JP3843326B2 - 代替冷媒組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、塩素原子を含まない冷媒組成物に関する。
背景
冷媒R12(CCl2F2)のようなクロロフルオロカーボン(CFC)ガスが長年にわたり冷媒として使用され、特に家庭用冷蔵庫および自動車空調システムに使用されてきた。しかしながら、このようなガスは、環境破壊を起こすものとみなされてきた。きわめて不活性なこれらのガスは、地上レベルにおいて冷凍装置から放出されると、上部大気圏内に拡散する。これらのガスは、不活性であるので、ガスは成層圏に到達するまで分解することなく存続する。成層圏において、これらのガスは紫外線によって破壊されて塩素原子を放出し、この塩素原子が成層圏オゾン層破壊の触媒作用をする。最近、成層圏オゾン量の減少に対する関心が高まり、この結果、ある種のCFCの使用制限および使用禁止が提案されている。
クロロジフルオロメタン(R22)のような他の冷媒は、オゾン層に到達する前に大気圏の低いレベルにおいて自然に分解されやすいので、環境破壊性は低下する。しかしながらR22は、塩素を含むので、オゾン層破壊の原因となるとみなされる。さらにR22は、たとえばR12より高い圧縮指数を有し、したがって圧縮機の吐出温度は、もしR12が使用されたならば過大な吐出温度を発生しないような圧縮比においても過大となる。
いかなる塩素も含まず、しかも既存の冷凍機器における冷媒R22および/またはR12の代替として蒸気圧縮冷凍機用に使用可能な冷媒特性を有する冷媒組成物を提供することが本発明の目的の1つである。
発明の概要
本発明の第1の態様により
(i) ペンタフルオロエタン、
(ii) テトラフルオロエタン、および
(iii)イソブタン、およびプロパンとイソブタンの混合物から選択された炭化水素の混合物からなる冷凍装置用冷媒組成物が提供される。この組成物は任意に(iv)オクタフルオロプロパンを含んでもよい。
本発明の他の態様は、特に蒸気圧縮冷凍機において冷媒としてこの組成物を使用する冷凍方法を提供する。
本発明のさらに他の態様は、特に蒸気圧縮冷凍機において冷媒としてこの組成物を使用する冷凍装置を提供する。
この混合物のいかなる成分も、オゾン分解の原因となることはなく、また人体にも無害である。さらに、この混合物は、鉱物油潤滑剤、アルキルベンゼン潤滑剤およびポリオールエステル潤滑剤など、蒸気圧縮冷凍装置に通常使用されるような既存の種々の潤滑剤と共に使用可能である。特殊潤滑剤は必要ではない。
選択された割合からなるこれらの3種類または4種類の成分の混合物を形成することにより、現在使用されている冷媒R22およびR12の組成物に十分類似した圧力−温度曲線を有する冷媒組成物を提供することが可能であり、これにより既存の冷凍装置においてR22およびR12の代替としてこれらの組成物の使用を可能にすることがわかった。圧力−温度曲線とは、冷凍装置において使用される温度に対応する種々の温度における冷媒組成物の蒸気圧のことを意味する。したがって、装置の設計圧力の許容範囲を超えることはない。また、本発明の組成物の冷凍能力は、現在使用されている冷凍R22およびR12の冷凍能力に類似するように設計してもよく、これによりR22またはR12を用いて使用されるように製作された冷凍装置の冷凍能力(すなわち発生冷却量)は実質的に影響を受けないこともまたわかった。
本発明の組成物は、対応する通常の冷媒よりも低い圧縮機吐出温度を有する傾向があるので、有利である。
ペンタフルオロエタン(R125)は0.5ないし60重量%、特に1ないし50重量%の量で存在することが好ましい。R22の代替として使用される場合、R125はこの範囲の上限付近のパーセントすなわち20ないし45重量%、特に27ないし40重量%で存在することが好ましい。R12の代替として使用される場合、R125の量は通常この範囲の下限付近すなわち0.5ないし10重量%、特に1ないし10重量%である。
テトラフルオロエタン(好ましくはR134a)は、一般に30ないし98重量%、特に30ないし90重量%の量で存在し、かつ通常この組成物の主要成分を形成している。R22の代替として使用されるとき、本発明の組成物は通常R134aを45ないし70%使用し、一方R12の代替として使用されるとき、R134aのパーセントは通常80ないし90重量%の範囲内にある。
安全上の理由から炭化水素が非引火性の割合で存在することが好ましく、これにより冷媒が大気圏内に漏洩した場合でも爆発性または引火性混合物が形成されることはない。1ないし11重量%、特に2ないし10重量%、好ましくは3ないし5重量%の炭化水素含有量が好ましい。特に非引火性組成物は、(たとえば漏洩した場合)組成物が実際の割合の空気と混合されたときに引火性混合物が形成されないような割合で、前記成分を含むものである。フルオロカーボン組成物R125およびR128はある程度難燃性を有している。したがって、引火性の評価は必ずしも予測できないが、日常の実験により決定することができる(例えば、本発明者による米国特許第5108637号参照)。
オクタフルオロプロパン(R218)は、任意成分であり、典型的には0ないし20重量%の量で存在している。R218は、大気中に放出されたときに長い寿命を有するので、将来その使用が好ましくないものとして規制されるであろう。R218は、一般に4ないし15重量%、特に5ないし10重量%の量で存在している。
