JP2002105441A - 冷媒として用いることができる組成物 - Google Patents

冷媒として用いることができる組成物

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ロラン・カロン
Gerard Guilpain
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒として用いることができる組成物を提供
する。 【解決手段】 Ｒ−１２５ ５５％〜９４％、Ｒ−１３
４ａ ２．５％〜３５％及びＤＭＥ ３．５％〜２５％
から実質的に成る組成物、及びＲ−２２のために設計さ
れ、潤滑剤として鉱油又はアルキルベンゼン油を含む伝
熱システムにおける冷媒として前記組成物を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペンタフルオロエ
タン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン及びジメ
チルエーテルを含む組成物、冷房及び／又は空調におけ
る該組成物の使用、及び該組成物を含む伝熱システムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】伝熱システムとしては、例えば冷却機、
熱ポンプ及び空調システムが挙げられる。
【０００３】上記装置では、適当な沸点を有する冷媒を
低圧で蒸発させ、第一周囲媒体（又は第一周囲ゾーン）
から熱を奪う。次にそのようにして形成された蒸気をコ
ンプレッサーを用いて圧縮し、更に次に凝縮器へと移動
させて、該蒸気を液体状態へと転化させ、第二周囲ゾー
ンへと熱を放出させる。前記のようにして凝縮された液
体は、減圧装置中に流れ、減圧装置の出口において、液
体と蒸気との二相混合物となり、最後にその混合物は蒸
発器へと導入され、そこで液体は再び低圧で蒸発して、
サイクルが完了する。
【０００４】蒸気を圧縮し、流体を循環させるのに要す
る機械的エネルギーは、電気モーター又は内燃機関によ
って提供される。任意の機械装置では、可動部分が適当
に潤滑される必要がある。用いられる潤滑剤は、伝熱シ
ステムの一体部分を形成し、且つ伝熱システムの性能
と、適当な潤滑を長期に維持する寿命とを支配する。特
に、コンプレッサーを通過するたびに、冷媒は、可動部
分上に存在する潤滑剤と接触し、ある量の潤滑剤を取り
去る傾向があり、サイクルにおいて冷媒と共に潤滑剤が
移動するので、蒸発器中に潤滑剤が認められる。蒸発器
が一般的に低温になると、潤滑剤の粘度は特に高くな
る。そのことは、潤滑剤が蒸発器中に蓄積し、その結
果、コンプレッサーへと潤滑剤を戻すことができなくな
ることを意味している。この戻りのことを、本明細書で
は、「オイルのもどり」と呼ぶ。
【０００５】故に、このオイルのもどりが不充分な場
合、コンプレッサーの可動部分上に存在する潤滑剤の量
を、ある期間にわたって一定に保つことができないの
で、コンプレッサーの適当な運転及びその寿命に影響が
及ぶ。
【０００６】完全に共存できる、特にオイルのもどりに
関して完全に共存できる冷媒／オイルペアの組合わせを
用いる必要がある。
【０００７】Ｒ−２２又はモノクロロジフルオロメタン
は、固定空調システム、商業的及び工業的な冷却、及び
熱ポンプを含む伝熱用途で広範に用いられるＨＣＦＣ
（ヒドロクロロフルオロカーボン）タイプの冷媒であ
る。現在、Ｒ−２２のために設計された伝熱システムは
多数存在しており；Ｒ−２２に適し且つ特にオイルのも
どりに適していることから、用いられる潤滑剤は、鉱油
又はアルキルベンゼン油である。
【０００８】Ｒ−２２は、オゾンによる劣化の可能性
（以下、ＯＤＰ）が非常に低いが、その使用は制限され
ており、ＨＦＣｓ（ヒドロフルオロカーボン）をベース
とする新しい生成物が開発されてきている。ＨＦＣｓは
ＯＤＰが零であるので、成層圏オゾン層に関して特に有
益である。
【０００９】これらの生成物の中で、Ｒ−４０７Ｃは、
空調用途においてＲ−２２の代替として用いるために開
発された。この生成物は、重量を基準として２３／２５
／５２％の割合でＲ−３２、Ｒ−１２５、Ｒ−１３４ａ
を組合わせた混合物である。Ｒ−３２は、ジフルオロメ
タンの従来の商品名であり、Ｒ−１２５はペンタフルオ
ロエタンであり、及びＲ−１３４ａは１，１，１，２−
テトラフルオロエタンである。Ｒ−４０７Ｃは、Ｒ−２
２と非常に似ている熱力学的特性を有する。結果とし
て、Ｒ−４０７Ｃは、Ｒ−２２で運転するように設計さ
れた古いシステムで用いることができるので、これらの
古いシステムを転換する方法において、成層圏オゾン層
に関して安全であるＨＦＣ流体をＨＣＦＣ流体の代わり
に用いることができる。熱力学的特性とは、当業者には
既知であり、特に冷却能力、動作係数（ＣＯＰ）、凝縮
圧、蒸気圧及び蒸留範囲（あるいはグライド）である。
【００１０】冷却能力とは、任意のコンプレッサーに関
して、冷媒によって利用可能な冷却力を意味している。
Ｒ−２２を置換するために、冷却能力がＲ−２２よりも
高い及びほぼ等しい流体を有することが不可欠である。
【００１１】ＣＯＰは、伝達された冷却エネルギーの、
蒸気状態にある冷媒を圧縮するためのコンプレッサーに
施用されたエネルギーに対する割合で表される。Ｒ−２
２を置換するには、装置の電力消費が増加することを許
容できるならば、Ｒ−２２よりも小さい流体のＣＯＰ値
が適当である。
【００１２】最後に、凝縮圧及び蒸気圧は、冷却回路の
機械部品に関して、流体によって及ぼされる応力を示し
ている。Ｒ−２２のために設計された冷却システムにお
いてＲ−２２の代わりに用いることができる流体は、Ｒ
−２２に比べて有意に高い凝縮圧及び蒸気圧を有してい
てはいけない。
【００１３】例外を除いて（共沸混合物）、流体の混合
物は、純粋な物質とは異なり、任意の圧力に関して一定
の温度で沸騰しない。沸騰の開始と終わりの温度差は、
グライドとしても知られており、熱交換器の運転を支配
する。Ｒ−２２を置換するには、Ｒ−４０７Ｃにほぼ等
しい低いグライド値が望ましい。
【００１４】しかしながら、これらの新しいＨＦＣベー
スの生成物、特にＲ−４０７Ｃは、機械部品を潤滑する
という点において、特に不充分なオイルのもどりの故
に、Ｒ−２２で動作するシステムで用いられる鉱油又は
アルキルベンゼン油と共存できない。ＨＦＣベースの生
成物を用いる場合には、新しいオイル、すなわちポリオ
ールエステル（ＰＯＥ）タイプ又はポリアルキレングリ
コール（ＰＡＧ）タイプのオイルを用いる必要がある。
【００１５】同様の熱力学的特性及びオゾン劣化可能性
が零である流体によって、Ｒ−２２流体で動作するよう
に設計された多くの現存の伝熱システム中に存在するＲ
−２２を置換する場合には、冷媒の置換以外に、潤滑油
を変えること、及び恐らく、例えば接続配管及びシール
のような冷却回路のある種の部材を変えることも必要と
なる。前記の転換手順は、例えばシールドコンプレッサ
ーのようなある種の広く普及している圧縮ハードウェア
に関しては実際的には不可能である。いずれにしても、
転換手順は、特に、システムを幾度も新しいオイルでフ
ラッシュして、古いオイルのすべてを除去する必要があ
るので、長くて骨が折れるコストの掛かる作業である。
【００１６】欧州特許出願ＥＰ ０６３８６２３には、
Ｒ−１２５ ５％〜２０％、Ｒ−１３４ａ ７５％〜９
０％及びジメチルエーテル（以下ＤＭＥ）１％〜５％か
ら成る殆ど共沸の組成物が記載されている。この組成物
は、Ｒ−２２（ＣＨＣｌＦ２）４８．８％とＲ−１５５
（ＣＣｌＦ２ＣＦ３）５１．２％との混合物であるＲ−
５０２の代替物として使用可能であることが言われてい
る。しかしながら、該組成物は、特に空調においてＲ−
２２の代わりに用いるのには適していない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの様々な欠点を克服することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の主題は、まず第
一に、Ｒ−１２５ ５５％〜９４％、Ｒ−１３４ａ２．
５％〜３５％及びＤＭＥ ３．５％〜２５％から実質的
に成る組成物である。好ましくは、Ｒ−１２５ ６０％
〜８５％、Ｒ−１３４ａ １０％〜３２％及びＤＭＥ
５％〜８％から実質的に成る組成物である。本明細書の
％は、特に断りが無い場合は、重量を基準としている。
【００１９】この組成物は、様々な用途で、特に空調に
