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JP-2026077906-A - ハイドロフルオロカーボンの伝熱組成物

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Abstract

【課題】本発明は、冷蔵、空調、ヒートポンプシステム、チラー、及び他の伝熱用途で使用するための、１－クロロ－１，２ジフルオロエチレンを含む伝熱組成物に関する。 【解決手段】１－クロロ－１，２ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２２ａ）を含む、伝熱組成物。 【選択図】なし

Inventors

  • ベンジャミン・ビン・チェン
  • サラ・キム
  • ブライアン・トーマス・クー
  • ルーシー・メアリー・クラークソン

Assignees

  • アーケマ・インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260304
Priority Date
20200508

Claims (18)

  1. １－クロロ－１，２ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２２ａ）を含む、伝熱組成物。
  2. 請求項１に記載の伝熱組成物を含み、冷蔵システム、空調、加熱及び冷却からなる群から選択される伝熱システム。
  3. ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、フッ素化シクロプロパン、フッ素化メチルシクロプロパン、ハイドロフルオロクロロカーボン、炭化水素、ハイドロフルオロエーテル、フルオロケトン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、二酸化炭素、アンモニア、ジメチルエーテル、及びそれらの混合物をさらに含む、請求項１に記載の伝熱組成物。
  4. 前記ハイドロフルオロカーボンは、ジフルオロメタン（ＨＦＣ－３２）；１－フルオロエタン（ＨＦＣ－１６１）；１，１－ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２ａ）；１，２－ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２）；１，１，１－トリフルオロエタン（ＨＦＣ－１４３ａ）；１，１，２－トリフルオロエタン（ＨＦＣ－１４３）；１，１，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４）；１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）；１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｆａ）；１，１，２，２，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｃａ）；１，１，１，２，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｅｂ）；１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ－２３６ｆａ）；１，１，１，２，３，３，３－ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２２７ｅａ）；１，１，１，３，３－ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ－３６５ｍｆｃ）、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５－デカフルオロプロパン（ＨＦＣ－４３１０）、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３に記載の伝熱組成物。
  5. 前記ハイドロフルオロカーボンは１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）である、請求項３に記載の伝熱組成物。
  6. 前記ハイドロフルオロオレフィンは、１，１，２－トリフルオロエテン（ＨＦＯ－１１２３）、１，１－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２ａ）、Ｅ－１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２（Ｅ））、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｆ）；２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）；Ｅ－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（Ｅ－ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）；１，２，３，３，３－ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２５５ｙｅ）；Ｚ－１－クロロ－２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２２４ｙｄ（Ｚ））、Ｅ－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロブタ－２－エン（Ｅ－ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ）；Ｚ－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロブタ－２－エン（Ｚ－ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ）；１，１，１，４，４，５，５，５－オクタフルオロペント－２－エン（ＨＦＯ－１４３８ｍｚｚ）及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３に記載の伝熱組成物。
  7. 前記ハイドロフルオロオレフィンは２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）である、請求項３に記載の伝熱組成物。
  8. さらに、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）；１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）、及びそれらの混合物から選択される冷媒を含む、請求項１に記載の伝熱組成物。
  9. ２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）；１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）、及びそれらの混合物から選択される冷媒を１重量％～５０重量％で含む、請求項８に記載の伝熱組成物。
  10. ２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）及び１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）を含み、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）と１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）の合計量に基づき、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）が２５～７５重量％である、請求項８に記載の伝熱組成物。
  11. さらに、潤滑剤を含む、請求項１に記載の伝熱組成物。
  12. 前記潤滑剤は、ポリオールエステル油、ポリグリコール、ポリアルキレングリコール、ポリビニルエーテル、鉱油、アルキルベンゼン油、ポリアルファオレフィン、及びそれらの混合物から選択される、請求項１１に記載の伝熱組成物。
  13. 前記潤滑剤は、ポリオールエステル油、鉱油、アルキルベンゼン油、及びそれらの混合物から選択される、請求項１１に記載の伝熱組成物。
  14. 請求項１に記載の伝熱組成物を含む噴霧可能な組成物。
  15. 請求項１に記載の伝熱組成物を含む発泡剤組成物。
  16. 請求項１５に記載の発泡剤を使用して製造されたポリマー発泡体。
  17. 請求項１に記載の伝熱組成物を含む噴射剤組成物。
  18. 請求項１に記載の伝熱組成物を含むエアロゾル組成物。

