(57)【要約】  ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む蒸気作動流体を、凝縮器で凝縮させ、それによって液体作動流体を生成する工程を含む、高温ヒートポンプで加熱を行う方法が提供される。高温ヒートポンプ装置で最高実現可能凝縮器運転温度を上げる方法もまた提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を高温ヒートポンプに装入する工程を含む。またＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を含有する高温ヒートポンプ装置が提供される。（ｉ）ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる作動流体と；（ｉｉ）５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤、（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑油、または（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の両方とを含む組成物もまた提供される。
2015501414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む蒸気作動流体を、凝縮器で凝縮させ、それによって液体作動流体を生成する工程
を含む高温ヒートポンプで加熱を行う方法。
【請求項２】
伝熱媒体を前記凝縮器へ通し、それによって作動流体の前記凝縮が前記伝熱媒体を加熱する工程と、前記加熱された伝熱媒体を前記凝縮器から加熱されるべき本体へ通す工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伝熱媒体が水であり、加熱されるべき前記本体が水である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記伝熱媒体が水であり、加熱されるべき前記本体が空間加熱用の空気である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記伝熱媒体が工業伝熱液であり、加熱されるべき前記本体が化学プロセス流れである、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記作動流体蒸気を動的軸流または遠心または容積式圧縮機で圧縮する工程をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項７】
加熱されるべき流体を前記凝縮器へ通し、こうして前記流体を加熱する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
加熱されるべき前記流体が空気であり、前記凝縮器からの前記加熱された空気が加熱されるべき空間へ通される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
加熱されるべき前記流体がプロセス流れの一部であり、前記加熱された部分が前記プロセスに戻される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
選択された凝縮器温度で運転される第１加熱段階で熱を第１作動流体に吸収させる工程と、かかる熱を、より高い凝縮器温度で運転される第２加熱段階の第２作動流体に伝える工程であって；前記第２作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む工程と
を含む、少なくとも２つの段階の間で熱が交換される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を高温ヒートポンプに装入する工程
を含む高温ヒートポンプ装置で最高実現可能凝縮器運転温度を上げる方法。
【請求項１２】
前記最高実現可能凝縮器運転温度が、約１３９℃よりも高い温度まで上げられる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を有すること
で特徴づけられる、作動流体を含有する高温ヒートポンプ装置。
【請求項１４】
（ａ）それを通って作動流体が流れ、そして蒸発するエバポレーターと；（ｂ）前記蒸発した作動流体をより高い圧力に圧縮する、前記エバポレーターに流体連通する圧縮機と；（ｃ）それを通って前記高圧作動流体蒸気が流れ、そして凝縮する、前記圧縮機に流体連通する凝縮器と；（ｄ）前記凝縮器と流体連通する減圧デバイスであって、前記凝縮した作動流体の圧力が下げられ、そして前記作動流体が繰り返しサイクルで構成要素（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の通過を繰り返すように前記減圧デバイスが前記エバポレーターとさらに流体連通する減圧デバイスとを含む、請求項１３に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項１５】
カスケード加熱システムとして配置された少なくとも２つの加熱段階を有する装置であって、各段階が次段階と熱連通しており、そして各段階がそれを通して作動流体を循環させ、熱が直先行段階から最終段階に伝えられ、そして前記最終段階の加熱流体がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む、請求項１３に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項１６】
各段階が熱連通しており、そして次段階がそれを通して作動流体を循環させる、カスケード加熱システムとして配置された少なくとも２つの加熱段階を有する高温ヒートポンプ装置であって、前記装置が：
（ａ）第１作動流体液の圧力および温度を下げるための第１膨張デバイスと；
（ｂ）入口および出口を有する、前記第１膨張デバイスと流体連通するエバポレーターと；
（ｃ）入口および出口を有する、前記エバポレーターと流体連通する第１圧縮機と；
（ｄ）（ｉ）第１入口および第１出口、ならびに
（ｉｉ）前記第１入口および出口と熱連通した第２入口および第２出口
を有する前記第１圧縮機出口と流体連通するカスケード熱交換器システムと；
（ｅ）前記カスケード熱交換器システムの前記第２出口と流体連通する第２圧縮機であって、前記第２圧縮機が入口および出口を有する圧縮機と；
（ｆ）それを通して前記第２作動流体蒸気を循環させるためのおよび前記圧縮機からの前記第２作動流体蒸気を凝縮させて第２作動流体液を形成し、それによって熱を産生するための、入口および出口を有する、前記第２圧縮機と流体連通する凝縮器と；
（ｇ）前記凝縮器を出て、前記カスケード熱交換機システムの前記第２入口に入る前記第２作動流体の圧力および温度を下げるための、前記凝縮器と流体連通する第２膨張デバイスと
を含み、
前記第２作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む、請求項１３に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項１７】
前記第１作動流体が、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−またはＺ−異性体）、および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、請求項１６に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項１８】
前記第１作動流体が、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１３４、ＨＦＣ−１４３ａ、ＨＦＣ−１５２ａおよび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請求項１６に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項１９】
前記最終段階に先行する段階の前記作動流体が、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−またはＺ−異性体）、および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、請求項１６に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項２０】
前記最終段階に先行する段階の前記作動流体が、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１３４、ＨＦＣ−１４３ａ、ＨＦＣ−１５２ａおよび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請求項１６に記載の高温ヒートポンプ装置。
【請求項２１】
（ｉ）ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる作動流体と；（ｉｉ）５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤と、（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑油、または（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の両方とを含む組成物。
【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、２０１１年１１月２日出願の米国仮特許出願第６１／５５４，７８４号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、多数の用途で、特に、高温ヒートポンプで熱を産生する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の組成物は、次世代の低地球温暖化係数材料の継続探索の一部である。かかる材料は、低地球温暖化係数およびゼロオゾン層破壊係数によって測定されるように、低い環境影響を持たなければならない。新規の高温ヒートポンプ作動流体が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｅｂ）および任意選択的にＺ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ）を含む組成物、ならびにこれらの組成物を高温ヒートポンプで使用する方法およびシステムに関する。
【０００５】
本発明の実施形態は、単独または本明細書で下に詳細に記載されるような１つまたは複数の他の化合物との組み合わせのいずれかで、化合物ＨＦＣ−２４５ｅｂを含む。
【０００６】
本発明に従って、凝縮器を有する高温ヒートポンプで加熱を行う方法であって、蒸気作動流体が凝縮して伝熱媒体を加熱し、加熱された伝熱媒体が凝縮器から加熱されるべき本体へ運ばれる方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を凝縮器で凝縮させる工程を含む。
【０００７】
また本発明に従って、高温ヒートポンプで加熱を行う方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む蒸気作動流体を、凝縮器で凝縮させ、それによって液体作動流体を生成する工程を含む。
【０００８】
また本発明に従って、高温ヒートポンプ装置で最高実現可能凝縮器運転温度を上げる方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を高温ヒートポンプに装入する工程を含む。
【０００９】
また本発明に従って、高温ヒートポンプ装置が提供される。本装置は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を含有する。
