(57)【要約】  作動媒体として１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）を用いるように設計された熱サイクル用システムをそのまま用いることで経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、サイクル性能が同等以上かつ環境負荷が低い熱サイクルシステムおよび該熱サイクルシステムを用いた熱サイクル方法を提供する。作動媒体と熱サイクル用システムとを備える熱サイクルシステムであって、熱サイクル用システムはＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として用いるのに適した熱サイクル用システムであり、作動媒体は１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを含む、熱サイクルシステムおよび該熱サイクルシステムを用いた熱サイクル方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体と熱サイクル用システムとを備える熱サイクルシステムであって、
前記熱サイクル用システムは１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを作動媒体として用いるのに適した熱サイクル用システムであり、
前記作動媒体は１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを含む、
熱サイクルシステム。
【請求項２】
前記作動媒体に占める１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの割合が４０〜１００質量％である請求項１に記載の熱サイクルシステム。
【請求項３】
前記作動媒体が１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンのみからなる請求項１または２に記載の熱サイクルシステム。
【請求項４】
前記１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンにおける（Ｚ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンおよび（Ｅ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンの割合は、（Ｚ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン：（Ｅ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンで示される質量比で、５０：５０〜１００：０である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱サイクルシステム。
【請求項５】
前記１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンは（Ｚ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペンのみからなる請求項４に記載の熱サイクルシステム。
【請求項６】
前記熱サイクルシステムが冷凍・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である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱サイクルシステム。
【請求項７】
前記熱サイクルシステムが遠心式冷凍機である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱サイクルシステム。
【請求項８】
前記熱サイクルシステムが低圧型遠心式冷凍機である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱サイクルシステム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱サイクルシステムを用いた熱サイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱サイクルシステムおよび該熱サイクルシステムを用いた熱サイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、本明細書では必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。【０００３】
従来、冷凍機用冷媒、空調機器用冷媒、発電システム（廃熱回収発電等）用作動媒体、潜熱輸送装置（ヒートパイプ等）用作動媒体、二次冷却媒体等の熱サイクルシステム用の作動媒体としては、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）やヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）が用いられてきた。しかし、ＣＦＣおよびＨＣＦＣは、成層圏のオゾン層への影響が指摘され、現在、規制の対象となっていることから、ＣＦＣやＨＣＦＣに代えて、オゾン層への影響が少ない、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が熱サイクル用の作動媒体として用いられるようになった。【０００４】
例えば、ビルの冷暖房用、工業用の冷水製造プラントなどに用いられる遠心式冷凍機においては、用いる作動媒体がトリクロロフルオロメタン（ＣＦＣ−１１）から１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）や１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）等に転換されてきている。【０００５】
ここで、遠心式冷凍機では他の冷凍機やヒートポンプに比べて作動媒体の充填量が多く、万一事故等によって作動媒体の漏れが発生した場合には、大気中に作動媒体が大量に放出されてしまう可能性がある。したがって、遠心式冷凍機に用いる作動媒体には、特に地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低いことが求められている。しかしながら、ＨＦＣのＧＷＰは、例えば、ＨＦＣ−１３４ａで１４３０、ＨＦＣ−２４５ｆａで１０３０と高く、これに代わる作動媒体として低ＧＷＰの作動媒体が求められていた。【０００６】
最近、オゾン層への影響が少なく、かつＧＷＰが低い作動媒体として、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、ヒドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、ヒドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）およびクロロフルオロオレフィン（ＣＦＯ）等に期待が集まっている。本明細書においては、特に断りのない限り飽和のＨＦＣをＨＦＣといい、ＨＦＯとは区別して用いる。また、ＨＦＣを飽和のヒドロフルオロカーボンのように明記する場合もある。【０００７】
