特表 2023-506070 冷媒

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-14

(54)【発明の名称】冷媒

(51)【国際特許分類】

   C09K 5/04 20060101AFI20230207BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230207BHJP

【ＦＩ】

C09K5/04 E ZAB

F25B1/00 396T

F25B1/00 396D

F25B1/00 396F

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022536694

(86)(22)【出願日】2020-12-16

(85)【翻訳文提出日】2022-08-10

(86)【国際出願番号】 IB2020062008

(87)【国際公開番号】W WO2021124135

(87)【国際公開日】2021-06-24

(31)【優先権主張番号】102019000024174

(32)【優先日】2019-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(31)【優先権主張番号】102020000008800

(32)【優先日】2020-04-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517203615

【氏名又は名称】アンジェラントーニ テスト テクノロジーズ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ イン ショート エイティーティー ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ

(74)【代理人】

【識別番号】100083389

【弁理士】

【氏名又は名称】竹ノ内 勝

(74)【代理人】

【識別番号】100198317

【弁理士】

【氏名又は名称】横堀 芳徳

(72)【発明者】

【氏名】パトリツィオ パラビ

(72)【発明者】

【氏名】フィリッポ カポダリオ

(72)【発明者】

【氏名】ロレンツォ カタンザーニ

(57)【要約】

【課題】二酸化炭素を含み、環境制御された試験室内でマイナス５７℃よりもはるかに低い温度に到達することができる冷媒を製造すること。
【解決手段】少なくとも二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンを含むガス混合物を含む冷凍装置（１０）用冷媒であって、二酸化炭素が前記ガス混合物全体に対して５０質量％を超えていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンを含むガス混合物を含む冷凍装置（１０）用冷媒であって、二酸化炭素が前記ガス混合物全体に対して５０質量％を超えていることを特徴とする冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項2】

二酸化炭素が前記ガス混合物全体の５０質量％～７５質量％を占めていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項3】

二酸化炭素が前記ガス混合物全体に対して６７質量％～７０質量％、好ましくは６９質量％を占めていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項4】

１，１，１，２－テトラフルオロエタンが前記ガス混合物全体に対して１２．５質量％～２２質量％、好ましくは１９質量％を占めていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項5】

ジフルオロメタンが前記ガス混合物全体の９質量％～１９質量％、好ましくは１２質量％を占めていることを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項6】

二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンの前記質量百分率が、前記ガス混合物を不燃性にするものであることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の冷凍装置（１０）用冷媒。

【請求項7】

冷媒が循環する閉回路（Ｃ）を有する冷凍装置（１０）を備えた冷凍機（１）であって、前記閉回路（Ｃ）は、少なくとも１台の圧縮機（２）、前記冷媒用の冷却手段（３）、前記冷媒用の膨張手段（４）、および少なくとも１台の蒸発器（５）を備えており、請求項１～６のいずれかに記載の冷媒が前記閉回路（Ｃ）を循環することを特徴とする冷凍機（１）。

【請求項8】

第２冷媒が循環する第２閉回路（Ｃ１）を有する第２冷凍装置（１５）を備えており、
前記第２閉回路（Ｃ１）は、少なくとも１台の第２圧縮機（２１）、前記第２冷媒用の第２冷却手段（３１）、前記第２冷媒用の第２膨張手段（４１）、および少なくとも１台の第２蒸発器（５１）を備えており、
前記少なくとも１台の第２蒸発器（５１）は、前記閉回路（Ｃ）の前記冷却手段（３）を循環する前記冷媒を冷却するために使用され、前記第２冷媒は、前記冷媒とは異なっていることを特徴とする請求項７に記載の冷凍機（１）。

【請求項9】

前記第２冷媒は、Ｒ４０４Ａ、またはＲ４４９Ａ、またはＲ４５２Ａ、または同様の熱力学的特性を有する他の冷媒を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の冷凍機（１）。

【請求項10】

試験が行われる試験用試料（２２）が組み込まれている断熱空間（２１）を有しており、請求項７から９のいずれかに記載の冷凍機（１）を備えていることを特徴とする環境制御された試験室（２０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は冷媒に関する。特に、このような冷媒は、環境制御された試験室で作動する冷却装置で使用される。このような試験室は、温度、湿度、圧力のさまざまな条件下で試験用の機械本体を組み込むことができる断熱空間を有している。このような断熱された空間内では、マイナス６０℃（－６０℃、２１３．１５Ｋ）未満の非常に低い温度に到達することが度々必要となる。