【００１０】
また本発明に従って、組成物が提供される。本組成物は、（ｉ）ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる作動流体と；（ｉｉ）５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤、（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑油、または（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の両方とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物を作動流体として利用するフラデッドエバポレーター（ｆｌｏｏｄｅｄ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）ヒートポンプ装置の一実施形態の略図である。
【図２】ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物を作動流体として利用する直膨式ヒートポンプ装置の一実施形態の略図である。
【図３】ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物を作動流体として使用するカスケードヒートポンプシステムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明される実施形態の詳細を述べる前に、幾つかの用語が定義されるかまたは明確にされる。
【００１３】
地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、二酸化炭素の１キログラムの排出と比較して特定の温室効果ガスの１キログラムの大気排出による相対的な地球温暖化寄与を推定するための指数である。ＧＷＰは、所与のガスに関する大気寿命の影響を示して異なる対象期間について計算することができる。１００年対象期間についてのＧＷＰは一般に参考値である。
【００１４】
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」，１．１．４節，頁１．２８−１．３１（この節の第１段落を参照されたい）に定義されている。ＯＤＰは、フルオロトリクロロメタン（ＣＦＣ−１１）と比べて質量−質量基準でみたときの、ある化合物から予期される成層圏でのオゾン層破壊の程度を表す。
【００１５】
冷凍能力（冷却能力と言われることもある）は、循環される冷媒もしくは作動流体の単位質量当たりのエバポレーターでの冷媒もしくは作動流体のエンタルピーの変化を定義するための用語である。容積冷却能力は、エバポレーターを出る冷媒蒸気の単位体積当たりエバポレーターで冷媒もしくは作動流体によって除去される熱の量を意味する。冷凍能力は、冷媒、作動流体または伝熱組成物が冷却を行う能力の尺度である。それ故、作動流体の容積冷却能力が高ければ高いほど、所与の圧縮機で達成できる最大容積流量でエバポレーターにて行うことができる冷却速度は大きい。冷却速度は、単位時間当たりエバポレーターで冷媒によって除去される熱に関する。
【００１６】
同様に、容積加熱能力は、圧縮機に入る冷媒もしくは作動流体蒸気の単位体積当たりの凝縮器で冷媒もしくは作動流体によって供給される熱の量を定義するための用語である。冷媒もしくは作動流体の容積加熱能力が高ければ高いほど、所与の圧縮機で達成できる最大容積流量で凝縮器にて行われる加熱速度は大きい。
【００１７】
性能係数（ＣＯＰ）は、圧縮機を運転するために必要とされるエネルギーで割ったエバポレーターでの除去される熱の量である。ＣＯＰが高ければ高いほど、エネルギー効率は高い。ＣＯＰは、エネルギー効率比（ＥＥＲ）、すなわち、内温および外温の特有のセットでの冷凍またはエアコン設備についての効率格付けに直接関係する。
【００１８】
本明細書で用いるところでは、伝熱媒体は、冷却されるべき本体から冷却装置エバポレーターへまたは冷却装置凝縮器から冷却塔もしくは熱を周囲の環境へ放出することができる他の構成へ熱を運ぶために使用される組成物を含む。
【００１９】
本明細書で用いるところでは、作動流体は、作動流体が繰り返しサイクルで液体から気体へ、そして逆に液体へ相変化を受ける、サイクルで熱を伝えるために機能する化合物または化合物の混合物を含む。
【００２０】
サブクーリングは、所与の圧力についてその液体の飽和点よりも下への液体の温度の低下である。飽和点は、蒸気組成物が完全に凝縮して液体になる温度である（バブルポイントとも言われる）。しかしサブクーリングは、所与の圧力で液体をより低い温度の液体へ冷却し続ける。液体を飽和温度よりも下に冷却することによって、正味の冷凍能力を増大させることができる。サブクーリングはそれによって、システムの冷凍能力およびエネルギー効率を向上させる。サブクール量は、飽和温度よりも下への冷却の量（度単位での）であるか、または液体組成物がその飽和温度よりもどれくらい下に冷却されているかである。
【００２１】
過熱は、蒸気組成物の飽和蒸気温度よりもどれくらい上に蒸気組成物が加熱されてい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る場合に、液体の第１滴が形成される温度であり、「露点」とも言われる。
【００２２】
温度グライド（簡単に「グライド」と言われることもある）は、あらゆるサブクーリングまたは過熱を除いて、冷媒システムの構成要素（エバポレーターまたは凝縮器）中での冷媒による相変化プロセスの出発温度と終了温度との差の絶対値である。この用語は、近共沸混合物または非共沸組成物の凝縮または蒸発を記載するために用いられてもよい。あるシステムについての平均温度グライドは、そのシステムの凝縮器およびエバポレーターでの温度グライドの平均である。
【００２３】
共沸組成物は、所与の圧力下に液体形態にあるときに、その温度が個々の成分の沸騰温度より高くてもまたは低くてもよい、実質的に一定の温度で沸騰し、そして沸騰を受けている全体液体組成物と本質的に同一の蒸気組成を提供するであろう２つ以上の異なる成分の混合物である（例えば、Ｍ．Ｆ．Ｄｏｈｅｒｔｙ  ａｎｄ  Ｍ．Ｆ．Ｍａｌｏｎｅ，Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ），２００１，１８５−１８６，３５１−３５９を参照されたい）。
【００２４】
従って、共沸組成物の本質的な特徴は、所与の圧力で、液体組成物の沸点が固定されること、および沸騰している組成物の上方の蒸気の組成が本質的に沸騰している全体液体組成物のそれである（すなわち、液体組成物の成分の分別が全く起こらない）ことである。共沸組成物の各成分の沸点および重量百分率は両方とも、共沸組成物が異なる圧力で沸騰にさらされるときに変化する可能性があることも当該技術分野において認められている。このように、共沸組成物は、成分の間に存在する、または成分の組成範囲の観点からもしくは指定圧力での一定の沸点で特徴づけられる組成物の各成分の厳密な重量百分率の観点から存在する独特の関係の観点から定義されてもよい。
【００２５】
本発明の目的のためには、共沸混合物様組成物は、共沸組成物のように実質的に挙動する（すなわち、一定の沸騰特性または沸騰もしくは蒸発時に分別しない傾向を有する）組成物を意味する。それ故に、沸騰もしくは蒸発時に、蒸気および液体組成は、たとえそれらが変化するとしても、最小限のまたは無視できる程度に変化するにすぎない。これは、沸騰もしくは蒸発中に、蒸気および液体組成がかなりの程度に変化する非共沸混合物様組成物と対比されるべきである。
【００２６】
本明細書で用いるところでは、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含を網羅することが意図される。例えば、要素のリストを含む組成物、プロセス、方法、物品、もしくは装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明確にリストされないか、またはかかる組成物、プロセス、方法、物品、もしくは装置に固有である他の要素を含んでもよい。さらに、相反する記載がない限り、「または」は、包含的なまたはを意味し、排他的なまたはを意味しない。例えば、条件ＡまたはＢは、次のいずれか１つで満たされる：Ａは真であり（または存在し）かつＢは偽である（または存在しない）、Ａは偽であり（または存在せず）かつＢは真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方とも真である（または存在する）。
【００２７】
移行句「からなる」は、明記されないあらゆる要素、工程、または原料を除外する。特許請求の範囲内の場合、かかるものは特許請求の範囲から、通常それに関連した不純物を除き列挙されるもの以外の材料の包含を閉め出すであろう。語句「からなる」が序文の直後よりもむしろ、特許請求の範囲の本文の節に現れるとき、それは、その節に述べられる要素のみを限定し；他の要素は全体として特許請求の範囲から除外されない。
【００２８】
移行句「から本質的になる」は、文字通り開示されるものに加えて、材料、工程、特徴、成分、または要素を含む組成物、方法または装置を明示するために用いられ、ただし、これらの追加の包含される材料、工程、特徴、成分、または要素は特許請求される発明の基本的なおよび新規な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、「を含む」と「からなる」との中間領域を占める。
【００２９】
出願人が「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのオープンエンド用語で発明または発明の一部を明示している場合、（特に明記しない限り）その記載は用語「から本質的になる」または「からなる」を用いてかかる発明をまた記載していると解釈されるべきであることが容易に理解されるべきである。
【００３０】
同様に、「ａ」または「ａｎ」の使用は、本明細書に記載される要素および成分を記載するために用いられる。これは、便宜上および本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われるにすぎない。この記載は、１つまたは少なくとも１つを包含すると読まれるべきであり、そして単数はまた、それが複数ではないことを意味することが明確でない限り複数を包含する。
【００３１】
特に明確にされない限り、本明細書に用いられるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものに類似のまたは均等の方法および材料を本発明の実施形態の実施または試験に用いることができるが、好適な方法および材料は以下に記載される。本明細書に言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、特に節が言及されない限り、全体が参照により援用される。矛盾が生じた場合には、定義をはじめとして、本明細書が優先される。加えて、材料、方法、および実施例は例示的であるにすぎず、限定的であることを意図されない。
【００３２】
ＨＦＣ−２４５ｅｂ、すなわち１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロパン（ＣＦ３ＣＨＦＣＨ２Ｆ）は、その全体を本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００９−０２６４６９０  Ａ１号明細書に開示されているようにパラジウム／炭素触媒上での１，１，１，２，３−ペンタフルオロ−２，３，３−トリクロロプロパン（ＣＦ３ＣＣｌＦＣＣｌ２ＦすなわちＣＦＣ−２１５ｂｂ）の水素化によって、または参照により本明細書に援用される、米国特許第５，３９６，０００号明細書に開示されているように１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＦＨすなわちＨＦＯ−１２２５ｙｅ）の水素化によって製造することができる。
