ましい。特に、細孔径が３．５Å以下である、ナトリウム・カリウムＡ型の合成ゼオライトが好ましい。作動媒体の分子径よりも小さい細孔径を有するナトリウム・カリウムＡ型合成ゼオライトを適用することによって、作動媒体を吸着することなく、熱サイクルシステム内の水分のみを選択的に吸着除去できる。作動媒体の乾燥剤への吸着が起こりにくいことから、作動媒体の熱分解が起こりにくくなり、その結果、熱サイクルシステムを構成する材料の劣化やコンタミナンツの発生を抑制できる。
【００９９】
ゼオライト系乾燥剤の大きさは、小さすぎると熱サイクルシステムの膨張弁や配管細部への詰まりの原因となり、大きすぎると乾燥能力が低下するため、粒度の代表値として約０．５〜５ｍｍが好ましい。ゼオライト系乾燥剤の形状としては、粒状または円筒状が好ましい。
【０１００】
ゼオライト系乾燥剤は、粉末状のゼオライトを結合剤（ベントナイト等）で固めることにより任意の形状とすることができる。ゼオライト系乾燥剤を主体とするかぎり、他の乾燥剤（シリカゲル、活性アルミナ等）を併用してもよい。作動媒体に対するゼオライト系乾燥剤の使用割合は、特に限定されない。
【０１０１】
（塩素濃度）
熱サイクルシステム内に塩素が存在すると、金属との反応による堆積物の生成、軸受け部の磨耗、作動媒体や潤滑油の分解等、悪影響を及ぼす。熱サイクルシステム内の塩素濃度は、作動媒体に対する質量割合で１００ｐｐｍ以下が好ましく、５０ｐｐｍ以下が特に好ましい。
【０１０２】
（不凝縮性気体濃度）
熱サイクルシステム内に不凝縮性気体が混入すると、凝縮器や蒸発器における熱伝達の不良、作動圧力の上昇という悪影響を及ぼすため、不凝縮性気体の混入を極力抑制する必要がある。特に、不凝縮性気体の一つである酸素は、作動媒体や潤滑油と反応し、その分解を促進する。不凝縮性気体としては、窒素、酸素、空気等が挙げられる。熱サイクルシステム内の不凝縮性気体の濃度は、システム内の気相において、作動媒体に対する容積割合で１．５体積％以下が好ましく、０．５体積％以下が特に好ましい。
【０１０３】
本発明の熱サイクルシステムとしては、冷凍サイクルシステム、ランキンサイクルシステム、ヒートポンプサイクルシステム、熱輸送システム等が挙げられる。
【０１０４】
［冷凍サイクルシステム］
冷凍サイクルシステムは、蒸発器において作動媒体が負荷流体より熱エネルギーを除去することにより、負荷流体を冷却し、より低い温度に冷却するシステムである。
【０１０５】
以下、図１に基づいて、冷凍サイクルシステムの具体例について説明する。
冷凍サイクルシステム１０は、作動媒体蒸気Ａを圧縮して高温高圧の作動媒体蒸気Ｂとする圧縮機１１と、圧縮機１１から排出された作動媒体蒸気Ｂを冷却し、液化して低温高圧の作動媒体Ｃとする凝縮器１２と、凝縮器１２から排出された作動媒体Ｃを膨張させて低温低圧の作動媒体Ｄとする膨張弁１３と、膨張弁１３から排出された作動媒体Ｄを加熱して高温低圧の作動媒体蒸気Ａとする蒸発器１４と、蒸発器１４に負荷流体Ｅを供給するポンプ１５と、凝縮器１２に流体Ｆを供給するポンプ１６とを具備して概略構成されるシステムである。
【０１０６】
冷凍サイクルシステム１０においては、以下のサイクルが繰り返される。
（ｉ）蒸発器１４から排出された作動媒体蒸気Ａを圧縮機１１にて圧縮して高温高圧の作動媒体蒸気Ｂとする。
（ii）圧縮機１１から排出された作動媒体蒸気Ｂを凝縮器１２にて流体Ｆによって冷却し、液化して低温高圧の作動媒体Ｃとする。この際、流体Ｆは加熱されて流体Ｆ’となり、凝縮器１２から排出される。
（iii）凝縮器１２から排出された作動媒体Ｃを膨張弁１３にて膨張させて低温低圧の作動媒体Ｄとする。
（iv）膨張弁１３から排出された作動媒体Ｄを蒸発器１４にて負荷流体Ｅによって加熱して高温低圧の作動媒体蒸気Ａとする。この際、負荷流体Ｅは冷却されて負荷流体Ｅ’となり、蒸発器１４から排出される。
【０１０７】
冷凍サイクルシステム１０は、断熱・等エントロピ変化、等エンタルピ変化および等圧変化からなるサイクルシステムである。作動媒体の状態変化を、図２に示される圧力−エンタルピ線（曲線）図上に記載すると、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを頂点とする台形として表すことができる。
