JP2548411B2 - 作動流体 - Google Patents

作動流体

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JP2548411B2 JP1311157A JP31115789A JP2548411B2 JP 2548411 B2 JP2548411 B2 JP 2548411B2 JP 1311157 A JP1311157 A JP 1311157A JP 31115789 A JP31115789 A JP 31115789A JP 2548411 B2 JP2548411 B2 JP 2548411B2
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    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/041Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、エアコン・冷凍機等のヒートポンプ装置に
使用される作動流体に関する。
従来の技術 従来、エアコン・冷凍機等のヒートポンプ装置におい
ては、作動流体としてフロン類(以下R○○またはR○
○○と記す)と呼ばれるハロゲン化炭化水素が知られて
おり、利用温度としては凝縮温度および/または蒸発温
度が略0〜略50℃の範囲において通常使用される。中で
もクロロジフルオロメタン(CHClF2、R22)は家庭用エ
アコン、ビル用エアコンや大型冷凍機等の作動流体とし
て幅広く用いられている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、近年フロンによる成層圏オゾン層破壊
が地球規模の環境問題となっており、成層圏オゾン層破
壊能力が大であるフロン類(以下、特定フロンと記す)
については、すでに国際条約によって使用量及び生産量
の規制がなされ、さらに将来的には特定フロンの使用・
生産を廃止しようという動きがある。さて、R22はオゾ
ン破壊係数(トリクロロフルオロメタン(CCl3F)の成
層圏オゾン破壊能力を1としたときの成層圏オゾン破壊
能力、以下ODPと記す)が0.05と微小であり、特定フロ
ンではないものの将来的に使用量の増大が予想され、冷
凍・空調機器が広く普及した現在、R22の使用量及び生
産量の増大が人類の生活環境に与える影響も大きくなる
ものと予想されている。従って、成層圏オゾン破壊能力
が小であるものの、若干の破壊能力があるとされるR22
の代替となる作動流体の早期開発も強く要望されてい
る。
本発明は、上述の問題に鑑みて試されたもので、成層
圏オゾン層に及ぼす影響がほとんどない、R22の代替と
なる作動流体を提供するものである。
課題を解決するための手段 本発明の作動流体は、ペンタフルオロエタン(C2H
F5)、1,1,1−トリフルオロエタンCH3CF3)およびテト
ラフルオロエタン(C2H2F4)の三種のフロン類からな
り、ペンタフルオロエタンを85重量%以下、1,1,1−ト
リフルオロエタンを80重量%以下、テトラフルオロエタ
ンを15〜45重量%含むものである。特に、ペンタフルオ
ロエタンを80重量%以下、1,1,1−トリフルオロエタン
を80重量%以下、テトラフルオロエタンを20〜45重量%
含むものが好ましい。
作用 本発明は、上述の組合せによって、作動流体を、オゾ
ン破壊能力のほとんどない、分子構造中に塩素を含まな
いフロン類であるペンタフルオロエタン(ODP=0)、
トリフルオロエタン(ODP=0)およびテトラフルオロ
エタン(ODP=0)の混合物となすことにより、成層圏
オゾン層に及ぼす影響をR22よりもさらに小さく、ほと
んどなくすることを可能とするものである。又、本発明
は上述の組成範囲とすることによって、エアコン・冷凍
機等のヒートポンプ装置の利用温度である略0〜略50℃
においてR22と同程度の蒸気圧を有し、R22の代替として
現行機器で使用可能な作動流体を提供することを可能と
するものである。従って上述の組合せおよび組成範囲に
おけるODPも0と予想され、R22の代替として極めて有望
な作動流体となるものである。またかかる混合物は非共
沸混合物となり、凝縮過程および蒸発過程において温度
勾配をもつため、熱源流体との温度差を近接させたロレ
ンツサイクルを構成することにより、R22よりも高い成
績係数を期待できるものである。
また一般に、成層圏オゾン破壊能力があるフロン類
は、そのODPの値の大きさにつれて地球温暖化の効果も