Description

本発明は、冷蔵、空調、ヒートポンプシステム、チラー、自動車用空調、有機ランキンサイクルシステム及び他の伝熱用途で使用するための、１－クロロ－１，２ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２２ａ）を含む伝熱組成物に関する。本発明の伝熱組成物は、良好な容量及び性能を提供しながら地球温暖化係数を低下させることができる。 継続的な規制圧力により、冷媒、伝熱流体、発泡剤、溶剤、及びエアロゾルに代わる、より環境的に持続可能な、オゾン層破壊及び地球温暖化係数の低い代替品を特定する必要性が高まっている。これらの用途に広く使用されているクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）及びハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）は、オゾン層破壊物質であり、モントリオール議定書のガイドラインに従って段階的に廃止されている。ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）は、多くの用途においてＣＦＣ及びＨＣＦＣの主要な代替品である。それらはオゾン層に「友好的」であると考えられているが、一般的には依然として高い地球温暖化係数を持っている。 例えば、いくつかのＨＦＣベースの冷媒が、オゾン層破壊係数（ＯＤＰ）を持つＨＣＦＣ冷媒であるＲ－２２を置き換えるために開発されてきた。これらには、Ｒ－４０４Ａ、Ｒ－４０７Ｃ、Ｒ－４０７Ａ、Ｒ－４１７Ａ、Ｒ－４２２Ｄ、Ｒ－４２７Ａ、Ｒ－４３８Ａなどが含まれる。ただし、ＨＦＣベースのＲ－２２代替品のほとんどは、Ｒ－２２よりも地球温暖化係数（ＧＷＰ）が高く、性能特性も低下している。例えば、Ｒ－４０４ＡとＲ－４０７Ａは、条件によってはＲ－２２よりも冷蔵容量（ＣＡＰ）がわずかに高くなるが、性能（ＣＯＰ）は低くなる。Ｒ－４０７ＣはＧＷＰがわずかに低いが、冷蔵用途ではＣＡＰとＣＯＰも低くなる。他の多くのＲ－２２代替品は、ＧＷＰが高いだけでなく、ＣＡＰとＣＯＰが低くなっている。図３は、Ｒ－２２といくつかのＲ－２２代替品のＧＷＰの比較を示している。 継続的な規制圧力により、冷媒、伝熱流体、発泡剤、溶剤、及びエアロゾルに代わる、より環境的に持続可能な、オゾン層破壊及び地球温暖化係数の低い代替品を特定する必要性が高まっている。これらの用途に広く使用されているクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）及びハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）は、オゾン層破壊物質であり、モントリオール議定書のガイドラインに従って段階的に廃止されている。 ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）は、多くの用途においてＣＦＣ及びＨＣＦＣの主要な代替品である。それらはオゾン層に「友好的」であると考えられているが、一般的には依然として高い地球温暖化係数を持っている。オゾン層を破壊する物質や地球温暖化を促進する物質に取って代わることが確認された新しいクラスの化合物は、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）やハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）などのハロゲン化オレフィンである。 本発明の伝熱組成物は、１－クロロ－１，２ジフルオロエチレン（ＨＣＦＯ－１１２２ａ）単独で構成されるか、他の冷媒（ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロフルオロクロロオレフィン、炭化水素、ハイドロフルオロエーテル、フルオロケトン、クロロフルオロカーボン、トランス－１，２－ジクロロエチレン、二酸化炭素、アンモニア、ジメチルエーテル、プロピレン、及びそれらの混合物を含むがこれらに限定されない）との組み合わせから構成される。ＨＣＦＯ－１１２２ａは、シス異性体とトランス異性体の両方で存在する。本明細書で使用される場合、ＨＣＦＯ－１１２２ａは、シス－ＨＣＦＯ－１１２２ａ又はトランス－ＨＣＦＯ－１１２２ａ単体であるか、又はシス－ＨＣＦＯ－１１２２ａとトランス－ＨＣＦＯ－１１２２ａとの何らの組み合わせ若しくは混合物であるかにかかわらず、すべての１－クロロ－１，２ジフルオロエチレンを指す。 「ＨＦＯ－１２２５」という用語は、本明細書では、すべてのペンタフルオロプロペンを指すために使用される。そのような分子の中には、１，１，１，２，３ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２２５ｙｅｚ）（シス型及びトランス型の両方）が含まれる。したがって、ＨＦＯ－１２２５ｙｅｚという用語は、本明細書では、それがシス形態であるかトランス形態であるかに関係なく、１，１，１，２，３ペンタフルオロプロペンを指すために一般的に使用される。