【０１０８】
ＡＢ過程は、圧縮機１１で断熱圧縮を行い、高温低圧の作動媒体蒸気Ａを高温高圧の作動媒体蒸気Ｂとする過程であり、図２においてＡＢ線で示される。
【０１０９】
ＢＣ過程は、凝縮器１２で等圧冷却を行い、高温高圧の作動媒体蒸気Ｂを低温高圧の作動媒体Ｃとする過程であり、図２においてＢＣ線で示される。この際の圧力が凝縮圧である。圧力−エンタルピ線とＢＣ線の交点のうち高エンタルピ側の交点Ｔ１が凝縮温度であり、低エンタルピ側の交点Ｔ２が凝縮沸点温度である。
【０１１０】
ＣＤ過程は、膨張弁１３で等エンタルピ膨張を行い、低温高圧の作動媒体Ｃを低温低圧の作動媒体Ｄとする過程であり、図２においてＣＤ線で示される。なお、低温高圧の作動媒体Ｃにおける温度をＴ３で示せば、Ｔ２−Ｔ３が（ｉ）〜（iv）のサイクルにおける作動媒体の過冷却度（以下、必要に応じて「ＳＣ」で示す。）となる。
【０１１１】
ＤＡ過程は、蒸発器１４で等圧加熱を行い、低温低圧の作動媒体Ｄを高温低圧の作動媒体蒸気Ａに戻す過程であり、図２においてＤＡ線で示される。この際の圧力が蒸発圧である。圧力−エンタルピ線とＤＡ線の交点のうち高エンタルピ側の交点Ｔ６は蒸発温度である。作動媒体蒸気Ａの温度をＴ７で示せば、Ｔ７−Ｔ６が（ｉ）〜（iv）のサイクルにおける作動媒体の過熱度（以下、必要に応じて「ＳＨ」で示す。）となる。なお、Ｔ４は作動媒体Ｄの温度を示す。
【０１１２】
［ランキンサイクルシステム］
ランキンサイクルシステムは、蒸発器において地熱エネルギー、太陽熱、５０〜２００℃程度の中〜高温度域廃熱等により作動媒体を加熱し、高温高圧状態の蒸気となった作動媒体を膨張機にて断熱膨張させ、該断熱膨張によって発生する仕事によって発電機を駆動させ、発電を行うシステムである。
【０１１３】
ランキンサイクルシステムの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
高温高圧の作動媒体蒸気を膨張させて低温低圧の作動媒体蒸気とする膨張機と、膨張機における作動媒体蒸気の断熱膨張によって発生する仕事によって駆動される発電機と、膨張機から排出された作動媒体蒸気を冷却し、液化して作動媒体とする凝縮器と、凝縮器から排出された作動媒体を加圧して高圧の作動媒体とするポンプと、ポンプから排出された作動媒体を加熱して高温高圧の作動媒体蒸気とする蒸発器と、凝縮器に流体を供給するポンプと、蒸発器に流体を供給するポンプとを具備して概略構成されるシステム。
【０１１４】
前記ランキンサイクルシステムにおいては、以下のサイクルが繰り返される。
（ｉ）蒸発器から排出された高温高圧の作動媒体蒸気を膨張機にて膨張させて低温低圧の作動媒体蒸気とする。この際、膨張機における作動媒体蒸気の断熱膨張によって発生する仕事によって発電機を駆動させ、発電を行う。
（ii）膨張機から排出された作動媒体蒸気を凝縮器にて流体によって冷却し、液化して作動媒体とする。この際、凝縮器に供給された前記流体は、加熱されて凝縮器から排出される。
（iii）凝縮器から排出された作動媒体をポンプにて加圧して高圧の作動媒体とする。
（iv）前記ポンプから排出された作動媒体を蒸発器にて流体によって加熱して高温高圧の作動媒体蒸気とする。この際、蒸発器に供給された前記流体は、冷却されて蒸発器から排出される。
【０１１５】
［ヒートポンプサイクルシステム］
ヒートポンプサイクルシステムは、凝縮器において作動媒体の熱エネルギーを負荷流体へ与えることにより、負荷流体を加熱し、より高い温度に昇温するシステムである。
【０１１６】
ヒートポンプサイクルシステムの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
作動媒体蒸気を圧縮して高温高圧の作動媒体蒸気とする圧縮機と、圧縮機から排出された作動媒体蒸気を冷却し、液化して低温高圧の作動媒体とする凝縮器と、凝縮器から排出された作動媒体を膨張させて低温低圧の作動媒体とする膨張弁と、膨張弁から排出された作動媒体を加熱して高温低圧の作動媒体蒸気とする蒸発器と、蒸発器に熱源流体を供給するポンプと、凝縮器に負荷流体を供給するポンプとを具備して概略構成されるシステム。
【０１１７】
