JPH08170073A - 作動流体 - Google Patents

作動流体

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JPH08170073A
JPH08170073A JP6316799A JP31679994A JPH08170073A JP H08170073 A JPH08170073 A JP H08170073A JP 6316799 A JP6316799 A JP 6316799A JP 31679994 A JP31679994 A JP 31679994A JP H08170073 A JPH08170073 A JP H08170073A
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JP
Japan
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point
working fluid
cyclopropane
refrigerant
trifluoroethane
Prior art date
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Application number
JP6316799A
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English (en)
Inventor
Hisanori Kataoka
久典 片岡
Masami Ikemoto
真佐美 池元
Michihiro Kurokawa
通広 黒河
Kenji Nasako
賢二 名迫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オゾン破壊係数が0で、且つR22と同等ま
たはそれ以上の冷媒特性を有する作動流体を提供するも
のである。 【構成】 シクロプロパン45ないし80重量%、残部
が1,1,1-トリフルオロエタンであって、少なくとも前記
二種の成分を含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷暖房運転や給湯・冷
凍などに供するヒートポンプ装置に使用され、且つオゾ
ン層を破壊する危険性のない作動流体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、室内空調に利用するヒートポンプ
装置において冷媒として広く使用されてきたフロン類
(以下、特定フロンと記す)は、燃性、爆発性、毒性が
なく、また、通常の状態では金属部を腐食することもな
いなど、極めて使用特性に優れている。
【0003】しかし、化学的に極めて安定であるとして
広く使用されてきた特定フロンも、大気中に放出される
と成層圏に入り、紫外線によって分解されるまで極めて
長期間に渡って滞留し、紫外線を遮って地上の人間を含
む生物を保護しているオゾン層を破壊するとして、その
使用が国際的に制限されてきている。
【0004】このため、最近では従来使用してきた特定
フロンの代替冷媒として、特定フロンに比べ成層圏オゾ
ン層破壊能力が低いクロロジフルオロメタン(CHCl
2、R22)が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そして、このR22は
特定フロンの一種であるトリクロロフルオロメタン(C
Cl3F、R11)の成層圏オゾン破壊能力を1とした
ときの成層圏オゾン破壊能力を示すオゾン破壊係数(以
下、ODPと記す)が0.05と極めて小さく特定フロンで
はないものの、冷凍・空調機器が広く普及した現在で
は、将来的にR22の使用量及び生産量が増大すること
が予想され、R22の成層圏オゾン層に与える影響も無
視できないものとなる。
【0006】このため、成層圏オゾン層に及ぼす影響が
ほとんどない、R22の代替冷媒となる作動流体の早期
開発が望まれている。本発明は、斯かる点に鑑みてなさ
れたものであって、ODPが0で、且つR22と同等ま
たはそれ以上の冷媒特性を有する作動流体を提供するも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明の作動流体
は、シクロプロパン(C36、RC270)45ないし
80重量%、残部が1,1,1-トリフルオロエタン(CH3
CF3、R143a)であって、少なくとも前記二種の
成分を含むものである。
【0008】第2の発明の作動流体は、1,1-ジフルオロ
エタン(CH3CHF2、R152a)55重量%以下、
シクロプロパン80重量%以下、残部が1,1,1-トリフル
オロエタンであって、1,1-ジフルオロエタン及びシクロ