おいて、Ｒ−２２の代わりに用いることができる。更
に、有利なことに、該組成物は、Ｒ−２２流体で運転す
るように設計された伝熱装置において、不都合なことも
無くＲ−２２の代わりに用いることができる熱力学的特
性、詳しくは、用いられるオイルが規定された鉱油又は
アルキルベンゼン油であるＲ−４０７Ｃに比べてより良
好なオイルのもどりが得られる熱力学的特性を有する。
Ｒ−２２で運転している既存のハードウェアを転換する
手順において、Ｒ−２２をＲ−４０７Ｃで置換するとき
に生じる状態とは異なり、オイルを変える必要は無い。
【００２０】以下の特定の組成物、すなわち Ｒ−１２５：６３．５％ Ｒ−１３４ａ：３１．５％ ＤＭＥ：５％ Ｒ−１２５：７３．５％ Ｒ−１３４ａ：２１％ ＤＭＥ：５．５％ Ｒ−１２５：８２％ Ｒ−１３４ａ：１２％ ＤＭＥ：６％ が特に有利である。これらの３つの内で最後の組成物が
より好ましい。
【００２１】本発明にしたがう組成物は、Ｒ−２２のた
めに設計され、且つ潤滑剤として鉱油又はアルキルベン
ゼン油を含む伝熱システムにおいて冷媒として用いるこ
とができる。本発明の別の主題は、該組成物の使用であ
る。Ｒ−２２のために設計された伝熱システムは冷却回
路を含み、該冷却回路の機械部品、特に蒸発器及び凝縮
器は、冷却サイクル中にＲ−２２によって及ぼされる圧
力から生じる応力と共存できる。
【００２２】本発明の主題である組成物は、当業者には
既知の方法によって、例えば組成物の各成分を液体状態
で所望の割合で混合することによって、調製することが
できる。
【００２３】本発明の主題である組成物の別の利点は、
Ｒ−２２で運転している冷却回路においてシール又は接
続管を作るために通常用いられるポリマーと化学的に共
存できる点である。これらのポリマーは、例えばＥＰＤ
Ｍ（エチレンプロピレンジエンターポリマー）、Ｈｙｐ
ａｌｏｎ（登録商標）（クロロスルホン化ポリエチレ
ン）、ｎｅｏｐｒｅｎｅ（登録商標）（ポリクロロプレ
ン）、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）（ヘキサフルオロプロピ
レン／ビニリデンフルオリドコポリマー）、ナイロン−
６，６（ＰＡ−６，６）、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）である。
【００２４】本発明の最後の主題は、Ｒ−２２のために
設計され、且つ冷媒として上で規定した組成物を含む伝
熱システムである。
【００２５】上記システムで用いられる潤滑剤は、有利
には、鉱油又はアルキルベンゼン油である。
【００２６】伝熱システムは、冷却システム、空調シス
テム又は熱ポンプである。より特に好ましくは空調シス
テムである。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下の実施例は純粋に本発明を説
明するためのものであり、本発明の範囲を限定するもの
と解釈すべきではない。
【００２８】実施例１〜８ 本発明にしたがう様々な組成物を調製し、以下の試験を
行った。
【００２９】ａ）オイルのもどり 鉱油５ｇ装填量を、０℃の低温槽（２）中に配置された
冷却コイル（１）の中に入れた。
【００３０】そのコイルを、その上流末端において、遮
断弁（３）及び圧力センサー（４）が備わっているパイ
プを介して、処理しようとする本発明にしたがう組成物
を含んでいて、ディップチュープを備え、そして３０℃
の浴中に配置されているシリンダー（５）に接続する。
【００３１】コイルは、調整弁（６）及び遮断弁（７）
が備わっているパイプによって下流方向へと続いてお
り、そのパイプは、６０℃の加熱浴中に配置された捕集
シリンダー（８）の底部に達している。捕集シリンダー
の上部から延びているパイプにはガスメーター（９）が
取り付けられている。
【００３２】図１に記載されている回路は、蒸発器近傍
の冷却回路を示しており、オイルのもどり試験では、冷
媒によって運び去られた、コイル中に存在していたオイ
ル装填量のフラクションを測定した。
【００３３】試験しようとする本発明にしたがう組成物
の流れは、まず最初に遮断弁（７）を開け、次に遮断弁
（３）を開けることによって、０℃及び１気圧において
約１ｍ３／時の流量で、上記回路中を、特にオイルの装