【００３３】
Ｚ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚすなわちシス−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとしてもまた知られ、構造シス−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣＦ３を有する）は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００９／００１２３３５  Ａ１号明細書に記載されているように、２，３−ジクロロ−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテンの水素化脱塩素によるなどの、当該技術分野で公知の方法によって製造されてもよい。
【００３４】
高温ヒートポンプ方法
本発明に従って、凝縮器を有する高温ヒートポンプで加熱を行う方法であって、蒸気作動流体が凝縮して伝熱媒体を加熱し、そして加熱された伝熱媒体が凝縮器から加熱されるべき本体へ運ばれる方法が提供される。本方法は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む蒸気作動流体を凝縮器で凝縮させる工程を含む。
【００３５】
一実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む蒸気作動流体を、凝縮器で凝縮させ、それによって液体作動流体を生成する工程を含む高温ヒートポンプで加熱を行う方法が提供される。ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる蒸気作動流体が凝縮する方法が注目すべきである。
【００３６】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物が、高温ヒートポンプで特に有用である。ＨＦＣ−２４５ｅｂから本質的になる作動流体が注目すべきである。ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる作動流体もまた注目すべきである。ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる共沸および共沸混合物様作動流体が特に注目すべである。
【００３７】
ニートＨＦＣ−２４５ｅｂは、高温ヒートポンプ作動流体に対して必要なものを満たし得るが、それは、Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚなどの成分の添加によって改善することができる。ＨＦＣ−２４５ｅｂへのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚの添加は、冷媒の圧力を下げるという、その上ＧＷＰを低下させるという利点を与える。
【００３８】
約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される高温ヒートポンプは、ＡＳＭＥボイラーおよび圧力容器規約（ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅ）の規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有する。かかる組成物が高温ヒートポンプ用に望ましい。作動流体が約７１〜約８０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚと約２９〜２０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとから本質的になる組成物が注目すべきである。
【００３９】
さらに、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。本発明の方法に有用である１５０未満のＧＷＰを有する、少なくとも４９．５重量パーセントの合計Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５０．５重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む組成物が注目すべきである。
【００４０】
一実施形態では、凝縮器を有するヒートポンプで加熱を行う方法は、伝熱媒体を凝縮器へ通し、それによって作動流体の凝縮が伝熱媒体を加熱する工程と、凝縮器からの加熱された伝熱媒体を加熱されるべき本体へ通す工程とをさらに含む。
【００４１】
加熱されるべき本体は、加熱されてもよい任意の空間、物体または流体であってもよい。一実施形態では、加熱されるべき本体は、部屋、建物、または自動車の客室であってもよい。あるいはまた、別の実施形態では、加熱されるべき本体は、二次ループ流体、伝熱媒体または伝熱流体であってもよい。
【００４２】
一実施形態では、伝熱媒体は水であり、加熱されるべき本体は水である。別の実施形態では、伝熱媒体は水であり、加熱されるべき本体は、空間加熱用の空気である。別の実施形態では、伝熱媒体は工業伝熱液であり、加熱されるべき本体は、化学プロセス流れである。
【００４３】
別の実施形態では、加熱を行うための方法は、作動流体蒸気を動的（たとえば軸流もしくは遠心）圧縮機でまたは容積式（たとえば往復、スクリューもしくはスクロール）圧縮機で圧縮する工程をさらに含む。
【００４４】
一実施形態では、凝縮器を有するヒートポンプで加熱を行う方法は、加熱されるべき流体を凝縮器へ通し、こうして流体を加熱する工程をさらに含む。一実施形態では、この流体は空気であり、凝縮器からの加熱された空気は、加熱されるべき空間へ通される。別の実施形態では、この流体はプロセス流れの一部であり、加熱された一部はプロセスに戻される。
【００４５】
ある種の実施形態では、伝熱媒体は、水またはグリコールから選択される。グリコールは、たとえば、エチレングリコールまたはプロピレングリコールであることができる。伝熱媒体が水であり、そして加熱されるべき本体が空間加熱用の空気である実施形態が特に注目すべきである。
【００４６】
別の実施形態では、伝熱媒体は工業伝熱液であり、加熱されるべき本体は化学ブロセス流れであり、本明細書で用いるところでは、化学プロセス流れは、プロセスラインおよび蒸留塔などのプロセス設備を含む。イオン性液体、水性塩化カルシウムもしくは塩化ナトリウムなどの様々なブライン、プロピレングリコールもしくはエチレングリコールなどのグリコール、メタノール、および２００６  ＡＳＨＲＡＥ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎのセクション４にリストされているものなどの他の伝熱媒体などの工業伝熱液が注目すべきである。
【００４７】
一実施形態では、加熱を行う方法は、本明細書で下により詳細に考察される、図１に関して上に記載されたようなフラデッドエバポレーター高温ヒートポンプで熱を抽出する工程を含む。この方法では、液体作動流体は、第１伝熱媒体の近くで蒸発して作動流体蒸気を形成する。第１伝熱媒体は、水などの、温かい液体であり、それは、低温熱源からパイプを経由してエバポレーターへ運ばれる。温かい液体は冷却され、低温熱源に戻されるかまたは、建物などの、冷却されるべき本体へ通される。作動流体蒸気は次に、加熱されるべき本体（ヒートシンク）の近くから持ち込まれる冷液体である、第２伝熱媒体の近くで凝縮する。第２伝熱媒体は作動流体を、それが凝縮して液体作動流体を形成するように冷却する。この方法ではフラデッドエバポレーターヒートポンプがまた、家庭用水もしくは水道水またはプロセス流れを加熱するために用いられてもよい。
【００４８】
別の実施形態では、加熱を行う方法は、本明細書で下により詳細に考察される、図２に関して上に記載されたような直膨式高温ヒートポンプで加熱を行う工程を含む。この方法では、作動流体液は、エバポレーターへ通され、蒸発して作動流体蒸気を生成する。第１液体伝熱媒体は、蒸発中の作動流体によって冷却される。第１液体伝熱媒体は、エバポレーターから低温熱源または冷却されるべき本体へ通される。作動流体蒸気は次に、加熱されるべき本体（ヒートシンク）の近くから持ち込まれる冷液体である、第２伝熱媒体の近くで凝縮する。第２伝熱媒体は作動流体を、それが凝縮して液体作動流体を形成するように作動流体を冷却する。この方法では、直膨式ヒートポンプがまた、家庭用水もしくは水道水またはプロセス流れを加熱するために用いられてもよい。
【００４９】
加熱を行う方法の一実施形態では、高温ヒートポンプは、遠心圧縮機である圧縮機を含む。
【００５０】
本発明の別の実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を高温ヒートポンプに装入する工程を含む、高温ヒートポンプ装置で最高実現可能凝縮器運転温度を上げる方法が提供される。
【００５１】
高温ヒートポンプでのＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物の使用は、それが、今日類似の一般的に用いられるシステムで使用される作動流体で達成できるよりも高い凝縮器温度での運転を可能にするので、これらのヒートポンプの能力を高める。ＣＦＣ−１１４（約１２０℃の最高達成可能凝縮器運転温度の、１，２−ジクロロ−１，１，２，２−テトラフルオロエタン）およびＨＦＣ−２４５ｆａ（約１２６℃の最高達成可能凝縮器運転温度の、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン）で達成される凝縮器温度は、現在一般的に用いられるシステムの最高許容動作圧力を超えることなく達成可能な最高のものである。表１は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有する組成物についての臨界温度（Ｔｃｒ）を提供する。これらの高温用に設計された設備で、表１に示される臨界温度でまたは臨界温度のほんの少し下で凝縮器運転温度を達成することが可能である。
【００５２】
【表１】
2015501414.tif 000003
【００５３】
ＣＦＣ−１１４またはＨＦＣ−２４５ｆａが高温ヒートポンプで作動流体として使用されるとき、最高実現可能凝縮器運転温度は約１２０℃である。最高実現可能凝縮器運転温度を上げるための方法の一実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物がヒートポンプ作動流体として使用されるとき、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１３９℃以上の温度まで上げられる。ヒートポンプ作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂから本質的になる方法が注目すべきであり、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１３９℃に等しい温度まで上げられる。ヒートポンプ作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる方法もまた注目すべきであり、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１３９℃から約１５５℃の温度に上げられる。
【００５４】
最高実現可能凝縮器運転温度を上げるための方法の別の実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物がヒートポンプ作動流体として使用されるとき、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１４５℃超の温度まで上げられる。
【００５５】
最高実現可能凝縮器運転温度を上げるための方法の別の実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物がヒートポンプ作動流体として使用されるとき、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１５０℃超の温度まで上げられる。