プロパンの成分比が添付の図8の点描部分で示す点A
( 0,80)、点B(15,70)、点C(50,40)、点D(55,
30)、点E(55,10)、点F(45, 0)、点G(35,
0)、点H(20,25)、点I(5,40)及び点J( 0,45)
で囲まれる範囲であり、少なくとも前記三種の成分を含
むものである。
【0009】第3の発明の作動流体は、1,1-ジフルオロ
エタン55重量%以下、シクロプロパン70重量%以
下、残部が1,1,1-トリフルオロエタンであって、1,1-ジ
フルオロエタン及びシクロプロパンの成分比が添付の図
8の実線で示す点B(15,70)、点C(50,40)、点D
(55,30)、点E(55,10)、点F(45, 0)、点G(35,
0)、点H(20,25)、点I( 5,40)及び点K(15,50)
で囲まれる範囲であり、少なくとも前記三種の成分を含
むものである。
【0010】第4の発明の作動流体は、プロパン(C3
8、R290)75重量%以下、シクロプロパン80
重量%以下、残部が1,1,1-トリフルオロエタンであっ
て、プロパン及びシクロプロパンの成分比が添付の図14
の点描部分で示す点L( 0,80)、点M(60,40)、点N
(75,25)、点O(75,10)、点P(70,10)、点Q(40,
25)及び点R( 0,45)で囲まれる範囲であり、少なく
ともプロパン及びシクロプロパンを含むものである。
【0011】第5の発明の作動流体は、プロパン75重
量%以下、シクロプロパン70重量%以下、残部が1,1,
1-トリフルオロエタンであって、プロパン及びシクロプ
ロパンの成分比が添付の図14の実線で示す点M(60,4
0)、点N(75,25)、点O(75,10)、点P(70,10)、
点Q(40,25)、点S(45,30)、点T(40,40)及び点
U(15,70)で囲まれる範囲であり、少なくともプロパ
ン及びシクロプロパンを含むものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、作動流体をオゾン破壊係数O
DPが0であるシクロプロパンと1,1,1-トリフルオロエ
タン若しくはプロパンとの二種の成分、又はシクロプロ
パン及び1,1,1-トリフルオロエタンに1,1-ジフルオロエ
タン若しくはプロパンのいずれかの成分を含む三種の成
分から構成しているので、成層圏オゾン層を破壊する虞
れがない。また、前記混合物からなる作動流体は、R2
2と同等またはそれ以上の冷媒特性を有し、R22の代
替冷媒として優れている。
【0013】更に、第3及び第5の発明によれば、蒸発
器または凝縮器を通過する前後の作動流体の温度差が小
さく、熱交換効率の低下や蒸発器への霜の付着などを引
き起こす虞れがない。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面に沿って
詳述する。図1は、本発明の作動流体を試験したヒート
ポンプ装置であって、循環路中に圧縮機1、凝縮器2、
減圧器3及び蒸発器4を順に設けて形成した冷凍サイク
ル内に、作動流体を循環させている。
【0015】冷凍システム内での作動流体の流れを、図
1および図2を用いて説明する。ここで、図2は、上記
冷凍サイクルのモリエル線図を示しており、縦軸に圧
力、横軸にエンタルピーをとっている。尚、図中、xは
冷媒の気相状態、液相状態および気液2相状態の境界を
示す曲線であり、頂点yより右側の曲線部分は飽和蒸気
線を示し、頂点yより左側の曲線部分は飽和液線を示し
ている。
【0016】そして、上記の飽和蒸気線の右側の領域で
は冷媒は過熱蒸気であり、飽和蒸気線の左側の領域では
冷媒は湿り蒸気となっている。また、上記の飽和液線の
左側の領域では冷媒は液体状態であり、飽和液線の右側
の領域では冷媒は湿り蒸気となっている。
【0017】よって、蒸発器4から送り込まれた低圧の
ガス状冷媒を、圧縮機1により圧縮することによって高
温高圧のガス状冷媒に変換して(図中a−b間)、凝縮
器2へ高温高圧に圧縮されたガス状冷媒を送り込んでい
る。
【0018】そして、圧縮機1から送り込まれた高温高
圧のガス状冷媒を、凝縮器2において空気または水等で
冷却することによって、高温高圧のガス状冷媒から熱を
奪い、ガス状冷媒を液化させて(図中b−c間)、減圧
器3へ高圧の液状冷媒を送り込んでいる。
【0019】高圧の液状冷媒は、減圧器3により高温高
圧の液状冷媒を減圧して、蒸発しやすい低温低圧の液状
冷媒に変換される(図中c−d間)。そして、減圧器3
から送り込まれた低温の液状冷媒が、蒸発器4内を通過
する間に周囲から熱を奪うことによって蒸発し、低圧の
ガス状冷媒が圧縮機1内に再び送り込まれる。
【0020】以上の冷凍サイクルが繰り返すことによっ
て、凝縮器2で放熱を行い、蒸発器4で吸熱により冷凍
