(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を有する高温熱ポンプ装置中で加熱を生み出すための方法であって、作動流体から熱を抽出することにより、冷却された作動流体を生成する工程を含み、前記作動流体は、（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エンを含み、前記熱交換器は、少なくとも５５℃の温度で動作する、方法。
【請求項２】
前記熱交換器は、超臨界作動流体冷却器及び凝縮器からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の伝熱媒体を前記熱交換器に通すことにより、前記熱の抽出が前記第１の伝熱媒体を加熱する工程と、前記加熱された第１の伝熱媒体を、前記熱交換器から加熱されるべき物体に通す工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の伝熱媒体は工業用伝熱液であり、前記加熱されるべき物体は化学プロセス流である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記作動流体を膨張させ、次いで第２の熱交換器中で前記作動流体を加熱して、加熱された作動流体を生成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の熱交換器が蒸発器であり、前記加熱された作動流体が蒸気である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
動的圧縮機（dynamic compressor）又は容積式圧縮機（positive displacement compressor）中で前記作動流体の蒸気を圧縮する工程を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記動的圧縮機は遠心圧縮機である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
加熱されるべき流体を前記熱交換器に通すことで、前記流体を加熱する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記高温熱ポンプ装置は、ＨＦＣ−２４５ｆａ用に設計された装置である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
高温熱ポンプ装置中の凝縮器最大動作温度を１２７℃を超える温度まで上昇させる方法であって、前記高温熱ポンプ装置に、（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エンを含む作動流体を充填する工程を含む、方法。
【請求項１２】
前記高温熱ポンプ装置は、ＨＦＣ−２４５ｆａ用に設計された装置である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱交換器は、少なくとも１２７℃の温度で動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱交換器は、少なくとも１５５℃の温度で動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱交換器は、１６０〜１６９℃の温度で動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記凝縮器最大動作温度は、１５５℃を超える温度まで上昇される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記凝縮器最大動作温度は、１６０℃を超える温度まで上昇される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記凝縮器最大動作温度は、１６８℃を超える温度まで上昇される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
熱交換器を含み、作動流体を含有する高温熱ポンプ装置であって、前記作動流体は、（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エンを含み、前記熱交換器は、少なくとも５５℃の温度で動作することを特徴とする、高温熱ポンプ装置。
【請求項２０】
ＨＦＣ−２４５ｆａ用に設計された装置である、請求項１９に記載の高温熱ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年９月２３日に出願された米国特許仮出願第６２／０５３９５５号の優先権を主張しており、その全内容が参照として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）及びヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）は、高温熱ポンプにおける使用などの幅広い用途で使用されている。ＣＦＣ及びＨＣＦＣは、成層圏オゾンの破壊及び地球温暖化の進行の原因となると考えられている。オゾン層の破壊の原因にならず、地球温暖化係数も低い、代替材料が引き続き求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願第６２／０５３９５５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
様々な用途において、特に高温熱ポンプにおいて熱を生成する方法及びシステムが提供される。
【０００５】
本発明は、（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エン（以下、「ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙ」）を含む組成物、並びにこれらの組成物を高温熱ポンプ中で使用する方法及びシステムに関する。
【０００６】
【化１】
0006746566.tif 000002
【０００７】
本発明の実施形態には、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの単体化合物、若しくは以下で詳しく記載されるような１つ以上の他の化合物と組み合わせた化合物が含まれる。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、熱交換器を有する高温熱ポンプ中で加熱を生み出す方法が提供される。方法は、作動流体から熱を抽出し、それによって冷却された作動流体を生成する工程を含み、この作動流体は、（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エンを含む。
【０００９】
また、本発明の実施形態によれば、高温熱ポンプ中で加熱を生み出す方法が提供される。方法は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む蒸気作動流体を凝縮器中で凝縮し、それによって液体の作動流体を生成する工程を含む。
【００１０】
また、本発明の実施形態によれば、高温熱ポンプ装置における実行可能な凝縮器最大動作温度を上昇させる方法が提供される。方法は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体を高温熱ポンプに装填する工程を含む。
【００１１】
本発明によれば、高温熱ポンプ装置も提供される。装置は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体を備える。
【００１２】
本発明によれば、組成物も提供される。組成物は、（ｉ）ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる作動流体、並びに（ｉｉ）５５℃以上の温度での劣化を防ぐ安定剤、又は（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑剤、又は（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の両方を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物を用いる満液式蒸発器熱ポンプ装置の１つの実施形態の概略図である。
【図２】作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物を用いる直膨式熱ポンプ装置の１つの実施形態の概略図である。
【図３】作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物を用いる直膨式蒸発器の熱ポンプ装置の１つの実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に記載される実施形態の詳細に言及する前に、いくつかの用語を定義又は明確化する。
【００１５】
地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、１キログラムの二酸化炭素の排出と比較した、１キログラムの特定の温室効果ガスの大気排出に起因する相対的な地球温暖化への寄与を推定するための指数である。ＧＷＰは、様々な対象期間について計算することができ、所与のガスの大気寿命の効果を示す。１００年間という対象期間のＧＷＰが、一般的に参照される値である。
【００１６】
オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）は、「Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｏｚｏｎｅ  Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ，２００２，Ａ  ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｗｏｒｌｄ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ’ｓ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｏｚｏｎｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔ」（１．４．４項、１．２８〜１．３１頁（本項の第１段落参照）で定義されている。ＯＤＰは、フルオロトリクロロメタン（ＣＦＣ−１１）の質量に対する質量を基準とした化合物から想定される成層圏オゾン層破壊の度合いを指す。
【００１７】