【００５６】
最高実現可能凝縮器運転温度を上げるための方法の別の実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物がヒートポンプ作動流体として使用されるとき、最高実現可能凝縮器運転温度は、約１５４℃超の温度まで上げられる。
【００５７】
１７０℃ほどにも高い温度がＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを利用する高温ヒートポンプで達成可能であることはもっともである。しかし１５５℃よりも上の温度では、設備または材料のある修正が、これらのより高い凝縮器温度に関連したより高い圧力に対応するために必要である場合もある。特に、ＨＦＣ−２４５ｅｂ作動流体についての臨界温度（１６５℃）またはＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとのＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドについての臨界温度（それは、１６５℃のほんの少し上から１７１℃のほんの少し下の範囲であろう、上の表１を参照されたい）よりも下のままであるより高い凝縮器温度に達するために設備を修正することは可能である。
【００５８】
本発明に従って、高温ヒートポンプ流体（たとえば、ＣＦＣ−１１４もしくはＨＦＣ−２４５ｆａ）を、凝縮器運転温度を上げるために前記高温ヒートポンプ流体用に元々設計されたシステムでＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体と取り替えることは可能である。
【００５９】
本発明に従って、システムを高温ヒートポンプシステムに変換するという目的のために従来の冷却装置作動流体を使用する冷却装置（たとえばＨＦＣ−１３４ａまたはＨＣＦＣ−１２３またはＨＦＣ−２４５ｆａを使用する冷却装置）として元々設計されたシステムでＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を使用することもまた可能である。たとえば、従来の冷却装置作動流体は、この目的を達成するために既存の冷却装置システムでＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体と取り替えることができる。本発明に従って、従来の快適ヒートポンプ作動流体を使用する快適（すなわち、低温）ヒートポンプシステムとして元々設計されたシステム（たとえばＨＦＣ−１３４ａまたはＨＣＦＣ−１２３またはＨＦＣ−２４５ｆａを使用するヒートポンプ）で、システムを高温ヒートポンプシステムに変換するという目的のためにＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を使用することもまた可能である。たとえば、従来の快適ヒートポンプ作動流体は、この目的を達成するために既存の快適ヒートポンプシステムでＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体と取り替えることができる。
【００６０】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物は、より高温での加熱に対して要求されるものを満たすために低温で入手可能な熱をアップグレードするための動的（たとえば遠心）または容積式（たとえばスクリューもしくはスクロール）ヒートポンプの設計および運転を可能にする。入手可能な低温熱は、エバポレーターに供給され、高温熱は凝縮器で抽出される。たとえば、廃熱は、８５℃で動作する、凝縮器からの熱が、（たとえば、温水循環式空間暖房または他の使用のための）水を加熱するために使用できるある場所（たとえば病院）で２５℃で動作するヒートポンプのエバポレーターに供給されるために利用可能である。
【００６１】
幾つかの場合には熱は、さらにより高い温度での加熱が必要とされることもあるが、上記で提案されたよりも高い温度で様々な他の源（たとえばプロセス流れからの廃熱、地熱または太陽熱）から入手可能であり得る。たとえば、廃熱は、１３０℃での加熱が工業用途向けに必要とされることもあるが、１００℃で入手可能であり得る。より低温熱は、１３０℃の所望の温度まで上昇させ、そして凝縮器へ配送するために本発明の方法またはシステムで動的（たとえば遠心）または容積式ヒートポンプのエバポレーターに供給することができる。
【００６２】
高温ヒートポンプ装置
本発明の一実施形態では、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を含有するヒートポンプ装置が提供される。作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂから本質的になる実施形態が注目すべきである。作動流体がＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとから本質的になる実施形態もまた注目すべきである。
【００６３】
ヒートポンプは、加熱および／または冷却を行うためのある種の装置である。ヒートポンプは、エバポレーターと、圧縮機と、凝縮器と、膨張デバイスとを含む。作動流体は、繰り返しサイクルでこれらの構成要素を通って循環する。加熱は、蒸気作動流体から、それが凝縮して液体作動流体を形成するときにエネルギー（熱の形での）が抽出される凝縮器で行われる。冷却は、エネルギーを吸収して作動流体を蒸発させて蒸気作動流体を形成するエバポレーターで行われる。
【００６４】
一実施形態では、ヒートポンプ装置は、エバポレーターと、圧縮機と、凝縮器と減圧デバイスとを含み、それらのすべてが、リストされる順に流体連通しており、それらを通って作動流体は、繰り返しサイクルで一構成要素から次のものへと流れる。
【００６５】
一実施形態では、ヒートポンプ装置は、（ａ）それを通って作動流体が流れ、そして蒸発するエバポレーターと；（ｂ）蒸発した作動流体をより高い圧力に圧縮する、エバポレーターと流体連通する圧縮機と；（ｃ）それを通って高圧作動流体蒸気が流れ、そして凝縮する、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デバイスであって、凝縮した作動流体の圧力が下げられ、そして作動流体が繰り返しサイクルで構成要素（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の通過を繰り返し得るように前記減圧デバイスがエバポレーターとさらに流体連通する減圧デバイスとを含み；ここで、作動流体は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む。
【００６６】
本発明に用いるためのヒートポンプは、その一実施形態が図１に示される、フラデッドエバポレーターと、その一実施形態が図２に示される、直膨式エバポレーターとを含む。
【００６７】
ヒートポンプは、容積式圧縮機または遠心圧縮機を利用してもよい。容積式圧縮機には、往復、スクリュー、またはスクロール圧縮機が含まれる。スクリュー圧縮機を用いるヒートポンプが注目すべきである。遠心圧縮機を用いるヒートポンプもまた注目すべきである。
【００６８】
住宅ヒートポンプは、住宅または住居（一戸建てまたはマルチユニット集合住居など）を温めるための加熱された空気を生み出し、そして約３０℃〜約５０℃の最高凝縮器運転温度を生み出すために用いられる。
【００６９】
空気、水、別の伝熱媒体または一つの設備、保管場所もしくはプロセス流れなどの、工業プロセスのある部分を加熱するために用いられてもよい高温ヒートポンプが注目すべきである。これらの高温ヒートポンプは、約５５℃超の最高凝縮器運転温度を生み出すことができる。高温ヒートポンプで達成することができる最高凝縮器運転温度は、使用される作動流体に依存する。この最高凝縮器運転温度は、作動流体の標準沸騰特性によって、そしてまたヒートポンプの圧縮機が蒸気作動流体圧力を上げることができる圧力によって制限される。この最高圧力はまた、ヒートポンプに使用される作動流体にも関係する。
【００７０】
少なくとも約１００℃の凝縮器温度で動作する高温ヒートポンプが特に価値がある。ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物は、多くの現在利用可能な作動流体でアクセスできるものよりも高い凝縮器温度で運転される、遠心ヒートポンプの設計および運転を可能にする。約１３９℃までの凝縮器温度で運転されるＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む作動流体を使用する実施形態が注目すべきである。約１４０℃までの凝縮器温度で運転されるＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとを含む作動流体を使用する実施形態もまた注目すべきである。約１４５℃までの凝縮器温度で運転されるＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとを含む作動流体を使用する実施形態もまた注目すべきである。少なくとも約１５０℃の凝縮器温度で運転されるＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとを含む作動流体を使用する実施形態もまた注目すべきである。少なくとも約１５４℃の凝縮器温度で運転されるＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとを含む作動流体を使用する実施形態もまた注目すべきである。
【００７１】
加熱および冷却を同時に行うために用いられるヒートポンプもまた注目すべきである。たとえば、単一ヒートポンプ装置が、家庭用の熱水を生成してもよいし、そしてまた夏季に快適エアコン用の冷却を行ってもよい。
【００７２】
フラデッドエバポレーターおよび直膨式エバポレーターを両方とも含む、ヒートポンプは、住宅（一戸建てまたは集合住居）および、ホテル、オフィスビル、病院、学校、大学などを含む、大きな商業ビルに快適エアコン（空気の冷却および除湿）および／または加熱を提供するために、空気処理および分配システムと結合されてもよい。別の実施形態では、ヒートポンプは、水を加熱するために用いられてもよい。
【００７３】
どのようにヒートポンプが動作するかを例示するために、図に言及される。フラデッドエバポレーターヒートポンプが図１に示される。このヒートポンプでは、水と、幾つかの実施形態では、添加剤とを含む、温かい液体である、第１伝熱媒体、またはグリコール（たとえば、エチレングリコールもしくはプロピレングリコール）などの他の伝熱媒体は、建物空気処理システムなどの、低温源（図示せず）または冷却塔へ流れる冷却装置プラントの凝縮器からの温まった水からの熱を持っているヒートポンプに入り、入口および出口を有する、エバポレーター６での、管束もしくはコイル９を通って、矢印３でヒートポンプに入ることが示される。温かい第１伝熱媒体は、エバポレーター６に配送され、エバポレーターでそれは、エバポレーター６の下方部に示される、液体作動流体によって冷却される。液体作動流体は、管束もしくはコイル９を通って流れる温かい第１伝熱媒体よりも低い温度で蒸発する。冷却された第１伝熱媒体は、管束もしくはコイル９のリターン部分を経由して、矢印４で示されるように低温熱源に再循環して戻る。エバポレーター６の下方部分に示される、液体作動流体は気化し、圧縮機７に吸い込まれ、圧縮機は、作動流体蒸気の圧力および温度を高める。圧縮機７は、この蒸気を、それがエバポレーター６を出るときの作動流体蒸気の圧力および温度よりも高い圧力および温度で、それが凝縮器５で凝縮し得るように圧縮する。第２伝熱媒体は、矢印１で家庭用水もしくは水道水ヒーターまたは温水循環式加熱システムなどの高温熱が提供される場所（「ヒートシンク」）から凝縮器５での管束もしくはコイル１０を経由して凝縮器に入る。第２伝熱媒体は、このプロセスで温められ、管束もしくはコイル１０のリターンループおよび矢印２を経由してヒートシンクに戻される。この第２伝熱媒体は、作動流体蒸気を凝縮器５で冷却し、この蒸気を凝縮させて液体作動流体にし、その結果液体作動流体が凝縮器５の下方部に存在する。凝縮器５での凝縮した液体作動流体は、オリフィス、毛細管または膨張弁であってもよい、膨張デバイス８を通ってエバポレーター６に流れて戻る。膨張デバイス８は、液体作動流体の圧力を下げ、液体作動流体を部分的に蒸気に変換する、言い換えると液体作動流体は、圧力が凝縮器５とエバポレーター６との間で降下するのでフラッシュする。フラッシングは、作動流体、すなわち、液体作動流体および作動流体蒸気を両方ともエバポレーター圧力での飽和温度まで冷却し、その結果、液体作動流体および作動流体蒸気が両方ともエバポレーター６に存在する。
