JP2005344057A - ジメチルエーテルと二酸化炭素の混合物冷媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ジメチルエーテルと二酸化炭素の総モル数を基準として、ジメチルエーテルを90モル%〜40モル%、二酸化炭素を10〜60モル%含有することを特徴とする冷凍機用冷媒組成物。
【選択図】なし
Description
冷房/暖房/給湯システム
冷房システムの原理は、物質(冷媒)が気化する時、周辺媒体から熱エネルギーを奪う潜熱と周辺媒体との連続的な熱交換に基づいている。また、冷媒の蒸発温度は圧力に依存するため、圧力を下げれば蒸発温度も低下するので、より低い温度が得られる。
・EQ1圧縮器:蒸発器で気体となった冷たい冷媒を吸引圧縮して高温高圧気体とする。
・EQ2凝縮器:圧縮器から吐出された高温高圧気体媒体を水や空気(外気)で冷やして凝縮させ、液体とする(暖房/給湯用)。
・EQ3膨張弁:高温高圧の液体冷媒を膨張させ低温低圧の冷媒とする。
・EQ4蒸発器:膨張弁の出口で低温低圧の冷媒を周辺気体と接触させてその熱を奪うことで蒸発・気化させ、気体とする(冷房用)。
実際に冷媒の冷房/暖房/給湯能力を評価するためには、上述の基準サイクルを数値モデル化し、汎用の数値ケミカルプロセスシミュレーターを用いて、公知の方法(例えば、宮良等の「非共沸混合冷媒ヒートポンプサイクルの性能に及ぼす熱交換器の伝熱特性の影響」日本冷凍協会論文集第7巻、第1号、65−73頁、1990年等を参照)により、その能力を解析・評価することができる。汎用の数値ケミカルプロセスシミュレーターは多種多様な成分の熱力学物性のデータベースを内蔵し、さまざまなシステムの機械工学的機能に対応した化学成分相互の平衡熱力学計算を行う。
暖房/給湯の成績係数=冷媒の凝縮器での総排熱量÷圧縮器動力量
また、本発明においては、好ましくは、冷媒の熱力学物性値推定式として、溶解に関しては正則溶解モデル、状態方程式に関してはSPK(Soave−Redlich−Kwong)の式をそれぞれ適用してより高精度の評価をすることができる。
以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
DMEとCO2混合系の溶解の程度を調べるため、及び後述する混合冷媒サイクルシステムにおける成績係数を求めるために、DME/CO2の溶解性試験を行った。試験方法は以下の通りである。
(1)圧力容器(500mL)に300gのDMEを封入し、封入後の重量を電子天秤で測定する。
(2)恒温槽に圧力容器を入れ、一定温度にする。
(3)ブースターポンプで一定圧力まで、二酸化炭素を注入する。
(4)充填した二酸化炭素は充填前後の重量から算出する(d=0.1g)。
尚、充填時には、DME/CO2が十分に混合するように圧力容器を上下に振とうさせ縦置きに静置して試験を行った。
図1に示すジメチルエーテルと二酸化炭素との混合冷媒サイクルシステムにおける成績係数(COP)を求める。数値ケミカルプロセスシミュレーターを用いてシミュレーションを以下の手順で行った。
図1のジメチルエーテルと二酸化炭素との混合冷媒サイクルにおけるストリーム(1)〜(4)の状態量(体積、エンタルピー、エントロピー等)をシミュレーションにより決定し、次式の成績係数COPを求める。
H1:冷媒の凝縮器での総排熱量
H2:(4)から(1)に至る圧縮器の動力量
このとき、以下の条件設定をした。
膨張弁出口圧力:0.1〜0.8MPa
圧縮器圧力:2.0、4.0、8.0、12.0MPa
シミュレーション・スタディーにおいては、採用する物性推算モデルの精度が重要なファクターであり、その検討を以下のとおり行った。
次のA、B2種類のプログラムを使用した。
(1)DME CO2 A
与えられた組成、T(温度)、P(圧力)のもとでのフラッシュ計算。
以上説明したシミュレーターを用いて、ジメチルエーテルと二酸化炭素を含む冷媒組成物、比較としてR22、ジメチルエーテル単独、二酸化炭素単独についてCOPを以下のように得た。
同一システムにおいて、圧縮器圧=1.61MPa、凝縮器出口温度=42℃、膨張弁出口圧力=0.4MPaでのR22のCOPは2.3であった。この場合の膨張弁出口温度は−6.3℃、蒸発器出口温度は−6.3℃であった。
同一システムにおいて、圧縮器圧=2.0MPa、凝縮器出口温度=35℃、膨張弁出口圧力=0.2MPaでのジメチルエーテル単独の最大COPは1.6であった。この場合の膨張弁出口温度は−6℃、蒸発器出口温度は−6℃であった。
同一システムにおいて、圧縮器圧=12MPa、凝縮器出口温度=35℃、膨張弁出口圧力=3MPaでの二酸化炭素単独冷媒の最大COPは1.1であった。この場合の膨張弁出口温度は−1℃、蒸発器出口温度は−1℃であった。
可燃性評価試験
本発明の冷媒組成物について、日本エアゾール協会の火炎長テストに準じた可燃性評価を行った。試験方法は以下の通りである。
試料温度:24℃〜26℃。
試料ブロアーの噴射口を点火バーナーより15cmの位置に置く。
バーナーの火炎の長さを4.5cm〜5.5cmに調整する。
噴射ボタンを押して一番良く噴射する状態で噴射し、3秒後の火炎の突端と末端を鉛直に下ろして火炎の水平距離を火炎長として測定する。
×:火炎長が20cm以上(可燃)
○:火炎長が20cm未満(微燃)
◎:火炎が認められない(不燃)
ブロー初期:内容物を20%まで噴射
ブロー中期:内容物を50%まで噴射
ブロー終期:内容物を80%まで噴射
冷媒組成物の他の物性
本発明の冷媒組成物、ジメチルエーテル単独、二酸化炭素単独及びR22について測定した他の冷媒物性を表5に示す。ここで、飽和液体密度、蒸発潜熱、気体熱伝導率、液体粘性及び気体粘性は冷凍機の作動時での物性値である。
JIS C9612試験条件準拠(空調用冷媒温度)に基づく、R22、プロパン、アンモニア、二酸化炭素、ジメチルエーテル単独、ジメチルエーテル80モル%と二酸化炭素20%の混合物及びジメチルエーテル90モル%と二酸化炭素10モル%混合物の冷媒能力と暖房能力の比較を図3に示す。
Claims (3)
- ジメチルエーテルと二酸化炭素の総モル数を基準として、ジメチルエーテルを90モル%〜40モル%、二酸化炭素を10〜60モル%含有することを特徴とする冷凍機用冷媒組成物。
- ジメチルエーテルを85モル%〜70モル%、二酸化炭素を15〜30モル%含有することを特徴とする請求項1に記載の冷媒組成物。
- ジメチルエーテルと二酸化炭素の総モル数を基準として、ジメチルエーテルを90モル%〜40モル%、二酸化炭素を10〜60モル%含有する冷媒組成物を冷凍機に使用する方法。
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