なかでも、ＨＣＦＯおよびＣＦＯは、一分子中のハロゲンの割合が多いため、燃焼性が抑えられた化合物であり、環境への負荷が少なくかつ燃焼性を抑えた作動媒体として検討されている。例えば、特許文献１には１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ）を用いる作動媒体が記載されている。しかしながら、特許文献１には、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを具体的な熱サイクルシステムに適用した例について記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５７７６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、作動媒体としてＨＦＣ−２４５ｆａを用いるように設計された熱サイクル用システムをそのまま用いることで経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、サイクル性能が同等以上かつ環境負荷が低い熱サイクルシステムおよび該熱サイクルシステムを用いた、経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、サイクル性能が同等以上かつ環境負荷が低い熱サイクル方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の構成を有する熱サイクルシステムおよび熱サイクル方法を提供する。
［１］作動媒体と熱サイクル用システムとを備える熱サイクルシステムであって、前記熱サイクル用システムは１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）を作動媒体として用いるのに適した熱サイクル用システムであり、前記作動媒体は１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ）を含む、熱サイクルシステム。
［２］前記作動媒体に占めるＨＣＦＯ−１２２４ｙｄの割合が４０〜１００質量％である［１］に記載の熱サイクルシステム。
［３］前記作動媒体がＨＣＦＯ−１２２４ｙｄのみからなる［１］または［２］に記載の熱サイクルシステム。
［４］前記ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄにおける（Ｚ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ））および（Ｅ）−１−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ））の割合は、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）：ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）で示される質量比で、５０：５０〜１００：０である［１］〜［３］のいずれかに記載の熱サイクルシステム。
［５］前記ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄはＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）のみからなる［４］に記載の熱サイクルシステム。
［６］前記熱サイクルシステムが冷凍・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である［１］〜［５］のいずれかに記載の熱サイクルシステム。
［７］前記熱サイクルシステムが遠心式冷凍機である［１］〜［５］のいずれかに記載の熱サイクルシステム。
［８］前記熱サイクルシステムが低圧型遠心式冷凍機である［１］〜［５］のいずれかに記載の熱サイクルシステム。
［９］前記［１］〜［８］のいずれかに記載の熱サイクルシステムを用いた熱サイクル方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱サイクルシステムは、作動媒体としてＨＦＣ−２４５ｆａを用いるように設計された熱サイクル用システムをそのまま用いることで経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、サイクル性能が同等以上、かつ環境負荷、特にはＧＷＰが低い熱サイクルシステムである。本発明の熱サイクル方法は、本発明の熱サイクルシステムを用いることで、経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、サイクル性能が同等以上、かつ環境負荷、特にはＧＷＰが低い熱サイクル方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱サイクルシステムに用いる作動媒体を評価する冷凍サイクルシステムの一例を示す概略構成図である。
【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。
【図３】本発明の熱サイクルシステムの一例である遠心式冷凍機を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本明細書において、「熱サイクル用システム」とは、システム内を作動媒体が流通することで該作動媒体と該作動媒体以外の他の物質との間で熱交換（熱サイクル）が行えるように設計された熱サイクル用のシステムをいう。また、「熱サイクルシステム」とは、熱サイクル用システムに作動媒体が投入されて熱サイクルが実行可能な状態にされた、作動媒体と熱サイクル用システムを備えるシステムをいう。
【００１４】
［熱サイクルシステム］
本発明の熱サイクルシステムは、作動媒体と熱サイクル用システムとを備える熱サイクルシステムにおいて、熱サイクル用システムとしてＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として用いるのに適した熱サイクル用システムを採用し、作動媒体としてＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体を使用した熱サイクルシステムである。本発明の熱サイクルシステムは、例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として含有する熱サイクルシステムにおいて、作動媒体としてのＨＦＣ−２４５ｆａをＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体に置換することで得られる熱サイクルシステムである。
【００１５】
本発明に用いる熱サイクル用システムとしては、作動媒体としてＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムであれば特に制限されない。作動媒体としてＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能な熱サイクル用システムに、ＨＦＣ−２４５ｆａに代えてＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体を作動媒体として用いると、以下に説明するとおり、得られる熱サイクルシステムは、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合と同様以上のサイクル性能を発揮することが可能である。さらに、作動媒体として用いるＨＣＦＯ−１２２４ｙｄは低ＧＷＰであることから、作動媒体の漏れが発生した場合においても環境に対する負荷は小さい。
【００１６】
＜作動媒体＞