【００７４】
幾つかの実施形態では、作動流体蒸気は、超臨界状態に圧縮され、凝縮器５はガス冷却器で取り替えられ、ガス冷却器で作動流体蒸気は凝縮なしに冷却されて液体状態になる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、図１に描かれる装置に使用される第１伝熱媒体は、エアコンが提供される建物からかまたは冷却されるべきある他の本体から戻る冷水である。熱は、戻ってくる冷水からエバポレーター６で抽出され、冷却された冷水は、冷却されるべき建物または他の本体に供給されて戻る。この実施形態では、図１に描かれる装置は、冷却されるべき本体（すなわちビル空気）に冷却を提供する第１伝熱媒体を冷却する、および加熱されるべき本体（たとえば家庭用水もしくは水道水またはプロセス流れ）に加熱を提供する第２伝熱媒体を加熱する役割を同時に果たす。
【００７６】
図１に描かれる装置は、太陽、地熱および廃熱などの多種多様の熱源から熱をエバポレーター６で抽出し、そして凝縮器５からの熱を広範囲のヒートシンクに供給できることが理解される。
【００７７】
単一成分作動流体組成物については、エバポレーターおよび凝縮器での蒸気作動流体の組成は、エバポレーターおよび凝縮器での液体作動流体の組成と同じものであることが指摘されるべきである。この場合には、蒸発は一定温度で起こるであろう。しかし、本発明におけるように、作動流体ブレンド（または混合物）が使用される場合には、エバポレーターでの（または凝縮器での）液体作動流体および作動流体蒸気は、異なる組成を有する可能性がある。これは、非効率的なシステムおよび設備の使用での困難さをもたらす可能性があり、したがって単一成分作動流体がより望ましい。共沸混合物もしくは共沸混合物様組成物は、液体組成および蒸気組成が本質的に同じものであり、非共沸もしくは非共沸混合物様組成物の使用から生じる可能性があるいかなる非効率性も低減するように、ヒートポンプにおいて単一成分作動流体のように本質的に機能するであろう。
【００７８】
直膨式ヒートポンプの一実施形態が図２に例示される。図２に例示されるようなヒートポンプでは、温水などの、温かい液体である、第１液体伝熱媒体は、入口１４でエバポレーター６’に入る。ほとんど液体の作動流体（少量の作動流体蒸気ありの）は、矢印３’でエバポレーターでのコイル９’に入り、蒸発する。結果として、第１液体加熱媒体はエバポレーター６’で冷却され、冷却された第１液体加熱媒体は出口１６でエバポレーター６’を出て、低温熱源（たとえば冷却塔へと流れる温水）に送られる。作動流体蒸気は、矢印４’でエバポレーター６’を出て、圧縮機７’に送られ、圧縮機でそれは圧縮され、高温、高圧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、凝縮器５’で、水などの、第２液体加熱媒体によって冷却され、液体になる。第２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液体加熱媒体は、液体作動流体になる、凝縮中の作動流体蒸気から熱を抽出し、これは、凝縮器５’で第２液体加熱媒体を温める。第２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。凝縮した作動流体は、下方コイル１０’を通って凝縮器５’を出て、オリフィス、毛細管または膨張弁であってもよい、膨張デバイス１２を通って流れる。膨張デバイス１２は、液体作動流体の圧力を下げる。膨張の結果として生成した、少量の蒸気は、コイル９’を通って液体作動流体と共にエバポレーター６’に入り、そしてサイクルは繰り返す。
【００７９】
幾つかの実施形態では、作動流体蒸気は超臨界状態に圧縮され、凝縮器５’はガス冷却器で取り替えられ、ガス冷却器で作動流体蒸気は凝縮なしに冷却されて液体状態になる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、図２に描かれる装置に使用される第１伝熱媒体は、エアコンが提供される建物からかまたは冷却されるべきある他の本体から戻る冷水である。熱は、戻ってくる冷水からエバポレーター６’で抽出され、冷却された冷水は、冷却されるべき建物または他の本体に供給されて戻る。この実施形態では、図２に描かれる装置は、冷却されるべき本体（すなわちビル空気）に冷却を提供する第１伝熱媒体を冷却する、および加熱されるべき本体（たとえば家庭用水もしくは水道水またはプロセス流れ）に加熱を提供する第２伝熱媒体を加熱する役割を同時に果たす。
【００８１】
図２に描かれる装置は、太陽、地熱および廃熱などの多種多様の熱源から熱をエバポレーター６’で抽出し、そして凝縮器５’からの熱を広範囲のヒートシンクに供給できることが理解される。
【００８２】
本発明に有用な圧縮機には、動圧縮機が含まれる。遠心圧縮機が、動圧縮機の例として注目すべきである。遠心圧縮機は、作動流体を放射状に加速させるために回転要素を用い、ケーシングに収納された羽根車および拡散器を典型的には含む。遠心圧縮機は通常、羽根車目玉、すなわち循環羽根車の中央入口で作動流体を取り入れ、それを、通路を通して外側に放射状に加速させる。幾らかの静圧上昇が羽根車で起こるが、圧力上昇のほとんどは、速度が静圧に変換される、ケーシングの拡散器部分で起こる。各羽根車−拡散器一式は圧縮機の１段階である。遠心圧縮機は、所望の最終圧力および処理されるべき冷媒の容積に依存して、１〜１２もしくはそれ以上の段階で構築される。
【００８３】
圧縮機の圧力比、または圧縮比は、絶対吐出圧力対絶対入口圧力の比である。遠心圧縮機によって吐出される圧力は、比較的広範囲の能力にわたって実質的に一定である。遠心圧縮機が生み出すことができる圧力は、羽根車の先端速度に依存する。先端速度は、その先端で測定される羽根車の速度であり、羽根車の直径およびその回転数毎分に関係する。具体的な用途で必要とされる先端速度は、作動流体の熱力学的状態をエバポレーター状態から圧縮機状態に上げるために必要とされる圧縮機仕事に依存する。遠心圧縮機の容積フローキャパシティは、羽根車の通過のサイズによって決定される。これは、圧縮機のサイズを所要容積フローキャパシティよりも所要の圧力に依存するようにする。
【００８４】
動圧縮機の例として軸流圧縮機もまた注目すべきである。流体が入り、そして軸方向に出る圧縮機は、軸流圧縮機と呼ばれる。軸流圧縮機は、作動流体が回転の軸に並行に主に流れる回転式の、エアフォイル−またはブレード−ベースの圧縮機である。これは、作動流体が軸方向に入ってもよいが出口でかなりの動径成分を有するであろう遠心もしくは混合流圧縮機などの他の回転圧縮機とは対照的である。軸流圧縮機は、圧縮ガスの連続流れを生成し、特にそれらの断面に関して、高い効率および大きい質量フローキャパシティという利益を有する。しかし、それらは、大きい圧力上昇を達成するために数列のエアフォイルを必要とし、それらを他の設計と比べて複雑で、高価なものにする。
【００８５】
本発明に有用な圧縮機にはまた、容積式圧縮機が含まれる。容積式圧縮機は蒸気をチャンバーに吸い込み、チャンバーは、容積が減少して蒸気を圧縮する。圧縮された後、蒸気は、チャンバーの容積をゼロもしくはほぼゼロにさらに減らすことによってチャンバーから追い出される。
【００８６】
容積式圧縮機の例として、往復圧縮機が注目すべきである。往復圧縮機は、クランク軸によって駆動されるピストンを用いる。それらは、固定式か移動式かのいずれかであり得、単段または多段であり得、電動機または内燃エンジンによって駆動することができる。５〜３０ｈｐの小さい往復圧縮機は、自動車用途で見られ、典型的には断続使用向けである。１００ｈｐまでのより大きい往復圧縮機は、大きな工業用途で見いだされる。吐出圧力は、低い圧力から非常に高い圧力（５０００ｐｓｉまたは３５ＭＰａよりも上）までの範囲であり得る。
【００８７】
容積式圧縮機の例として、スクリュー圧縮機もまた注目すべきである。スクリュー圧縮機は、ガスをより小さい空間へ押し込むために２つのかみ合った回転容積式螺旋状スクリューを用いる。スクリュー圧縮機は通常、商業用途および工業用途で連続運転用であり、固定式か移動式かのいずれかであってもよい。それらの用途は、５ｈｐ（３．７ｋＷ）〜５００ｈｐ（３７５ｋＷ）超、低い圧力から非常に高い圧力（１２００ｐｓｉまたは８．３ＭＰａよりも上）であり得る。
【００８８】
容積式圧縮機の例として、スクロール圧縮機もまた注目すべきである。スクロール圧縮機は、スクリュー圧縮機に似ており、ガスを圧縮するために２つの交互の螺旋形状スクロールを含む。出力は、回転スクリュー圧縮機のそれよりも脈動する。
【００８９】
一実施形態では、本発明の高温ヒートポンプ装置は、カスケード加熱システムとして配置された少なくとも２つの段階であって、各段階が次段階と熱連通しており、そして各段階がそれを通して作動流体を循環させ、熱が直先行段階から最終段階に伝えられ、そして最終段階の加熱流体がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む段階を有する。
【００９０】
幾つかの実施形態では、本発明の高温ヒートポンプ装置は、各段階が熱連通しており、次段階がそれを通して作動流体を循環させる、カスケード加熱システムとして配置された少なくとも２つの段階を有し、ここで、前記装置は、（ａ）第１作動流体液の圧力および温度を下げるための第１膨張デバイス；（ｂ）入口および出口を有する、第１膨張デバイスと流体連通するエバポレーターを含む。第１膨張デバイスからの第１作動流体液は、エバポレーター入口を通ってエバポレーターに入り、エバポレーターで蒸発して第１作動流体蒸気を形成し、エバポレーター出口に循環する。本装置は、（ｃ）入口および出口を有する、エバポレーターと流体連通する第１圧縮機をさらに含む。エバポレーター出口からの第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および温度を高め、圧縮された第１冷媒蒸気は、第１圧縮機の出口に循環する。本装置は、（ｄ）（ｉ）第１入口および第１出口、ならびに（ｉｉ）第１入口および出口と熱連通した第２入口および第２出口を有する、第１圧縮機出口と流体連通するカスケード熱交換器システムをさらに含む。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出口に循環し、熱交換器システムで凝縮して第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出口に循環し、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。本装置は、（ｅ）カスケード熱交換器システムの第２出口と流体連通する第２圧縮機であって、前記第２圧縮機が入口および出口を有する圧縮機さらに含む。カスケード熱交換器システム第２出口からの第２作動流体蒸気は、圧縮機に吸い込まれ、圧縮され、それによって第２作動流体蒸気の圧力および温度を高める。本装置は、（ｆ）それを通して第２作動流体蒸気を循環させるためのおよび圧縮機からの第２作動流体蒸気を凝縮させて第２作動流体液を形成し、それによって熱を産生するための、入口および出口を有する、第２圧縮機と流体連通する凝縮器をさらに含む。第２作動流体液は、出口を通って凝縮器を出る。本装置は、（ｇ）凝縮器を出て、カスケード熱交換機システムの第２入口に入る第２作動流体の圧力および温度を下げるための、凝縮器と流体連通する第２膨張デバイスをさらに含む。第２作動流体は、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む。