【背景技術】

【0002】

法規定によれば、冷媒が大気中のオゾン層のホールの拡大にも地球温暖化にも大きく影響してはならないことは、周知のことである。そのため、ハロゲン化合物、特に、フッ素化ガスや塩素化合物を冷媒としてもはや使用することはできない。加えて、冷却装置で使用される冷媒は、遵守しなければならない可能性のある安全規則に照らして、試験室における充填、輸送、および操作をより容易かつ安全にするために、不燃性でなければならない。さらに、可燃性冷媒を使用する場合、その場合に必要な技術的手段のために、冷凍装置内で冷媒が流れる回路の製造はより高価になる。ここで、可燃性とは、冷媒が周囲の酸素と反応して熱を発生することを意味する。特に、ＥＮ３７８規制またはＤｉｎ ３７８規制によると火災クラスＡ２Ｌ、Ａ２、およびＡ３ Ｃに該当する場合、冷媒は、可燃性である。

【0003】

さらに、冷媒のＣＯ_２換算値を相対的に低くすることが必要である。基本的に、その相対的な地球温暖化係数（ｇｌｏｂａｌ ｗａｒｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）（英国では「Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ」または「ＧＷＰ」としても知られている）は、冷媒が放出された場合に環境への間接的なダメージを避けるために、可能な限り小さくすることが必要である。ＧＷＰは、地球温暖化に寄与する温室効果ガスの定義された質量を測定する。このような値は、二酸化炭素を基準として設定されているため、基準値として機能する。したがって、ＧＷＰは、特定のガスまたはガス混合物の特定の時間間隔（この場合は１００年）にわたる平均加熱の影響を表している。ＣＯ_２相当量またはそれぞれのＧＷＰの定義に関しては、本明細書および欧州議会および理事会の（ＥＵ）規則Ｎｏ．５１７／２０１４を参照のこと。

【0004】

上記の考慮事項に照らして、ＧＷＰが小さく、いかなる場合でも不燃性である冷媒が開発された。これに関して、とりわけ、二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａとしても知られている）およびジフルオロメタン（Ｒ３２としても知られている）を含む混合物を使用する冷媒が知られている。

【0005】

特に、インペリアルケミカルインダストリーズ社の特許文献１の第１の実施形態によると、混合物全体に対して二酸化炭素を２～１５重量％、Ｒ１３４ａを３０～９６重量％、Ｒ３２を２～５５重量％含む混合物を開示している。同じ国際公開のさらなる実施形態によれば、混合物は、混合物全体に対して二酸化炭素を１～２０重量％、Ｒ１３４ａを５～６０重量％、およびＲ３２を３０～９０重量％含んでいる。

【0006】

また、Ｃｌｏｄｉｃ Ｄｅｖｉｓらの特許文献２は、二酸化炭素、Ｒ１３４ａおよびＲ３２を含む混合物について開示している。しかし、この国際公開では、冷却用混合物は、混合物全体に対して二酸化炭素を３～７質量％、Ｒ１３４ａを６５～７５質量％、およびＲ３２を１５～２５質量％含んでいる。

【0007】

さらに、ダイキン工業株式会社の特許文献３は、二酸化炭素、Ｒ１３４ａ、およびＲ３２を全体に対して二酸化炭素を１～３質量％、Ｒ１３４ａを７４～６２質量％、およびＲ３２を２５～３５質量％含む混合物からなる冷媒について開示している。最後に、昭和電工株式会社の特許文献４には、二酸化炭素、Ｒ３２、およびＲ１３４ａを含む別の冷媒が開示されている。特許文献４に記載された実施形態の１つにおいて、Ｒ３２、Ｒ１３４ａおよび二酸化炭素は、混合物全体に対して、それぞれ５．７０質量％、８９．４７質量％、および４．８２質量％を有している。

【0008】

上記の混合物は、従来の冷凍装置で使用することができ、ＧＷＰが非常に小さく、不燃性である。しかし、これらの混合物は、試験用の成分が配置されている試験室の断熱空間を、マイナス５０℃（－５０℃、２２３．１５Ｋ）未満の温度にすることはできない。

【0009】

二酸化炭素とペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）とからなる冷媒のさまざまな混合物も存在する。例えば、ＷＥＩＳＳ ＵＭＷＥＬＴＴＥＣＨＮＩＫ ＧＭＢＨの特許文献５は、二酸化炭素とペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）からなる冷媒を開示しており、二酸化炭素は、２０～８０質量％である。ただし、このような溶液は、技術的にマイナス５７℃（－５７℃、２１６．１５Ｋ）未満の温度に到達できないだけでなく、ＧＷＰも大きくなる。加えて、この種の混合物は、非常に低い温度が要求される場合、冷凍装置の回路内で凍結するリスクがあり、その結果、冷凍装置が設置されている環境制御された試験室全体に大きな問題を引き起こす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】国際公開第１９９６／００２６０６号