冷蔵能力（冷却能力と呼ばれることもある）は、循環する冷媒又は作動流体の単位質量当たりの、蒸発器中の冷媒又は作動流体のエンタルピーの変化を定義する用語である。体積冷却能力は、蒸発器を出る冷媒蒸気の単位体積当たりの、冷媒又は作動流体によって除去された熱の量を指す。冷蔵能力は、冷媒、作動流体、又は伝熱組成物の冷却を生み出す能力の尺度である。故に、作動流体の体積冷却能力が高いほど、所定の圧縮機で達成可能な最大体積流量を伴う蒸発器で生成可能な冷却率が大きくなる。冷却率は、単位時間当たりに蒸発器内の冷媒によって除去される熱を指す。
【００１８】
同様に、体積加熱能力は、圧縮機に入る冷媒又は作動流体蒸気の単位体積当たりの、凝縮器中の冷媒又は作動流体によって供給される熱の量を定義する用語である。冷媒又は作動流体の体積加熱能力が高いほど、所定の圧縮機で達成可能な最大体積流量を伴う凝縮器で生成される加熱率が大きくなる。
【００１９】
性能係数（ＣＯＰ）は、圧縮機を動作させるのに必要なエネルギーで割った、蒸発器で除去された熱の量である。ＣＯＰが高いほど、エネルギー効率が高くなる。ＣＯＰは、エネルギー効率比（ＥＥＲ）、すなわち特定の組の内部温度及び外部温度での冷蔵又は空調設備についての効率評定に直接的に関する。
【００２０】
本明細書で使用するとき、伝熱媒体は、冷却されるべき物体から蒸発冷却器に、又は冷却凝縮器から冷却塔に熱を搬送するのに使用される組成物、あるいは熱が周囲に放出され得る他の構成を含む。
【００２１】
本明細書で使用するとき、作動流体は、あるサイクルで熱を伝達するように機能する化合物又は化合物の混合物を含み、作動流体は、繰り返しサイクルで液体から気体へ、そして液体へ戻るという相変化を経る。
【００２２】
亜冷却は、液体の、その液体の所定の圧力での飽和点を下回る温度への低下である。飽和点は、蒸気組成物が完全に液体へと凝縮される温度である（泡立ち点とも呼ばれる）。しかし、亜冷却は、所定の圧力において、液体をより低温の液体に冷却し続ける。液体を飽和温度を下回る温度に冷却することで、正味冷蔵能力が上昇し得る。それにより、亜冷却は、システムの冷蔵能力及びエネルギー効率を向上させる。亜冷却量は、飽和温度を下回る冷却の量（度単位）、又は液体組成物がその飽和温度をどれだけ下回って冷却されるかである。
【００２３】
過熱とは、蒸気組成物が、蒸気組成物の飽和蒸気温度をどれだけ上回って加熱されるかを定義する用語である。飽和蒸気温度は、蒸気組成物が冷却され、液体が最初に滴を形成する温度であり、「露点」とも呼ばれる。
【００２４】
本明細書で使用されるとき、「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、「包含する（includes）」、「包含する（including）」、「有する（has）」、「有する（having）」、又は他の任意の変型は、非限定的な包含を扱うものとする。例えば、列挙する要素を包む、組成物、プロセス、方法、物品、若しくは装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるものではなく、明示的に列挙されない他の要素、又はそのような組成物若しくは、プロセス、方法、物品、若しくは装置などに内在する他の要素を包含し得る。更には、反対のことが明示的に述べられていない限り、「又は」は、排他的又は排他的ではなく包括的であることを意味する。例えば、条件Ａ又はＢは、以下のいずれかを満たす。Ａは真であり（又は存在し）かつＢは偽である（又は存在しない）、Ａは偽であり（又は存在しないものであり）かつＢは真である（又は存在する）、並びに、Ａ及びＢの両者が真である（又は存在する）。
【００２５】
移行句「〜からなる」は、特定されない任意の要素、工程、又は成分を除外する。特許請求の範囲における場合には、材料に通常付随する不純物を除き、このような句は、列挙された材料以外の材料を含むことに対して特許請求の範囲を限る。語句「〜からなる」がプレアンブルの直後ではなく請求項のボディの節内で現れるとき、この語句はその請求項内に示される要素のみを制限するものであり、他の要素が特許請求の範囲全体から除外されるわけではない。
【００２６】
移行句「〜から本質的になる」は、文字通り開示されているものに加えて、材料、工程、特徴、構成成分、又は要素を含む、組成物、方法、又は装置を定義するために使用されるが、ただし、これらの追加的に含まれる材料、工程、特徴、構成成分、又は要素は、請求される発明の基本的及び新規の特性に実質的に影響を及ぼさない。用語「〜から本質的になる」は、「含む」と「〜からなる」との中間点を占めるものである。
【００２７】
出願者は、発明又は発明の一部を「含む」などのオープンエンド用語で定義しているが、これは（別途記載のない限り）、記載内容が、用語「〜から本質的になる」又は「〜からなる」を使用する発明なども説明すると解釈されるべきであることを容易に理解すべきである。
【００２８】
また、「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本明細書で記載される要素及び構成成分を説明するのに用いられる。これは、単に便宜上、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるためのものである。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むものと解釈されるべきであり、単数形は、別の意味を有することが明白でない限り、複数形も含む。
【００２９】
特に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する当該技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと類似又は同等の方法及び材料を、本発明の実施形態の実施又は試験において使用することができるが、好適な方法及び材料を以下に記載する。本明細書において言及する全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の参照文献は、特定の一説を引用するものでない限り、その全文が参照により本明細書に援用される。矛盾が生じた場合は、定義を含め、本明細書が優先される。更に、材料、方法、及び実施例は、単なる例証であり、限定することを意図するものではない。
【００３０】
（２Ｅ）−１，１，１，４，５，５，５−ヘプタフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタ−２−エン）（ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙ）は、米国特許第８，１４８，５８４号（参照として本明細書に組み込まれる）に開示されるように、１，１，１，２，５，５，５−ヘプタフルオロ−２−（トリフルオロメチル）−４−ヨードペンタンの脱ヨウ化水素によって調製され得る。
【００３１】
高温熱ポンプ法
本発明の実施形態によれば、熱交換器を有する高温熱ポンプ中で加熱を生み出す方法が提供される。方法は、作動流体から熱を抽出し、それによって冷却された作動流体を生成する工程を含み、この作動流体は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む。
【００３２】
１つの実施形態では、熱交換器は、超臨界作動流体冷却器であるか、又は単なる作動流体冷却器である。別の実施形態では、熱交換器は凝縮器である。
【００３３】
１つの実施形態では、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む蒸気作動流体を凝縮器中で凝縮し、それによって液体の作動流体を生成する工程を含む、高温熱ポンプ中で加熱を生み出す方法が提供される。注目すべきは、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる蒸気作動流体が凝縮される方法である。
【００３４】
高温熱ポンプ中で、特に有用なのは、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物である。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙは、ＧＷＰが低減された不燃性の高温熱ポンプ用の作動流体への必要性を満たす。
【００３５】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを作動流体として動作するいくつかの高温熱ポンプは、ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅの要件の遵守に必要となる閾値未満の蒸気圧を有する。かかる組成物は、高温熱ポンプに使用するのに望ましい。注目すべきは、作動流体が、約１〜約１００重量％のＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる組成物である。
【００３６】
１つの実施形態では、凝縮器又は作動流体冷却器を有する熱ポンプ中で加熱を生み出す方法は、伝熱媒体を凝縮器又は作動流体冷却器に通過させ、それによって作動流体を冷却（及び、場合によっては凝縮）させて、伝熱媒体を加熱し、加熱された伝熱媒体を凝縮器又は作動流体冷却器から加熱されるべき物体に通過させる工程を更に含む。
【００３７】
加熱されるべき物体は、加熱され得る任意の空間、対象、又は流体であってもよい。１つの実施形態では、加熱されるべき物体は、部屋、建物、又は自動車の車室であってもよい。あるいは、別の実施形態では、加熱されるべき物体は、二次的ループの流体、伝熱媒体又は伝熱流体であり得る。
【００３８】
１つの実施形態では、伝熱媒体は水であり、加熱されるべき物体は水である。別の実施形態では、伝熱媒体は水であり、加熱されるべき物体は空間加熱のための空気である。別の実施形態では、伝熱媒体は工業用伝熱液体であり、加熱されるべき物体は化学プロセス流である。
【００３９】
別の実施形態では、加熱を生み出す方法は、動的（例えば、軸式又は遠心）圧縮機中、又は容積式（例えば、往復動、スクリュー又はスクロール）圧縮機中の作動流体蒸気を圧縮する工程を更に含む。
【００４０】
１つの実施形態では、凝縮器を有する熱ポンプ中で加熱を生み出す方法は、加熱されるべき流体を凝縮器に通過させて流体を加熱する工程を更に含む。１つの実施形態では、流体は空気であり、凝縮器からの加熱された空気は、加熱されるべき空間に通される。別の実施形態では、流体はプロセス流の一部分であり、加熱される部分はプロセスに戻る。
【００４１】
特定の実施形態では、伝熱媒体は水又はグリコールから選択される。例えば、グリコールは、エチレングリコール又はプロピレングリコールであり得る。特に注目すべきは、伝熱媒体は水であり、加熱されるべき物体は、空間加熱のための空気である実施形態である。