前記ヒートポンプサイクルシステムにおいては、以下のサイクルが繰り返される。
（ｉ）蒸発器から排出された作動媒体蒸気を圧縮機にて圧縮して高温高圧の作動媒体蒸気とする。
（ii）圧縮機から排出された作動媒体蒸気を凝縮器にて負荷流体によって冷却し、液化して低温高圧の作動媒体とする。この際、負荷流体は加熱されて凝縮器から排出される。
（iii）凝縮器から排出された作動媒体を膨張弁にて膨張させて低温低圧の作動媒体とする。
（iv）膨張弁から排出された作動媒体を蒸発器にて熱源流体によって加熱して高温低圧の作動媒体蒸気とする。この際、熱源流体は冷却されて蒸発器から排出される。
【０１１８】
［熱輸送システム］
熱輸送システムは、熱源により作動媒体を蒸発させて該作動媒体に熱エネルギーを吸収させ、蒸気となった作動媒体を輸送し、輸送先で凝縮させ、熱エネルギーを放出させて、熱エネルギーを輸送するシステムである。
【０１１９】
熱輸送システムの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
熱源から熱輸送先まで配設され、作動媒体が封入されたパイプと、該パイプの内面に配設されたウィッグ（メッシュ構造物）と、前記パイプにおける熱源と反対側の端部に設けられた放熱部とを具備して概略構成されるシステム。
【０１２０】
前記熱輸送システムにおいては、以下のサイクルが繰り返される。
（ｉ）熱源側のパイプ内において、熱源による熱エネルギーで作動媒体を蒸発させて作動媒体蒸気とする。
（ii）作動媒体蒸気を熱源側から放熱部まで輸送し、放熱部において作動媒体蒸気を凝縮させて液化する。
（iii）液化した作動媒体を、ウィッグにより、毛細管作用を利用して熱源側まで輸送し、循環させる。
【０１２１】
［用途］
熱サイクルシステムの用途としては、例えば、冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置または二次冷却機が挙げられる。より具体的には、例えば、ルームエアコン、店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置、内蔵型ショーケース、別置型ショーケース、業務用冷凍・冷蔵庫、製氷機または自動販売機が挙げられる。
【０１２２】
［地球温暖化係数（ＧＷＰ）］
本発明においては、作動媒体の地球温暖化への影響をはかる指標として、ＧＷＰを用いる。本明細書において、ＧＷＰは、特に断りのない限り気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）第４次評価報告書（２００７年）の１００年の値とする。各化合物および混合物のＧＷＰを表１に示す。なお、ＨＦＯ−１１２３のＧＷＰは、ＩＰＣＣ第４次評価報告書に準じて測定された値である。
【０１２３】
【表１】
2016190177.tif 000005
【０１２４】
本発明に係る作動媒体が含有するＨＦＯ−１１２３のＧＷＰは、０．３である。この値は、他のＨＦＯのＧＷＰ、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）の６、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの４等に比べても格段に小さい値である。
【０１２５】
また、本発明に係る作動媒体が代替しようとするルームエアコン、店舗用パッケージエアコン、ビル用パッケージエアコン、設備用パッケージエアコン等の空調用途で使用されているＲ４１０Ａ（ＨＦＣ−１２５とＨＦＣ−３２との１：１（質量）組成物）は、ＧＷＰが２０８８と極めて高い。また、内蔵型ショーケース、別置型ショーケース、業務用冷凍・冷蔵庫等の冷凍・冷蔵用途で使用されているＲ４０４Ａ（ＨＦＣ−１２５と１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ−１４３ａ）とＨＦＣ−１３４ａとの１１：１３：１（質量）組成物）は、３９２２とＲ４１０Ａよりさらに２倍近く大きいＧＷＰを有している。
【０１２６】
