JP5849339B2 - 炭化水素混合冷媒 - Google Patents
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Description
さらにプロパンや、プロパンとイソブタンを同じモル数混合した冷媒がエアコンのHFCに相当する空調性能を示すことが知られているが、家庭用冷蔵庫より必要な冷媒充填量が大幅に増加にするので、機器側での高度な冷媒可燃性対策や、冷媒充填量の減少が実用化の大きな課題となってくる。
また、近年、地球温暖化防止対策として冷凍空調機器の省電力化対策が急務となっている。
また、より具体的には冷凍空調機器の省電力化に寄与し、冷媒充填量の減少を可能にして機器の冷媒可燃性対策を容易にする炭化水素混合冷媒、並びにこれを使用する空調システム、及び空調方法を提供することである。
7℃の飽和蒸気圧が0.4〜0.9MPaであり、35℃の飽和蒸気圧が0.9〜2.0MPa、沸点が−37℃以下であり、かつ
式(V)〜(IX)のすべてを満足することを特徴とする。
COPRC(7℃/35℃)/{ρL(7℃)×(1/ρV(7℃))}≧4.6・・・・式(V)
〔式中、COPRC(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(7℃):7℃、または非共沸性の場合は7℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(7℃):7℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(7℃/35℃)/{ρL(35℃)×(1/ρV(35℃))}≧11.9・・・・式(VI)
〔式中、COPRH(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数 ρL(35℃):35℃、または非共沸性の場合は35℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(35℃):35℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(0℃/50℃)/{ρL(0℃)×(1/ρV(0℃))}≧1.7・・・式(VII)
〔式中、COPRC(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(0℃):0℃、または非共沸性の場合は0℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(0℃):0℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(0℃/50℃)/{ρL(50℃)×(1/ρV(50℃))}≧9.6・・・・式(VIII)
〔式中、COPRH(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数 ρL(50℃):50℃、または非共沸性の場合は50℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(50℃):50℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(−15℃/30℃)/{ρL(−15℃)×(1/ρV(−15℃))}≧1.2・・・・式(IX)
〔式中、COPRC(−15℃/30℃):蒸発温度が−15℃、凝縮温度が30℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(−15℃):−15℃、または非共沸性の場合は−15℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(−15℃):−15℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
さらに、本発明の炭化水素混合冷媒を使用すれば、代替フロン系冷媒の冷凍空調機器において従来知られているプロパンや、プロパンとイソブタンを同じモル数混合した炭化水素冷媒より高い冷凍空調性能が得られるので冷媒充填量の減少を可能にして機器の冷媒可燃性対策を容易にすることができる。
2 圧力センサー
3 シース型白金抵抗測温体
4 高圧弁
5 デジタルマルチメーター
6 コンピュータ
7 恒温槽
8 直流電源
11 透明部分
12 サファイアガラス
13 オーリング
14 バックアップリング
15 試料容器本体
16 中央部材
COPRC(7℃/35℃)/{ρL(7℃)×(1/ρV(7℃))}≧4.6
・・・・式(V)
〔式中、COPRC(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数
ρL(7℃):7℃、または非共沸性の場合は7℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l)
ρV(7℃):7℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(7℃/35℃)/{ρL(35℃)×(1/ρV(35℃))}≧11.9
・・・・式(VI)
〔式中、COPRH(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数
ρL(35℃):35℃、または非共沸性の場合は35℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l)
ρV(35℃):35℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(0℃/50℃)/{ρL(0℃)×(1/ρV(0℃))}≧1.7
・・・式(VII)