【特許文献2】国際公開第２０００／０６６６７８号

【特許文献3】特開平０６－８６７８７０号公報

【特許文献4】特開平０６－２２０４３５号公報

【特許文献5】米国特許出願公開第２０１９／００９３９２６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

したがって、本発明の目的は、特に、二酸化炭素を含み、環境制御された試験室内でマイナス５７℃（－５７℃、２１６．１５Ｋ）よりもはるかに低い温度に到達することができる冷媒を製造することである。

【0012】

本発明のさらなる目的は、不燃性であり、ＧＷＰ値が可能な限り小さい冷却用混合物を製造することである。

【0013】

さらに、本発明の目的は、Ｒ２３ガスの代替となる冷媒を特定することである。Ｒ２３ガスは、これまで、マイナス５５℃未満の温度に到達することが望まれ、同時に非常に小さいＧＷＰを実現する、環境制御された試験室に設備される冷却装置で使用されてきた。

【0014】

最後に、本発明の目的は、既存の環境制御された試験室で使用する冷凍装置でも、この冷凍装置を改造することなく、循環することができる冷媒を製造することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

これらの目的は、ガス混合物を含む冷凍装置用冷媒によって達成され、前記ガス混合物は、少なくとも二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンを含んでおり、二酸化炭素が混合物全体に対して５０質量％を超えていることを特徴とする。

【0016】

このような冷却用混合物は、マイナス５７℃をはるかに下回る温度でも環境制御された試験室の断熱領域を機能させることができることが証明されている。さらに、このような冷媒は、ＧＷＰが非常に小さく、不燃性である。基本的に、冷媒ガスの混合物全体に対する二酸化炭素が５０質量％を超えると、それが循環する冷却装置の作動に害を与える可能性があるという技術的偏見を解消しているこの種の冷却用混合物は、環境に有害な冷媒ガスを効果的に置き換えることができ、さらに環境に害のない冷媒ガスであってもマイナス５７℃（－５７℃、２１６．１５Ｋ）未満の非常に低い温度に到達することはできない冷媒ガスでさえも効果的に置き換えることができることが証明されている。

【0017】

二酸化炭素は、混合物全体の５０質量％～７５質量％を占めている。特に、二酸化炭素は、混合物全体に対して６７質量％～７０質量％、好ましくは６９質量％を占めている。

【0018】

さらに、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）は、混合物全体の１２．５質量％～２２質量％、好ましくは１９質量％を占めている。

【0019】

有利なことに、ジフルオロメタンは、混合物全体の９質量％～１９質量％、好ましくは１２質量％を占めている。

【0020】

この最終混合物は、驚くべきことに、自身の凍結温度を下げることができると同時に、自身を不燃性にすることができることが証明されている。

【0021】

特に、二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンの前記質量百分率は、前記混合物を不燃性にするものである。

【0022】

さらに、本発明は、冷媒が循環する閉回路を有する冷凍装置を備えた冷凍機を提供するものであり、前記閉回路は、少なくとも１台の圧縮機、前記冷媒用の冷却手段、前記冷媒用の膨張手段、および少なくとも１台の蒸発器を備えており、請求項１～６のいずれかに記載の冷媒が前記閉回路を循環することを特徴とする。

【0023】

さらに、このような冷凍機は、第２冷媒が循環する第２閉回路を有する第２冷凍装置を備えており、前記第２閉回路は、少なくとも１台の第２圧縮機、前記第２冷媒用の第２冷却手段、前記第２冷媒用の第２膨張手段、および少なくとも１台の第２蒸発器を備えており、前記少なくとも１台の第２蒸発器は、前記閉回路の前記冷却手段を循環する前記冷媒を冷却するために使用され、前記第２冷媒は、前記冷媒とは異なっている。特に、好ましくは、前記第２冷媒は、Ｒ４０４Ａ、またはＲ４４９Ａ、またはＲ４５２Ａ、または同様の熱力学的特性を有する他の冷媒を含んでおり、特に、外気温度に近い温度で凝縮することができる。

【0024】

最後に、試験が行われる試験用試料が組み込まれている断熱空間を有しており、かつ、請求項７から９のいずれかに記載の冷凍機を備えていることを特徴とする環境制御された試験室も設けられている。

