JP2009197128A

JP2009197128A - 冷媒組成物及びその使用方法

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Publication number: JP2009197128A
Application number: JP2008039887A
Authority: JP
Inventors: Yuta Mizutani; 祐太水谷; Naoyuki Yada; 直之矢田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】より低消費電力化できる冷媒組成物と、その使用方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、ジメチルエーテルと脂肪族炭化水素とを含有する冷媒組成物とし、好ましくは、脂肪族炭化水素の重量／ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲であるものとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、冷媒組成物及びその使用方法に関し、特に、車載用、家庭用あるいは業務用エアコンなどの冷房装置、冷凍庫あるいは冷蔵庫などの冷凍冷蔵機関などに使用される冷媒組成物と、その使用方法に関する。

従来、エアコンなどの冷房装置、冷凍庫あるいは冷蔵庫などの冷凍冷蔵機関などに用いられる冷媒として、Ｒ−１２（ジクロロジフルオロメタン、ＣＣｌ₂ Ｆ₂ ）を始めとするＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）あるいはＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）などの特定フロンが広く用いられてきた。

しかしながら、大気中に放散された特定フロンは紫外線などにより分解されて塩素ラジカルを発生させてオゾン層破壊の原因となることが明らかにされ、１９９６年、日本及び欧米においてＣＦＣの生産が全廃された。
さらに、ＨＣＦＣについても２００４年以降規制され、ヨーロッパでは２０１０年までに、その他の多くの国で２０２０年までに全廃される予定である。

上記特定フロンに替わる代替フロンとして、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）あるいはＰＦＣ（パーフルオロカーボン）が用いられるようになってきている。これらは、分子中に塩素を含まないのでオゾン層を破壊する虞れがないと考えられている。

しかし、代替フロンは、地球温暖化係数が非常に高いなどの理由で、やはり大気に放散させないように取り扱いに注意が必要となっている。

上記の状況に対応して、近年、特定フロン及び代替フロンに置き換えることができる冷媒組成物の研究開発が進められている。
例えば、冷媒組成物の種類により冷房装置や冷凍冷蔵機関を動作させたときの消費電力に差があり、より低消費電力化できる冷媒組成物が求められている。

例えば、特許文献１などに、特定あるいは代替フロンに二酸化炭素を混合して冷媒組成物として用いる方法が開示されている。
また、特許文献２などに、炭化水素ガスを冷媒組成物として用いる方法が開示されている。
また、特許文献３などに、二酸化炭素とジメチルエーテルの混合ガスを冷媒組成物として用いる方法が開示されている。
上記のジメチルエーテルのＯＤＰ（オゾン破壊係数）は０である。また、ジメチルエーテルのＧＷＰ（地球温暖化係数）は０．２であり、これは二酸化炭素のＧＷＰの１／５、現在家庭用冷蔵庫の冷媒組成物の広く用いられているｉ−ブタンの１／１５である。
特表平１０−５０２６９７号公報特開２００６−１４３８９８号公報特開２００６−２４１２２１号公報

本発明の課題は、より低消費電力化できる冷媒組成物と、その使用方法を提供することである。

本発明の冷媒組成物は、少なくとも、ジメチルエーテルと脂肪族炭化水素とを含有する。
本発明の冷媒組成物は、好適には、前記脂肪族炭化水素の重量／前記ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲である。

本発明の冷媒組成物は、好適には、前記脂肪族炭化水素がｎ−ブタンである。

本発明の冷媒組成物の使用方法は、少なくとも、ジメチルエーテルと脂肪族炭化水素とを含有し、冷房装置あるいは冷凍冷蔵機関の内部において熱交換作用させる冷媒として用いる。
本発明の冷媒組成物の製造方法は、好適には、前記脂肪族炭化水素の重量／前記ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲である。

本発明の冷媒組成物の製造方法は、好適には、前記脂肪族炭化水素がｎ−ブタンである。
あるいは、好適には、前記ジメチルエーテルが前記冷媒組成物を構成する前記脂肪族炭化水素を含む油分と残部である水分との親和性を高める添加剤である。