大きい傾向があるが、本発明による作動流体はODPが0
であるフロン類のみから成る混合物によって構成されて
いるため、地球温暖化の効果はR22と同程度あるいはR22
未満と推定され、最近世界的問題となっている地球温暖
化への寄与を小とすることをも可能とするものである。
実施例 以下、本発明による作動流体の実施例について、図を
用いて説明する。
第1図は、ペンタフルオロエタン(R125)、1,1,1−
トリフルオロエタン(R143a)、1,1,1,2−テトラフルオ
ロエタン(R134a)の三種のフロン類の混合物によって
構成される作動流体の、一定温度・一定圧力における平
衡状態を三角座標を用いて示したものである。本三角座
標においては、三角形の各頂点に、上側頂点を基点とし
て反時計回りに沸点の低い順に単一物質を配置してお
り、座標平面上のある点における各成分の組成比(重量
比)は、点と三角形の各辺との距離の比で表される。ま
たこのとき、点と三角形の辺との距離は、辺に相対する
側にある三角座標の頂点に記された物質の組成比に対応
する。第1図において1は、温度0℃・圧力4.044kg/cm
2Gにおける混合物の気液平衡線であり、この温度・圧
力はR22の飽和状態に相当する。気液平衡線(R22 0℃相
当)1の上側の線は飽和気相線、気液平衡線(R22 0℃
相当)1の下側の線は飽和液相線を表わし、この両線で
挟まれた範囲においては気液平衡状態となる。また2
は、温度50℃・圧力18.782kg/cm2Gにおける混合物の気
液平衡線であり、この温度・圧力もR22の飽和状態に相
当する。飽和気相線上の組成物はR22より高い圧力で気
化し、R22と同じ圧力で液化する。飽和液相線上の組成
物はR22と同じ圧力で気化し、R22より低い圧力で液化す
る。これらの2つの線の間のエリアにある組成物は、R2
2より高い圧力で気化し、R22より低い圧力で液化する。
すなわち50℃の気液平衡線2の間のエリアにある組成物
は、50℃においてはR22より低い圧力で気相から液相に
変化し、R22と同じ圧力では50℃より高い気相が凝縮し
て、50℃より低い液相に変化する。また0℃の気液平衡
線1の間のエリアにある組成物は、0℃においてはR22
より高い圧力で液相から気相に変化し、R22と同じ圧力
では0℃より低い液相が蒸発して、0℃より高い気相に
変化する。図1からわかるように、R125、R143a及びR13
4aがそれぞれ0〜略75重量%、0〜略70重量%、略25〜
略45重量%となるような組成範囲は、略0〜略50℃の利
用温度においてR22とほぼ同等の蒸気圧を有するため望
ましい。さらに、R125、R143a及びR134aがそれぞれ0〜
略65重量%、0〜略65重量%、略35〜略45重量%となる
ような組成範囲は、0℃と50℃の間のすべての利用温度
においてR22とほぼ同等の蒸気圧を有するため特に望ま
しい。
第1図中の点A1〜点F1における作動流体の組成を第1
表に示す。点A1〜点C1は気液平衡線(R22 50℃相当)2
の飽和気相線上に、点D1〜点F1は気液平衡線(R22 50℃
相当)2の飽和液相線上にあり、共に気液平衡線(R22
0℃相当)1の飽和気相線及び気液平衡線(R22 0℃相
当)1の飽和液相線の両線で挟まれた範囲にあることか
ら、温度0℃・圧力4.044kg/cm2G(R22の飽和状態に相
当)においては気液平衡状態となる。従って、第1表に
示された組成を有する作動流体は、0℃・50℃における
R22の飽和蒸気圧の条件下で飽和状態あるいは気液平衡
状態を実現し、略0〜略50℃の 利用温度において、同温度におけるR22の飽和蒸気圧で
操作することにより、R22とほぼ等しい凝縮温度・蒸発
温度を得ることが可能となるものである。
ここでは、気液平衡線(R22 50℃相当)2上の点につ
いてのみ説明したが、点A1〜点F1の内側にある点、すな
わち、温度0℃・圧力4.044kg/cm2G及び温度50℃・圧
力18.782kg/cm2G(両者ともR22の飽和状態に相当)に
おいて気液平衡状態となる組成を有する作動流体につい
ても同様に操作することにより、略0〜略50℃の利用温
度においてR22とほぼ等しい凝縮温度・蒸発温度を得る
ことが可能となるものである。
第2図は、R125、R143a、1,1,2,2−テトラフルオロエ
タン(R134a)の三種のフロン類の混合物によって構成
される作動流体の、一定温度・一定圧力における平衡状
態を三角座標を用いて示したものである。第2図におい
て3は、温度0℃・圧力4.044kg/cm2Gにおける混合物