【００４２】
別の実施形態では、伝熱媒体は工業用伝熱媒体であり、加熱されるべき物体は化学プロセス流であり、本明細書で使用されるとき、化学プロセス流には、プロセスライン及び蒸留カラムなどのプロセス設備が含まれる。注目すべきは、イオン液体、塩化カルシウム水溶液又は塩化ナトリウム水溶液などの様々なブライン、ポリエチレングリコール又はエチレングリコールなどのグリコール、及び２００６  ＡＳＨＲＡＥ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎのセクション４に列挙されるものなどの他の伝熱媒体などの工業用伝熱液である。
【００４３】
１つの実施形態では、加熱を生み出す方法は、上述されるような満液式蒸発器の高温熱ポンプ（図１に関して、以下でより詳細に議論される）中で熱を抽出する工程を含む。この方法において、液体の作動流体は蒸発して、第１の伝熱媒体の付近で作動流体蒸気を形成する。第１の伝熱媒体は水などの温かい液体であり、これは低温熱源からパイプを通して蒸発器に輸送される。温かい液体は冷却され、低温熱源に返されるか、又は建物などの冷却されるべき物体に通される。作動流体蒸気は次いで、加熱されるべき物体の付近から取り込まれる冷却液である、第２の伝熱媒体（ヒートシンク）の付近で凝縮される。第２の伝熱媒体は、作動流体が凝縮されて液体の作動流体を形成するように、作動流体を冷却する。この方法において、満液式蒸発器熱ポンプも、家庭用水若しくは上水又はプロセス流を加熱するために使用され得る。
【００４４】
別の実施形態では、加熱を生み出す方法は、上述されるような直膨式高温熱ポンプ（図２に関して、以下でより詳細に議論される）中で熱を生成する工程を含む。本方法では、作動流体液は蒸発器を通過し、蒸発して作動流体蒸気を生成する。第１の液体伝熱媒体は、蒸発作動流体によって冷却される。第１の液体伝熱媒体は、蒸発器から低温熱源又は冷却されるべき物体を通過する。作動流体蒸気は次いで、加熱されるべき物体の付近から取り込まれる冷却液である、第２の伝熱媒体（ヒートシンク）の付近で凝縮されるか、又は冷却される。第２の伝熱媒体は、作動流体が凝縮されて液体の作動流体を形成するように、作動流体を冷却する。この方法において、直膨式熱ポンプも、家庭用水若しくは上水又はプロセス流を加熱するために使用され得る。
【００４５】
加熱を生み出すための方法の１つの実施形態では、高温熱ポンプは、遠心圧縮機である圧縮機を含む。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、高温熱ポンプにＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体を充填する工程を含む、高温熱ポンプ装置中の実行可能な凝縮器最大動作温度を上昇させる方法が提供される。
【００４７】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの臨界温度及び圧力は、それぞれ１７０．２４℃及び２．０４ＭＰａ（２９６．２ｐｓｉａ）である。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの沸点は４９℃である。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物は、ＨＦＣ−２４５ｆａなどの現行の高温熱ポンプに一般的に使用される作動流体よりも、低い蒸気圧及び高い臨界温度を有し得る。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物よりも高い蒸気圧及び低い臨界温度を有する作動流体のために独自に設計された高温熱ポンプ中でＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物を使用することで、独自に設計された高温熱ポンプにおいて作動流体が達成可能であるよりも高い凝縮器温度で、高温熱ポンプを運転することが可能となる。例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａを作動流体として動作する、２．１８ＭＰａの最大設計作動圧力を備える遠心熱ポンプの凝縮器温度は、１２６．２℃を超え得ない。最大許容作動圧力の制限に関わらず、ＨＦＣ−２４５ｆａでの最大凝縮器温度は、自身の臨界温度の約１５４℃を超え得ない。しかしながら、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを作動流体として動作する、２．１８ＭＰａの最大設計作動圧力を備える遠心熱ポンプの凝縮器温度は、最大許容設計作動圧力を超えることなく、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの臨界温度である１７０．２４℃に到達し得る。
【００４８】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙが、高温熱ポンプ中で作動流体として使用される際、実行可能な凝縮器最大動作温度は約１６０〜１７０℃である。実行可能な凝縮器最大動作温度を上昇させる方法における１つの実施形態では、熱ポンプ作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物が使用される際、実行可能な凝縮器最大動作温度は、約１６５℃以上の温度まで上昇する。
【００４９】
２００〜２５０℃ほどの加熱温度は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを用いる高温熱ポンプにおいて達成可能であることが実行可能である。しかしながら、約１６５℃を超える加熱温度においては、これらの高温に伴う高圧に適合し、凝縮せずに臨界温度を超える温度（すなわち、遷臨界モード運転）で作動流体から熱を抽出するために、設備又は材料にいくらかの改変が必要となり得る。
【００５０】
本発明によれば、凝縮器動作温度を上昇させるために、高温熱ポンプの流体（例えば、ＨＦＣ−２４５ｆａ）を、この高温熱ポンプの流体のために独自に設計されたシステムにおいて、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体に置き換えることが可能である。
【００５１】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物によって、低温で得られる熱を改質するための動的（例えば、遠心）又は容積式（例えば、スクリュー又はスクロール）熱ポンプの設計及び運転が、高温での加熱に対する需要を満たすことができる。低温で得られる熱は蒸発器に供給され、高温の熱は凝縮器又は作動流体冷却器（超臨界又は遷臨界モード）で抽出される。例えば、８５℃で動作する凝縮器からの熱を使用して水を加熱することができる場所（病院など）で、２５℃で動作する熱ポンプの蒸発器に廃熱を供給することができる（例えば、温水空間暖房又はその他のサービスのため）。
【００５２】
いくつかの場合では、熱は、上で示唆されるよりも高い温度で、様々な他の源（例えば、プロセス流からの廃熱、地熱又は太陽熱）から得られるが、更に高い温度における加熱が必要とされ得る。例えば、廃熱は１００℃で得られるが、工業用途においては１３０℃での加熱が必要とされ得る。低温での熱は、本発明の方法又はシステムにおいて、動的（例えば、遠心）又は容積式熱ポンプの蒸発器に供給され得、所望の温度の１３０℃まで上昇し、凝縮器まで送達される。別の例では、１６５℃で動作する凝縮器からの熱を使用してプロセス流を加熱することができる場所（例えば、工業的運転）で、１３０℃で作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する熱ポンプの蒸発器に廃熱を供給することができる。
【００５３】
高温熱ポンプ装置
本発明の１つの実施形態では、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体を備える熱ポンプ装置が提供される。注目すべきは、作動流体がＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる実施形態である。
【００５４】
熱ポンプは、加熱及び／又は冷却を生み出す種別の装置である。熱ポンプは、蒸発器、圧縮機、凝縮器又は作動流体冷却器、及び膨張装置を備えている。作動流体は、繰り返しサイクルでこれらの構成成分を通って循環する。加熱は、エネルギー（熱形態）が蒸気作動流体（又は超臨界流体）から抽出される凝縮器又は作動流体冷却器で、凝縮（又は冷却）されて液体作動流体を形成する際に生み出される。冷却は、エネルギーが吸収されて作動流体を蒸発させて蒸気作動流体が形成される蒸発器において生み出される。
【００５５】
１つの実施形態では、熱ポンプ装置は、蒸発器、圧縮機、凝縮器（又は作動流体冷却器）、及び減圧装置を含み、その全てが列挙する順に流体連通しており、それを通して、作動流体は、繰り返しサイクルによって１つの構成成分から次の構成成分まで流れる。
【００５６】
１つの実施形態では、熱ポンプ装置は、（ａ）作動流体が流れ、蒸発させる蒸発器と、（ｂ）蒸発した作動流体を高圧に圧縮する、蒸発器と流体連通する圧縮機と、（ｃ）高圧作動流体蒸気が流れ、凝縮させる、圧縮機と流体連通する凝縮器と、（ｄ）凝縮器と流体連通する減圧装置と、を含み、凝縮させた作動流体の圧力は低減され、減圧装置は、作動流体が、繰り返しサイクルで構成成分（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を通る流れを繰り返すように、蒸発器と更に流体連通しており、作動流体は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む。
【００５７】
本発明に使用される熱ポンプには、満液式蒸発器（その１つの実施形態が図１で示されている）、及び直膨式蒸発器（その１つの実施形態が図２で示されている）が含まれる。
【００５８】
熱ポンプは、容積式圧縮機又は動的圧縮機（例えば、遠心圧縮機又は軸流圧縮機）を用い得る。容積式圧縮機としては、往復動、スクリュー、又はスクロール圧縮機が挙げられる。注目すべきは、スクリュー圧縮機を使用する熱ポンプである。また、注目すべきは、遠心圧縮機を使用する熱ポンプである。
【００５９】
住居用熱ポンプは、住居又は住宅（一戸建て又は集合住宅など）を温める加熱空気を生み出し、約３０℃〜約５０℃の凝縮器最大動作温度を生み出すのに使用される。
【００６０】