〔式中、COPRC(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数
ρL(0℃):0℃、または非共沸性の場合は0℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l)
ρV(0℃):0℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(0℃/50℃)/{ρL(50℃)×(1/ρV(50℃))}≧9.6
・・・・式(VIII)
〔式中、COPRH(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数
ρL(50℃):50℃、または非共沸性の場合は50℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l)
ρV(50℃):50℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(−15℃/30℃)/{ρL(−15℃)×(1/ρV(−15℃))}≧1.2
・・・・式(IX)
〔式中、COPRC(−15℃/30℃):蒸発温度が−15℃、凝縮温度が30℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数
ρL(−15℃):−15℃、または非共沸性の場合は−15℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l)
ρV(−15℃):−15℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
従来の代替フロン、及びプロパン、プロパンとイソブタンを同じモル数混合した炭化水素冷媒より高い冷媒理論COPを有するので各種の冷凍空調機器で高い性能を得ることができる。また、(COPR)/{飽和液密度ρL×(1/飽和蒸気密度ρV)}が高いので、R410Aなど比較的高圧の冷媒用に設計されている機器においては電力消費を節減することができる。
C5炭化水素のノーマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタンは、30モル%以上をプロパンと混合するとCOPを向上できる効果が認められるが、また、飽和蒸気圧、飽和蒸気密度が低下し、飽和液密度が増加するので(COPR)/{飽和液密度ρL×(1/飽和蒸気密度ρV)}が低下し高圧冷媒用に設計されている機器への適合が困難である。ヘキサン、ヘプタンなどC6以上の炭化水素も同様である。
プロパン多元系炭化水素混合冷媒中、プロパン55〜96モル%、n−ブタン0.2〜28モル%、イソブタン0.8〜12モル%、及びエタンは2〜11モル%を含有する。
さらにエタンは25モル%まで、エチレンは2〜30モル%、メタンは2〜25モル%を含有しても良い。また、その他の炭化水素の含有量は0.1モル%以下であることが望ましい。
(A−B)≦0.5MPa ・・・式(I)
〔式中、A:7℃における代替フロン系冷媒の飽和蒸気圧
B:7℃における炭化水素混合冷媒の飽和蒸気圧〕
(C−D)≦1MPa ・・・式(II)
〔式中、C:35℃における代替フロン系冷媒の飽和蒸気圧
D:35℃における炭化水素混合冷媒の飽和蒸気圧〕
Q×(R/3S) ≦ P ≦ Q×(R/S) ・・・式(III)
〔式中、P:炭化水素混合冷媒の充填質量
Q:代替フロン系冷媒が使用されている、又は使用されたことがある空調システムにおいてはその代替フロン系冷媒の充填質量を意味する。代替フロン系冷媒が使用されたことがない空調システムにおいてはその空調システムにおいて代替フロン系冷媒が使用されると想定すれば使用される代替フロン系冷媒の最適質量を意味する。
R:炭化水素冷媒の臨界密度
S:代替フロン系冷媒の臨界密度〕
Q×(R/2S) ≦ P ≦ Q×(R/S) ・・・式(IV)
〔式中、P、Q、R、S:前記の意味を示す〕
又、式(IV)又は(III)は式(I)、式(II)と独立して炭化水素混合冷媒の充填に適用しても良い。
なお、実際の計算においては式(III)、(IV)のR,Sの臨界密度は同単位(例えば、kg/l)に合わせて計算する。
プロパン、n−ブタン、イソブタン、及びエタンを混合して、表1に示す組成の冷媒A及びBを調製した。
また、試料容器10は、例えば、図2に示すように内容積が約600cm3のSUS304製の容器を使用することができる。試料容器10の中央部には、液相のメニスカス(気液境界面)の存在を確認できる透明部分がある。この試料容器10は主として試料の臨界点の測定に使用される。図中12はサファイアガラス、13はオーリング、14はバックアップリングであり、試料容器本体15に、中央部材16によって挟まれ固定されている。
冷房性能試験はJIS B8615−1記載の方法に準じて実施した。空調機としては、日本ピーマック(株)製、空気熱源ヒートポンプユニットAEP22B(同社商標)を使用して試験を行った。
試験室内に空調機AEP22Bを設置した。空調機AEP22Bは冷媒として、HFC系冷媒であるR410Aを使用しているので、R410Aの測定はそのまま運転を行って比較例1とした。冷媒A及びBについては空調機からR410Aを除去後、それぞれの冷媒を充填して運転を行い、充填量をかえて2例ずつ行い冷媒Aで実施例2、3及び冷媒Bで実施例4、5とした。それぞれの冷媒について冷媒充填量、インバータ周波数及び風量を変化させ、実測COP値(表1の(注2)を参照)が最適値となる条件を求めた。
また、前記の方法で算出したCOPRC(7/35℃)、COPRC(7/35℃)/{ρL(7℃)×(1/ρV(7℃)}、COPRC(0/50℃)、COPRC(0/50℃)/{ρL(0℃)×(1/ρV(0℃)}、COPRC(−15/30℃)、及びCOPRC(−15/30℃)/{ρL(−15℃)×(1/ρV(−15℃)}を表1に示した。