本発明の作動媒体は、地球温暖化に対する影響の観点から、ＧＷＰが小さいことが好ましい。具体的には、本発明の作動媒体のＧＷＰは、２０００以下が好ましく、１５００以下がより好ましく、１０００以下が特に好ましい。ＧＷＰが２０００であれば、冷凍・冷蔵用途で使用されているＲ４０４Ａの約５０％であり、ＧＷＰが１０００であれば、Ｒ４０４Ａの２５％、空調用途で使用されているＲ４１０Ａの約５０％の値であり、大幅に地球温暖化への影響を低減することができることを示している。
【０１２７】
なお、混合物におけるＧＷＰは、組成質量による加重平均とする。例えば、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａの質量比１：１の混合物におけるＧＷＰは、（０．３＋１４３０）／２＝７１５と算出できる。本発明の作動媒体が、ＨＦＯ−１１２３、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＯ−１２３４ｙｆおよびＨＦＯ−１１３２ａ以外の任意成分を含有する場合には、当該任意成分の単位質量あたりのＧＷＰをさらに組成質量により加重平均することで、作動媒体のＧＷＰを求めることができる。
【０１２８】
［作用効果］
以上説明した本発明の熱サイクルシステムにあっては、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆおよびＨＦＯ−１１３２ａを含む作動媒体を用いるため、オゾン層および地球温暖化への影響が少ない。
【０１２９】
また、本発明の熱サイクルシステムは、サイクル性能にも優れている。
さらに、システム内に形成される気相中のＨＦＯ−１１２３の割合が５０質量％以下となるように制御するため、該気相の作動媒体の燃焼性が抑えられる。そのため、仮にシステム内の気相の作動媒体が漏洩し、空気と混合し、着火しても燃え広がりにくく、安全性が確保される。
【実施例】
【０１３０】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。例１〜３は実施例である。また、例４〜例６５までの偶数番号が実施例であり、奇数番号が比較例である。【０１３１】
（例１〜３）
ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆの４成分、およびＨＦＯ−１１３２ａを、各化合物が表２に示す割合になるように混合して、上記各化合物を含む５成分系の作動媒体を調製した。そして、それらの作動媒体を、空気に対して１０〜９０質量％の間の１質量％おきの比率で空気と混合し、平衡状態に到達したときの燃焼性を、以下に示すようにして評価した。【０１３２】
［燃焼性の評価］
燃焼性の評価は、ＡＳＴＭ  Ｅ−６８１に規定された設備を用いて実施した。
２５℃に温度制御された恒温槽内に設置された内容積１２リットルのフラスコ内を真空排気した後、各濃度に調整した作動媒体と空気を大気圧力まで封入した。その後、該フラスコ内の中心付近の気相において、１５ｋＶ、３０ｍＡで０．４秒間放電着火させた後、火炎の広がりを目視にて確認した。上方への火炎の広がりの角度が９０°以上の場合を燃焼性あり、９０°未満の場合を燃焼性なし、と判断した。
燃焼性の評価結果を表２に示す。【０１３３】
【表２】
2016190177.tif 000006
【０１３４】
表２からわかるように、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆの４成分とＨＦＯ−１１３２ａを含み、作動媒体の全量に対する前記４成分の合計量の割合が９０質量％超１００質量％未満で、ＨＦＯ−１１３２ａの割合が１．５質量％未満であり、かつ４成分の合計量に対するＨＦＯ−１１２３の割合が３質量％以上３５質量％以下、ＨＦＣ−１３４ａの割合が１０質量％以上５３質量％以下、ＨＦＣ−１２５の割合が４質量％以上５０質量％以下、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が５質量％以上５１質量％以下である、例１〜３の作動媒体は、燃焼性が抑えられており、不燃性を有する。【０１３５】
（例４〜６５）
ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆを、それぞれ作動媒体の全量に対して表３および表４に示す割合で含み、かつ作動媒体の全量に対してＨＦＯ−１１３２ａを同表に示す割合で含有する作動媒体を調製した。そして、これらの作動媒体について、以下の方法で、冷凍サイクル性能（以下、冷凍能力Ｑという。）を測定した。【０１３６】