本発明の熱サイクルシステムにおいて、作動媒体はＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含有する。作動媒体はＨＣＦＯ−１２２４ｙｄに加えて、必要に応じて、後述する任意成分を含んでいてもよい。作動媒体の１００質量％に対するＨＣＦＯ−１２２４ｙｄの含有割合は、４０〜１００質量％が好ましく、６０〜１００質量％がより好ましく、８０〜１００質量％がさらに好ましく、作動媒体はＨＣＦＯ−１２２４ｙｄのみからなるのが最も好ましい。ただし、製造工程によってはＨＣＦＯ−１２２４ｙｄに不純物が若干量含まれてしまう場合もある。本発明においては、そのような場合も「ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄのみからなる」の範疇とする。該不純物の含有割合は、例えば、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄと不純物の１００質量％に対して１質量％未満が好ましい。
【００１７】
（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ）
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄは、燃焼性を抑えるハロゲンと、大気中のＯＨラジカルによって分解され易い炭素−炭素二重結合をその分子内に有する。ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄの作動媒体としての特性、具体的には、沸点、サイクル性能、ＧＷＰ、熱安定性を、ＨＦＣ−２４５ｆａとの相対比較において表１に示す。
【００１８】
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄには、Ｅ体（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ））とＺ体（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ））の２つの幾何異性体が存在する。本明細書においては、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄの（Ｅ）、（Ｚ）の表記がないものは、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）若しくはＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）、またはＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）およびＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）の任意の割合の混合物を示す。以下、分子内に二重結合を有し、Ｅ体とＺ体が存在する他の化合物についても同様に示す。表１には、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを代表するものとして、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）の特性を記載する。
【００１９】
サイクル性能は、後述する方法で求められる成績係数と冷凍能力で示される。ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄの成績係数と冷凍能力は、ＨＦＣ−２４５ｆａを基準（１．００）とした相対値（以下、それぞれ「相対成績係数」または「相対冷凍能力」という。）で示す。熱安定性は、１７５℃、１４日間の加熱後に、中和滴定法により測定された酸分発生量（加熱前検体に対する発生した酸分の量；ｐｐｍ）で示す。ＧＷＰは、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）に示される、または該方法に準じて測定された１００年の値である。本明細書において、ＧＷＰは特に断りのない限りこの値をいう。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１からＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）のサイクル性能および熱安定性は、ＨＦＣ−２４５ｆａと略同等であることがわかる。また、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）のＧＷＰは、ＨＦＣ−２４５ｆａのＧＷＰに比べて非常に低い。
【００２２】
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）は、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）よりも化学的安定性が高く、作動媒体として好ましい。そのため、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄにおけるＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）およびＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）の割合は、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）：ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）で示される質量比が５０：５０〜１００：０であることが好ましく７０：３０〜１００：０であることがより好ましい。ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄは、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）のみで構成されることが特に好ましい。
【００２３】
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）：ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）が上記下限値以上、すなわち、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）とＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）の合計１００質量％に対するＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）の割合が５０質量％以上であれば、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄがＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）を多く含むために、より長期間安定な作動媒体が得られる。
【００２４】
