JP3287657B2 - 冷媒組成物 - Google Patents

冷媒組成物

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体窒素、多価アルコ
ール、塩化ナトリウム水溶液、界面活性剤を混合し、製
造してなる蒸気圧縮式冷凍機等に使用される冷媒組成物
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】冷凍機は、密閉された容器の中の温度を
その周囲の温度より低くするために、機械的な操作を行
うものであり、熱を吸収して冷凍したり、また低温側の
方で高温の方に熱を移動させる熱ポンプの役割をさせる
ものである。そして冷凍機内において低温部の熱を高温
部へ運ぶために液化ガス等の作動流体が用いられるが、
この作動流体は、通常、冷媒と呼ばれている。
【0003】冷凍圧縮機用の冷媒としては、通常、アン
モニア(NH3 )やクロローフルオル炭化水素系(以
下、適宜「CFC系」という)、すなわち、フッ素を含
む炭素化合物であるフロン系ガス(Freon・Flo
n Gas)等が用いられている。
【0004】そしてこのうち、アンモニア以外のフロン
系ガスその他の冷媒としては、例えばR−11:CCl
3 F、R−22:CHClF2 、R−500:CCl2
2/CH3 CHF3 、R−502:CHClF2 /C
ClF2 CF3 、R−503:CHF3 /CClF3
R−504:CH2 2 /CF3 CClF2 、R−11
30:C2 2 Cl2 、R−160:C2 5 Cl、R
−40:C2 4 2、R−784:SO2 等を挙げる
ことができる。
【0005】これらの冷媒は、従来、冷凍目的如何によ
り、冷凍能力、圧縮機の形式、その他の諸条件に従い、
必要な特性に合致するように選定されて適宜使用されて
いるものである。
【0006】しかし、これら冷媒の中には、甚だしく刺
激臭があるものがある。例えば、アンモニアが空気中に
揮散されるときは、その濃度が50ppm程度の場合で
もその臭気を知ることができ、またそれが750ppm
程度の場合には、呼吸器や眼などに対してきわめて強い
刺激を与える。このため、アンモニアが人間が呼吸する
空気中に約1%程度含まれていると致命的であり、およ
そ30分の間で意識をなくすと云われている。またアン
モニアの場合、湿気が僅かであっても黄銅や青銅を腐食
させてしまう。
【0007】一方、フロン系すなわちCFC系の冷媒
は、毒性、腐食性が少なく、安全な冷媒である。しか
し、アメリカのカリフォルニア大学のF.S.ROWL
AND教授らは、1974年、CFC系冷媒が大気中に
放出されると、大部分が分解されないまま成層圏に到達
し、そこで紫外線により分解された塩素原子がオゾンを
破壊させることを解明した。その結果、地表に到達する
紫外線量が増大して、皮膚癌の発生率を上昇させる可能
性があり、また生態系にも莫大な影響を及ぼす憂いがあ
る旨発表され、これ以降議論が沸騰している。
【0008】この悪い影響が確認されて以来、世界各国
では、CFC系冷媒ガスに対して規制を加えることにな
り、1987年には、カナダのモントリオールにおいて
アメリカ、日本、カナダ、EC等23か国が署名したオ
ゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書が
採択された。これにより、エアゾール用、冷媒用あるい
は発泡用としてのR−11、R−12、R−114、R
−115、洗浄剤用のR−11及び消化剤用ハロゲン1
211、1301の規制が強化され、2000年度まで
には、その生産が全面的に禁止されることになったので
ある。
【0009】また、オゾンは、一度消滅されても、自然
的現象として再び生成及び消滅が連続的に起ってくる
が、CFC系冷媒の分解により生成された塩素分子によ
る破壊は、自然的な生成だけでは補充され難いものであ
る。のみならず、CFC系冷媒は、温室のように光線は
通過させるが、地表表面の熱放射を遮断して地球を温暖
化させ、平均気温を上昇させる現象、すなわち、いわゆ
る温室効果をもたらすことにもなる。
【0010】そして、上記現象により、海水の温度を上
げて気象、気候を混乱させるとともに、熱帯性台風を増
加させ、また干魃、長雨等、地球全体の気候を崩壊させ
ることなどが指摘されている。また、地球温暖化の結
果、北極や南極の氷山が溶解し、海水の水位を高めるこ