を発生させている。次に、上記構成の冷凍システムを用
い、シクロプロパン(RC270)及び1,1,1-トリフル
オロエタン(R143a)に、1,1-ジフルオロエタン
(R152a)若しくはプロパン(R290)のいずれ
かを混合させた本発明の作動流体の各成分の重量%を1
%づつ変化させ、ヒートポンプ装置の性能を示す5つの
熱物性(成績係数、冷凍効果、吐出圧力、蒸発前後の冷
媒温度差及び凝縮前後の冷媒温度差)を夫々測定し、冷
媒としてR22を用いた場合の各熱物性値と比較した。
その結果について以下に説明する。
【0021】R22における各熱物性値を表1に示し、
R152a、RC270及びR143aの混合比に対す
る各熱物性値の測定結果の一部を表2に、R290、R
C270及びR143aの混合比に対する各熱物性値の
測定結果の一部を表3に示す。尚、表1ないし表3の値
は蒸発温度−5℃、凝縮温度40℃の場合の値であり、
この蒸発温度及び凝縮温度は、一般にヒートポンプ装置
が使用される利用温度範囲が−5〜40℃であることに
基づいて設定した。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】ここで、成績係数(以下、COPと記す)
とは、得られた冷凍効果を示す仕事量(図2に示す蒸発
過程(d〜a)のエンタルピーの変化量)と、冷凍を得
るために費やした仕事量(図2に示す圧縮過程(a〜
b)のエンタルピーの変化量)の比((Ha−Hd)/
(Hb−Ha))であって、COPが大きいほど冷凍シス
テムのエネルギー効率が良い。
【0026】冷凍効果(以下、Hiと記す)とは、1kg
の冷媒液が蒸発器4で蒸気に変化するときに吸収する熱
量(図2に示す蒸発過程(d〜a)のエンタルピーの変
化量)(Ha−Hd)であり、このHiが大きいほど冷凍
システムにおける吸熱量が大きい。
【0027】吐出圧力(以下、Pcond)とは、図1の圧
縮機1から作動流体が吐出されるときの圧力である。蒸
発前後の冷媒温度差(以下、Tvと記す)とは、図1の
蒸発器4を通過する前後の作動流体の温度の差であり、
この差が大きくなると冷凍システムに霜が付く可能性が
あると共に、熱交換効率が低下する。
【0028】凝縮前後の冷媒温度差(以下、Tcと記
す)とは、図1の凝縮器2を通過する前後の作動流体の
温度の差であり、この差が大きくなると冷凍システムの
熱交換効率が低下する。
【0029】冷凍システムでは、このCOP、Hi、Pc
ond、Tv及びTcは、共に作動流体として適しているか
否かの判断基準であり、特にCOP、Hi及びPcondは
冷凍システムを構成する上で特に重要な判断基準とな
る。また、Tv、Tcは共に5℃以下であれば冷凍システ
ムへの上記熱交換効率の低下や蒸発器4への霜の付着な
どは特に問題とならない。
【0030】先ず、R152a、RC270及びR14
3aを混合させた本発明の第1実施例としての作動流体
について、図3ないし図8に示す図面に基づいて説明す
る。図3ないし図8はすべて、縦軸にRC270、横軸
にR152aを夫々重量%で示しており、残部はR14
3aが占めている。
【0031】図3は、前記作動流体のCOPを示したも
のであり、R22のCOP値(=4.8)を許容下限と
し、これを満たしている部分を領域(a)で示す。尚、図
中の数字はCOP値を表しており、図中の線は等値線を
表している。
【0032】図4は、前記作動流体のHiを示したもの
である。R22のHi値は(=155kJ/kg)であるので、
本実施例ではHiの許容下限を150kJ/kgとし、これを満
たしている部分を領域(b)で示す。尚、図中の数字はH
i値を表しており、図中の線は等値線を表している。
【0033】図5は、前記作動流体のPcondを示したも
のである。本実施例では、R22のPcond値は1537kPa
であるが、若干の余裕を考慮してPcondの許容範囲を13
00kPa〜1700kPaとし、これを満たしている部分を領域
(c)で示す。尚、図中の数字はPcond値を表しており、
図中の線は等値線を表している。
【0034】図6は、前記作動流体のTvを示したもの
である。R22は単一組成の冷媒であるのでTvは0℃
である。本実施例では、Tvの許容上限を5℃とし、こ
れを満たしている部分を領域(d)で示す。
【0035】図7は、前記作動流体のTcを示したもの
である。R22のTcはTvと同様に単一組成の冷媒であ
るので0℃である。本実施例では、Tcの許容上限を5
℃とし、これを満たしている部分を領域(e)で示す。
【0036】上記図3ないし図7に示す実験結果に基づ
き、COP、Hi及びPcondが上記許容範囲にあるR1
52aとRC270の成分比は、図8の点描部分で示す
点A( 0,80)、点B(15,70)、点C(50,40)、点D