上記のとおり作動媒体としての性能の観点から、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄは、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）のみで構成されることが好ましい。しかしながら、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄのＺ体とＥ体の蒸留分離等による製造コストの増大を抑制する観点からは、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｚ）とＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）の合計１００質量％に対して若干量のＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ（Ｅ）を含有してもよい。
【００２５】
（サイクル性能の評価方法）
作動媒体のサイクル性能（成績係数（ＣＯＰ）、冷凍能力（Ｑ））は、例えば、図１に概略構成図が示される冷凍サイクルシステムを用いて評価できる。
【００２６】
図１に示す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。
【００２７】
冷凍サイクルシステム１０においては、以下の（ｉ）〜（iv）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（以下、「ＡＢ過程」という。）。
（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（以下、「ＢＣ過程」という。）。
【００２８】
（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（以下、「ＣＤ過程」という。）。
（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（以下、「ＤＡ過程」という。）。
【００２９】
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。
【００３０】
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。後述のとおり、作動媒体蒸気Ａは過熱状態で圧縮機１１に導入され、得られる作動媒体蒸気Ｂも過熱状態の蒸気である。
【００３１】
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。
【００３２】
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（ＳＣ）となる。
【００３３】
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（ＳＨ）となる。なお、Ｔ４は作動媒体Ｄの温度を示す。
【００３４】
作動媒体の冷凍能力（Ｑ）と成績係数（ＣＯＰ）は、作動媒体のＡ（蒸発後、高温低圧）、Ｂ（圧縮後、高温高圧）、Ｃ（凝縮後、低温高圧）、Ｄ（膨張後、低温低圧）の各状態における各エンタルピ、ｈＡ、ｈＢ、ｈＣ、ｈＤを用いると、下式（１）、（２）からそれぞれ求められる。機器効率による損失、および配管、熱交換器における圧力損失はないものとする。
【００３５】
作動媒体のサイクル性能の算出に必要となる熱力学性質は、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できる。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算出を行う。
【００３６】
Ｑ＝ｈＡ−ｈＤ    …（１）
ＣＯＰ＝Ｑ／圧縮仕事＝（ｈＡ−ｈＤ）／（ｈＢ−ｈＡ）    …（２）
【００３７】
上記（ｈＡ−ｈＤ）で示されるＱが冷凍サイクルの出力（ｋＷ）に相当し、（ｈＢ−ｈＡ）で示される圧縮仕事、例えば、圧縮機を運転するために必要とされる電力量が、消費された動力（ｋＷ）に相当する。また、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する。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、システムの小型化が可能である。
【００３８】
なお、以上の説明は冷凍サイクルの温度条件として以下の温度により評価を行った際の数値に基づくものである。
蒸発温度；５℃（ただし、非共沸混合物の場合は、蒸発開始温度と蒸発完了温度の平均温度）
凝縮完了温度；４０℃（ただし、非共沸混合物の場合は、凝縮開始温度と凝縮完了温度の平均温度）
過冷却度（ＳＣ）；５℃
過熱度（ＳＨ）；５℃
【００３９】
（任意成分）
本発明に用いる作動媒体は、本発明の効果を損なわない範囲でＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外に、通常作動媒体として用いられる化合物を任意に含有してもよい。このような任意の化合物（任意成分）としては、例えば、ＨＦＣ、ＨＦＯ、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯ、これら以外の、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄとともに気化、液化する他の成分等が挙げられる。任意成分としては、ＨＦＣ、ＨＦＯ、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯが好ましい。
【００４０】
任意成分としては、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄと組み合わせて作動媒体とした際に、ＨＦＣ−２４５ｆａ用に設計された熱サイクル用システムに該作動媒体がＨＦＣ−２４５ｆａに代わって適用できる範囲で、上記相対成績係数、相対冷凍能力をより高める作用を有しながら、ＧＷＰを許容の範囲にとどめられる化合物が好ましい。作動媒体がＨＣＦＯ−１２２４ｙｄとの組合せにおいてこのような化合物を含むと、ＧＷＰを低く維持しながら、より良好なサイクル性能が得られる。
【００４１】
任意成分のＨＦＣとしては、上記観点から選択されることが好ましい。ここで、ＨＦＣは、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄに比べてＧＷＰが高いことが知られている。したがって、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄと組合せるＨＦＣとしては、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させ、ＧＷＰを許容の範囲にとどめる観点から、適宜選択されることが好ましい。
【００４２】
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として具体的には炭素数１〜５のＨＦＣが好ましい。ＨＦＣは、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、環状であってもよい。
【００４３】
ＨＦＣとしては、ジフルオロメタン、ジフルオロエタン、トリフルオロエタン、テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、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。
【００４４】