注目すべきは、空気、水、別の伝熱媒体、又は設備、保存領域又はプロセス流の一部などの工業プロセスのいくつかの部分を加熱するのに使用され得る高温熱ポンプである。これらの高温熱ポンプは、約５５℃を超える最大凝縮器動作温度を生み出し得る。高温熱ポンプによって得られる最大凝縮器動作温度は、使用する作動流体に応じて変化する。この最大凝縮器動作温度は、作動流体の標準的な沸騰特性によって制限され、熱ポンプの圧縮機によってかかる圧力によって、蒸気作動流体の圧力が上昇し得る。この最大圧力は、熱ポンプにおいて使用される作動流体にも関連する。
【００６１】
特に有益であるのは、少なくとも約７５℃の凝縮器温度で動作する高温熱ポンプである。また、注目すべきは、少なくとも約１００℃の凝縮器温度で動作する高温熱ポンプである。また、注目すべきは、少なくとも約１２５℃の凝縮器温度で動作する高温熱ポンプである。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物によって、現在入手可能な多くの作動流体が成し得るよりも高い凝縮器温度で動作する遠心熱ポンプの設計及び運転が可能となる。注目すべきは、約１６０〜１６９℃までの凝縮器温度で動作する、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む作動流体を使用する実施形態である。
【００６２】
また、注目すべきは、加熱と冷却を同時に生み出すのに使用される熱ポンプである。例えば、単一の熱ポンプユニットは、家庭内で使用する湯を製造し得、また、夏において快適な空調のための冷却をも生み出し得る。
【００６３】
満液式蒸発器及び直膨式蒸発器の両方を含む熱ポンプは、住居（一戸建て又は集合住宅）、及びホテル、オフィスビル、病院、学校、大学などの大規模な商業施設に快適な空調（空気を冷却及び除湿）及び／又は加熱を提供する空気調節及び分配システムを伴い得る。別の実施形態では、熱ポンプは水を加熱するのに使用され得る。
【００６４】
熱ポンプがどのように動作するかを例証するために、図への参照がなされる。満液式蒸発器熱ポンプの１つの実施形態が、図１に示される。この熱ポンプにおいて、第１の伝熱媒体は温かい液体であって、水、及びいくつかの実施形態では、添加剤又はグリコール（例えば、エチレングリコール又はプロピレングリコール）など他の伝熱媒体を含むものであって、建物用空気処理システム、又は冷却プラントの凝縮器から冷却塔に流れる温水などの低温源（図示せず）から熱を搬送する熱ポンプに入り、図示されるように、矢印３にて熱ポンプに入り管束又はコイル９を通って入口及び出口を有する蒸発器６に入る。温かい第１の伝熱媒体は、蒸発器６に送達され、蒸発器６の下部に示される液体の作動流体によって冷却される。液体の作動流体は、菅束又はコイル９を通って流れる温かい第１の伝熱媒体よりも低い温度で蒸発する。冷却された第１の伝熱媒体は、菅束又はコイル９の折り返し部を通って、矢印４で示される低温熱源に戻って再循環する。蒸発器６の下部に示される液体の作動流体は、蒸発し圧縮機７に引き込まれて、作動流体蒸気の圧力及び温度が上昇する。圧縮機７は、蒸発器６を出た際の作動流体蒸気の圧力及び温度よりも高い圧力及び温度で、凝縮器５において凝縮されるように、この蒸気を圧縮する。第２の伝熱媒体は、矢印１にて、家庭用水若しくは上水加熱器、又は温水加熱システムなどの高温の熱が供給される（「ヒートシンク」）場所から、凝縮器５中の菅束又はコイル１０を通って凝縮器に入る。第２の伝熱媒体はプロセス中に温められ、菅束又はコイル１０の折り返しループによって、矢印２にてヒートシンクに戻る。第２の伝熱媒体は、凝縮器５で作動流体蒸気を冷却し、それによって、蒸気は液体の作動流体まで凝縮されるため、凝縮器５の下部には、液体の作動流体が存在する。凝縮器５中で凝縮された液体の作動流体は、オリフィス、毛細管又は膨張弁であり得る膨張装置８を通って蒸発器６まで流れ戻る。膨張装置８は、液体の作動流体の圧力を低減し、液体の作動流体を部分的に蒸気に変換する（即ち、凝縮器５と蒸発器６との間の圧力が降下すると液体の作動流体がフラッシュする）。フラッシングは作動流体を冷却（すなわち、蒸気圧下で飽和温度まで液体の作動流体及び作動流体蒸気の両方を冷却）するので、液体の作動流体及び作動流体蒸気の両方が蒸発器６中に存在することになる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、作動流体蒸気は臨界状態まで凝縮され、凝縮器５は、作動流体蒸気が冷却されて凝縮されることなく液体状態になるガス冷却器に替えられている。
【００６６】
いくつかの実施形態では、図１で示される装置に使用される第１の伝熱媒体は、空調が提供される建物又は冷却されるべきいくつかの他の物体から戻って来る冷水である。熱は、蒸発器６において戻って来る冷却水から抽出され、冷却された冷水は、建物又は冷却されるべき他の物体に戻って供給される。この実施形態では、図１に示される装置は、冷却されるべき物体に冷却を生み出す第１の伝熱媒体を冷却するのと同時に、加熱されるべき物体（例えば、家庭用水若しくは上水又はプロセス流）に加熱を生み出す第２の伝熱媒体を加熱するように機能する。
【００６７】
図１に示される装置は、太陽熱、地熱及び廃熱などの様々な熱源から蒸発器６で熱を抽出し、凝縮器５からの熱を様々なヒートシンクに供給し得ることが理解される。
【００６８】
単一の構成成分の作動流体組成物に関して、蒸発器及び凝縮器中の蒸気作動流体の組成は、蒸発器及び凝縮器中の液体の作動流体の組成と同じであることに留意されたい。この場合、蒸発は、一定温度で起こる。しかしながら、本発明において見られるように、作動流体ブレンド（又は混合物）が使用される場合、蒸発器中（又は凝縮器中）の液体の作動流体と作動流体蒸気は、異なる組成を有し得る。これによってシステムが非効率となり、設備の提供が難しくなるため、単一構成成分の作動流体がより望ましい。共沸又は共沸様組成物は、本質的に、熱ポンプ中で単一の構成成分の作動流体として機能するため、液体組成物及び蒸気組成物は、共沸又は共沸様組成物を使用することで起こり得るいかなる非効率をも減少させることは本質的には同じである。
【００６９】
直膨式熱ポンプの１つの実施形態が、図２に示される。図２に示されるような熱ポンプにおいて、温水などの温かい液体である第１の液体伝熱媒体は、入り口１４で蒸発器６’に入る。大部分の液体の作動流体（少量の作動流体蒸気を含む）は、矢印３’にて蒸発器中のコイル９’に入る。結果として、第１の液体加熱媒体は蒸発器６’中で冷却され、冷却された第１の液体加熱媒体は、出口１６で蒸発器６’から出て、低温熱源（例えば、冷却塔に流入する温水）に送られる。作動流体蒸気は、矢印４’にて蒸発器６’から出て圧縮機７’に送られて圧縮され、高温かつ高圧の作動流体蒸気として出る。この作動流体蒸気は１’で凝縮器コイル１０’を通って凝縮器５’に入る。作動流体蒸気は、水などの第２の液体加熱媒体によって凝縮器５’中で冷却され、液体になる。第２の液体加熱媒体は、凝縮器伝熱媒体入口２０を通って、凝縮器５’に入る。第２の液体伝熱媒体は、作動流体蒸気を凝縮することで熱を抽出し、作動流体蒸気は液体の作動流体となって、凝縮器５’中の第２の液体加熱媒体を温める。第２の液体加熱媒体は、凝縮器伝熱媒体出口１８を通って、凝縮器５’から出る。凝縮された作動流体は、下部コイル１０’を通って凝縮器５’から出て、オリフィス、毛細管又は膨張弁であり得る膨張装置１２を通って流れる。膨張装置１２は、液体の作動流体の圧力を低下させる。膨張によって生じる少量の蒸気は、コイル９’を通って液体の作動流体とともに蒸発器６’に入り、サイクルが繰り返される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、作動流体蒸気は臨界状態まで凝縮され、凝縮器５’は、作動流体蒸気が冷却されて凝縮されることなく液体状態になるガス冷却器に置き換えられる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、図２で示される装置に使用される第１の伝熱媒体は、空調が提供される建物又は冷却されるべきいくつかの他の物体から戻って来る冷水である。熱は、蒸発器６’において戻って来る冷却水から抽出され、冷却された冷水は、建物又は冷却されるべき他の物体に戻って供給される。この実施形態では、図２に示される装置は、冷却されるべき物体に冷却を生み出す第１の伝熱媒体を冷却するのと同時に、加熱されるべき物体（例えば、家庭用水若しくは上水又はプロセス流）に加熱を生み出す第２の伝熱媒体を加熱するように機能する。
【００７２】
図２に示される装置は、太陽熱、地熱及び廃熱などの様々な熱源から蒸発器６’で熱を抽出し、凝縮器５’からの熱を様々なヒートシンクに供給し得ることが理解される。
【００７３】
本発明において有用な圧縮機としては、動的圧縮機が挙げられる。動的圧縮機の例として注目すべきは、遠心圧縮機である。遠心圧縮機は、回転要素を使用して作動流体を放射状に加速し、典型的には、ケーシング中に収容された羽根車及びディフューザを備える。遠心圧縮機は、通常、羽根車目玉、又は回転する羽根車の中央入口に作動流体を引き込み、流路を外側に向かって放射状に加速する。いくらかの静圧上昇が羽根車内で起こるが、圧力上昇の大部分は、速度が静圧に変換されるケーシングのディフューザ部分で起こる。羽根車−ディフューザの各組は、１段の圧縮機である。遠心圧縮機は、所望される最終圧力及び扱われる冷媒の体積に応じて、１〜１２以上の段で構築される。
【００７４】
圧縮機の圧力比又は圧縮比は、絶対吐出圧の絶対吸入圧に対する比率である。遠心圧縮機によって送達される圧力は、相対的に広範な容積にわたって事実上一定である。遠心圧縮機が展開できる圧力は、羽根車の先端速度に依存する。先端速度は、羽根車のその先端にて測定される速度であり、羽根車の直径及びその毎分回転数に関係する。特定の用途において必要な先端速度は、蒸発器よりの作動流体の熱力学的状態を、凝縮器の条件まで高くするのに必要な、圧縮機の仕事量に依存する。遠心圧縮機の体積流量能力は、羽根車の流路の寸法によって決定される。これによって、圧縮機の寸法は、必要な体積流量能力よりも必要な圧力により依存するものとなる。
【００７５】
また、動的圧縮機の例として注目すべきは、軸流圧縮機である。流体が軸方向に出入りする圧縮機を、軸流圧縮機と呼ぶ。軸流圧縮機は、作動流体が回転軸に対して主に平行に流れる、回転翼又は回転刃に基づく圧縮機である。これは、遠心圧縮機又は斜流式圧縮機などの他の回転式圧縮機と比較すると、作動流体が軸方向に入るが、出口において著しく径方向の構成成分を有し得る。軸流圧縮機は、連続的な圧縮ガスの流動を生み出し、特にそれらの断面図に関連して、効率が高く、質量流量が大きいという利点を有する。しかしながら、軸流圧縮機は大きな圧力上昇を達成するために数列の翼を必要とし、このことが他の型に対して軸流圧縮機を複雑かつ高価にしている。
【００７６】