(55,30)、点E(55,10)、点F(45, 0)、点G(35,
0)、点H(20,25)、点I( 5,40)及び点J( 0,4
5)で囲まれる範囲(f)であって、残部がR143aで
あり、少なくとも前記二種または三種の成分から構成さ
れるものである。この作動流体では、ODPが0で、且
つCOP、Hi及びPcondがR22と同等またはそれ以
上の冷媒特性を有する。
【0037】更に、COP、Hi、Pcond、Tv及びTc
が上記許容範囲にあるR152aとRC270の成分比
は、図8の実線で示す点B(15,70)、点C(50,40)、
点D(55,30)、点E(55,10)、点F(45, 0)、点G
(35, 0)、点H(20,25)、点I( 5,40)及び点K(1
5,50)で囲まれる範囲(g)であって、残部がR143a
であり、少なくとも前記二種または三種の成分から構成
されるものである。この作動流体では、ODPが0で、
且つCOP、Hi及びPcondがR22と同等またはそれ
以上の冷媒特性を有すると共に、Tv及びTcが5℃以下
となるので、熱交換効率の低下や蒸発器への霜の付着な
どを引き起こす虞れがない。
【0038】尚、上記実施例では作動流体としてR15
2a、RC270及びR143aの二種または三種の成
分のみから構成される場合について説明したが、これら
以外に潤滑油、腐食防止剤等を混入させても構わない。
【0039】次に、R290、RC270及びR143
aを混合させた本発明の第2実施例としての作動流体に
ついて、図9ないし図14に示す図面に基づいて説明す
る。図9ないし図14はすべて、縦軸にRC270、横軸
にR290を夫々重量%で示しており、残部はR143
aが占めている。
【0040】図9は、R290、RC270及びR14
3aから構成される作動流体のCOPを示したものであ
り、図3と同様にR22のCOP値(=4.8)を許容下
限とし、これを満たしている部分を領域(h)で示す。
【0041】図10は、前記作動流体のHiを示したもの
であり、図4と同様にHiの許容下限値(=150kJ/kg)
以上の部分を領域(i)で示す。図11は、前記作動流体の
Pcondを示したものであり、図5と同様にPcondの許容
範囲(=1300kPa〜1700kPa)にある部分を領域(j)で示
す。
【0042】図12は、前記作動流体のTvを示したもの
であり、図6と同様に許容上限値(=5℃)以下の部分
を領域(k)で示す。図13は、前記作動流体のTcを示し
たものであり、図7と同様に許容上限値(=5℃)以下
の部分を領域(l)で示す。
【0043】上記図9ないし図13に示す実験結果に基づ
き、COP、Hi及びPcondが上記許容範囲にあるR2
90とRC270の成分比は、図14の点描部分で示す点
L(0,80)、点M(60,40)、点N(75,25)、点O(7
5,10)、点P(70,10)、点Q(40,25)及び点R( 0,4
5)で囲まれる範囲(m)であって、残部がR143aで
あり、少なくとも前記二種または三種の成分から構成さ
れるものである。この作動流体では、上記範囲(f)の場
合と同様に、ODPが0で、且つCOP、Hi及びPcon
dがR22と同等またはそれ以上の冷媒特性を有する。
【0044】更に、COP、Hi、Pcond、Tv及びTc
が上記許容範囲にあるR290とRC270の成分比
は、図14の実線で示す点M(60,40)、点N(75,25)、
点O(75,10)、点P(70,10)、点Q(40,25)、点S
(45,30)、点T(40,40)及び点U(15,70)で囲まれ
る範囲(n)であって、残部がR143aであり、少なく
とも前記二種または三種の成分から構成されるものであ
る。この作動流体では、上記範囲(g)の場合と同様に、
ODPが0で、且つCOP、Hi及びPcondがR22と
同等またはそれ以上の冷媒特性を有すると共に、Tv及
びTcが5℃以下となるので、熱交換効率の低下や蒸発
器への霜の付着などを引き起こす虞れがない。
【0045】尚、上記実施例では作動流体として、R2
90、RC270及びR143aの二種または三種の成
分のみから構成する場合について説明したが、この二種
若しくは三種の成分以外に潤滑油、腐食防止剤等を混入
させても構わない。
【0046】また、本発明の作動流体の成分比を示す上
記範囲(f),(g),(m),(n)では、図4及び図8並び
に図10及び図14から分かるように、ほとんどの範囲にお
いてHiが約200kJ/kg以上となっており、R22(Hi=
155kJ/kg)に比べかなり高い値を有しており、このため
従来装置に比べ冷凍能力をさらに向上させたヒートポン
プ装置を実現することが可能となる。そして、第2実施
例の作動流体の成分比を示す上記範囲(m)及び(n)で