なかでも、ＨＦＣとしては、オゾン層への影響が少なく、かつ冷凍サイクル特性が優れる点から、１，１，２，２−テトラフルオロエタン、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−２４５ｆａ、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ）がより好ましく、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−２４５ｆａ、ＨＦＣ−３６５ｍｆｃがさらに好ましい。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。
【００４５】
本発明に用いられる作動媒体（１００質量％）中のＨＦＣの含有割合は、例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａの場合、１〜６０質量％の範囲とすることで、作動媒体の成績係数の大きな低下を生じることなく、冷凍能力を向上できる。ここで、ＨＦＣ−２４５ｆａのＧＷＰは１０３０と高いので、上記含有割合の範囲内で作動媒体としてのＧＷＰを考慮しながらその含有割合を適宜調整する。ＨＦＣ−２４５ｆａ以外のＨＦＣを用いる場合においても、ＧＷＰと作動媒体に要求されるサイクル性能に応じて適宜その含有量の制御を行うことができる。
【００４６】
（ＨＦＯ）
ＨＦＯについても、上記ＨＦＣと同様の観点から選択されることが好ましい。なお、ＨＦＯであれば、ＧＷＰはＨＦＣに比べて桁違いに低い。したがって、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄと組み合わせるＨＦＯとしては、ＧＷＰを考慮するよりも、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させることに留意して、適宜選択されることが好ましい。
【００４７】
ＨＦＯとしては、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、１，２−ジフルオロエチレン（ＨＦＯ−１１３２）、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）、（Ｅ）−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｅ））、（Ｚ）−１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ（Ｚ））、（Ｅ）−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ））、（Ｚ）−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）、（Ｅ）−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ（Ｅ））、（Ｚ）−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ（Ｚ））が挙げられる。
【００４８】
ＨＦＯとしては、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ（Ｚ）、ＨＦＯ−１２４３ｚｆが好ましく、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）、ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ（Ｚ）がより好ましい。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。
【００４９】
（ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯ）
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外の任意成分としてのＨＣＦＯについても、上記ＨＦＣと同様の観点から選択されることが好ましい。なお、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外であってもＨＣＦＯであれば、ＧＷＰはＨＦＣに比べて桁違いに低い。したがって、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄと組合せるＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯとしては、ＧＷＰを考慮するよりも、上記作動媒体としてのサイクル性能を向上させることに留意して、適宜選択されることが好ましい。
【００５０】
ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯとしては、１−クロロ−２，２−ジフルオロエチレン（ＨＣＦＯ−１１２２）、１，２−ジクロロフルオロエチレン（ＨＣＦＯ−１１２１）、１−クロロ−２−フルオロエチレン（ＨＣＦＯ−１１３１）、２−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２３３ｘｆ）および１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ）が挙げられる。
【００５１】
なかでも、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外のＨＣＦＯとしては、高い臨界温度を有し、耐久性、成績係数が優れる点から、ＨＣＦＯ−１２３３ｚｄが好ましい。ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄ以外の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】
（その他の任意成分）
本発明の熱サイクルシステムに用いる作動媒体は、上記任意成分以外に、二酸化炭素、炭化水素、クロロフルオロオレフィン（ＣＦＯ）等を含有してもよい。その他の任意成分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成分が好ましい。
【００５３】
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。
【００５４】
上記作動媒体が炭化水素を含有する場合、その含有割合は作動媒体の１００質量％に対して１０質量％未満が好ましく、５質量％以下がより好ましく、３質量％以下がさらに好ましい。炭化水素を含有する場合、作動媒体への鉱物系潤滑油の溶解性がより良好になる。
【００５５】
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。作動媒体のサイクル性能を大きく低下させることなく作動媒体の燃焼性を抑えやすい点から、ＣＦＯとしては、１，１−ジクロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＣＦＯ−１２１４ｙａ）、１，３−ジクロロ−１，２，３，３−テトラフルオロプロペン（ＣＦＯ−１２１４ｙｂ）、１，２−ジクロロ−１，２−ジフルオロエチレン（ＣＦＯ−１１１２）が好ましい。ＣＦＯ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。
【００５６】
作動媒体がＣＦＯを含有する場合、その含有割合は作動媒体の１００質量％に対して１０質量％未満が好ましく、８質量％以下がより好ましく、５質量％以下がさらに好ましい。ＣＦＯを含有することで、作動媒体の燃焼性を抑制しやすい。ＣＦＯの含有割合が上限値以下であれば、良好なサイクル性能が得られやすい。
【００５７】
作動媒体が上記のようなその他の任意成分を含有する場合、作動媒体におけるその他の任意成分の合計の含有割合は、作動媒体１００質量％に対して１０質量％未満が好ましく、８質量％以下がより好ましく、５質量％以下がさらに好ましい。
【００５８】
＜作動媒体組成物＞
作動媒体は、熱サイクルシステムへの適用に際して、通常、潤滑油と混合して作動媒体組成物として使用することができる。作動媒体組成物は、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。
【００５９】
（潤滑油）
潤滑油としては、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、作動媒体組成物に用いられる公知の潤滑油が特に制限なく採用できる。潤滑油として具体的には、含酸素系合成油（エステル系潤滑油、エーテル系潤滑油等）、フッ素系潤滑油、鉱物系潤滑油、炭化水素系合成油等が挙げられる。
【００６０】
エステル系潤滑油としては、二塩基酸エステル油、ポリオールエステル油、コンプレックスエステル油、ポリオール炭酸エステル油等が挙げられる。
【００６１】
エーテル系潤滑油としては、ポリビニルエーテル油や、ポリグリコール油等のポリオキシアルキレン油が挙げられる。
【００６２】
フッ素系潤滑油としては、合成油（後述する鉱物油、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。
【００６３】
鉱物系潤滑油としては、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パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱物油等が挙げられる。
【００６４】
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。
【００６５】
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油、ポリビニルエーテル油およびポリグリコール油から選ばれる１種以上が好ましい。
【００６６】
潤滑油の添加量は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、作動媒体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。
【００６７】
（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、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の安定剤、例えば、耐酸化性向上剤、耐熱性向上剤、金属不活性剤等が特に制限なく採用できる。
【００６８】
耐酸化性向上剤および耐熱性向上剤としては、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。耐酸化性向上剤および耐熱性向上剤は、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。
【００６９】
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−ジメチ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、トルトリアゾール、２−メチルベンズアミダゾール、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。
【００７０】
安定剤の添加量は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、作動媒体１００質量部に対して、５質量部以下が好ましく、１質量部以下がより好ましい。
【００７１】
（漏れ検出物質）
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、従来、ハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の紫外線蛍光染料が挙げられる。
【００７２】
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、従来からハロゲン化炭化水素からなる作動媒体とともに、熱サイクルシステムに用いられる公知の香料が挙げられる。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
漏れ検出物質の添加量は、本発明の効果を著しく低下させない範囲であればよく、作動媒体１００質量部に対して、２質量部以下が好ましく、０．５質量部以下がより好ましい。
【００７６】
＜熱サイクルシステム＞
本発明の熱サイクルシステムは、ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムにＨＦＣ−２４５ｆａに代えてＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体を適用して得られる。ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムへのＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体の適用に際して、熱サイクル用システムに変更はない。なお、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体は、上記作動媒体組成物として熱サイクルシステムに含有されてもよい。
【００７７】
熱サイクル用システムとしては、例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された、圧縮機、凝縮器や蒸発器等の熱交換器を含む熱サイクル用システムが挙げられる。熱サイクルシステム、例えば、冷凍サイクルにおいては、気体の作動媒体を圧縮機で圧縮し、凝縮器で冷却して圧力が高い液体をつくり、膨張弁で圧力を下げ、蒸発器で低温気化させて気化熱で熱を奪う機構を有する。ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体は、上記のとおりＨＦＣ−２４５ｆａとサイクル性能が略同等であることから、本発明においては、ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムに含まれる、作動媒体を熱サイクルに供するための圧縮機、凝縮器や蒸発器等の熱交換器等の各手段を、変更することなく使用できるものである。
【００７８】
以下、ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムにＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体を適用した本発明の熱サイクルシステムの具体的な種類について説明する。
【００７９】
本発明の熱サイクルシステムは、凝縮器で得られる温熱を利用するヒートポンプシステムであってもよく、蒸発器で得られる冷熱を利用する冷凍サイクルシステムであってもよい。本発明の熱サイクルシステムは、フラデッドエバポレーター式であってもよく、直接膨張式であってもよい。本発明の熱サイクルシステムにおいて、作動媒体との間で熱交換される作動媒体以外の他の物質は水または空気が好ましい。
【００８０】