本発明において有用な圧縮機としてはまた、容積式圧縮機も挙げられる。容積式圧縮機は、蒸気をチャンバ中へ引き入れ、チャンバの体積が減少して蒸気を圧縮する。圧縮された後、チャンバの体積をゼロ又はほぼゼロまで更に減少させることによって、蒸気はチャンバより押し出される。
【００７７】
容積式圧縮機の例として注目すべきは、往復動圧縮機である。往復動圧縮機は、クランクシャフトによって駆動するピストンを用いる。往復動圧縮機としては、固定式又は携帯式のいずれであってもよく、単段若しくは多段であってよく、かつ、電気モータ又は内燃機関によって駆動可能である。小往復動圧縮機（４〜２２ｋＷ（５〜３０ｈｐ））は、自動車用途で見られ、典型的には間欠稼動用である。７５ｋＷ（１００ｈｐ）までのより大きな往復動圧縮機は大規模な工業用途で見られる。吐出圧力は、低圧から非常に高圧（３５ＭＰａ（５０００ｐｓｉ）超）までにわたり得る。
【００７８】
また、容積式圧縮機の例として注目すべきは、スクリュー圧縮機である。スクリュー圧縮機は、２つのかみ合って回転する、容積式用の螺旋状スクリューを使用して、気体をより小さな空間に押し込めるものである。スクリュー圧縮機は通常、商業用途及び産業用途における継続的運転のためにあり、固定式又は携帯式のいずれかであり得る。これらの用途には、３．７ｋＷ（５ｈｐ）から３７３ｋＷ（５００ｈｐ）（３７５ｋＷ）を超えるまで、及び低圧から非常に高圧（８．３ＭＰａ（１２００ｐｓｉ）超）までであり得る。
【００７９】
また、容積式圧縮機の例として注目すべきは、スクロール圧縮機である。スクロール圧縮機はスクリュー圧縮機と同様であり、２つの交互配置された渦巻き形状のスクロールを含み、気体を圧縮するものである。出口量は、回転式のスクリュー圧縮機の出口量よりも脈動する。
【００８０】
１つの実施形態では、本発明の高温熱ポンプ装置は、カスケード加熱システムとして配列された少なくとも２つの加熱段を有し、各段は次段と熱的に連通しており、各段は、そこを通過する作動流体を循環し、熱は、直前段から最終段まで移動され、最終段の加熱流体は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む。
【００８１】
いくつかの実施形態では、本発明の高温熱ポンプ装置は、カスケード加熱システムとして配列された少なくとも２つの加熱段を有し、各段は熱的に連通しており、次段は、そこを通過する作動流体を循環し、この装置は、（ａ）第１作動流体液の圧力及び温度を減少させる第１膨張装置と、（ｂ）入口及び出口を有する第１膨張装置と流体連通する蒸発器と、を含む。第１膨張装置からの第１作動流体液は、蒸発器入口を通って蒸発器に入り、蒸発器中で蒸発し、第１の作動流体蒸気を形成し、蒸発器出口に循環する。装置は、（ｃ）入口及び出口を有する蒸発器と流体連通する第１圧縮機を更に含む。蒸発器出口からの第１作動流体蒸気は、第１圧縮機の入口に循環し、圧縮され、それによって第１作動流体蒸気の圧力及び温度が上昇し、圧縮された第１の冷媒蒸気は、第１圧縮機の出口に循環する。装置は、（ｄ）（ｉ）第１入口及び第１出口、及び（ｉｉ）第１入口及び第１出口と熱的に連通している第２入口及び第２出口、を有する第１圧縮機の出口と流体連通するカスケード熱交換システムを更に含む。第１圧縮機からの第１作動流体蒸気は、第１入口から第１出口まで循環し、熱交換システム中で凝縮されて第１作動流体液を形成し、それによって熱を放出する。第２作動流体液は、第２入口から第２出口まで循環し、第１作動流体によって放出された熱を吸収し、第２作動流体蒸気を形成する。装置は、（ｅ）カスケード熱交換システムの第２出口と流体連通する、入口及び出口を有する第２圧縮機を更に含む。カスケード熱交換システムの第２出口からの第２作動流体蒸気は圧縮機に引き込まれ、圧縮され、それによって第２作動流体蒸気の圧力及び温度が上昇する。装置は、（ｆ）第２作動流体蒸気を循環させ、圧縮機からの第２作動流体蒸気を凝縮して第２作動流体液を形成し、それによって熱を生み出すための入口及び出口を有する第２圧縮機と流体連通する凝縮器を更に含む。第２の作動流体液は、出口を通って凝縮器から出る。装置は、（ｇ）凝縮器から出て、カスケード熱交換システムの第２入口に入る第２作動流体液の圧力及び温度を減少させる凝縮器と流体連通する第２膨張装置を更に含む。第２作動流体は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む。
【００８２】
１つの実施形態では、高温熱ポンプ装置は、２つ以上の加熱回路（又はループ）を含み得る。作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する高温熱ポンプの性能（加熱及び体積加熱能力の性能の係数）は、その用途に必要な凝縮器温度に近い温度で蒸発器が動作する際、劇的に向上する。蒸発器に供給された熱が低温でのみ使用可能である場合、それ故に、高温への引き上げが必要とされ、性能の低下を引き起こし得るため、二流体／二回路カスケードサイクル構造が有益である。カスケードサイクルの低段又は低温回路は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙよりも沸点が低く、好ましくはＧＷＰが低い流体（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（２，３，３，３−テトラフルオロプロペン）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ（Ｅ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン）、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（１，２，３，３−テトラフルオロプロペン）、ＨＦＯ−１２４３ｚｆ（３，３，３−トリフルオロプロペン）、ＨＦＣ−３２（ジフルオロメタン）、ＨＦＣ−１２５（ペンタフルオロエタン）、ＨＦＣ−１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）、ＨＦＣ−１３４（１，１，２，２−テトラフルオロエタン）、ＨＦＣ−１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン）、ＨＦＣ−１５２ａ（１，１−ジフルオロエタン）、ＨＦＣ−２２７ｅａ（１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン）など、及びこれらのブレンド（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−３２／ＨＦＣ−１２５、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−１３４、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−１３４、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＣ−３２／ＨＦＣ−１２５／ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−１３４、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−２２７ｅａ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４／ＨＦＣ−２２７ｅａ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−２２７ｅａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−２２７ｅａなど））で動作する。カスケードサイクルの低温回路（又は低温ループ）の蒸発器は、使用可能な低温の熱を受け、その熱を使用可能な低温の熱の温度と必要な加熱責務の温度との中間の温度まで引き上げ、カスケード熱交換器で、その熱をカスケードシステムの高段又は高温回路（又は高温ループ）まで伝達する。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する高温回路は、カスケード熱交換器で受けた熱を、目的とする加熱責務を満たすために必要な凝縮器温度まで更に引き上げる。カスケードの概念は、性能を最大限に生かすため、より広範な温度範囲にわたって熱を引き上げ、異なる温度のサブレンジにわたって異なる流体を使用する３つ以上の回路を備える構造まで拡張され得る。
【００８３】
２つ以上の段を有する高温熱ポンプの装置の１つの実施形態では、第１作動流体は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−又はＺ−異性体）、及びＨＦＣ−１２４３ｚｆからなる群から選択される少なくとも１つのフルオロオレフィンを含む。
【００８４】
２つ以上の段を有する高温熱ポンプの装置の別の実施形態では、第１作動流体は、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１３４、ＨＦＣ−１４３ａ、ＨＦＣ−１５２ａ及びＨＦＣ−２２７ｅａからなる群から選択される少なくとも１つのフルオロアルカンを含む。
【００８５】
２つ以上の段を有する高温熱ポンプの装置の別の実施形態では、最終段の前の段の作動流体は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−又はＺ−異性体）、及びＨＦＣ−１２４３ｚｆからなる群から選択される少なくとも１つのフルオロオレフィンを含む。
【００８６】
２つ以上の段を有する高温熱ポンプの装置の別の実施形態では、最終段の前の段の作動流体は、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１３４、ＨＦＣ−１４３ａ、ＨＦＣ−１５２ａ及びＨＦＣ−２２７ｅａからなる群から選択される少なくとも１つのフルオロアルカンを含む。
【００８７】
本発明によれば、各ループを通って作動流体が循環するための少なくとも２つの加熱ループを有するカスケード熱ポンプシステムが提供される。かかるカスケードシステムの１つの実施形態は、一般的には、図３の１１０で示される。本発明のカスケード熱ポンプシステム１１０は、少なくとも２つの加熱ループを有し、低温ループである第１又は下部ループ１１２、及び高温ループ１１４である第２又は上部ループ１１４を含む。各ループは、ループを通って作動流体を循環する。
【００８８】
カスケード熱ポンプシステム１１０は、第１膨張装置１１６を備える。第１膨張装置１１６は、入口１１６ａ及び出口１１６ｂを有する。第１膨張装置１１６は、第１又は低温ループ１１２を通って循環する第１の作動流体液の圧力及び温度を低減させる。