R22の代替としての好ましい実施態様の場合、この組成物は、
(i) 20ないし45重量%のペンタフルオロエタン(R125)、
(ii) 40ないし70重量%のテトラフルオロエタン(たとえばR134a)、
(iii) 2ないし8重量%のイソブタン(R600a)、および
(iv) 5ないし10重量%のオクタフルオロプロパン(R218)
の混合物を含む。
この混合物の圧力−温度曲線はクロロジフルオロメタン(R22)の圧力−温度曲線に類似している。冷凍性能もまた許容範囲内でそれに類似している。しかもこの混合物はR22より低い圧縮指数を有し、この結果圧縮機吐出温度は低くなり、当然塩素も含んでいない。
R12の代替態様として使用される好ましい組成物は、
(i) 0.5ないし5重量%のペンタフルオロエタン(R125)、
(ii) 75ないし98重量%のテトラフルオロエタン(R134a)、
(iii) 1ないし6重量%のイソブタン(R600a)、および
(iv) 6ないし15重量%のオクタフルオロプロパン(R218)
の混合物を有する。
好ましい実施態様の説明
ここで、図面に示す実施態様により本発明のこれらの種々の態様を説明する。ここで、
図1は、本発明による組成物(RX3)および従来のR22冷媒の圧力−温度線図を示し、および
図2は、本発明による組成物(RX2)および従来のR12冷媒の圧力−温度線図を示す。
本発明による組成物(RX3)は、40重量%のR125、6重量%のR218、50重量%のr134aおよび4重量%のR600aからなり、現在使用されているR22冷媒の代替としての使用を目的としている。
液状の組成物が真空容器内に導入されかつ平衡状態とされた。容器が種々の温度に加熱されかつ液体の存在する下で、蒸気圧が測定された。図1から、圧力−温度曲線がR22の圧力−温度曲線にきわめて類似していることがわかり、これは本発明の組成物を使用して得られる圧力がR22の圧力を実質的に超えないことを意味している。したがって、装置の設計圧力を超えることはない。
図2は本発明による他の組成物(RX2)を従来のR12冷媒と比較した圧力−温度曲線を示す。これは、図1において説明した方法に従って得られたものである。
本発明による組成物(RX2)は、1重量%のR125、9重量%のR218、87重量%のR134aおよび3重量%のR600aからなるものであった。
RX2の圧力−温度曲線がR12にきわめて類似することがわかり、したがってRX2は冷凍装置の実質的な変更を必要とすることなく、R12に対する塩素を含まない代替冷媒として適している。
実施例
毎日使用されかつ冷媒R12を使用する冷水装置の密封モータ端部から漏洩があった。この漏洩は修理されかつ圧縮機は交換された。装置が真空にされかつ上記の組成からなる本発明による冷媒組成物RX2が充填された。表1はRX2の充填前および充填後の性能特性を示す。
本発明によるRX2を用いた性能は従来の冷媒R12を使用した性能に類似するかまたはそれよりも僅かに優れている。
Claims (13)
- (i)ペンタフルオロエタン、
(ii)テトラフルオロエタン、および
(iii)イソブタン、およびプロパンとイソブタンの混合物から選択された炭化水素
の混合物からなる冷凍装置用冷媒組成物。 - ペンタフルオロエタンが0.5ないし60重量%の量で存在する請求項1記載の組成物。
- ペンタフルオロエタンが1ないし50重量%の量で存在する請求項2記載の組成物。
- テトラフルオロエタンが30ないし98重量%の量で存在する請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
- テトラフルオロエタンが30ないし90重量%の量で存在する請求項4記載の組成物。
- 炭化水素が1ないし11重量%の量で存在しかつ組成物が非引火性である請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
- 炭化水素が2ないし10重量%の量で存在する請求項6記載の組成物。
- 炭化水素がイソブタンである請求項1〜7のいずれかに記載の組成物。
- さらに
(iv)オクタフルオロプロパン
を含む請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。 - 20重量%以下のオクタフルオロプロパンを含む請求項9記載の組成物。
- オクタフルオロプロパンが5ないし10重量%の量で存在する請求項10記載の組成物。
- (i)20ないし45重量%のペンタフルオロエタン、
(ii)40ないし70重量%のテトラフルオロエタン、
(iii)2ないし8重量%のイソブタン、および
(iv)5ないし10重量%のオクタフルオロプロパン
の混合物からなり、冷媒22の代替として使用される冷媒組成物。 - (i)0.5ないし5重量%のペンタフルオロエタン、
(ii)75ないし98重量%のテトラフルオロエタン、
(iii)1ないし6重量%のイソブタン、および
(iv)6ないし15重量%のオクタフルオロプロパン
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