本発明の熱サイクルシステムとして、具体的には、冷凍・冷蔵機器、空調機器、発電システム、熱輸送装置および二次冷却機等が挙げられる。なかでも、本発明の熱サイクルシステムは、より高温の作動環境でも安定してサイクル性能を発揮できるため、屋外等に設置されることが多い空調機器として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、冷凍・冷蔵機器として用いられることも好ましい。
【００８１】
発電システムとしては、ランキンサイクルシステムによる発電システムが好ましい。発電システムとして、具体的には、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が例示される。
【００８２】
また、本発明の熱サイクルシステムは、熱輸送装置であってもよい。熱輸送装置としては、潜熱輸送装置が好ましい。潜熱輸送装置としては、装置内に封入された作動媒体の蒸発、沸騰、凝縮等の現象を利用して潜熱輸送を行うヒートパイプおよび二相密閉型熱サイフォン装置が挙げられる。ヒートパイプは、半導体素子や電子機器の発熱部の冷却装置等、比較的小型の冷却装置に適用される。二相密閉型熱サイフォンは、ウィッグを必要とせず構造が簡単であることから、ガス−ガス型熱交換器、道路の融雪促進および凍結防止等に広く利用される。
【００８３】
冷凍・冷蔵機器として、具体的には、ショーケース（内蔵型ショーケース、別置型ショーケース等）、業務用冷凍・冷蔵庫、自動販売機、製氷機等が挙げられる。
【００８４】
空調機器として、具体的には、ルームエアコン、パッケージエアコン（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）、熱源機器チリングユニット、ガスエンジンヒートポンプ、列車用空調装置、自動車用空調装置等が挙げられる。
【００８５】
熱源機器チリングユニットとしては、例えば、容積圧縮式冷凍機、遠心式冷凍機が挙げられる。なかでも、次に説明する遠心式冷凍機は作動媒体の充填量が多いので、本発明の効果をより顕著に得ることができるため好ましい。
【００８６】
ここで、遠心式冷凍機は、遠心圧縮機を用いた冷凍機である。遠心式冷凍機は、蒸気圧縮式の冷凍機の一種であり、通常、ターボ冷凍機とも言われる。遠心圧縮機は、羽根車を備えており、回転する羽根車で作動媒体を外周部へ吐き出すことで圧縮を行う。遠心式冷凍機は、オフィスビル、地域冷暖房、病院での冷暖房の他、半導体工場、石油化学工業での冷水製造プラント等に用いられている。
【００８７】
遠心式冷凍機としては、低圧型、高圧型のいずれであってもよいが、低圧型の遠心冷凍機であることが好ましい。なお、低圧型とは、例えば、ＣＦＣ−１１、２，２−ジクロロ−１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＣＦＣ−１２３）、ＨＦＣ−２４５ｆａのような高圧ガス保安法の適用を受けない作動媒体、すなわち、「常用の温度において、圧力０．２ＭＰａ以上となる液化ガスで現にその圧力が０．２ＭＰa以上であるもの、または圧力が０．２ＭＰａ以上となる場合の温度が３５℃以下である液化ガス」に該当しない作動媒体を用いた遠心式冷凍機をいう。
【００８８】
以下に、本発明に係る遠心式冷凍機の一実施形態について、図３を用いて説明する。図３には、遠心式冷凍機１００の概略構成図が示されている。遠心式冷凍機１００は、遠心圧縮機（以下、「圧縮機」という。）２１と、該圧縮機２１によって圧縮された高圧ガス作動媒体を凝縮する凝縮器２２と、該凝縮器２２において凝縮した高圧液作動媒体を膨張させる膨張弁２３と、該膨張弁２３によって膨張した低圧液作動媒体を蒸発させる蒸発器２４とを備えている。
【００８９】
遠心式冷凍機１００が含有する作動媒体は、上に説明したＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体である。該作動媒体は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発器２４、圧縮機２１の順にこれらを繋ぐように配設された作動媒体用配管２０を、高圧ガス、高圧液、低圧液等の気相または液相の状態で循環する。作動媒体用配管２０を示す実線とともに示す矢印は作動媒体の流れの向きを示す。作動媒体は、これを含む作動媒体組成物として遠心式冷凍機１００に投入されてもよい。
【００９０】
圧縮機２１は、電動機３１によって回転駆動される遠心羽根車を備えている。遠心羽根車は、例えば２段圧縮式とされる。ただし、１段圧縮式であっても、３段以上の圧縮式であってもよい。圧縮機２１の作動媒体入口には、作動媒体流量を調節する入口ベーン３２が設けられている。この入口ベーン３２の開度は、制御装置３３によって制御される。
【００９１】
電源３４からの入力周波数がインバータ３５によって変更されるようになっており、これにより、電動機３１の回転数が制御される。インバータ３５から電動機３１に送られる指示周波数は、制御装置３３内に設けられた回転数制御部３３ａによって変更される。ここで、図３中の一点鎖線は電気信号の経路を示し、該経路（一点鎖線）とともに示す矢印は該信号の向きを示す。
【００９２】
凝縮器２２には、凝縮器２２内の作動媒体圧力（凝縮圧力）Ｐｃを計測する圧力センサ２５が設けられている。この圧力センサ２５の出力は、制御装置３３に入力される。また、凝縮器２２には、凝縮器２２内の作動媒体と熱交換して温水を得る温水取得手段２６ａが設けられている。この温水取得手段２６ａの温水出口には温水出口温度センサ２６ｂが、温水入口には温水入口温度センサ２６ｃが、それぞれ設けられている。温水出口温度センサ２６ｂの出力（温水出口温度）および温水入口温度センサ２６ｃの出力（温水入口温度）は、制御装置３３に入力される。
【００９３】
遠心式冷凍機１００は、このように作動媒体と熱交換される物質として水を使用している。図３において、温水取得手段２６ａを点線で示し、温水取得手段２６ａを流れる温水の流れる向きを点線上に矢印で示した。また、以下の冷水取得手段３０ａにおいても同様に表示した。
【００９４】
膨張弁２３は、制御装置３３内に設けられた膨張弁開度制御部３３ｂによって、その開度が制御される。凝縮器２２と蒸発器２４との間には、ホットガスバイパス配管２７が設けられている。このホットガスバイパス配管２７によって、凝縮器２２内にある高圧の作動媒体ガスが蒸発器２４へと流されるようになっている。ホットガスバイパス配管２７には、ホットガスバイパス弁２８が設けられている。このホットガスバイパス弁２８の開度調整によって、ホットガスバイパス配管２７内を流れる作動媒体流量が調整され、低冷凍能力時の圧縮機２１への吸込み作動媒体ガス流量を確保する。
【００９５】
蒸発器２４には、蒸発器２４内の作動媒体圧力（蒸発圧力）Ｐｅを計測する圧力センサ２９が設けられている。この圧力センサ２９の出力は、制御装置３３に入力される。また、蒸発器２４には、蒸発器２４内の作動媒体と熱交換して冷水を得る冷水取得手段３０ａが設けられている。この冷水取得手段３０ａの冷水出口には、冷水出口温度センサ３０ｂが、冷水入口には、冷水入口温度センサ３０ｃが設けられている。冷水出口温度センサ３０ｂの出力（冷水出口温度）および冷水入口温度センサ３０ｃの出力（冷水入口温度）は、制御装置３３に入力される。
【００９６】
遠心式冷凍機の圧縮機の作動点は、流量変数θと圧力変数Ωで決まる。下記に示す式のとおり、流量変数θおよび圧力変数Ωはどちらも音速をパラメータとして含むため、作動媒体の音速は、遠心式冷凍機の圧縮機の羽根車の設計に影響を及ぼす。
流量変数θ＝風量［ｍ３／ｓ］÷音速［ｍ／ｓ］÷（羽根車直径［ｍ］）２
圧力変数Ω＝断熱ヘッド［ｍ］×重力加速度［ｍ／ｓ２］÷（音速［ｍ／ｓ］）２
