JPH07504262A - １，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパンの利用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １、　１．　１．　３．　３．　３−ヘキサフルオロプロパンの利用発明の分野 本発明は冷媒、熱交換媒体、気体誘電体、滅菌剤キャリヤー、重合媒体、粒子除 去液（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｆｌｉｕｄ）、キャリヤー液 、パフ磨き研磨剤、置換乾燥剤として、及びパワーサイクル作動液としての１． 　１．　１．　３．　３．　３−へキサフルオロプロパン（ＨＦＣ−２３６ｆ　 ａ）の利用に関する。さらに特定すると本発明は遠心圧縮を用いた冷却装置で用 いるための高度に有効でおそらく環境的に安全な冷媒としての１．　１．　１． 　３．　３．　３−へキサフルオロプロパンに関する。

発明の背景 機械的冷却は主に熱力学の応用であり、その場合冷媒などの冷却媒体がサイクル を通り抜け、冷却媒体は再利用のために回収することができる。普通に用いられ るサイクルは蒸気圧縮、吸収、スチームジェット又はスチームエジェクター及び 空気を含む。

冷却用途で用いることができる圧縮機には種々の種類がある。圧縮機は一般に液 を圧縮する機械的手段に依存して往復、回転、ジェット、遠心又は細流に、ある いは機械部品が圧縮する液体に作用する方法に依存的にケーシングに囲まれた羽 根車及びディフューザーを含む。通常遠心圧縮機は羽根車の目又は循環羽根車の 中心の入り口で液を取り入れ、それを外側半径方向に加速する。羽根車にい（ら かの静圧の上昇が起こるが、はとんどの圧力上昇はケーシングのディフューザ一 部分で起こり、そこで速度が静圧に変換される。各羽根車−ディフューザーの組 は圧縮機の１段階である。遠心圧縮機は所望の最終圧力及び取り扱う冷媒の体積 に依存して１−１２又はそれ以上の段階を用いて構築される。

圧縮機の圧力比又は圧縮比は入り口絵対圧に対する排気絶対圧の比率である。遠 心圧縮機によって与えられる圧力は比較的広範囲の容量にわたって実際に一定で ある。

容量型圧縮機と異なり、遠心圧縮機は高速の羽根車の遠心力に全く依存して羽根 車を通過する蒸気を圧縮する。確実置換（ｐｏｓｉｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍ ｅｎｔ）はな（、動的−圧縮と呼ばれるものがある。

遠心圧縮機が発生することができる圧力は羽根車の先端速度に依存する。先端速 度はその先端で測定した羽根車の速度であり、羽根車の直径及び１針当たりのそ の回転数に関連する。遠心圧縮機の容量は羽根車を通過する通路の大きさにより 決まる。このため圧縮機の大きさはその容量より所望の圧力に依存するようにな る。

高速操作のために遠心圧縮機は基本的に高体積、低圧機械である。遠心圧縮機は トリクロロフルオロメタン（ＣＦＣ−１１）などの低圧冷媒を用いた時に最も良 く働く。ＣＦＣ−１１を冷媒として用いると、圧縮１を用いた１段階羽根車を用 いることができる。

多くの条件下では２段階羽根車が普通である。運転時は、第１段階羽根車の排気 が第２羽根車の吸引口に行く。各段階は約４：１の圧縮比を達成することができ 、すなわち排気絶対圧が吸引絶対圧の４倍であることができる。

遠心圧縮機は２００−１０．０００キロワツトの冷却容量の範囲の大きさである 。ＣＦＣ−１１より以上又はそれ以下の冷却容量の必要な用途の場合、適した大 きさのモーターを備える以外に圧縮機を変更せずにＣＦＣ−１１の代わりに１． 　２．　２−トリクロロトリフルオロエタン（ＣＦＣ−１１３）又は１．　２− ジクロロテトラフルオロエタン（ＣＦＣ−１１４）を冷媒として用いることがで きる。

ＣＦＣ−１１、ＣＦＣ−１１３及びＣＦＣ−１１４などの完全にハロゲン化され たクロロフルオロカーボンの生産を世界的に減少させる提案は、より環境的に受 け入れられる代わりの製品に対する緊急の必要性を生み出した。

ＣＦＣ−１１、ＣＦＣ−１１３又はＣＦＣ−１１４のために設計された遠心圧縮 機に大きな投資が成されてきた。遠心圧縮機は、用いるべき冷媒のために設計さ れる。すなわち遠心圧縮機は典型的に冷媒を最初に選択し、その後所望の冷却容 量及び動力源を決定することにより設計される。これらの変数を知ったら、羽根 車の直径、羽根車開口部の大きさ及び段階の数を設計して所望の冷却容量を達成 する。

現存する遠心圧縮機で用いるためにクロロフルオロカーボンを代わり要な基準に は、与えられた遠心圧縮機に関してその先端で測定された羽根本の速度を意味す る冷媒の“先端速度”及び冷媒の密度ならびに分子量が含まれる。

