JP3589247B2 - 液化ガスの充填方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクル用作動媒体として使用される混合物、特に2種以上の沸点の異なる液化ガスを必須成分とする非共沸性の混合液化ガスの移充填方法に関する。
【0002】
【従来の技術および問題点】
蒸発、凝縮という物質の状態変化を利用して流体の冷却、加熱などを行う蒸気圧縮式冷凍サイクルは、冷暖房機器、冷蔵庫、給湯機器などに広く利用されている。このような蒸気圧縮式冷凍サイクルに利用される作動媒体は、フルオロカーボン系冷媒を中心として、様々な作動媒体が開発され実用に供されてきた。なかでも空気調和に用いる冷暖房機器には、HCFC22(モノクロロジフルオロメタン)が冷媒として広く使用されている。
【0003】
しかしながら、近年、クロロフルオロ炭化水素が大気中に放出されると、成層圏のオゾン層を破壊し、その結果、人類を含む地球上の生態系に重大な悪影響を及ぼす恐れがあるとして、国際的な取り決めにより、その使用を制限し将来全廃することが決定している。このような事情のもと、オゾン層破壊問題を生じる危険性のない新たな冷媒の開発が緊急の課題となっている。
【0004】
そこで、単一冷媒では満足し得ない特性を、冷媒を混合して使用することにより補足しようという試みから、最近では非共沸混合冷媒の提案が数多くなされている(例えば、特開平1−79288号公報、特開平3−170585号公報、特開平3−287688号公報参照)。
【0005】
非共沸混合物は、蒸発、凝縮のように相変化する際に、組成変化を生じる。これは、低沸点成分が蒸発し易く、高沸点の成分が凝縮し易いためである。この傾向は蒸発、すなわち液から蒸気への相変化の場合に大きく、特に混合物の構成成分の沸点差が大きいほど、著しい。したがって、このような非共沸混合物を容器から別の容器に移す場合には、相変化を伴わないように、すなわち液側から抜き出すのが普通である。ところが、液側から抜き出す場合でも混合物の構成成分の沸点差が大きいと、数パーセントの組成変化を生じてしまう。これは、抜き出しによる圧力減少や気相部空間の増加により、液相中の低沸点成分の蒸発を生じるからである。数パーセントの組成変化は、冷媒性能の大きな変化を生じ、能力や効率の低下を及ぼすだけでなく、燃焼性などの冷媒の安全性にも大きな影響を与える。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、組成変化をほとんどあるいは全く起こさない非共沸性の混合液化ガスの移充填方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このように第1の密閉容器に貯蔵された2種以上の沸点の異なる液化ガスを必須成分とする非共沸混合物を、液側から第2の別の容器に移充填する際に生じる組成変化の問題を解決するために、液化ガスの充填方法について鋭意検討を加えた。その結果、第1容器の蒸気側から、低沸点の液化ガスまたは圧縮ガスで加圧しながら液相より抜き出すことにより、組成変化を生じることなく移充填できることを見出した。
【0008】
本発明は、以下の液化ガスの充填方法を提供するものである。
【0009】
1. 第1容器に貯蔵された2種以上の沸点の異なる液化ガスを必須成分とする非共沸混合物を液相から第2容器に移充填する際に、第1容器の蒸気側から低沸点の液化ガス又は圧縮ガスで加圧する、液化ガスの充填方法。
【0010】
2. 低沸点の加圧液化ガスが、第1容器の成分液化ガスのうち、最も沸点の低い成分である、項1に記載の液化ガスの充填方法。
【0011】
3. 低沸点の加圧液化ガスが、20℃において1.1倍以上高い蒸気圧をもち、第1容器の成分液化ガスのみからなる混合物である、項1に記載の液化ガスの充填方法。
【0012】
4. 加圧圧縮ガスが、第1容器の成分液化ガスの蒸気圧より1.1倍以上高圧で、かつこれに非溶解性である項1に記載の液化ガスの充填方法。
【0013】
本発明において、第1容器および第2容器は、密閉容器を意味する。
【0014】
本発明の対象となる液化ガスは、大気圧下で−85℃〜40℃の沸点を有する、メタン、エタン、プロパンの一部をフッ素で置き換えたフッ化炭化水素からなる群から選ばれる2種以上の液化ガスの混合物であって、少なくとも2種の構成成分の沸点差が10℃を超え、かつ非共沸性である。
【0015】
該液化ガスは、例えばトリフルオロメタン(沸点−82℃)、ジフルオロメタン(沸点−52℃)、モノフルオロメタン(沸点−79℃)、ペンタフルオロエタン(沸点−49℃)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(沸点−20℃)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(沸点−26℃)、1,1,2−トリフルオロエタン(沸点5℃)、1,1,1−トリフルオロエタン(沸点−48℃)、1,2−ジフルオロエタン(沸点31℃)、1,1−ジフルオロエタン(沸点−25℃)、モノフルオロエタン(沸点−37℃)、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロプロパン(沸点−15℃)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(沸点−15℃)、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン(沸点6℃)、1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(沸点25℃)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(沸点15℃)などからなる群から選ばれる2種以上の混合物であって、好ましくは、
(a)ジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、
(b)ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、
(c)ペンタフルオロエタンと1,1,1−トリフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、および
(d)トリフルオロメタンとジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物が例示される。
【0016】
上記混合物の各構成成分間の比率は、各組み合わせによって異なり特に限定されない。
【0017】
成分液化ガスの蒸気圧より高圧でこれに非溶解性である圧縮ガスとしては窒素、ヘリウム、アルゴンなどが挙げられる。