とになり、このため海岸の侵食が増加され、農地が侵食
されて食料生産にまで影響を及ぼすことにもなる。
【0011】以上の事情により、結局、地球環境に悪影
響を及ぼすCFC系冷媒ガスが規制されることになり、
このためこれまでこれを用いてきた冷凍装置、空調装置
等においても、代替冷媒の開発等の対策が要求されるよ
うになった。本発明者は、このような背景の下に、人体
や地球環境に悪影響を及ぼすことがない冷媒組成物につ
いて鋭意研究をした結果、本発明をするに至ったもので
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、蒸気圧縮式
冷凍機、空調装置等で用いる冷媒として、従来のCFC
系冷媒に代わる、無害かつ安全で、新規、有用な冷媒組
成物を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷凍機、空調
装置等で使用される冷媒組成物として、液体窒素、1種
以上の多価アルコール、塩化ナトリウム水溶液及び界面
活性剤を混合し、製造してなることを特徴とする冷媒組
成物を提供するものである。
【0014】この場合、その多価アルコールとしては、
プロピレングリコール及びエチレングリコールが望まし
いが、これらとは限らず、他の多価アルコールであって
もよく、またその種類としては、少なくとも1種以上を
用いる。また、界面活性剤としては、望ましくは、燐酸
エステルを使用する。また必要に応じて、適宜、適当な
補助成分を用いてもよい。
【0015】本発明の冷媒組成物は、非共沸系の混合冷
媒であり、吸熱源及び放熱源である凝縮器、あるいは蒸
発器での温度分布に対し、常平衡温度が異なり、このた
め冷凍サイクルの効率を上げることができる。また、本
発明の冷媒組成物は、沸騰点及び凝縮圧力が適度に低
く、蒸気の比容積が小さく、圧縮器からの吐出ガスの温
度が低く、さらには臨界温度が十分に高い、等の諸利点
を有する。また本発明の冷媒組成物は、毒性がなく、安
全性が高いので、公害を誘発する恐れがなく、金属等に
対する腐食性がなく、さらにはコストも低いので、これ
らの点でも有利である。
【0016】蒸気圧縮式冷凍機に使用される、本発明の
冷媒組成物は、次の製造工程で製造することができる。
反応タンク中に液体窒素を注入する。この液体窒素中に
1種以上の多価アルコールを添加し、混合、撹拌して第
1の組成物を製造する。次いで、上記第1の組成物に塩
化ナトリウムの水溶液及び界面活性剤として例えば燐酸
エステルを混入する。
【0017】この場合、それら各成分の量的割合として
は、液体窒素50〜70重量%、多価アルコールとし
て、プロピレングリコール15〜20重量%及びエチレ
ングリコール8重量%、塩化ナトリウム水溶液2重量
%、界面活性剤5〜10重量%の比率で製造する。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 [実施例1] 液体窒素 65%(重量) プロピレングリコール 15〜20% エチレングリコール 8% 塩化ナトリウム水溶液 2% 界面活性剤(有機系=燐酸エステル) 5〜10% [実施例2] 液体窒素 50〜70%(重量) プロピレングリコール 15〜20% エチレングリコール 8% 塩化ナトリウム水溶液 2% 界面活性剤(有機系=燐酸エステル) 5〜10% 水 5〜10%
【0019】[製造方法]本発明における冷媒組成物を
上記実施例1及び実施例2の冷媒用組成物から、次の製
造工程により合成した。反応タンクを蒸留水で十分に洗
浄し、乾燥させる。次に、この反応タンクに、ー19
5.8゜Cの液体窒素(Liq.N2 )を注入する。さ
らに液体窒素を容れたこの反応タンク中に、プロピレン
グリコールを添加し、所要時間混合し、撹拌する。この
混合、撹拌後、反応タンクのバルブを開き、反応ガスを
反応タンクから取出す。次いで、この反応タンク中にエ
チレングリコールを添加し、所要時間混合撹拌する。
【0020】上記の混合撹拌後、反応タンクのバルブを
開いて反応ガスを反応タンクから取出す。さらに、この
反応タンク中に塩化ナトリウム水溶液(水にNaClを
加えて2%の濃度とした溶液)を添加する。また、この
反応タンクに、有機界面活性剤として燐酸エステルを加
えて発泡現象が終わるまで撹拌し、これで本発明の冷媒
組成物の製造の全工程を終了する。これで製造した製品
は、密閉された容器(約3気圧)に、10kg、20k