遠心圧縮機で冷媒を置換することが望まれ、置換冷媒が最初の冷媒と同様の性能 を示さない場合、置換冷媒のための圧縮機を設計し、最初の圧縮機と置換するこ とができる。しかし現存する圧縮機を置換することはすべての場合に可能なわけ ではない。例えば遠心圧縮機は非常に大きく（大建造物の冷却系で用いられるも のなど）、設計し直した圧縮機に置換することができないこともある。そのよう な場合、置換冷媒は最初の圧縮機で働かねばならない。

詳細な説明 本発明は、１．　１．　１．　３．　３．　３−ヘキサフルオロプロパン（ＨＦ Ｃ−２３６ｆａ）を冷媒、さらに特定すると遠心圧縮冷却装置で用いるための冷 媒として用いることができるという発見に関する。

遠心圧縮機の選択又は設計には、羽根車の羽根の１つの末端から反対側の羽根の 末端までの長さを意味する羽根車の直径、羽根車の通路の幅及び冷媒の３つの重 要な選択がある。羽根車及び冷媒は所望の用途に最も適合するような組み合わせ で選択しなければならない。

羽根車の直径は達成するべき排気圧に依存する。与えられた回転速度で大きな羽 根車直径がより高い先端速度を与え、より高い圧力比を生ずる。先端速度は羽根 車を離れる冷媒の接線速度を意味する。冷媒としてＣＦＣ−１１４を用いる遠心 圧縮機を１秒当たり８５回転（ｒ　／　ｓ　）でＣＦＣ−１１４のための“ドｏ −）ブイン（ｄｒｏｐ−ｉｎ）”置換、すなわちＣＦＣ−１１４のために設計さ れた装置で用いることができ、ＣＦＣ−１１４と同様の性能を示す冷媒を見いだ すのが望ましい。現存する装置でＣＦＣ−１１４と同様の性能を示すために冷媒 は、それが用いられた時に羽根車が、ＣＦＣ−１１４を用いた場合の羽根車の先 端速度に匹敵する、又はほとんど匹敵する先端速度を達成するようなものでなけ ればならない。２つの冷媒を同一の運転装置で用いた場合、ＲＦＣ−２３６ｆａ はＣＦＣ−１１４の先端速度と同一の、又はほとんど同一の先端速度を与える。

遠心圧縮機の設計における他の重要な因子は羽根車の通路の幅である。

この通路の大きさが増加すると圧縮機の容量が増加するが、圧縮機が必要とする 動力も増加する。遠心圧縮機は、特に圧縮機を低容量で運転する機械で用いた場 合に高い効率を保持するように設計される。羽根車の羽根の間の幅を増加させず に圧縮機の効率を上げる１つの方法は、ＣＦＣ−１１４などの低密度の冷媒を用 いることであり、それにより羽根車を通る流量に対する狭い羽根車面上の摩擦が 減少する。

ＣＦＣ−１１４の液体密度は室温で１．５５５ｇ／ｃｃであり、１゜１、　１． 　３．　３．　３−ヘキサフルオロプロパンの液体密度は室温で１゜２３０ｇ／ ｃｃである。ＨＦＣ−２３６ｆａの低密度は低容量において遠心圧縮機の効率を 上げることができ、少なくともＣＦＣ−１１４を用いた場合と同一の効率で遠心 圧縮機を運転できる。

冷媒の分子量も遠心圧縮機の設計のための重要な考慮事項である。ＣＨＦＣ−２ ３６ｆａの他の重要な物理的性質は沸点が１．５℃であることで、これはＣＦＣ −１１４の３．６℃という沸点と近０゜実施例１ 圧力を発生するための先端速度 先端速度は遠心圧縮機を用いる冷却装置に関する基本的関係式を形成することに より算出することができる。羽根車が気体に理想的１こ与えるトルクは Ｔ＝ｍ＊　（ｖ、＊　ｒ２−ｖ、＊　ｒυ　式１として定義され、ここで Ｔ＝トルク、Ｎ＊ｍ ｍ＝流れの質量速度、ｋｇ／５ ｖ２＝羽根車を離れる冷媒の接線速度、ｍ／５ｒ２＝羽根車の出口の半径、ｍ ■、＝羽根車に入る冷媒の接線速度、ｍ／ｓｒ、＝羽根車の入り口の半径、ｍで ある。

冷媒が羽根車に基本的に半径方向で、速度の接線成分ｖ１＝０で入ると仮定する と、 Ｔ＝ｍ＊ｖｚ＊ｒ２　式２ 軸で必要な動力はトルクと回転速度の積であり、Ｐ＝Ｔ＊Ｗ　式３ ％式％ Ｐ＝Ｔ＊ｗ＝ｍ＊ｖ、＊ｒｚｗ　式４ 冷媒の流量が低い場合、羽根車の先端速度及び冷媒の接線速度はほとんど同一で あり、従って ｒｆｉ＊Ｗ”Ｖｆｉ　式５ Ｐ＝ｍ＊ｖ２＊ｖ２　式６ である。