填量を含むコイル中を３０分間循環させた。
【００３４】試験の最後に、シリンダー（８）で捕集さ
れたオイルの量を計量した。
【００３５】捕集率又は「オイルのもどり」（％で表現
される）は、このようにして捕集されたオイルの重量
を、最初にコイルに入れたオイルの装填量の重量で割っ
て算出する。
【００３６】ｂ）熱力学的特性 本発明にしたがう組成物の性能は、冷却ループで評価し
た。その冷却ループの運転条件は、蒸発温度０℃、コン
プレッサー吸入温度１５℃、凝縮温度４０℃、及び凝縮
器の出口における液体の過冷却５Ｋであった。
【００３７】調製した組成物のＲ−１２５、Ｒ−１３４
ａ及びＤＭＥの含量は、上記２つの試験で得られた結果
と共に、以下の表１に掲げてある。参照のために、Ｒ−
２２及びＲ−４０７Ｃに関する結果も示してある。
【００３８】
【発明の効果】本発明の組成物は、Ｒ−２２と同様な冷
却能力を有し、Ｒ−４０７Ｃと同じ大きさのＣＯＰを維
持していることが認められる。本発明の組成物は、空調
用途及び冷却用途において、Ｒ−２２の代替物として使
用するのに適している。
【００３９】更に、それらは、Ｒ−２２のために用いら
れる鉱油に関して改良されたオイルのもどり及び共存性
を提供し、且つＲ−２２によりも低い蒸気圧及び凝縮圧
を有しているので、装置を簡便に転換するために本発明
の組成物が用いられる可能性が認められる。
【００４０】
【表１】
【００４１】実施例９ Ｒ−２２と通常一緒に用いられるポリマーとの化学的共
存性 これらのポリマーから作られた固定寸法の試験片の長さ
及びそれらの引張強さ（ＡＦＮＯＲ（ｌ′Ａｓｓｏｃｉ
ａｔｉｏｎ Ｆｒａｎｃａｉｓｅ ｄｅ Ｎｏｒｍａｌ
ｉｓａｔｉｏｎ）標準ＮＦＴ ４６００２ ）によるタ
イプＨ２の試験片）を、６０℃に保ったステンレス鋼オ
ートクレーブセル中において、実施例３の組成物と１週
間接触させる前及び接触させた後に、測定した。前記セ
ルは、試験片が液体中に完全に浸漬するように、冷媒で
満たした。
【００４２】その結果を以下の表２に示す。
【００４３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発器近傍の冷却回路と、冷媒によって運び去
られた、コイル中に存在していたオイル装填量のフラク
ションを測定するオイルのもどり試験とを示している図
である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｒ−１２５ ５５％〜９４％、Ｒ−１３
    ４ａ ２．５％〜３５％及びＤＭＥ ３．５％〜２５％
    から実質的に成る組成物。
  2. 【請求項２】 Ｒ−１２５ ６０％〜８５％、Ｒ−１３
    ４ａ １０％〜３２％及びＤＭＥ ５％〜８％から実質
    的に成ることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
  3. 【請求項３】 以下のリスト、すなわち Ｒ−１２５：６３．５％ Ｒ−１３４ａ：３１．５％ ＤＭＥ：５％ Ｒ−１２５：７３．５％ Ｒ−１３４ａ：２１％ ＤＭＥ：５．５％ Ｒ−１２５：８２％ Ｒ−１３４ａ：１２％ ＤＭＥ：６％ から選択されることを特徴とする請求項１及び２のいず
    れかに記載の組成物。
  4. 【請求項４】 Ｒ−１２５ ８２％、Ｒ−１３４ａ １
    ２％及びＤＭＥ ６％ から成ることを特徴とする請求
    項１〜３の一つに記載の組成物。
  5. 【請求項５】 Ｒ−２２のために設計され、且つ潤滑剤
    として鉱油又はアルキルベンゼン油を含む、伝熱システ
    ムにおける冷媒としての請求項１〜４のいずれかに記載
    されている組成物の使用。
  6. 【請求項６】 Ｒ−２２のために設計され、且つ冷媒と
    して請求項１〜４のいずれかに記載されている組成物を
    含む伝熱システム。
  7. 【請求項７】 該潤滑剤が、鉱油又はアルキルベンゼン
    油であることを特徴とする請求項６に記載の伝熱システ
    ム。
  8. 【請求項８】 請求項６及び７のいずれかに記載の空調
    システム。
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