【００９７】
本発明においては、ＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体、特にはＨＣＦＯ−１２２４ｙｄがＨＦＣ−２４５ｆａと同等の音速を備えることから、上記のようにしてＨＦＣ−２４５ｆａ用に設計された遠心式冷凍機の設計を変更することなく使用可能である。
【００９８】
なお、熱サイクルシステムの稼働に際しては、水分の混入や、酸素等の不凝縮性気体の混入による不具合の発生を避けるために、これらの混入を抑制する手段を設けることが好ましい。
【００９９】
熱サイクルシステム内に水分が混入すると、特に低温で使用される際に問題が生じる場合がある。例えば、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、これにより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、潤滑油がポリグリコール油、ポリオールエステル油等である場合は、吸湿性が極めて高く、また、加水分解反応を生じやすく、潤滑油としての特性が低下し、圧縮機の長期信頼性を損なう大きな原因となる。したがって、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制御する必要がある。
【０１００】
熱サイクルシステム内の水分濃度を制御する方法としては、乾燥剤（シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト等）等の水分除去手段を用いる方法が挙げられる。乾燥剤は、液状の作動媒体またはこれを含む作動媒体組成物と接触させることが、脱水効率の点で好ましい。例えば、凝縮器の出口、または蒸発器の入口に乾燥剤を配置して、作動媒体またはこれを含む作動媒体組成物と接触させることが好ましい。
【０１０１】
乾燥剤としては、乾燥剤と作動媒体またはこれを含む作動媒体組成物との化学反応性、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。
【０１０２】
ゼオライト系乾燥剤としては、従来の鉱物系潤滑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（Ｃ）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。
Ｍ２／ｎＯ・Ａｌ２Ｏ３・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ    …（Ｃ）
ただし、Ｍは、Ｎａ、Ｋ等の１族の元素またはＣａ等の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。
【０１０３】
乾燥剤の選定においては、細孔径および破壊強度が重要である。作動媒体やこれを含む作動媒体組成物が含有する成分（以下、「作動媒体等」）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、作動媒体等が乾燥剤中に吸着され、その結果、作動媒体等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。
【０１０４】
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３．５オングストローム以下である、ナトリウム・カリウムＡ型の合成ゼオライトが好ましい。作動媒体等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、作動媒体等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。言い換えると、作動媒体等の乾燥剤への吸着が起こりにくいことから、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。
【０１０５】
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。形状としては、粒状または円筒状が好ましい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
さらに、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およぼすため、極力混入を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、分解を促進する。
【０１０８】
不凝縮性気体濃度は、作動媒体の気相部において、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。
【０１０９】
［熱サイクル方法］
本発明の熱サイクル方法は、ＨＦＣ−２４５ｆａが適用可能に設計された熱サイクル用システムにＨＦＣ−２４５ｆａに代えてＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体を適用した本発明の熱サイクルシステムを用いて行われる熱サイクル方法である。
【０１１０】
上記のとおりＨＣＦＯ−１２２４ｙｄを含む作動媒体は、ＨＦＣ−２４５ｆａとサイクル性能が略同等であることから、本発明の方法においては、ＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として用いた場合の稼働条件を特に変更することなく、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合と同等のサイクル性能を有する熱サイクルを実行できる。
【０１１１】
例えば、図３に概略構成図が示されるような本発明の遠心式冷凍機を用いて熱サイクルを行う場合には、作動媒体流量を調節する入口ベーン３２の開度、インバータ３５から電動機３１に送られる指示周波数、膨張弁２３の開度等を制御する制御装置３３やその他の設定を、ＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として用いた場合と略同様とすることで、ＨＦＣ−２４５ｆａを作動媒体として用いた場合と略同様のサイクル性能が得られる。
【０１１２】
以上説明した本発明の熱サイクルシステムおよびこれを用いた熱サイクル方法においては、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いるように設計された熱サイクル用システムをそのまま用いることで経済性に優れるとともに、ＨＦＣ−２４５ｆａを用いた場合に比べて、同等またはそれ以上のサイクル性能が得られる。また、作動媒体として用いるＨＣＦＯ−１２２４ｙｄは低ＧＷＰであることから、作動媒体の漏れが発生した場合においても環境に対する負荷は小さい。
【符号の説明】
【０１１３】
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
１００…遠心式冷凍機、２０…作動媒体用配管、２１…遠心圧縮機、２２…凝縮器、２３…膨張弁、２４…蒸発器、３１…電動機、３２…入口ベーン、３３…制御装置、３４…電源、３５…インバータ。
【図１】
2017142072.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2017142072.tif 000008
2017142072.tif 000009
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