JP4860332B2 - ヒドロフルオロカーボンおよび炭化水素の組成物 - Google Patents
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Description
また、本発明は伝熱装置およびこのような装置に使用する伝熱流体、そしてさらに特定するとある種の伝熱装置に使用する伝熱流体の伝熱係数の増加に関する。
近年では、大気中に放出されたある種のクロロフルオロカーボン(CFC)冷媒はオゾン層に悪影響がありうると指摘されている。この主張はまだ完全に確証されたわけではないが、国際的な取り決めの下に特定のCFCの使用および製造を抑制しようという動きがある。
当分野では、伝熱装置の効率を向上させてこのような装置のコストを抑える新規な方法を常に探している。
本発明は、少なくとも一つの炭化水素および少なくとも一つのフッ素含有分子から本質的になる共沸または共沸様組成物に関する。この組成物の一つの重要な態様は、共沸または共沸様組成物を得るのに使用する炭化水素とフッ素含有分子との間の沸点の違いに関する。特に、炭化水素とフッ素含有分子の大気圧沸点は少なくとも約20℃、そして通常少なくとも約37℃、例えば約40〜50℃異なる。一般に炭化水素の沸点は、共沸または共沸様組成物のフッ素含有分子成分の沸点より大きい。例えば、約18.6℃の温度および約63.3psiaの圧力で得られるHFC-134約95.5重量%およびn-ペンタン4.5重量%から本質的になる共沸混合物の成分は、少なくとも約50℃異なる沸点を有する。
96.7% HFC-134a+3.3% 2-メチルブタン
97.4% HFC-134+2.6% 2-メチルブタン
*組成物は、炭化水素“A”、フッ素化分子“B”(場合により、HFCおよび/または炭化水素C及びD)の共沸混合物として定義することができ、これは「共沸」の用語が、同時に定義的でありかつ限界的であり、そして一定に沸騰する組成物である問題のこの独特の組成には有効量のA、B(場合によりCおよびD‥)を必要とするからである。圧力が異なれば、所定の共沸混合物の組成は少なくとも幾分変化し、そしてまた圧力が変化すると、少なくとも沸点がいくらか変わることは当業者にはよく知られている。このように、炭化水素“A”、ヒドロフルオロカーボン“B”(場合により、炭化水素および/またはHFC CおよびD‥)の共沸混合物は独特のタイプの関係を表わすが、しかしながら温度および/または圧力に依存する可変の組成が伴う。従って、共沸混合物を定義するには固定された組成よりも組成の範囲がしばしば使用される。組成物は、炭化水素“A”、ヒドロフルオロカーボン“B”(場合により、炭化水素および/またはHFC CおよびD‥)の特定の重量%の関係またはモル%の関係として定義することができるが、一方このような特定の値は一つの特定な関係だけを指摘し、そして実際には所定の共沸混合物について実際に存在するA、B(場合によりCおよびD‥)によって表され、圧力の影響により変化する一連のこのような関係の存在することが認識される。炭化水素“A"、フッ素化分子“B"(場合により、炭化水素および/またはHFC CおよびD‥)の共沸組成物は所定の圧力での沸点により特徴付けられる共沸混合物として組成物を定義することによって特性決定することができ、かくして入手できる分析装置よって限定され、これと同等の正確さである特定の数値の組成によって本発明の範囲を不当に限定することなく同定する特徴を与えることができる。
HFC-134a、HFC-134、HFC-23を含有する混合物のバブルポイントおよびHFC-236faとn-ペンタンとから本質的になる混合物のバブルポイントを測定した。圧力トランスデューサーを備え付けたスチールボンベを排気し、秤量した。第一の冷媒成分をボンベに入れた。ボンベおよび冷媒を液体窒素で凍結し、真空に引いて非凝縮ガスを除いた。ボンベおよび冷媒を再び秤量した。第二の冷媒成分をボンベに加えた。ボンベおよび冷媒を再び凍結、排気してから秤量した。
HFC-134、HFC-134aおよびそれらのイソペンタンとの混合物を熱量計で効率および容量について試験した。圧縮機の効率および容量を分析するのに使用するデータを得るために、模擬的に冷却負荷を圧縮機に加えるのに熱量計を使用した。HFC-134aおよびHFC-134aと2-メチルブタンとの共沸様組成物を市販入手可能なMatsushita D128LGAA圧縮機を使用して試験した。
以下の表は、本発明の冷媒の実験性能を示している。データは以下の条件で得られた。
蒸発器温度−20°F(−28.9℃)
凝縮器温度110°F(43℃)
過冷却温度90°F(32.2℃)
帰りガス温度90°F(32.2℃)
圧縮器効率は50〜75%の範囲であった。
以下の表は本発明の冷媒の性能を示している。データは以下の条件に基づく。
蒸発器温度45.0°F(7.2℃)
凝縮器温度130.0°F(54.4℃)
過冷却温度115.0°F(46.1℃)
帰りガス温度65.0°F(18.3℃)
圧縮機効率は75%であった。