したがって、「ＨＦＯ－１２２５ｙｅｚ」という用語は、シス－ＨＦＯ－１２２５ｙｅｚ、トランス－ＨＦＯ－１２２５ｙｅｚ、及びこれらのすべての組み合わせ及び混合物をその範囲内に含む。 ＨＣＦＯ－１１２２ａの可燃性プロファイルは、ＧＷＰが低いだけでなく、予想外に可燃性が低く、容量と性能のバランスが取れた伝熱組成物を提供する。 １－クロロ－１，２ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２２ａ）と組み合わせて使用できるハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の例には、ジフルオロメタン（ＨＦＣ－３２）；１－フルオロエタン（ＨＦＣ－１６１）；１，１－ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２ａ）；１，２－ジフルオロエタン（ＨＦＣ－１５２）；１，１，１－トリフルオロエタン（ＨＦＣ－１４３ａ）；１，１，２－トリフルオロエタン（ＨＦＣ－１４３）；１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）；１，１，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４）；１，１，１，２，２－ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ－１２５）；１，１，１，３，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｆａ）；１，１，２，２，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｃａ）；１，１，１，２，３－ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２４５ｅｂ）；１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン（ＨＦＣ－２３６ｆａ）；１，１，１，２，３，３，３－ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２２７ｅａ）；１，１，１，３，３－ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ－３６５ｍｆｃ）、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５－デカフルオロプロパン（ＨＦＣ－４３１０）、１，１，１、２，３，３，３－ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ－２２７ｅａ）、及びその混合物が含まれる。好ましいハイドロフルオロカーボンには、ＨＦＣ－１３４ａ、ＨＦＣ－３２、ＨＦＣ－１５２ａ、ＨＦＣ－１２５、及びそれらの混合物が含まれる。 例示的なハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）には、トリフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１２３）、１，１－ジフルオロエチレン（Ｒ－１１３２ａ）、１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２、特にＥ異性体）、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｆ）、１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ）、特にＥ－異性体、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、１，２，３，３，３－ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２５５ｙｅ）、特にＺ異性体、Ｅ－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロブト－２－エン（Ｒ－１３３６ｍｚｚ（Ｅ））、Ｚ－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロブト－２－エン（Ｒ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ））、１，１，１，４，４，５，５，５－オクタフルオロペンタ－２－エン（ＨＦＯ－１４３８ｍｚｚ）及びそれらの混合物が含まれる。好ましいハイドロフルオロオレフィンには、１，１－ジフルオロエチレン（Ｒ－１１３２ａ）、Ｅ－１，２－ジフルオロエチレン（ＨＦＯ－１１３２（Ｅ））、３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｆ）、Ｅ－１，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｚｅ（Ｅ））、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）、Ｅ－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロブト－２－エン（Ｒ－１３３６ｍｚｚ（Ｅ））及びそれらの混合物が含まれる。 