暖房能力試験はJIS B8615−1記載の方法に準じた。試験例1で使用したのと同じ空調機により、冷媒ごとに充填量をかえて2例の冷媒A(実施例6、7)、冷媒B(実施例8、9)、及びR410A(比較例2)について冷媒充填量、インバータ周波数、及び風量を変化させ、実測COPが最適値となる条件を求めた。この場合において、室内側吸込乾球温度は20.00〜20.02℃、室内側吸込湿球温度は11.50〜11.69℃、室外側吸込乾球温度は6.95〜6.98℃、室外側吸込湿球は5.96〜6.00℃に維持した。実測COP値が最適値であるときの冷媒Aの風量は7.95m3/minであり、冷媒Bの風量は8.10m3/minであった。
また、前記の方法で算出したCOPRH(7/35℃)、COPRH(7/35℃)/{ρL(35℃)×(1/ρV(35℃)}、COPRH(0/50℃)、及びCOPRH(0/50℃)/{ρL(50℃)×(1/ρV(50℃)}を表1に示した。
(注2)実測COP(実測のCoefficient of Performance)は次式により算出した。
実測COP=(空調機の冷暖房能力)/(空調機消費電力)
(注3)記号の意味は前記の意味を示す。
冷凍冷蔵試験は、HCFC系冷媒であるR22を使用するMITSUBISHI(形式ER−Z5A1スクロール式圧縮機タイプ:7.5kW、冷媒R22の量は約20Kg)を冷凍機として備える冷凍倉庫によって行った。倉庫の大きさは広さ15坪、天井までの高さが約3mであった。R22について平成18年11月14日〜平成18年11月16日運転を行い、24時間当たりの消費電力量(kWh)を測定した(比較例3)。また、庫内温度は約−25℃であった。
冷凍機としてダイキン工業(株)製LXE5C−1を備える日本フルハーフ(株)社製コンテナMOLU5544039(コンテナB、20フィート)により冷媒Bを使用する冷凍冷蔵試験を行った。
試験例4で使用した冷凍機として、ダイキン工業(株)製LXE5C−1を備える日本フルハーフ(株)社製コンテナMOLU5544039(コンテナB)を用い、この冷凍機に対して冷媒Aを使用する冷凍冷蔵試験を行った(実施例12)。
Claims (2)
- プロパンの含有量が55〜98モル%、プロピレンの含有量がプロパンとプロピレンの含有量の合計に対してモル比で0.44以下、並びにメタン2〜25モル%またはエチレン2〜30モル%またはエタン2〜25モル%を含有する炭化水素混合冷媒であって、
7℃の飽和蒸気圧が0.4〜0.9MPaであり、35℃の飽和蒸気圧が0.9〜2.0MPa、沸点が−37℃以下であり、かつ
式(V)〜(IX)のすべてを満足することを特徴とする炭化水素混合冷媒。
COPRC(7℃/35℃)/{ρL(7℃)×(1/ρV(7℃))}≧4.6・・・・式(V)
〔式中、COPRC(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(7℃):7℃、または非共沸性の場合は7℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(7℃):7℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(7℃/35℃)/{ρL(35℃)×(1/ρV(35℃))}≧11.9・・・・式(VI)
〔式中、COPRH(7℃/35℃):蒸発温度が7℃、凝縮温度が35℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数 ρL(35℃):35℃、または非共沸性の場合は35℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(35℃):35℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(0℃/50℃)/{ρL(0℃)×(1/ρV(0℃))}≧1.7・・・式(VII)
〔式中、COPRC(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(0℃):0℃、または非共沸性の場合は0℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(0℃):0℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRH(0℃/50℃)/{ρL(50℃)×(1/ρV(50℃))}≧9.6・・・・式(VIII)
〔式中、COPRH(0℃/50℃):蒸発温度が0℃、凝縮温度が50℃の冷凍サイクルの理論暖房成績係数 ρL(50℃):50℃、または非共沸性の場合は50℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(50℃):50℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)]
COPRC(−15℃/30℃)/{ρL(−15℃)×(1/ρV(−15℃))}≧1.2・・・・式(IX)
〔式中、COPRC(−15℃/30℃):蒸発温度が−15℃、凝縮温度が30℃の冷凍サイクルの理論冷房成績係数 ρL(−15℃):−15℃、または非共沸性の場合は−15℃の飽和蒸気圧と等圧の飽和液密度(kg/l) ρV(−15℃):−15℃の飽和蒸気密度(mol−kg/m3)] - さらにエタンの含有量が11モル%を越えて25モル%以下であり、n―ブタンおよびイソブタンの含有量の合計が1.0〜1.7モル%、n―ブタンの含有量が1.0モル%以下、イソブタンの含有量が1.7モル%以下であることを特徴とする請求項1に記載の炭化水素混合冷媒。
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