【００９１】
一実施形態では、高温ヒートポンプ装置は、２つ以上の加熱回路（もしくはループ）を含んでもよい。作動流体としてのＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚで運転される高温ヒートポンプの性能（加熱性能係数および容積加熱容量）は、エバポレーターが本出願によって要求される凝縮器温度に近い温度で運転されるときに大幅に向上する。エバポレーターに供給される熱が、低温で入手可能であるにすぎず、したがって不十分な性能をもたらす高温上昇を必要とするときには、デュアル流体／デュアル回路カスケードサイクル構成が有利である。カスケードサイクルの低段階または低温回路は、ＨＦＣ−２４５ｅｂまたはＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと好ましくは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ペン）および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／ＨＦＣ１３４ａ／ＨＦＣ−２２７ｅａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ／ＨＦＯ−１２３４ｚｅ−Ｅ／ＨＦＣ−１３４／ＨＦＣ−１３４ａ／ＨＦＣ−２２７ｅａなどのそれらのブレンドを含む、低ＧＷＰと組み合わせられたＨＦＣ−２４５ｅｂよりも低い沸点の流体で運転される。カスケードサイクルの低温回路（もしくは低温ループ）のエバポレーターは、入手可能な低温熱を受け取り、熱を入手可能な低温熱の温度と所要の加熱デューティの温度との中間の温度まで上昇させ、その熱を、カスケード熱交換器でカスケードシステムの高段階または高温回路（もしくは高温ループ）に伝える。次に、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚで運転される、高温回路は、熱交換器で受け取られる熱を、意図される加熱デューティを満たすために所要の凝縮器温度までさらに上昇させる。カスケード概念は、熱をより広い温度範囲にわたって上昇させ、そして性能を最適化するために異なる流体を異なる温度サブ範囲にわたって用いる３つ以上の回路の構成に拡張されてもよい。
【００９２】
２つ以上の段階を有する高温ヒートポンプ装置の一実施形態では、第１作動流体は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−もしくはＺ−異性体）、および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。
【００９３】
２つ以上の段階を有する高温ヒートポンプ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および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。
【００９４】
２つ以上の段階を有する高温ヒートポンプ装置の別の実施形態では、最終段階に先行する段階の作動流体は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｅ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｅ（Ｅ−もしくはＺ−異性体）、および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。
【００９５】
２つ以上の段階を有する高温ヒートポンプ装置の別の実施形態では、ここでは、最終段階に先行する段階の作動流体は、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１３４、ＨＦＣ−１４３ａ、ＨＦＣ−１５２ａおよび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。
【００９６】
本発明に従って、各ループを通して作動流体を循環させ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ヒート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一実施形態は、図３の１１０で概略示される。本発明のカスケードヒートポンプシステム１１０は、低温ループである、第１の、または下方のループ１１２と、高温ループ１１４である、第２の、または上方のループ１１４とを含む、少なくとも２つの加熱ループを有する。それぞれは、それを通して作動流体を循環させる。
【００９７】
カスケードヒートポンプシステム１１０は、第１膨張デバイス１１６を含む。第１膨張デバイス１１６は、入口１１６ａおよび出口１１６ｂを有する。第１膨張デバイス１１６は、第１のまたは低温ループ１１２を通って循環する第１作動流体の圧力および温度を下げる。
【００９８】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、エバポレーター１１８を含む。エバポレーター１１８は、入口１１８ａおよび出口１１８ｂを有する。第１膨張デバイス１１６からの第１作動流体液は、エバポレーター入口１１８ａを通ってエバポレーター１１８に入り、エバポレーター１１８で蒸発して第１作動流体蒸気を形成する。第１作動流体蒸気は次にエバポレーター出口１１８ｂに循環する。
【００９９】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、第１圧縮機１２０を含む。第１圧縮機１２０は、入口１２０ａおよび出口１２０ｂを有する。エバポレーター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および温度を高める。圧縮された第１作動流体蒸気は次に、第１圧縮機１２０の出口１２０ｂに循環する。
【０１００】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、カスケード熱交換器システム１２２を含む。カスケード熱交換器システム１２２は、第１入口１２２ａおよび第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入口１２２ａに入り、熱交換器１２２で凝縮して第１作動流体液を形成し、それによって熱を放出する。第１作動流体液は次に、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および第２出口１２２ｄを有する。第２作動流体液は、熱交換器１２２の第２入口１２２ｃから第２出口１２２ｄに循環し、蒸発して第２作動流体蒸気を形成し、それによって第１作動流体により（それが凝縮するときに）放出された熱を吸収する。第２作動流体蒸気は次に、熱交換器１２２の第２出口１２２ｄに循環する。このように、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。
【０１０１】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、第２圧縮機１２４を含む。第２圧縮機は、入口１２４ａおよび出口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を通って圧縮機１２４に吸い込まれ、圧縮され、それによって第２作動流体蒸気の圧力および温度を高める。第２作動流体蒸気は次に、第２圧縮機１２４の出口１２４ｂに循環する。
【０１０２】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、入口１２６ａおよび出口１２６ｂを有する凝縮器１２６を含む。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で凝縮して第２作動流体液を形成し、こうして熱を産生する。第２作動流体液は、出口１２６ｂを通って凝縮器１２６を出る。
【０１０３】
カスケードヒートポンプシステム１１０はまた、入口１２８ａおよび出口１２８ｂを有する第２膨張デバイス１２８を含む。第２作動流体液は、第２膨張デバイス１２８を通過し、デバイス１２８は、凝縮器１２６を出た第２作動流体液の圧力および温度を下げる。この液体は、この膨張中に部分的に気化してもよい。低下した圧力および温度の第２作動流体液は、膨張デバイス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。
【０１０４】
さらに、ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと組み合わせられたＨＦＣ−２４５ｅｂが臨界温度よりも高い温度で安定であるという場合には、これらの作動流体は、熱が、超臨界状態の作動流体によって放出され、そしてある範囲の温度（ＨＦＣ−２４５ｅｂおよびＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと組み合わせられたＨＦＣ−２４５ｅｂの臨界温度よりも高い温度を含めて）にわたって使用に供さられる、超臨界および／または遷移臨界サイクルに従って運転されるヒートポンプの設計を可能にする。超臨界流体は、等温凝縮遷移を通過することなしに冷却されて液体状態になる。
【０１０５】
高温凝縮器運転（高温上昇および高い圧縮機吐出温度に関連した）のためには、作動流体（たとえばＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ）と（油冷却または他の緩和法とおそらく組み合わせた）高い熱安定性のある潤滑油との調合物が有利であろう。
【０１０６】
高温凝縮器運転（高温上昇および高い圧縮機吐出温度に関連した）のためには、潤滑油の使用を必要としない磁気遠心圧縮機（たとえばＤａｎｆｏｓｓ−Ｔｕｒｂｏｃｏｒ型）の使用が有利であろう。
【０１０７】
高温凝縮器運転（高温上昇および高い圧縮機吐出温度に関連した）のためには、高い熱安定性のある圧縮機材料（たとえば軸封など）の使用がまた必要とされる可能性がある。
【０１０８】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物は、湿気の除去に役立つためのモレキュラーシーブと組み合わせて高温ヒートポンプ装置に使用されてもよい。乾燥剤は、活性アルミナ、シリカゲル、またはゼオライトベースのモレキュラーシーブを含んでもよい。ある種の実施形態では、好ましいモレキュラーシーブは、おおよそ３オングストローム、４オングストローム、または５オングストロームの細孔径を有する。代表的なモレキュラーシーブには、ＭＯＬＳＩＶ  ＸＨ−７、ＸＨ−６、ＸＨ−９およびＸＨ−１１（ＵＯＰ  ＬＬＣ，Ｄｅｓ  Ｐｌａｉｎｅｓ，ＩＬ）が含まれる。
【０１０９】
高温ヒートポンプ組成物
高温ヒートポンプヒートポンプ用の組成物が提供される。本組成物は、（ｉ）ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる作動流体と；（ｉｉ）５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤、もしくは（ｉｉｉ）５５℃以上での使用に好適な潤滑油、または（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の両方とを含む。作動流体成分がＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚから本質的になる組成物が注目すべきである。共沸もしくは共沸混合物様混合物である作動流体が注目すべきである。共沸もしくは共沸混合物様ではない混合物は、高温ヒートポンプでの使用中にある程度分別し、それ故あまり望ましくない。