15.6℃で蒸気圧における蒸気の漏れの影響
15.6℃で容器に初期組成物を装填し、組成物の蒸気圧(psia)を測定した。温度を15.6℃に維持しながら、初期組成物の特定重量%が除去されるまで組成物を容器から漏出させ、この時に容器に残っている組成物の蒸気圧を測定した。
以下の表は、不燃性液体組成物を維持するのに付加的なフッ素含有分子および炭化水素を使用することによる蒸気の漏れの影響を示している。以下の表に示したデータは、約15.6℃の温度で測定した。
26.7℃での蒸気漏出の影響
三成分系冷媒混合物は、HFC-32、HFC-125およびイソブタンの比率がそれぞれ28、70および2重量%から本質的になる。この混合物は、最初の混合物が実質的に不燃性で炭化水素に関して共沸様であるため、引火性でなく、約50%が漏れた後もそうなることはないという利点がある。
26.67℃で容器に初期組成物を装填し、組成物を実質的に実施例4に記載したように容器から漏出させた。
32/125(約30/70重量%)に約4重量%までのイソブタンを引火性になることなく添加することができ、実質的にAmerican Society of Testing Materials Procedure No. ASTM-681-85(100℃)に従って測定した。初期組成物から蒸気約50%までを漏出すると実質的に不燃性の冷媒が得られ、これは残っている組成物ではイソブタンが初期組成物より約0.1%しか多くなっておらず、HFC-32の組成物は約2.7%減少し、そしてHFC-125の組成物はほとんど約2.5%増加したからである。
T=26.667C
実施例5
本実施例は、Gewa-T強化表面上の100重量%HCFC-123のHTCの測定に関する。Gewa-T強化表面の1″×4″区画を準備し、Gewa-T強化表面および金属ブロックを合わせた厚さが約3″となるように、これを金属ブロックに一体にして取り付けた。Gewa-T表面および金属ブロックはいずれも銅でできている。図13に示したように、Gewa-T表面1は、突起部2の間の複数のチャンネル4を作り、このチャンネルが突起部2の上端から約1.014mmの深さを有するように、基部3から垂直に上の方に伸びている複数の細長い突起部2を有している。Gewa-T強化表面はガラスで囲まれ、表面から上昇する蒸気を凝縮する表面上に凝縮器を含み、凝縮物を表面上に落として戻す。また、ガラスによってチャンネルの流体の挙動が観察されるようになっている。
冷媒を277.6K(4.45C)の温度で蒸発させ、Gewa-T強化表面のチャンネル表面の冷媒の核沸騰を観察した。
図13は、強化表面1のチャンネル4で形成されたHCFC-123の泡の近似サイズを示している。これらの泡は直径約0.2mmである。
本実施例は、HCFCおよび炭化水素のHTCの測定に関する。99重量%のHCFC-123および1重量%のヘキサンの冷媒/炭化水素混合物のHTCを、系の圧力を39.6kPaそして温度を277.55Kとした点を除いて、実施例1のように測定した。99重量%のHCFC-123および1重量%のヘキサンの混合物について測定したHTC対HCFC-123について測定したHTCの比率を図15に示した。
図15は、1重量%のヘキサンをHCFC-123に添加した時に、混合物のHTCがHCFC-123単独のHTCと比べた場合に著しく増加していることを示している。増加は、4KのTw-Tsについて約15%から7.8KのTw-Tsについて42%までの範囲である。
図14は、99重量%のHCFC-123および1重量%のヘキサンの混合物についてのGewa-T表面のチャンネル4内の泡の活性を示している。HCFC-123およびヘキサンのこの混合物の泡の直径は、約0.1ミリメーターである。図1および2と比較すると、HCFC-123にヘキサン1重量%を添加すると、強化表面1のチャンネル4の表面上の活性部位の数が増加し、これによって強化表面1から冷媒への伝熱効率が向上する。100重量%HCFC-123について約0.2mmから99重量%のHCFC-123および1重量%のヘキサンの混合物について0.1mmに泡の直径が減少することによるHTCの減少は、これはHCFC-123および1%のヘキサンのHTCが著しい正味の増加をするようHCFC-123および1%ヘキサンの混合物の核形成部位の数を増加させることによって克服することができる。
潤滑剤、腐食防止剤、安定剤、色素および他の適切な物質は、その意図する用途で組成物に悪影響がなければ、種々の目的のため本発明の新規な組成物に添加できる。好ましい潤滑剤には、分子量が250を超えるエステル、鉱油およびアルキルベンゼンが含まれる。鉱油はHCFC-123では好ましい。
Claims (12)
前記冷媒成分が、16.5〜28.0重量%のジフルオロメタン(HFC-32)、70.0〜80.7重量%のペンタフルオロエタン(HFC-125)および2.0〜2.8重量%のイソブタンからなることを特徴とする組成物。
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