g等、適当な容量として収容し、包装し、出荷する。
【0021】以上の工程で製造した、実施例1及び実施
例2による冷媒組成物の物性試験を行った。ここでの使
用機器、実験条件等は、次のとおりである。 (1)使用機器;全密閉冷凍用圧縮機(往復式) (2)実験条件;凝縮温度:30゜C、蒸発温度:−2
5゜C、圧縮機出力7.5KW(60HZ
【0022】
【表1】
【0023】上記試験の結果は、表1のとおりであっ
た。表中、比較のために、従来使用されているものの例
として、「フレオンR−12」についても測定し、その
結果をも含めて記載している。
【0024】また、前記工程で製造した、実施例1及び
実施例2の冷媒組成物を実際の冷蔵庫で使用する試験を
行った。使用機器としては、三菱電機(株)社製の新し
い冷蔵庫「MR−11K」(2ドアー型)を使用した。
この冷蔵庫の仕様は、次のとおりである。 有効内容積:110リットル、冷却方法:冷気強制循環
方式、補助制御方法:自動式、圧縮機定格入力:89/
96W(50/60HZ )、圧縮機型名:NA33L6
2KA−AOMS
【0025】この試験の結果は、表2のとおりであっ
た。表中、比較のために、従来使用されているものの例
として、「フレオンR−12」を使用した場合について
も測定し、その結果をも含めて記載している。
【0026】また、図1〜図13は、1993年2月2
0日から同年3月16日の間、実施例1で製造した冷媒
組成物を使用して作動させた冷蔵庫内温度の経時的変化
を円形グラフとして示したものである。室内温度(環境
温度)を16゜Cとし、冷蔵庫としては上記実験で用い
た冷蔵庫を使用し、庫内温度の検出は、冷蔵庫内を空す
なわち庫内には何も容れないで行い、その検出にはサー
モスタットを用いた。
【0027】グラフ中、上昇曲線は冷蔵庫が停止した時
の温度(−2゜C〜−4.5゜C)を示し、その他の曲
線は、冷蔵庫の作動時の温度を示している。各グラフに
し示されているとおり、その作動中、冷蔵庫中の温度は
ほぼ一定に(−27゜C)保持され、長期にわたり、安
定に作動することが確認された。
【0028】
【表2】
【0029】以上の実験結果からも明らかなとおり、本
発明の冷媒組成物は、冷凍能力においては、フレオン−
12より若干劣るが、冷媒としてとしての機能及び条件
を十分に備えており、特に次の(1)〜(10)の事項
について満足し得るものである。
【0030】(1)大気からの蒸発温度が低いこと。 (2)凝縮圧力が低いこと。 (3)蒸発潜熱が大きいこと。 (4)凝固点が低いこと。 (5)比体積が大きいこと。 (6)臨界温度が高いこと。 (7)潤滑油と化学反応しないこと。 (8)粘度が小さく、伝熱作用が良好であること。 (9)電気絶縁性であり、また電気絶縁物質を侵食しな
いこと。 (10)引火爆発性がないこと。
【0031】本発明の冷媒組成物は、新規代替冷媒であ
り、既存の圧縮機、その他の機器、配管等に対してその
まま利用できるものである。すなわち既存の冷凍機等に
おいて、その構造を変更することなく、従来の冷媒に替
えて使用することができる。
【0032】また、本発明の冷媒組成物は、基本的に
は、有機化合物88〜93重量%、無機化合物2重量
%、界面活性剤5〜10重量%及び水を含むものであ
り、この組成物の諸元すなわち性質は、次のとおりであ
る。 色相:白色透明、形状:液体、組成:非イオン性、p
H:8±0.1、臭気:若干臭う
【0033】
【発明の効果】本発明の冷媒組成物は、冷凍機、空調装
置等用の冷媒として必要な条件を十分備えており、毒性
がなく、安全性に優れている。また、本発明の冷媒組成
物は、塩化ナトリウム水溶液をも含むものであるが、特
にこれに含有させた界面活性剤の作用により、鉄製の金
属及び非鉄金属の表面に皮膜を形成し、これによってそ
れら金属の腐食を防止することができる。また本発明の
冷媒組成物を自動車用エアコンの冷媒として使用した
が、ゴムホースを腐食することもなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、1993年2月20日の開始時間PM
13:00から同2月22日の終了時間AM9:00ま
での冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図2】図2は、1993年2月22日の開始時間AM