本発明の冷媒組成物によれば、冷房装置や冷凍冷蔵機関を動作させたときに、従来よりも低消費電力化できる。
また、本発明の冷媒組成物の使用方法によれば、冷房装置や冷凍冷蔵機関を動作させたときに、従来よりも低消費電力化して、動作させることができる。

以下に、本発明に係る冷媒組成物及びその使用方法の実施の形態について説明する。

本実施形態に係る冷媒組成物は、少なくとも、ジメチルエーテルと脂肪族炭化水素とを含有する。

また、本実施形態の冷媒組成物は、脂肪族炭化水素の重量／ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲であることが好ましい。
ジメチルエーテル単体よりも炭化水素との混合物とした方が消費電力の削減効果が大きく、また、脂肪族炭化水素の重量／ジメチルエーテルの重量の比ａが９を超えると、上記の電力削減効果が薄れてくる。

本実施形態の冷媒組成物は、脂肪族炭化水素としては、例えば、ｎ−ブタンを用いることが好ましい。
その他、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、シクロプロパン、ｉ−ブタン、シクロブタン、ｎ−ペンタン、イソ−ペンタン（２−メチルブタン）、ネオ−ペンタン（２，２−ジメチルプロパン）、シクロペンタンなどを用いることができる。脂肪族炭化水素は、複数種類の炭化水素化合物の混合物であってもよい。

また、例えば、本実施形態の冷媒組成物は、上記の他の冷媒成分として、アルゴンあるいは窒素などを適宜添加することが可能であり、また、テトラフルオロメタン（Ｒ−１４）などを添加することも可能で、この場合には従来の代替フロンの一部を本実施形態のジメチルエーテルと炭化水素を含有する冷媒組成物で置き換えることとなり、本実施形態の効果を享受できる。

本実施形態の冷媒組成物には、一般に冷媒組成物に使用される添加剤であれば添加することができ、例えば、流動点安定化剤、粘度安定剤、銅金属奪活剤、極圧剤、耐荷重剤、摩耗防止剤、防錆剤、金属腐食防止剤、滑材、腐食抑制剤、気相防錆剤などである。

粘度安定剤としては、例えば、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル等のフタル酸エステルの他、トリクレジルホスフェイト、ジ（Ｎ−ブチル）クレジルホスフェイト、ポリメタクリレート、ポリイソブチレン等のオレフィンポリマーまたはコポリマー、ポリアルキルスチレン等のスチレンコポリマー、アジピン酸ジイソデシルを挙げることができる。

また、銅腐食防止剤としては、例えば、ベンゾトリアゾールの他、２−メチルベンゾイミダゾール、２，６−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２，６−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、２（Ｎ−ドデシル−ジチオ）ベンズイミダゾール、Ｎ，Ｎ'−ジサリチリデン−１，２−アミノプロパン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、３，５−ジメチルピラゾール、メチレンビスベンゾトリアゾール、ジチオリン酸亜鉛を挙げることができる。

また、極圧剤、耐荷重剤、摩耗防止剤、防錆剤としては、リン酸トリス（イソプロピルフェニル）、フェニルホスホン酸、フェニルホスホン酸ジメチルエステル、トリエチルホスファイト、ジエチルホスファイト、トリメチルホスファイト、トリブチルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート等のリン酸エステルの他、ジチオリン酸亜鉛、硫化テルペン、硫化オレフィン、硫化脂肪、ポリマアミン、ペニタエリスリットモノオレイン酸エステル、ソルビタンモノオレイン酸エステル、コハク酸及びその誘導体、オレイン酸牛脂アミド、カルシウムスルホネートを挙げることができる。

また、金属腐食防止剤、滑材、腐食抑制剤、気相防錆剤としては、例えば、ジシクロヘキシルアミンの他、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ロジンアミン、β−アフチルアミン、ヘキサデシルアミン、ジカプリン酸、プロピレングリコール、ジシクロヘキシルアンモニウムナイトライト、トルイジン、ナットキノリン、チオ尿素、オレイン酸ソーダ、安息香酸ソーダ、Ｎ−オレインザルコシン、ソルビタンモノオレエト、ペンタエリトリットモノオレエトを挙げることができる。