【００８９】
カスケード熱ポンプシステム１１０はまた、蒸発器１１８も備える。蒸発器１１８は、入口１１８ａ及び出口１１８ｂを有する。第１膨張装置１１６からの第１作動流体液は、蒸発器入口１１８ａを通って蒸発器１１８に入り、蒸発器１１８中で蒸発して第１作動流体蒸気を形成する。次いで、第１の作動流体蒸気は、蒸発器出口１１８ｂに循環する。
【００９０】
カスケード熱ポンプシステム１１０はまた、第１圧縮機１２０も備える。第１圧縮機１２０は、入口１２０ａ及び出口１２０ｂを有する。蒸発器１１８からの第１作動流体蒸気は、第１圧縮機１２０の入口１２０ａに循環し、圧縮され、それによって第１作動流体蒸気の圧力及び温度が上昇する。次いで、圧縮された第１作動流体蒸気は、第１圧縮機１２０の出口１２０ｂに循環する。
【００９１】
カスケード熱ポンプシステム１１０はまた、カスケード熱交換器システム１２２も備える。カスケード熱交換器１２２は、第１入口１２２ａ及び第１出口１２２ｂを有する。第１圧縮機１２０からの第１作動流体蒸気は、熱交換器１２２の第１の入口１２２ａに入り、熱交換器１２２中で凝縮して第１作動流体液を形成することにより、熱を放出する。次いで、第１の作動流体液は、熱交換器１２２の第１出口１２２ｂに循環する。熱交換器１２２はまた、第２入口１２２ｃ及び第２出口１２２ｄも備える。第２作動流体液は、第２入口１２２ｃから熱交換器１２２の第２出口１２２ｄに循環し、蒸発して第２作動流体蒸気を形成することにより、第１作動流体によって（それが凝縮する際に）放出された熱を吸収する。次いで、第２作動流体蒸気は、熱交換器１２２の第２出口１２２ｄに循環する。そのため、図３の実施形態では、第１作動流体によって放出された熱は、第２作動流体によって直接吸収される。
【００９２】
カスケード熱ポンプシステム１１０は、第２圧縮機１２４も備える。第２圧縮機１２４は、入口１２４ａ及び出口１２４ｂを有する。カスケード熱交換器１２２からの第２作動流体蒸気は、入口１２４ａを通して圧縮機１２４に引き込まれ、圧縮され、それによって第２作動流体蒸気の圧力及び温度が上昇する。次いで、第２作動流体蒸気は、第２圧縮機１２４の出口１２４ｂに循環する。
【００９３】
カスケード熱ポンプシステム１１０は、入口１２６ａ及び出口１２６ｂを有する凝縮器１２６も備える。第２圧縮機１２４からの第２作動流体は、入口１２６ａから循環し、凝縮器１２６中で凝縮して第２作動流体液を形成することで、熱を生み出す。第２作動流体液は、出口１２６ｂを通って凝縮器１２６を出る。
【００９４】
カスケード熱ポンプシステム１１０は、入口１２８ａ及び出口１２８ｂを有する第２膨張装置１２８も備える。第２作動流体液は、凝縮器１２６を出る第２作動流体液の圧力及び温度を低減させる第２膨張装置１２８を通る。この液体は、この膨張中に部分的に蒸発し得る。圧力及び温度が低減した第２作動流体液は、膨張装置１２８からカスケード熱交換器システム１２２の第２入口１２２ｃに循環する。
【００９５】
更に、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙが、それらの臨界温度より高い温度で安定であるという場合において、その事によりこれらの作動流体は、超臨界及び／又は遷臨界サイクルに従って動作する熱ポンプの設計を可能とし、このサイクルにおいて、超臨界状態において作動流体によって熱が放出され、幅広い温度（ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの臨界温度より高い温度を含む）にわたって使用可能なものとなる。超臨界流体は、等温凝縮転移をせずに液体状態に冷却される。
【００９６】
高温での凝縮器の運転（高温引き上げ及び高い圧縮機吐出温度に関連して）のためには、作動流体（例えば、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙ）と、高い熱安定性を持つ潤滑剤との（あるいは、油冷却又は他の緩和法とを組み合わせる）調合が有利であろう。
【００９７】
高温での凝縮器の運転（高温引き上げ及び高い圧縮機吐出温度に関連して）のためには、潤滑剤の使用を必要としない磁気遠心圧縮機（例えば、Ｄａｎｆｏｓｓ−Ｔｕｒｂｏｃｏｒ型）の使用が有利であろう。
【００９８】
高温での凝縮器の運転（高温引き上げ及び高い圧縮機吐出温度に関連して）のためには、高い熱安定性を持つ圧縮機材料（例えば、シャフトのシールなど）の使用も必要され得る。
【００９９】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物は、湿気の除去に役立つような分子篩と組み合わせた高温熱ポンプ装置に使用され得る。乾燥剤は、活性アルミナ、シリカゲル、又はゼオライト系分子篩を含み得る。特定の実施形態では、好ましい分子篩は、約３オングストローム、４オングストローム、又は５オングストロームの孔径を有する。代表的な分子篩としては、ＭＯＬＳＩＶ  ＸＨ−７、ＸＨ−６、ＸＨ−９、及びＸＨ−１１（ＵＯＰ  ＬＬＣ（Ｄｅｓ  Ｐｌａｉｎｅｓ，Ｉｌｌ．））が挙げられる。
【０１００】
高温熱ポンプ組成物
高温熱ポンプに使用するための組成物が提供される。組成物は、（ｉ）ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる作動流体、並びに（ｉｉ）５５℃以上の温度での劣化を防ぐ安定剤、又は（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑剤、又は（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の両方を含む。注目すべきは、作動流体がＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙから本質的になる実施形態である。
【０１０１】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを作動流体として動作するいくつかの高温熱ポンプは、ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅの要件の遵守に必要となる閾値（０．１０ＭＰａ（１５ｐｓｉｇ））未満の蒸気圧を有する。かかる組成物は、高温熱ポンプに使用するのに望ましい。
【０１０２】
更には、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。注目すべきは、少なくとも１〜１００重量のＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含み、１５００未満、好ましくは１０００未満、より好ましくは７５０未満、より好ましくは５００未満、より好ましくは１５０未満、及びより好ましくは１０未満のＧＷＰ値を有する組成物である。本発明の組成物は、所望な量の混合又は組合せなどの任意の便利な方法により調製され得る。本発明の１つの実施形態では、組成物は、所望の成分量を秤量し、次いで、適切な容器内でそれを組合わせることによって調製され得る。
【０１０３】
ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを含む組成物は、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリビニルエーテル、鉱油、アルキルベンゼン、合成パラフィン、合成ナフテン、及びポリ（アルファ）オレフィンからなる群から選択される少なくとも１つの潤滑剤を含み、及び／又は組合せて使用され得る。
【０１０４】
有用な潤滑剤としては、高温熱ポンプ装置で使用するのに好適なものが挙げられる。これらの潤滑剤には、クロロフルオロカーボン冷媒を利用する蒸気圧縮冷蔵装置において従来用いられているものがある。１つの実施形態では、潤滑剤は、圧縮冷蔵潤滑剤の分野において「鉱油」として一般的に知られるものを含む。鉱油は、パラフィン（すなわち、直鎖状及び分枝状炭素鎖の飽和炭化水素）、ナフテン（すなわち、環状パラフィン）、並びに芳香族（すなわち、交互二重結合を特徴とする１つ以上の環を含む不飽和環状炭化水素）を含む。１つの実施形態では、潤滑剤は、圧縮冷蔵潤滑剤の分野において「合成油」として一般的に知られるものを含む。合成油は、アルキルアリール（すなわち、直鎖状及び分枝状アルキルアルキルベンゼン）、合成パラフィン及びナフテン、並びにポリ（アルファオレフィン）を含む。代表的な従来の潤滑剤は、市販のＢＶＭ  １００  Ｎ（ＢＶＡ  Ｏｉｌｓから販売されているパラフィン系鉱油）、商標名Ｓｕｎｉｓｏ（登録商標）３ＧＳ及びＳｕｎｉｓｏ（登録商標）５ＧＳでＣｒｏｍｐｔｏｎ  Ｃｏ．から市販されているナフテン系鉱油、商標名Ｓｏｎｔｅｘ（登録商標）３７２ＬＴでＰｅｎｎｚｏｉｌから市販されているナフテン系鉱油、商標名Ｃａｌｕｍｅｔ（登録商標）ＲＯ−３０でＣａｌｕｍｅｔ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓから市販されているナフテン系鉱油、商標名Ｚｅｒｏｌ（登録商標）７５、Ｚｅｒｏｌ（登録商標）１５０及びＺｅｒｏｌ（登録商標）５００でＳｈｒｉｅｖｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている直鎖アルキルベンゼン及びＨＡＢ  ２２（Ｎｉｐｐｏｎ  Ｏｉｌから販売されている分枝アルキルベンゼン）である。
【０１０５】
有用な潤滑剤としては、ヒドロフルオロカーボン冷媒と共に用いるため設計されたもの、及び、圧縮冷蔵及び空気調節装置の運転条件下で本発明の冷媒と混和可能なものも挙げられる。かかる潤滑剤としては、限定はされないが、Ｃａｓｔｒｏｌ（登録商標）１００（Ｃａｓｔｒｏｌ（英国））などのポリオールエステル（ＰＯＥ）、Ｄｏｗ製ＲＬ−４８８Ａ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈ．））などのポリアルケングリコール（ＰＡＧ）、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）、及びポリカーボネート（ＰＣ）が挙げられる。
【０１０６】
潤滑剤は、所定の圧縮機の必要条件、及び潤滑剤が曝されるであろう環境を考慮して選択される。
【０１０７】