理想動力（ｉｄｅａｌ　ｐｏｗｅｒ）のもう１つの表示は流れの質量速度と圧縮 機の等エントロピー仕事の積であり、Ｐ＝ｍ＊Ｈ１＊　（１００ＯＪ／ｋＪ）　 式７Ｈ，＝蒸発条件下の飽和蒸気から飽和凝縮条件下の飽和蒸気への冷媒のエン タルピーの差、ｋ　Ｊ　／ｋ　ｇ。

２つの表弐６及び７を結び付け、 Ｖｚ＊Ｖｚ＝１０００＊Ｈ＋　式８ 式８はいくつかの基本的仮定に基づいているが、これは羽根車の先端速度に関す る優れた概算を与え、冷媒の先端速度を比較するための重要な方法となる。

表１はジクロロテトラフルオロエタン（ＣＦＣ−１１４）　、１．１゜１、　３ ．　３．　３−ヘキサフルオロプロパン（ＲＦＣ−２３６ｆ　ａ）及び凝縮温度 に相当する圧力まで圧縮する条件である。これらは遠心冷却機が作動する典型的 条件である。

又、羽根車の直径は０．５７５メートルであり、ＣＦＣ−１１４の場合は圧縮機 を８５ｒ／ｓで運転する電気モーターにより駆動する。ＨＦＣ−２３６ｆａの場 合、圧縮機は８８ｒ／ｓで運転するモーターにより駆動する。

Ｈｉ、ｋＪ／ｋｇ　３．　５　２５．　４　４３．　５ｖ２．　ｍ／ｓ　１５３ ．　４　１５９．　３　２０８．　５ＣＦＣ−１１４のために設計された現存す る装置を用いてＣＦＣ−１１４と類似の冷却性能を与えるために、冷媒はＣＦＣ −１１４を用いた場合に発生する先端速度に匹敵する、又はほとんど匹敵する先 端速度を与えなければならない。ＣＦＣ−１１４のために設計され、車の直径が ０．５７５メートルの装置にお１ブるドロップイン置換としてＨＦＣ−２３６ｆ ａを用い、モーター運転速度が８８ｒ／ｓの場合にＨＦＣ−２３６ｆａは１５９ ．３ｍ／ｓの先端速度を生ずる。この運転速度は現在の装置で用いられるものと 同一のモーターを用いて得ることができる。

別の場合、車の大きさを０．６メートルに増し、モーターを８５ｒ／ｓで運転す ることができる。かくしてＣＦＣ−１１，４のために設計された現存する装置で ほとんど、又は全（装置の変更を行うことなくＨＦＣ−２３６ｆａを用いること ができる。

−１１４と比較する。この実施例における羽根車の大きさは０．　７６２メート ルである。

ＣＦＣ−１１４ＨＦＣ−２３６ｆａ 蒸発器温度、℃４．　４　４．　４ 蒸発器圧、ｋＰａ　１０６．５　１２５．８正味の冷却効果、ｋＪ／ｋｇ　１１ ８　１３０冷媒流、ｋｇ／ｓ　３５．３　３１．９圧縮機流量（入り口）Ｉ／ｓ 　４２８２　３６４８ポリトロ一プ頭部圧力（ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃ　ｈｅａｄ 　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（気体の頭部のｍ）　１８４６　２０５６相対的先端速度 、ｍ／ｓ　１４７．　１　１５５．　２音響速度（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｖｅｌｏｃｉｔｙＬｍ／ｓ　１１１．６　１２４．１コンデンサー温度、℃４３ ．　３　４３．３コンデンサー圧力、ｋＰａ　３７４．３　４４２．８キロワツ ト　９４２　９５７ キロワツト／冷却のキロワット　０．２２７　０．２３１これらのデータはＣＦ Ｃ−１１４の置換としてＲＦＣ−２３６ｆａを用いることができることを示して いる。ドロップイン置換としてＲＦＣ２３６ｆ　ａを用いるために、ＣＦＣ−１ １４で用いるために設計された圧縮機のためのモーターにいくつかの変更、例え ばモーターのギアリ要するに、本発明はＲＦＣ−２３６ｆａを冷媒として用いる ことができるという発見に関する。冷媒の特に有用な用途は、ＣＦＣ−１１、Ｃ ＦＣ−１１３及びＣＦＣ−１１４で用いるために設計された遠心圧縮機を用いた 冷却機などの冷却装置であり、ＣＦＣ−１１４の置換が好ましい。

フロントページの続き （７２）発明者　シフレット、マーク・プラントンアメリカ合衆国プラウエア用 １９７１１ニューアーク・フイフスストリート６０９ （７２）発明者　チソルムーカーター、トウニーンアメリカ合衆国プラウエア州 １９７２０ニューキャッスル・ストーンブリッジブールバード１６０１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．トリクロロフルオロメタン、１，２，２−トリクロロトリフルオロエタン又 は１，２−ジクロロテトラフルオロエタンを冷媒として用いるように設計された 遠心圧縮機を準備し、遠心圧縮機で冷媒を圧縮し、冷却するべき本体の近辺で冷 媒を蒸発させる段階を含み、遠心圧縮機で用いる冷媒が１，１，１，３，３，３ −ヘキサフルオロプロパンであることを特徴とする、冷却を与えるための方法。