また、合成油や鉱物油などの潤滑剤を添加してもよい。

上記の本実施形態の冷媒組成物は、従来用いられている冷媒組成物と比較して、冷房装置や冷凍冷蔵機関を動作させたときに、より低消費電力化できる。

また、本実施形態の冷媒組成物において、ジメチルエーテルは、水との親和性が高く容易に溶解可能であり、冷媒組成物を構成する水分がジメチルエーテルに溶解し、キャピラリーや膨張弁などの冷媒組成物が封入される空間における水分の凍結を抑制させる。さらに、ジメチルエーテルは油分との親和性も高いので、冷媒組成物が封入された空間の経路における油戻りを良好にし、油のつまりを低減することができる。

本実施形態の冷媒組成物の使用方法は、上述の本実施形態に係る冷媒組成物を、冷房装置あるいは冷凍冷蔵機関の内部において熱交換作用させる冷媒として用いる。

また、本実施形態の冷媒組成物の使用方法において、ジメチルエーテルが、冷媒組成物を構成する脂肪族炭化水素を含む油分と残部である水分との親和性を高める添加剤として用いられるようにしてもよい。
添加剤としてのジメチルエーテルは、水分の凍結や油のつまりを低減することができる。
添加剤としてのジメチルエーテルの添加量は、全体に対して０．１〜１０％程度として用いることが好ましい。１０％を超えると、ジメチルエーテル以外の冷媒組成物の特性に影響を与える場合があり、添加剤として用いる場合には影響を与えない範囲であることが好ましいので１０％以下が好ましく、さらに好ましくは、０．１〜４％程度である。

＜実施例１＞
市販の冷蔵庫（シャープ社製、１３５リットル）２台（同一タイプのもの）を準備し、冷媒組成物として、（Ａ１）ｉ−ブタン（３０ｇ）のみを用いた場合と、（Ｂ１）ｎ−ブタン１４．７ｇとジメチルエーテル１８ｇの混合物を用いた場合で、２４時間稼動したときの消費電力と到達温度を調べた。
比較例（Ａ１）の場合は、それぞれ、１．００５ｋＷｈ、−２０．２℃であり、本実施形態の（Ｂ１）の場合は、それぞれ、０．９６２ｋＷｈ、−２２．２℃であった。
従って、到達温度を考慮しないで単純に消費電力で比較すると、４．４％電力を削減できた。

＜実施例２＞
上記の冷蔵庫２台において、冷媒組成物として、（Ａ２）ｉ−ブタン（３０ｇ）のみを用いた場合と、（Ｂ２）ｎ−ブタン２２．０ｇとジメチルエーテル３．５ｇの混合物を用いた場合で、２４時間稼動したときの消費電力と到達温度を調べた。
比較例（Ａ２）の場合は、それぞれ、０．９４４ｋＷｈ、−２１．１℃であり、本実施形態の（Ｂ２）の場合は、それぞれ、０．９１９ｋＷｈ、−１９．７℃であった。
従って、到達温度を考慮しないで単純に消費電力で比較すると、２．７％電力を削減できた。

＜実施例３＞
上記の冷蔵庫２台において、冷媒組成物として、（Ａ３）ｉ−ブタン（３０ｇ）のみを用いた場合と、（Ｂ３）ｎ−ブタン２０．０ｇとジメチルエーテル３．７ｇの混合物を用いた場合で、２４時間稼動したときの消費電力と到達温度を調べた。
比較例（Ａ３）の場合は、それぞれ、１０．９２ｋＷｈ、−２１．０℃であり、本実施形態の（Ｂ３）の場合は、それぞれ、１０．３４ｋＷｈ、−１９．６℃であった。
従って、到達温度を考慮しないで単純に消費電力で比較すると、５．６％電力を削減できた。