【0018】
第1容器の蒸気側から供給される低沸点の加圧液化ガスは、非共沸混合物の最も沸点の低い成分であるか、あるいは20℃における非共沸混合物の蒸気圧よりも少なくとも1.1倍より高い蒸気圧をもち、非共沸混合物の成分液化ガスのみからなる混合物である。このような混合物は、構成成分ガス全てを含まなくてもよいが、最も沸点の低い成分を、より多く含むのが好ましい。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を添付図面に従って詳述するが、本発明の要旨を逸脱しない限り、この実施例のみに限定されるものではない。
【0020】
図1は本発明の液化ガスの移充填容器の概要である。(1)は液化ガスを充填する第1容器、(2)は液側の抜き出し用配管、(3)は蒸気側の加圧用配管、(4)は加圧用ガス容器である。
【0021】
2種以上の沸点の異なる液化ガスよりなる非共沸混合物は(1)の第1容器に充填されている。この非共沸混合物のうち、沸点の低い成分または構成成分が同じで蒸気圧が高い混合ガス、あるいはこの非共沸混合物の蒸気圧より高圧でこれに非溶解性である圧縮ガスは(4)の加圧用ガス容器に充填されている。(2)の液側の抜き出し用配管よりバルブを開けて、液化ガスを別の第2容器に移充填する際に、同時に(3)の蒸気側配管を通じて(4)の加圧用ガスで加圧する。
【0022】
加圧ガスが液化ガスの場合の(1)の第1容器と(4)の加圧ガス容器の容量比は、加圧によっても(4)の液相がなくならない程度の充填量であれば良く、通常、第1容器の容量に対して1/20〜1/100が好ましい。
【0023】
実施例1および比較例1
10リットルの容器にジフルオロメタン(以下、HFC32という)と1,1,1,2−テトラフルオロエタン(以下、HFC134aという)の重量比30/70の非共沸混合物を9kg充填し、0.3リットルの加圧用容器にジフルオロメタン150gを充填した。バルブを開けて蒸気側の配管より加圧すると同時に、ポンプを使用して液側より毎分900gの速度で別の空容器に移充填した。液側の抜き出し配管の途中に設けたサンプリングバルブより移充填中のガスを一部採取し、成分組成をガスクロマトグラフィーにより分析した。
【0024】
比較例1として、蒸気側の配管は閉じたまま、同じように移充填した。移充填率と採取ガスの成分組成の分析結果を表1に示す。なお、HFC32/HFC134a(30/70)の20℃における蒸気圧は0.97MPa、HFC32の蒸気圧は1.48MPaであった。
【0025】
【表1】
実施例2および比較例2
非共沸混合物としてHFC32とペンタフルオロエタン(以下、HFC125という)とHFC134aの重量比23/25/52、加圧用ガスとしてHFC32とHFC125の重量比80/20を用いて、実施例1と同様の試験を行った。比較例2として、蒸気側の配管は閉じたまま、同じように移充填した。移充填率と採取ガスの成分組成の分析結果を表2に示す。なお、HFC32/HFC125/HFC134a(23/25/52)の20℃における蒸気圧は1.04MPa、HFC32/HFC125(80/20)の蒸気圧は1.47MPaであった。
【0026】
【表2】
表1および表2の結果から明らかなように、蒸気側から加圧を行うことにより、組成の変動は加圧を行わない場合と比較して1/10〜3/10と大幅に小さくすることができる。
【0027】
【発明の効果】
蒸気圧縮式冷凍サイクル用作動流体として使用される非共沸性の混合冷媒の移充填時に生じる組成変化を大幅に小さくすることができ、冷媒性能の低下や、燃焼危険性の増大を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液化ガスの移充填容器の概要である。
【符号の説明】
1 第1容器
2 液側配管
3 蒸気側配管
4 加圧用ガス容器
Claims (6)
- 第1容器に貯蔵された2種以上の沸点の異なる液化ガスを必須成分とする非共沸混合物を液相から第2容器に移充填する際に、第1容器の蒸気側から、第1容器の成分液化ガスのうち最も沸点の低い成分の液化ガスで加圧する、液化ガスの充填方法。
- 第1容器に貯蔵された2種以上の沸点の異なる液化ガスを必須成分とする非共沸混合物を液相から第2容器に移充填する際に、第1容器の蒸気側から低沸点の液化ガスで加圧する、液化ガスの充填方法であって、低沸点の加圧液化ガスが20℃において非共沸混合物の蒸気圧より1.1倍以上高い蒸気圧をもち、第1容器の成分液化ガスのみからなる混合物である、液化ガスの充填方法。
- 非共沸混合物が、−85℃〜40℃の沸点を有する、メタン、エタン、及びプロパンの一部をフッ素で置き換えたフッ素化炭化水素からなる群から選ばれる2種以上の液化ガスの混合物であって、少なくとも2種の構成成分の沸点差が10℃を越えるものである、請求項1に記載の液化ガスの充填方法。
- 非共沸混合物が、(a)ジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、(b)ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、(c)ペンタフルオロエタンと1,1,1−トリフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、および(d)トリフルオロメタンとジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物より成る群から選択される1種の非共沸混合物である、請求項1に記載の液化ガスの充填方法。
- 非共沸混合物が、−85℃〜40℃の沸点を有する、メタン、エタン、及びプロパンの一部をフッ素で置き換えたフッ素化炭化水素からなる群から選ばれる2種以上の液化ガスの混合物であって、少なくとも2種の構成成分の沸点差が10℃を越えるものである、請求項2に記載の液化ガスの充填方法。
- 非共沸混合物が、(a)ジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、(b)ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、(c)ペンタフルオロエタンと1,1,1−トリフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物、および(d)トリフルオロメタンとジフルオロメタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンの混合物より成る群から選択される1種の非共沸混合物である、請求項2に記載の液化ガスの充填方法。
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