注目すべきは、高温にて安定性を持つ高温潤滑剤である。熱ポンプが達する最高温度が、どの潤滑剤が必要かを定める。１つの実施形態では、潤滑剤は、少なくとも５５℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも７５℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１００℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１３９℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１４５℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１５５℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１６５℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも１７０℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも２００℃の温度で安定であるべきである。別の実施形態では、潤滑剤は、少なくとも２５０℃の温度で安定であるべきである。
【０１０８】
特に注目すべきは、約２００℃以下で安定性を有するポリアルファオレフィン（ＰＯＡ）潤滑剤、及び約２００℃以下〜２２０℃の温度で安定性を有するポリオールエステル（ＰＯＥ）潤滑剤である。また、特に注目すべきは、約２２０℃〜約３５０℃の温度で安定性を有するペルフルオロポリエーテル（ＰＥＰＥ）潤滑剤である。ＰＦＰＥ潤滑剤としては、商標名Ｋｒｙｔｏｘ（登録商標）でＤｕＰｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌ．）から入手可能なもの（約３００℃以下〜３５０℃で熱安定性を有するＸＨＴシリーズなど）が挙げられる。他のＰＦＰＥ潤滑剤としては、約２８０℃以下〜３３０℃で熱安定性を有する、商標名Ｄｅｍｎｕｍ（商標）でＤａｉｋｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（日本）から販売されるもの、及び商標名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）及びＧａｌｄｅｎ（登録商標）でＡｕｓｉｍｏｎｔ（Ｍｉｌａｎ，イタリア国）から入手可能なもの（約２２０℃以下〜２６０℃で熱安定性を有するＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）−Ｙ、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）−Ｚなど）が挙げられる。
【０１０９】
高温での凝縮器の運転（高温引き上げ及び高い圧縮機吐出温度に関連して）のためには、作動流体（例えば、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙ）と、高い耐熱性を持つ潤滑剤との、（任意で、油冷却又は他の緩和法と組み合わせる）調合が有利であろう。
【０１１０】
１つの実施形態では、組成物は更に、約０．０１重量パーセントから約５重量パーセントまでの安定剤（例えば、フリーラジカル捕捉剤、酸捕捉剤又は酸化防止剤）を、高温にて起こる劣化を防ぐため含み得る。そのような他の添加剤としては、以下に限定されるものではないが、ニトロメタン、ヒンダードフェノール、ヒドロキシルアミン、チオール、ホスファイト又はラクトンが挙げられる。注目すべきは、約０．１重量パーセントから約３重量パーセントまでの安定剤を含有する組成である組成物である。単一の安定剤又は組合せを用い得る。
【０１１１】
任意で、別の実施形態では、性能及びシステム安定性を強化するために、特定の冷蔵、空調、又は熱ポンプシステム添加剤を、必要に応じて、本明細書に開示する作動流体に添加し得る。これらの添加剤は、冷蔵及び空調の分野において公知であり、限定はされないが、耐摩耗剤、極圧潤滑剤、腐食防止剤及び抗酸化剤、金属表面不活性化剤、フリーラジカル捕捉剤、発泡制御剤が挙げられる。一般に、これらの添加剤は、作動流体において、組成物全体に対して少量存在し得る。典型的には、約０．１重量パーセント未満から最大約３重量パーセントの濃度の各添加剤が、使用される。これらの添加剤は、個々のシステムの必要条件に基づいて選択される。これらの添加剤としては、ブチル化トリフェニルホスフェート（ＢＴＰＰ）、又は他のアルキル化トリアリールリン酸エステル、例えば、Ａｋｚｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＳｙｎ−Ｏ−Ａｄ８４７８、トリクレシルホスフェート、及び関連化合物等のＥＰ（極圧）潤滑性添加剤のリン酸トリアールファミリーのメンバーが挙げられる。更には、ジアルキルジチオリン酸金属（例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（又はＺＤＤＰ））；Ｌｕｂｒｉｚｏｌ  １３７５及びこの化学物質のファミリーの他のメンバーは、本発明の組成物に使用され得る。他の耐摩耗添加剤としては、天然物油及びＳｙｎｅｒｇｏｌ  ＴＭＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ）などの非対称ポリヒドロキシル潤滑添加剤が挙げられる。同様に、酸化防止剤、フリーラジカルスカベンジャー、及び水スカベンジャー等の安定剤が用いられ得る。この分類の化合物には、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、エポキシド、及びこれらの混合物が含まれ得るが、これらに限定されない。腐食阻害剤としては、ドデシルコハク酸（ＤＤＳＡ）、アミンホスフェート（ＡＰ）、オレオイルサルコシン、イミダゾン（imidazone）誘導体、及び置換スルホネート（sulfphonate）が挙げられる。金属表面不活性化剤としては、アレオキサリル（areoxalyl）ビス（ベンジリデン）ヒドラジド（ＣＡＳ登録番号６６２９−１０−３）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナモイルヒドラジン（ＣＡＳ登録番号３２６８７−７８−８）、２，２，’オキサミドビス−エチル−（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート（ＣＡＳ登録番号７０３３１−９４−１）、Ｎ，Ｎ’−（ジサリシクリデン（disalicyclidene））−１，２−ジアミノプロパン（ＣＡＳ登録番号９４−９１−７）、及びエチレンジアミンテトラ−酢酸（ＣＡＳ登録番号６０−００−４）及びその塩、及びこれらの混合物が挙げられる。
【０１１２】
注目すべきは、５５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、７５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、８５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１００℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１３９℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１４５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１５５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１６５℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、１７０℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、２００℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。また、注目すべきは、２５０℃以上の温度での劣化を防ぐための安定剤である。
【０１１３】
注目すべきは、ヒンダードフェノール、チオホスフェート、ブチル化トリフェニルホスホロチオネート、オルガノホスフェート、又はホスフィット、アリールアルキルエーテル、テルペン、テルペノイド、エポキシド、フッ素化エポキシド、オキセタン、アスコルビン酸、チオール、ラクトン、チオエーテル、アミン、ニトロメタン、アルキルシラン、ベンゾフェノン誘導体、アリールスルフィド、ジビニルテレフタル酸、ジフェニルテレフタル酸、イオン性液体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む安定剤である。代表的な安定剤化合物としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：トコフェノール；ヒドロキノン；ｔ−ブチルヒドロキノン；モノチオホスフェート；及びジチオホスフェート（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ（以後「Ｃｉｂａ」）から商標名Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）６３として市販される）；ジアルキルチオリン酸エステル（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３５３及び商標名Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３５０としてそれぞれ市販されている）；ブチル化トリフェニルホスホロチオネート（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）２３２として市販されている）；アミンホスフェート（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３４９として市販されている）；ヒンダードホスファイト（ＣｉｂａからＩｒｇａｆｏｓ（登録商標）１６８として市販されている）；リン酸塩（（トリス−（ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）など（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｆｏｓ（登録商標）ＯＰＨとして市販されている）；（Ｄｉ−ｎ−オクチルホスファイト）；及びイソデシルジフェニルホスフィット（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｆｏｓ（登録商標）ＤＤＰＰとして市販されている）；アニソール；１，４−ジメトキシベンゼン；１，４−ジエトキシベンゼン；１，３，５−トリメトキシベンゼン；ｄ−リモネン；レチナール；ピネン；メントール；ビタミンＡ；テルピネン；ジペンテン；リコペン；ベータカロテン；ボルナン；１，２−プロピレンオキシド；１，２−ブチレンオキシド；ｎ−ブチルグリシジルエーテル；トリフルオロメチルオキシラン；１，１−ビス（トリフルオロメチル）オキシラン；３−エチル−３−ヒドロキシメチル−オキセタン（例えば、ＯＸＴ−１０１（Ｔｏａｇｏｓｅｉ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ））；３−エチル−３−（（フェノキシ）メチル）−オキセタン（例えば、ＯＸＴ−２１１（Ｔｏａｇｏｓｅｉ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ））；３−エチル−３−（（２−エチル−ヘキシルオキシ）メチル）−オキセタン（例えば、ＯＸＴ−２１２（Ｔｏａｇｏｓｅｉ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ））；アスコルビン酸；メタンチオール（メチルメルカプタン）；エタンチオール（エチルメルカプタン）；コエンザイムＡ；ジメルカプトコハク酸（ＤＭＳＡ）；グレープフルーツメルカプタン（（Ｒ）−２−（４−メチルシクロヘキサ−３−エニル）プロパン−２−チオール））；システイン（（Ｒ）−２−アミノ−３−スルファニル−プロパン酸）；リポアミド（１，２−ジチオラン−３−ペンタンアミド）；５，７−ビス（１，１−ジメチルエチル）−３−��２，３−又は３，４−ジメチルフェニル］−２（３Ｈ）−ベンゾフラノン（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＨＰ−１３６として市販されている）；ベンジルフェニルスルフィド；ジフェニルスルフィド；ジイソプロピルアミン；ジオクタデシル３，３’−チオジプロピオネート（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＰＳ  ８０２（Ｃｉｂａ）として市販されている）；ジドデシル３，３’−チオプロピオネート（Ｃｉｂａから商標名Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＰＳ８００として市販されている）；ジ−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート（Ｃｉｂａから商標名Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）７７０として市販されている）；ポリ−（Ｎ−ヒドロキシエチル−２，２，６，６−テトラメチル−４−ヒドロキシ−ピペリジルスクシネート（Ｃｉｂａから商標名Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）６２２ＬＤとして市販されている）；メチルビスタローアミン；ビスタローアミン；フェノール−α−ナフチルアミン；ビス（ジメチルアミノ）メチルシラン（ＤＭＡＭＳ）；トリス（トリメチルシリル）シラン（ＴＴＭＳＳ）；ビニルトリエトキシシラン；ビニルトリメトキシシラン；２，５−ジフルオロベンゾフェノン；２’，５’−ジヒドロキシアセトフェノン；２−アミノベンゾフェノン；２−クロロベンゾフェノン；ベンジルフェニルスルフィド；ジフェニルスルフィド；ジベンジルスルフィド；イオン性液体など。
【０１１４】
また、注目すべきは、少なくとも一種のイオン性液体を含む、イオン性液体の安定剤である。イオン性液体は、液体である有機塩であるか、又は１００℃未満の融点を有する。別の実施形態では、イオン性液体安定剤は、ピリジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、チアゾリウム、オキサゾリウム及びトリアゾリウムからなる群から選択されるカチオンをが入する塩；及び、［ＢＦ4］−、［ＰＦ6］−、［ＳｂＦ6］−、［ＣＦ3．3ＳＯ3］−−、［ＨＣＦ2ＣＦ2ＳＯ3］−、［ＣＦ3ＨＦＣＣＦ2ＳＯ3］−、［ＨＣＣｌＦＣＦ2．ＳＯ3］−、［（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ］−、［（ＣＦ3ＣＦ2ＳＯ2）2Ｎ］−、［（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ］−、［ＣＦ3ＣＯ2］−、及びＦ−−からなる群から選択されるアニオン；を含有する塩を含む。代表的なイオン性液体安定剤としては、ｅｍｉｍＢＦ4（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート）；ｂｍｉｍ  ＢＦ4（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラボラート）；ｅｍｉｍ  ＰＦ6（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート）；及びｂｍｉｍ  ＰＦ6（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート）（これらは全てＦｌｕｋａ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手可能である）。
【実施例】
【０１１５】
本明細書に記述される概念について以下の実施例で更に説明するが、これは、特許請求の範囲に記載する本発明の範囲を限定するものではない。
【０１１６】
（実施例１）
高温におけるＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの化学的安定性
ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ９７−２００７の方法論にしたがって、封止したガラス管中で試験することで、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの熱安定性を評価した。一般的に熱ポンプ及び他の設備の構造に使用される金属片（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス鋼３０４）を、ガラス管中でＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙのサンプルに浸漬させて載置した。管を封止し、１７５℃で３２日間、炉中で加熱した。３２日間の時間経過後、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの分解を、フッ化物イオン濃度（百万分率（ｐｐｍ））を測定することによって定量化した。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの分解によって生じるフッ化物イオンの濃度は、１００ｐｐｍ未満であり、これは、良好な熱安定性を示すものである。ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙの不飽和体の化学的特性であるにもかかわらず、以下の表１で示されるように、Ｎｏｖｅｃ（登録商標）ＨＦＥ−７１００と同様に熱安定性を示していた。
【０１１７】
【表１】
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【０１１８】
熱安定性が高く、非引火性であり、ＧＷＰが低く、臨界温度が高く、蒸気圧が低いことで、高温熱ポンプにおける作動流体として、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙは魅力的なものとなる。
【０１１９】
（実施例２）
８０℃から１２６℃までの熱の引き上げにおけるＨＦＯ−１５３  １０ｍｚｚｙを有する熱ポンプ性能
表２は、作動流体としてＨＦＣ−２４５ｆａで動作する熱ポンプの性能データと比較した、作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する、８０℃〜１２６℃まで熱を引き上げるのに使用される熱ポンプの性能のデータを示している。著しく低いＧＷＰを提供するのに加えて、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙは、４．１％高いＣＯＰhを実現する。更には、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを有する圧縮機の吐出温度は、ほとんどの圧縮機の上限内であるが、ＨＦＣ−２４５ｆａを有する圧縮機の吐出温度はほとんどの圧縮機の上限を超えている。
【０１２０】
【表２】
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【０１２１】
（実施例３）
９０℃から１４５℃までの熱の引き上げにおけるＨＦＯ−１５３  １０ｍｚｚｙを有する熱ポンプ性能
表３は、作動流体としてＨＦＣ−２４５ｆａで動作する、９０℃〜１２６℃まで熱を引き上げるのに使用される熱ポンプの性能データと比較した、作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する、９０℃〜１４５℃まで熱を引き上げるのに使用される熱ポンプの性能のデータを示している。多くの熱ポンプ（例えば、一般的に入手可能な遠心熱ポンプ）における最大許容作動圧力は、約２．１８ＭＰａであり、これは、ＨＦＣ−２４５ｆａの凝縮温度を最大約１２６℃まで制限する。作動流体としてＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙで動作する熱ポンプにおける凝縮圧力は、２．１８ＭＰａの最大許容作動圧力未満であり、更には１４５℃の高凝縮温度であっても快適なままである。更には、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを有する圧縮機の吐出温度は、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙを有する圧縮機が著しく高温での引き上げを伴うとしても、ＨＦＣ−２４５ｆａを有する圧縮機の吐出温度より低いままである。したがって、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも著しく低いＧＷＰを提供するのに加えて、ＨＦＯ−１５３−１０ｍｚｚｙは、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも高い加熱温度を達成する熱ポンプの実現を可能とし得る。作動流体のＧＷＰを低減するのと同時により高温の加熱温度を可能とするために、ＨＦＣ−２４５ｆａにおいて最初に設計された熱ポンプの改造も可能であり得る。
【０１２２】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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