例示的なハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）には、１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２３３ｚｄ、特にＥ異性体）、１－クロロ－２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２２４ｙｄ、特にＺ異性体）、２－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（ＨＣＦＯ－１２３３ｘｆ）、及び、ＨＣＦＯ－１２１４の異性体などのジクロロ－テトラフルオロプロペンが含まれる。 例示的なヨードカーボンには、トリフルオロヨードメタン（Ｒ－１３Ｉ１）が含まれる。 例示的な炭化水素（ＨＣ）には、プロピレン、プロパン、ブタン、イソブタン、ｎ－ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、及びそれらの混合物が含まれる。好ましい炭化水素には、プロピレン、プロパン、ブタン、及びイソブタンが含まれる。 例示的なハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）には、クロロジフルオロメタン（ＨＣＦＣ－２２）、１－クロロ－１，１－ジフルオロエタン（ＨＣＦＣ－１４２ｂ）、１，１－ジクロロ－１－フルオロエタン（ＨＣＦＣ－１４１ｂ）、１，１－ジクロロ－２，２，２－トリフルオロエタン（ＨＣＦＣ－１２３）、及び１－クロロ－１，２，２，２－テトラフルオロエタン（ＨＣＦＣ－１２４）が含まれる。 例示的なクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）には、トリクロロフルオロメタン（Ｒ－１１）、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ－１２）、１，１，２－トリフルオロ－１，２，２－トリフルオロエタン（Ｒ－１１３）、１，２－ジクロロ－１，１，２，２－テトラフルオロエタン（Ｒ－１１４）、クロロ－ペンタフルオロエタン（Ｒ－１１５）及びそれらの混合物が含まれる。 例示的なハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）には、１，１，１，２，２，３，３－ヘプタフルオロ－３－メトキシ－プロパン、１，１，１，２，２，３，３，４，４－ノナフルオロ－４－メトキシ－ブタン及びそれらの混合物が含まれる。 例示的なフルオロケトンは、１，１，１，２，２，４，５，５，５－ノナフルオロ－４（トリフルオロメチル）－３－ペンタノンである。 可燃性は、特に冷媒及び伝熱用途を含む、組成物が不燃性又は微燃性であることが非常に重要又は必須である多くの用途において重要な特性である。化合物及び組成物の可燃性を測定するには、引火点の測定やＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ３４－２０１９付録Ｂで規定されているＡＳＴＭＥ６８１など、さまざまな方法がある。好ましくは、不燃性組成物は周囲温度以下で不燃性であり、好ましくは６０℃以下で不燃性であり、さらにより好ましくは１００℃以下で不燃性である。微燃性の冷媒は、ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ３４－２０１９セクション６で指定されているように、２３℃で特定の値を下回る燃焼速度を示す。不燃性の範囲が広いほど、使用、取り扱い、又は輸送中の安全性が高まる。 本発明の好ましい実施形態では、本発明の伝熱組成物は、ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ３４－２０１９で定義されているように、より低い可燃性及び火炎伝播がないことを含む、低減された可燃性プロファイルを示す。好ましくは、本発明の伝熱組成物は、可燃性の低下を示し、液相と気相との間の分別時に可燃性の低下を維持する。例えば、５０％漏れ試験では、容器に初期組成物が充填され、これは、好ましくは可燃性の低下を示す。容器は、－２５℃又は２５℃などの所望の温度に維持することができ、初期気相組成が測定され、好ましくは可燃性の低下を示す。組成物を一定温度で容器から漏出させ、初期組成物の５０重量％が除去されるまで漏出速度を設定する。その時点で最終気相組成が測定され、好ましくは可燃性の低下を示す。 本発明の好ましい実施形態では、伝熱組成物は、容器又は装置からの伝熱組成物の漏れに続いて、組成又は蒸気圧の最小の変化を示す。このような漏れの場合、本発明の伝熱組成物を容器に入れ、一定温度に維持する。伝熱組成物は、組成物全体の５０重量％が容器から漏れるまで、ゆっくりとした速度で容器から漏れることが許される。本発明の好ましい実施形態では、伝熱組成物の蒸気圧は、５０％漏れの後、著しく変化していない。