の気液平衡線であり、また4は、温度50℃・圧力18.782
kg/cm2Gにおける混合物の気液平衡線である。この場合
には、R125、R143a及びR134がそれぞれ0〜略85重量
%、0〜略80重量%、略15〜略35重量%となるような組
成範囲が、R22とほぼ同等の蒸気圧を有するため望まし
く、R125、R143a及びR134がそれぞれ0〜略80重量%、
0〜略80重量%、略20〜略30重量%となるような組成範
囲が、特に望ましい。
第2図中の点A2〜点F2における作動流体の組成を第2
表に示す。点A2〜点C2は気液平衡線(R22 50℃相当)4
の飽和気相線上に、点D2〜点F2は気液平衡線(R22 50℃
相当)4の飽和液相線上にあり、共に気液平衡線(R22
0℃相当)3の飽和気相線及び気液平衡線(R22 0℃相
当)3の飽和液相線の両線で挟まれた範囲にあることか
ら、温度0℃・圧力4.044kg/cm2G(R22の飽和状態に相
当)においては気液平衡状態となる。従って、第2表に
された組成を有する作動流体は、0℃・50℃におけるR2
2の飽和蒸気圧の条件下で飽和状態あるいは気液平衡状
態を実現し、略0〜略50℃の利用温度において、同温度
におけるR22の飽和蒸気圧で操作することにより、R22と
ほぼ等しい凝縮温度・蒸発温度を得ることが可能となる
ものである。
ここでは、気液平衡線(R22 50℃相当)4上の点につ
いてのみ説明したが、点A2〜点F2の内側にある点、すな
わち、温度0℃・圧力4.044kg/cm2G及び温度50℃・圧
力18.782kg/cm2G(両者ともR22の飽和状態に相当)に
おいて気液平衡状態となる組成を有する作動流体につい
ても同様に操作することにより、略0〜略50℃の利用温
度においてR22とほぼ等しい凝縮温度・蒸発温度を得る
ことが可能となるものである。
以上の実施例においては作動流体は三種のフロン類の
混合物によって構成されているが、構造異性体を含めて
四種以上のフロンの混合物によって作動流体を構成する
ことも勿論可能であり、この場合、ペンタフルオロエタ
ン0〜略85重量%、トリフルオロエタン0〜略80重量
%、テトラフルオロエタン略15〜略45重量%となるよう
な組成範囲は、略0〜略50℃の利用温度においてR22と
ほぼ同等の蒸気圧を有するため望ましい。さらに、ペン
タフルオロエタン0〜略80重量%、トリフルオロエタン
0〜略80重量%、テトラフルオロエタン略20〜略45重量
%となるような組成範囲は、0℃と50℃の間のすべての
利用温度においてR22とほぼ同等の蒸気圧を有するため
特に望ましい。特に上述の組合せおよび組成範囲におけ
るODPも0と予想され、R22の代替として極めて有望な作
動流体となるものである。またかかる混合物は非共沸混
合物となり、凝縮過程および蒸発過程において温度勾配
をもつため、熱源流体との温度差を近接させたロレンツ
サイクルを構成することにより、R22よりも高い成績係
数を期待できるものである。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、作動流体
を、分子構造中に塩素を含まないフロン類のみから成る
混合物となし、その組成範囲を特定したことにより、 (1)成層圏オゾン層に及ぼす影響をR22よりもさらに
小さく、ほとんどなしとする作動流体の選択の幅を拡大
することが可能である。
(2)機器の利用温度においてR22と同程度の蒸気圧を
有し、R22の代替として現行機器で使用可能である。
(3)非共沸混合物の温度勾配の性質を利用して、R22
よりも高い成績係数を期待できる 等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第2図は、三種のフロン類の混合物によって構
成される作動流体の、一定温度・一定圧力における平衡
状態を三角座標を用いて示した図である。 1、3……気液平衡線(R22 0℃相当)、2、4……気
液平衡線(R22 50℃相当)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ペンタフルオロエタン、1,1,1−トリフル
    オロエタンおよびテトラフルオロエタンからなり、ペン
    タフルオロエタンを85重量%以下、1,1,1−トリフルオ
    ロエタンを80重量%以下、テトラフルオロエタンを15〜
    45重量%含むことを特徴とする作動流体。
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