図１は、上記の実施例１の（Ａ１）及び（Ｂ１）の消費電力と、実施例２の（Ａ２）及び（Ｂ２）の消費電力並びに実施例３の（Ａ３）及び（Ｂ３）の消費電力を比較したグラフである。
本発明の実施例（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）は、比較例（Ａ１，Ａ２，Ａ３）より消費電力を削減できた。

本実施形態の冷媒組成物は、冷房装置や冷凍冷蔵機関を動作させたときに、従来よりも低消費電力化できる。

また、本実施形態の冷媒組成物及びその使用方法によれば、以下の利点を享受できる。
（１）ＨＦＣ系冷媒組成物に比べて、少ない充填量で冷房設備や冷凍冷蔵機関を動作させることができる。
（２）冷媒組成物として適用する冷房装置や冷凍冷蔵機関などの機器の改良が不要であり、従って、導入に際しての従来の新冷媒組成物のような設計変更や機器の開発が不要であり、早期導入が可能であり、研究開発コストを削減できる。
（３）容易に製造可能であるので、製造コスト及び製造エネルギーを削減でき、安価に大量に供給できる。
（４）混合する炭化水素ガスの種類を変化させることにより、車載用、家庭用あるいは業務用エアコンなどの冷房装置から、冷凍庫あるいは冷蔵庫などの冷凍冷蔵機関まで、様々な温度域の機器に冷媒組成物として適用可能である。
（５）従来の主たる冷媒組成物であるＨＦＣ系フロンと比べて、消費電力を２割程度削減可能である。
（６）冷媒組成物として適用する冷房装置や冷凍冷蔵機関などの機器を廃棄処分する場合でも、冷媒組成物の取り扱いが容易であり、廃棄に必要なコストやエネルギーを削減できる。
（７）冷媒組成物にジメチルエーテルを配合することで、経路内の水分と混ざり合い、経路内の水分の凍結を防止する。また、油とも親和性が高く、経路内の油戻りの不良を低減させる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、脂肪族炭化水素の種類は測定限定はなく、種々のものを用いることができ、さらに炭化水素の混合物を用いてもよい。その他の添加剤は、必要に応じて種々のものを添加してよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明の冷媒組成物は、車載用、家庭用あるいは業務用のエアコンなどの冷房装置、冷凍庫あるいは冷蔵庫などの冷凍冷蔵機関などに用いられる冷媒組成物に適用可能である。
本発明の冷媒組成物の使用方法は、車載用、家庭用あるいは業務用のエアコンなどの冷房装置、冷凍庫あるいは冷蔵庫などの冷凍冷蔵機関などにおいて、冷媒組成物を用いる方法に適用できる。

図１は実施例１の（Ａ１）及び（Ｂ１）の消費電力、実施例２の（Ａ２）及び（Ｂ２）の消費電力及び実施例３の（Ａ３）及び（Ｂ３）の消費電力を比較したグラフである。

Claims

少なくとも、ジメチルエーテルと、
脂肪族炭化水素と、
を含有する冷媒組成物。
前記脂肪族炭化水素の重量／前記ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲である
請求項１に記載の冷媒組成物。
前記脂肪族炭化水素がｎ−ブタンである
請求項１または２に記載の冷媒組成物。
少なくとも、ジメチルエーテルと、脂肪族炭化水素と、を含有する冷媒組成物を、冷房装置あるいは冷凍冷蔵機関の内部において熱交換作用させる冷媒として用いる
冷媒組成物の使用方法。
前記冷媒組成物における前記脂肪族炭化水素の重量／前記ジメチルエーテルの重量の比ａが、０＜ａ≦９の範囲である
請求項４に記載の冷媒組成物の使用方法。
前記脂肪族炭化水素がｎ−ブタンである
請求項４または５に記載の冷媒組成物の使用方法。
前記ジメチルエーテルが前記冷媒組成物を構成する前記脂肪族炭化水素を含む油分と残部である水分との親和性を高める添加剤である
請求項４〜６のいずれかに記載の冷媒組成物の使用方法。