なお、冷凍能力Ｑは負荷流体を冷凍する能力を意味しており、Ｑが高いほど同一のシステムにおいて、多くの仕事ができることを意味している。言い換えると、大きなＱを有する場合は、少量の作動媒体で目的とする性能が得られることを表しており、システムの小型化が可能となる。【０１３７】
［冷凍能力Ｑの測定］
冷凍能力Ｑの測定は、図１に示す冷凍サイクルシステム１０に作動媒体を適用して、図２に示す熱サイクル、すなわちＡＢ過程で圧縮機１１による断熱圧縮、ＢＣ過程で凝縮器１２による等圧冷却、ＣＤ過程で膨張弁１３による等エンタルピ膨張、ＤＡ過程で蒸発器１４による等圧加熱を実施した場合について行った。【０１３８】
測定条件は、蒸発器１４における作動媒体の平均蒸発温度を０℃、凝縮器１２における作動媒体の平均凝縮温度を４０℃、凝縮器１２における作動媒体の過冷却度（ＳＣ）を５℃、蒸発器１４における作動媒体の過熱度（ＳＨ）を５℃として実施した。【０１３９】
蒸発器において、熱源流体としてフッ素系ブライン（アサヒクリンＡＥ−３０００（ＨＦＥ−３４７ｐｃ−ｆ）：旭硝子株式会社製）を用い、蒸発器１４での熱交換の前後の熱源流体の温度と流量から、作動媒体の冷凍能力Ｑを、Ｑ＝ｈＡ−ｈＤにより求めた。ただし、ｈＡは作動媒体のＡ（蒸発後、高温低圧）の状態におけるエンタルピ、ｈＤは作動媒体のＤ（膨張後、低温低圧）の状態におけるエンタルピである。なお、冷凍サイクル性能の算出に必要となる熱力学性質の特性値は、対応状態原理に基づく一般化状態方程式（Ｓｏａｖｅ−Ｒｅｄｌｉｃｈ−Ｋｗｏｎｇ式）、および熱力学諸関係式に基づき算出した。特性値が入手できない場合は、原子団寄与法に基づく推算手法を用いて算出を行った。【０１４０】
冷凍能力Ｑの評価結果を、表３および表４に示す。冷凍能力Ｑの評価は、各作動媒体中のＨＦＯ−１１３２ａの含有量が０ｐｐｍの時の冷凍能力Ｑ０を基準にして行った。そして、ＨＦＯ−１１３２ａの含有量が０ｐｐｍの時の冷凍能力Ｑ０を１としたときの相対能力の値が０．９以上を○（良）、０．９未満の場合を×（不良）とした。【０１４１】
［地球温暖化係数（ＧＷＰ）の評価］
例４〜例６５の作動媒体のＧＷＰの値を、表３および表４に併記した。なお、前記したように、混合物におけるＧＷＰは、組成質量による加重平均として示した。【０１４２】
【表３】
2016190177.tif 000007
【０１４３】
【表４】
2016190177.tif 000008
【０１４４】
表３および表４から、ＨＦＯ−１１２３とＨＦＣ−１３４ａとＨＦＣ−１２５とＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＯ−１１３２ａを含み、かつＨＦＯ−１１３２ａの作動媒体の全量に対する割合が１．５質量％未満で、ＨＦＯ−１１３２ａ以外の４成分の割合が所定の範囲となっている例４〜６５までの偶数番号の作動媒体は、前記４成分の割合がそれぞれ所定の範囲にあり、ＨＦＯ−１１３２ａを含有しない作動媒体と比べてほとんど変わらない優れた冷凍能力Ｑを有することがわかる。これに対して、ＨＦＯ−１１３２ａの含有量の作動媒体に対する割合が１．５質量％以上である例４〜例６５までの奇数番号の作動媒体は、冷凍能力Ｑが不良である。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明の熱サイクルシステムは、冷凍機、空調機器、発電システム（廃熱回収発電等）、潜熱輸送装置（ヒートパイプ等）等において有用である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０…冷凍サイクルシステム、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張弁、１４…蒸発器、１５，１６…ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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