【0025】

次に、本発明のいくつかの特定の実施形態を、添付の図１を参照して、非限定的な例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】試験用試料が配置されている断熱空間を内部に備えた環境制御された試験室における冷凍機の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１は、冷媒が循環する閉回路Ｃを有する冷凍装置１０を備えた冷凍機１を簡略化して示している。閉回路Ｃは、主圧縮機２、冷媒用の少なくとも１台の冷却装置３（冷媒が相変化する場合は、凝縮器とも呼ばれる）、冷媒の膨張手段４、および蒸発器５を備えている。膨張手段４は、特定の場合、サーモスタットタイプの膨張弁を備えており、他の実施形態では、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、毛細管ラインまたは他の機構を備えることができる。

【0028】

冷凍機１は、第２冷媒が循環する第２閉回路Ｃ１を有する第２冷凍装置１５をさらに備えている。このような第２閉回路Ｃ１は、第２圧縮機２１、第２冷媒用の第２冷却手段３１、第２冷媒用の第２膨張手段４１、および第２蒸発器５１を備えている。本明細書に記載の実施形態によれば、第２蒸発器５１は、冷凍装置１０の閉回路Ｃの冷却手段３を循環する冷媒を冷却および／または凝縮するために使用される。基本的に、冷凍機１は、カスケードされた２台の冷凍装置１０および１５を備えている。

【0029】

このような冷凍機１は、公知の環境制御された試験室（または試用室）２０で使用されており、本明細書で詳細には説明していなく、図１にも詳細に示していない。このような試験室２０は、異なる環境条件下で試験が行われる試験用試料２２が配置されている断熱空間２１を備えている。

【0030】

有利なことに、第２冷媒は、冷凍装置１０の閉回路Ｃを循環する冷媒とは異なり、好ましくは、Ｒ４０４Ａを含んでいる。Ｒ４０４Ａの代替として、このような第２冷媒は、Ｒ４４９Ａ、またはＲ４５２Ａ、または同様の熱力学的特性を有する他の冷媒も含むことができる。

【0031】

一方、閉回路Ｃの冷凍装置１０で作動する本発明による冷媒は、ガス混合物を含んでいる。このようなガス混合物は、少なくとも二酸化炭素、１，１，１，２－テトラフルオロエタンおよびジフルオロメタンを含んでおり、二酸化炭素は、ガス混合物全体の５０質量％を超えている。

【0032】

特に、本明細書に記載の実施形態によれば、二酸化炭素は、混合物全体に対して６９質量％を占めている。いずれにしても、混合物全体の５０質量％～７５質量％、好ましくは混合物全体の６７質量％～７０質量％を占めている冷媒は、依然として本発明の権利範囲内に含まれる。

【0033】

本発明によれば、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（またはＲ１３４ａ）は、１９質量％である。しかし、別の実施形態では、１，１，１，２－テトラフルオロエタンの質量百分率は、本発明の権利範囲から逸脱することなく、混合物全体の１２．５質量％～２２質量％とすることができる。

【0034】

さらに、ジフルオロメタン（またはＲ３２）は、混合物全体に対して１２質量％である。しかし、ジフルオロメタンの混合物全体に対する９質量％～１９質量％は、本発明の権利範囲に含まれるであろう。

【0035】

したがって、基本的に、本明細書に記載の好ましい実施形態によれば、本発明の目的である冷却用混合物は、混合物全体に対して６９質量％の二酸化炭素、混合物全体に対して１９質量％の１，１，１，２－テトラフルオロエタン（またはＲ１３４ａ）、混合物全体に対して１２質量％のジフルオロメタン（またはＲ３２）を含んでいる。

【0036】

このような組成物は、不燃性であることが証明されている。

【0037】

発明者は、そのような冷媒組成物が、環境制御された試験室２０の断熱空間２１内で、－５７℃（２１６．１５Ｋ）よりもはるかに低い温度まで、さらには約－７８℃（１９５．１５Ｋ）まで到達することができることも実証した。さらに、このようにして得られた冷媒は、ＧＷＰ値が非常に小さく、すなわち、１００年にわたって３８０未満である。最後に、このような冷媒は、温室効果を拡大することはない。

【符号の説明】

【0038】

１ 冷凍機
２ 主圧縮機
３ 冷却装置、冷却手段
４ 膨張手段
５ 蒸発器
１０ 冷凍装置
１５ 第２冷凍装置
２０ 試験室
２１ 断熱空間
２２ 試験用試料
３１ 第２冷却手段
４１ 第２膨張手段
５１ 第２蒸発器
Ｃ 閉回路
Ｃ１ 第２閉回路

【図1】

【国際調査報告】