9:00から同2月23日の終了時間AM8:20まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図3】図3は、1993年2月23日の開始時間AM
9:00から同2月24日の終了時間AM8:20まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図4】図4は、1993年2月24日の開始時間AM
9:10から同2月25日の終了時間AM8:20まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図5】図5は、1993年2月25日の開始時間AM
8:20から同2月26日の終了時間AM7:40まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図6】図6は、1993年2月27日の開始時間AM
8:50から同2月28日の終了時間AM7:20まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図7】図7は、1993年3月1日の開始時間AM
8:50から同3月2日の終了時間AM8:00までの
冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図8】図8は、1993年3月3日の開始時間AM
9:10から同3月4日の終了時間AM7:00までの
冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図9】図9は、1993年3月5日の開始時間AM
9:00から同3月7日の終了時間AM7:00までの
冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図10】図10は、1993年3月8日の開始時間A
M9:00から同3月9日の終了時間AM7:20まで
の冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図11】図11は、1993年3月10日の開始時間
AM9:00から同3月12日の終了時間PM1:20
までの冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図12】図12は、1993年3月13日の開始時間
AM1:10から同3月14日の終了時間PM11:4
0までの冷蔵庫内温度変化を示す図である。
【図13】図13は、1993年3月15日の開始時間
AM1:00から同3月16日の終了時間AM2:30
までの冷蔵庫内温度変化を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−103582(JP,A) 特開 昭64−48884(JP,A) 米国特許4968520(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 5/00 - 5/04 EPAT(QUESTEL)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷凍機等で使用される冷媒組成物におい
    て、液体窒素、1種以上の多価アルコール、塩化ナトリ
    ウム水溶液及び界面活性剤を混合し、製造してなること
    を特徴とする冷媒組成物。
  2. 【請求項2】前記多価アルコールがプロピレングリコー
    ル及びエチレングリコールであることを特徴とする請求
    項1記載の冷媒組成物。
  3. 【請求項3】前記多価アルコールとしてプロピレングリ
    コール15〜20重量%、エチレングリコール6〜12
    重量%を使用して製造してなることを特徴とする請求項
    2記載の冷媒組成物。
  4. 【請求項4】前記液体窒素を50〜70重量%使用して
    製造してなることを特徴とする請求項1記載の冷媒組成
    物。
  5. 【請求項5】前記塩化ナトリウム水溶液を2重量%以下
    使用して製造してなることを特徴とする請求項1記載の
    冷媒組成物。
  6. 【請求項6】前記界面活性剤が燐酸エステルであること
    を特徴とする請求項1記載の冷媒組成物。
  7. 【請求項7】前記界面活性剤を5〜10重量%使用して
    製造してなることを特徴とする請求項6記載の冷媒組成
    物。
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