【０１１０】
ＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとは、２０１１年３月２日に出願された、米国仮特許出願第６１／４４８，２４１号明細書に開示されているように共沸もしくは共沸混合物様組成物を形成する。
【０１１１】
約７１重量パーセント以上のＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含有するＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドで運転される高温ヒートポンプは、ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅの規定の遵守を必要とする閾値よりも下の蒸気圧を有する。かかる組成物は、高温ヒートポンプ用に望ましい。作動流体が約７１〜約８０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと約２９〜２０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとから本質的になる組成物が注目すべきである。
【０１１２】
さらに、別の実施形態では、低ＧＷＰ組成物が望ましい。１５０未満のＧＷＰを有する、少なくとも４９．５重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５０．５重量パーセント以下のＨＦＣ−２４５ｅｂとを含む組成物が注目すべきである。
【０１１３】
本発明の組成物は、所望量を混合するまたは組み合わせるなどの任意の都合のよい方法によって調製することができる。本発明の一実施形態では、組成物は、所望の成分量を秤量し、その後、それらを適切な容器で組み合わせることによって調製することができる。
【０１１４】
ＨＦＣ−２４５ｅｂおよび任意選択的にＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚを含む組成物はまた、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、およびポリ（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つの潤滑油を含んでもおよび／または潤滑油と組み合わせて使用されてもよい。
【０１１５】
有用な潤滑油には、高温ヒートポンプ装置で使用するために好適なものが含まれる。これらの潤滑油の中には、クロロフルオロカーボン冷媒を利用する蒸気圧縮冷凍装置に通常使用されるものがある。一実施形態では、潤滑油は、圧縮冷凍潤滑の分野で「鉱油」として一般に知られる潤滑油を含む。鉱油はパラフィン（すなわち、直鎖および分岐鎖炭素鎖、飽和炭化水素）、ナフテン（すなわち、環式パラフィン）ならびに芳香族化合物（すなわち、交互二重結合によって特徴づけられる１つまたは複数の環を含有する不飽和の環式炭化水素）を含む。一実施形態では、潤滑油は圧縮冷凍潤滑の分野で「合成油」として一般に知られるものを含む。合成油はアルキルアリール（すなわち線状および分枝状アルキルのアルキルベンゼン）、合成パラフィンおよびナフテン、ならびにポリ（アルファオレフィン）を含む。代表的な従来型潤滑油は、商業的に入手可能なＢＶＭ  １００Ｎ（ＢＶＡ  Ｏｉｌｓによって販売されるパラフィン系鉱油）、商標Ｓｕｎｉｓｏ（登録商標）３ＧＳおよびＳｕｎｉｓｏ（登録商標）５ＧＳでＣｒｏｍｐｔｏｎ  Ｃｏ．から商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｓｏｎｔｅｘ（登録商標）３７２ＬＴでＰｅｎｎｚｏｉｌから商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｃａｌｕｍｅｔ（登録商標）ＲＯ−３０でＣａｌｕｍｅｔ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓから商業的に入手可能なナフテン系鉱油、商標Ｚｅｒｏｌ（登録商標）７５、Ｚｅｒｏｌ（登録商標）１５０およびＺｅｒｏｌ（登録商標）５００でＳｈｒｉｅｖｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商業的に入手可能な線状アルキルベンゼン、ならびにＨＡＢ２２（新日本石油株式会社によって販売される分枝状アルキルベンゼン）である。
【０１１６】
有用な潤滑油はハイドロフルオロカーボン冷媒と一緒の使用をデザインされたものをまた含んでもよく、圧縮冷凍およびエアコン装置の運転条件下で本発明の冷媒と混和性である。かかる潤滑油には、Ｃａｓｔｒｏｌ（登録商標）１００（Ｃａｓｔｒｏｌ、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ）などのポリオールエステル（ＰＯＥ）、Ｄｏｗ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ））製のＲＬ−４８８Ａなどのポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）ならびにポリカーボネート（ＰＣ）が含まれるが、それらに限定されない。
【０１１７】
潤滑油は、所与の圧縮機の要件および潤滑油が暴露されるであろう環境を考慮することによって選択される。
【０１１８】
高温で安定性のある高温潤滑油が注目すべきである。ヒートポンプが達成する最高温度が、どの潤滑油が必要とされるかを決定するであろう。一実施形態では、潤滑油は、少なくとも５５℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも７５℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１００℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１３９℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１４５℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１５５℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１６５℃の温度で安定でなければならない。別の実施形態では、潤滑油は、少なくとも１７０℃の温度で安定でなければならない。
【０１１９】
約２００℃まで安定性のあるポリアルファオレフィン（ＰＯＡ）潤滑油および約２００〜２２０℃までの温度で安定性のあるポリオールエステル（ＰＯＥ）潤滑油が特に注目すべきである。約２２０〜約３５０℃の温度で安定性を有するパーフルオロポリエーテル潤滑油もまた特に注目すべきである。ＰＦＰＥ潤滑油には、約３００〜３５０℃まで熱安定のあるＸＨＴシリーズなどの、商標Ｋｒｙｔｏｘ（登録商標）でＤｕＰｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）から入手可能なものが含まれる。他のＰＦＰＥ潤滑油には、２８０〜３３０℃まで熱安定性のあるダイキン工業（日本）製の商標Ｄｅｍｎｕｍ（商標）で販売される、ならびに約２２０〜２６０℃まで熱安定性のある商標Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）−Ｙ、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）−Ｚで入手可能なものなどの商標Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）およびＧａｌｄｅｎ（登録商標）で、Ａｕｓｉｍｏｎｔ（Ｍｉｌａｎ，Ｉｔａｌｙ）から入手可能なものが含まれる。
【０１２０】
高温凝縮器運転（高温上昇および高い圧縮機吐出温度に関連した）のためには、作動流体（たとえばＨＦＣ−２４５ｅｂまたはＨＦＣ−２４５ｅｂとＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚとを含有する混合物）と（任意選択的に油冷却または他の緩和法と組み合わせた）高い熱安定性のある潤滑油との調合物が有利であろう。
【０１２１】
一実施形態では、本組成物は、高温で引き起こされる分解を防ぐために約０．０１重量パーセント〜約５重量パーセントの安定剤（たとえば、フリーラジカル捕捉剤、酸捕捉剤または酸化防止剤）をさらに含んでもよい。かかる他の添加剤には、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、またはラクトンが含まれるが、それらに限定されない。組成物が約０．１重量パーセント〜約３重量パーセントの安定剤を含む組成物が注目すべきである。単一安定剤または組み合わせが使用されてもよい。
【０１２２】
任意選択的に、別の実施形態では、ある種の冷凍、エアコン、またはヒートポンプシステム添加剤が、性能およびシステム安定性を高めるために本明細書に開示されるような作動流体に、要望に応じて添加されてもよい。これらの添加剤は、冷凍およびエアコンの分野で公知であり、摩耗防止剤、極圧潤滑油、腐食および酸化防止剤、金属表面不活性化剤、フリーラジカル捕捉剤、および泡制御剤を含むが、それらに限定されない。一般に、これらの添加剤は、全体組成物に対して少量で作動流体中に存在してもよい。典型的には、約０．１重量パーセント未満から約３重量パーセントほどに多い濃度の各添加剤が使用される。これらの添加剤は、個々のシステム要件に基づいて選択される。これらの添加剤には、トリアリールホスフェートの系統、ブチル化トリフェニルホスフェート（ＢＴＰＰ）、または他のアルキル化トリアリールホスフェートエステル、例えば、Ａｋｚｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＳｙｎ−０−Ａｄ  ８４７８、トリクレジルホスフェートおよび関連化合物などの、ＥＰ（極圧）潤滑性添加剤の系統が含まれる。さらに、金属ジアルキルジチオホスフェート（例えばジチオリン酸ジアルキル亜鉛（またはＺＤＤＰ）；Ｌｕｂｒｉｚｏｌ  １３７５およびこの族の化学薬品の他のメンバーが本発明の組成物に使用されてもよい。他の耐摩耗性添加剤には、天然物油、およびＳｙｎｅｒｇｏｌ  ＴＭＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ）などの非対称ポリヒドロキシル潤滑添加剤が含まれる。同様に、酸化防止剤、フリーラジカル捕捉剤、および水捕捉剤などの安定剤が用いられてもよい。このカテゴリーの化合物には、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、エポキシドおよびそれらの混合物が含まれ得るが、それらに限定されない。腐食防止剤には、ドデシルコハク酸（ＤＤＳＡ）、アミンホスフェート（ＡＰ）、オレイルサルコシン、イミダゾン誘導体および置換スルホネートが含まれる。金属表面不活性化剤には、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−第三ブチル−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−第三ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナメート（ＣＡＳ登録番号７０３３１−９４−１）、Ｎ，Ｎ’−（ジサリシリデン）−１，２−ジアミノプロパン（ＣＡＳ登録番号９４−９１−７）ならびにエチレンジアミン四酢酸（ＣＡＳ登録番号６０−００−４）およびその塩、ならびにそれの混合物が含まれる。
【０１２３】
５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤が注目すべきである。７５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。８５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１００℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１３９℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１４５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１５５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１６５℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。１７０℃以上の温度での分解を防ぐための安定剤もまた注目すべきである。
【０１２４】
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、またはホスファイト、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、およびそ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が注目すべきである。代表的な安定剤化合物には、トコフェロール；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；および、商標Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）６３でＣｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、本明細書では以下「Ｃｉｂａ」から商業的に入手可能な、ジチオホスフェート；それぞれ、商標Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３５３およびＩｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３５０でＣｉｂａから商業的に入手可能な、ジアルキルチオホスフェートエステル；商標Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）２３２でＣｉｂａから商業的に入手可能な、ブチル化トリフェニルホスホロチオネート；商標Ｉｒｇａｌｕｂｅ（登録商標）３４９（Ｃｉｂａ）でＣｉｂａから商業的に入手可能な、アミンホスフェート；Ｉｒｇａｆｏｓ（登録商標）１６８としてＣｉｂａから商業的に入手可能な、ヒンダードホスファイト；商標Ｉｒｇａｆｏｓ（登録商標）ＯＰＨでＣｉｂａから商業的に入手可能な、トリス−（ジ−第三ブチルフェニル）などのホスフェート；（ジ−ｎ−オクチルホスファイト）；および商標Ｉｒｇａｆｏｓ（登録商標）ＤＤＰＰでＣｉｂａから商業的に入手可能な、イソ−デシルジフェニルホスファイト；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；リコピン；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；ＯＸＴ−１０１（東亜合成株式会社）などの、３−エチル−３−ヒドロキシメチル−オキセタン；ＯＸＴ−２１１（東亞合成株式会社）などの、３−エチル−３−（（フェノキシ）メチル）−オキセタン；ＯＸＴ−２１２（東亞合成株式会社）などの、３−エチル−３−（（２−エチル−ヘキシルオキシ）メチル）−オキセタン；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）；補酵素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−３−シクロヘキセニル）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）；商標Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＨＰ−１３６でＣｉｂａから商業的に入手可能な、５，７−ビス（１，１−ジメチルエチル）−３−［２，３（または３，４��−ジメチルフェニル］−２（３Ｈ）−ベンゾフラノン；ベンジルフェニルスルフィド；ジフェニルスルフィド；ジイソプロピルアミン；商標Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＰＳ  ８０２（Ｃｉｂａ）でＣｉｂａから商業的に入手可能な、ジオクタデシル３，３’−チオジプロピオネート；商標Ｉｒｇａｎｏｘ（登録商標）ＰＳ  ８００でＣｉｂａから商業的に入手可能な、ジドデシル３，３’−チオプロピオネート；商標Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）７７０でＣｉｂａから商業的に入手可能な、ジ−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート；商標Ｔｉｎｕｖｉｎ（登録商標）６２２ＬＤ（Ｃｉｂａ）でＣｉｂａから商業的に入手可能な、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；メチルビスタローアミン；ビスタローアミン；フェノール−アルファ−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；イオン液体などが含まれるが、それらに限定されない。
【０１２５】
イオン液体安定剤は、少なくとも１つのイオン液体を含むことも注目すべきである。イオン液体は、液体であるかまたは１００℃より下の融点を有する有機塩である。別の実施形態では、イオン液体安定剤は、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、オキサゾリウムおよびトリアゾリウムからなる群から選択された陽イオンと；［ＢＦ４］−、［ＰＦ６］−、［ＳｂＦ６］−、［ＣＦ３ＳＯ３］−、［ＨＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３］−、［ＣＦ３ＨＦＣＣＦ２ＳＯ３］−、［ＨＣＣｌＦＣＦ２ＳＯ３］−、［（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ］−、［（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ］−、［（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ］−、［ＣＦ３ＣＯ２］−、およびＦ−からなる群から選択された陰イオンとを含有する塩を含む。代表的なイオン液体安定剤には、それらのすべてがＦｌｕｋａ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手可能である、ｅｍｉｍ  ＢＦ４（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート）；ｂｍｉｍ  ＢＦ４（１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート）；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）；および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）が含まれる。
【実施例】
【０１２６】
本明細書に記載される概念は、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定しない、以下の実施例でさらに説明される。
【０１２７】
実施例１
ＨＦＣ−２４５ｅｂを作動流体として使用する高温ヒートポンプ
表２は、次の条件下にＨＦＣ−２４５ｅｂを作動流体として使用する高温ヒートポンプの性能対ＨＦＣ−２４５ｆａを作動流体として使用するヒートポンプの性能を比較する：
Ｔｅｖａｐ＝６０℃；
Ｔｃｏｎｄ＝１３０℃；
過熱＝１０ｏＣ；
サブクーリング＝１０℃；
圧縮機効率＝０．７。
【０１２８】
表２は、ＨＦＣ−２４５ｅｂが、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも低いＧＷＰを有することに加えて、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも高いエネルギー効率で１３０℃の凝縮温度をもたらす高温ヒートポンプを可能にすることを示す。さらに、１３０℃でＨＦＣ−２４５ｅｂでの凝縮圧力は楽に、最も一般的に利用可能な大きい遠心ヒートポンプの最高許容動作圧力（約２．１８ＭＰａ）よりも下のままである。１３０℃でＨＦＣ−２４５ｆａでの凝縮圧力は、最も一般的に利用可能な大きい遠心ヒートポンプの最高許容動作圧力（約２．１８ＭＰａ）を超える。
【０１２９】
【表２】
2015501414.tif 000004
【０１３０】
実施例２
ＨＦＣ−２４５ｅｂ／Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚブレンドを作動流体として使用する高温ヒートポンプ
表３は、次の条件下に不燃性ブレンドＡ（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂ  ４１／５９重量％）または不燃性ブレンドＢ（Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂ  ５０／５０重量％）を作動流体として使用する高温ヒートポンプの性能対ＨＦＣ−２４５ｆａを作動流体として使用するヒートポンプの性能を比較する：
Ｔｅｖａｐ＝６０℃；
Ｔｃｏｎｄ＝１３０℃；
過熱＝１０℃；
サブクーリング＝１０℃；
圧縮機効率＝０．７。
【０１３１】
表３は、ブレンドＡおよびＢが、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも低いＧＷＰ値を有することに加えて、ＨＦＣ−２４５ｆａよりも高いエネルギー効率で１３０℃の凝縮温度をもたらす高温ヒートポンプを可能にすることを示す。さらに、１３０℃でブレンドＡおよびＢでの凝縮圧力は、１３０℃でＨＦＣ−２４５ｆａでの凝縮圧力よりも実質的に低いままである。ブレンドＡおよびＢでのエバポレーターおよび凝縮器グライドは、比較的小さいままである。
【０１３２】
ＨＦＣ−２４５ｆａと比べてＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドのより低い蒸気圧およびより高い臨界温度は、ＨＦＣ−２４５ｆａで実現可能なものよりも高い凝縮温度をもたらすかまたはＨＦＣ−２４５ｆａと同じ凝縮温度を、しかしより低いコストでもたらすヒートポンプを可能にすることできる。
【０１３３】
【表３】
2015501414.tif 000005
【０１３４】
実施例３
Ｚ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚ／ＨＦＣ−２４５ｅｂブレンドの可燃性
４０重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと６０重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとを含有する組成物は、６０℃の温度でＡＳＴＭ  Ｅ６８１試験手順に従って試験され、８．５容積％の空気中の単一可燃性ポイントで可燃性であることが分かった（ＵＦＬおよびＬＦＬ＝８．５％）。４１重量パーセントのＺ−ＨＦＯ−１３３６ｍｚｚと５９重量パーセントのＨＦＣ−２４５ｅｂとを含有する組成物は、同じ条件下で試験され、不燃性であることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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