は、全範囲においてHiが200kJ/kg以上となっており、
特に冷凍効果Hiの点で第1実施例の成分比を示す上記
範囲(f)及び(g)より優れている。
【0047】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、作動流体
をオゾン破壊係数ODPが0であるシクロプロパンと1,
1,1-トリフルオロエタン若しくはプロパンとの二種の成
分、又はシクロプロパン及び1,1,1-トリフルオロエタン
に1,1-ジフルオロエタン若しくはプロパンのいずれかの
成分を含む三種の成分から構成しているので、成層圏オ
ゾン層を破壊する虞れがない。
【0048】また、前記混合物からなる作動流体は、従
来の機器の利用温度においてR22と同等またはそれ以
上の冷媒特性を有するので、R22よりも高い成績係数
及び冷凍効果を期待できると共に、R22の代替として
現行機器をそのまま使用することができ、機器を新たに
交換する必要はない。特に、冷凍効果がR22に比べか
なり高い値を有しており、このため従来装置に比べ冷凍
能力をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作動流体を試験したヒートポンプ装置
の構成図である。
【図2】作動流体の冷凍サイクル内におけるモリエル線
図である。
【図3】第1実施例の作動流体の成績係数(COP)を
示した図である。
【図4】第1実施例の作動流体の冷凍効果(Hi)を示
した図である。
【図5】第1実施例の作動流体の吐出圧力(Pcond)を
示した図である。
【図6】第1実施例の作動流体の蒸発前後の冷媒温度差
(Tv)を示した図である。
【図7】第1実施例の作動流体の凝縮前後の冷媒温度差
(Tc)を示した図である。
【図8】第1実施例の作動流体の望ましい成分比の範囲
を示した図である。
【図9】第2実施例の作動流体の成績係数(COP)を
示した図である。
【図10】第2実施例の作動流体の冷凍効果(Hi)を示
した図である。
【図11】第2実施例の作動流体の吐出圧力(Pcond)を
示した図である。
【図12】第2実施例の作動流体の蒸発前後の冷媒温度差
(Tv)を示した図である。
【図13】第2実施例の作動流体の凝縮前後の冷媒温度差
(Tc)を示した図である。
【図14】第2実施例の作動流体の望ましい成分比の範囲
を示した図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 2 凝縮器 3 減圧器 4 蒸発器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年2月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【図8】
フロントページの続き (72)発明者 名迫 賢二 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シクロプロパン45ないし80重量%、残
    部が1,1,1-トリフルオロエタンであって、少なくとも前
    記二種の成分を含む作動流体。
  2. 【請求項2】1,1-ジフルオロエタン55重量%以下、シ
    クロプロパン80重量%以下、残部が1,1,1-トリフルオ
    ロエタンであって、 1,1-ジフルオロエタン及びシクロプロパンの成分比が添
    付の図8に示す点A( 0,80)、点B(15,70)、点C
    (50,40)、点D(55,30)、点E(55,10)、点F(45,
    0)、点G(35, 0)、点H(20,25)、点I( 5,40)
    及び点J( 0,45)で囲まれる範囲であり、少なくとも
    前記三種の成分を含む作動流体。
  3. 【請求項3】1,1-ジフルオロエタン55重量%以下、シ
    クロプロパン70重量%以下、残部が1,1,1-トリフルオ
    ロエタンであって、 1,1-ジフルオロエタン及びシクロプロパンの成分比が添
    付の図8の実線で示す点B(15,70)、点C(50,40)、
    点D(55,30)、点E(55,10)、点F(45, 0)、点G
    (35, 0)、点H(20,25)、点I( 5,40)及び点K(1
    5,50)で囲まれる範囲であり、少なくとも前記三種の成
    分を含む作動流体。
  4. 【請求項4】プロパン75重量%以下、シクロプロパン
    80重量%以下、残部が1,1,1-トリフルオロエタンであ
    って、 プロパン及びシクロプロパンの成分比が添付の図14に示
    す点L( 0,80)、点M(60,40)、点N(75,25)、点
    O(75,10)、点P(70,10)、点Q(40,25)及び点R
    ( 0,45)で囲まれる範囲であり、少なくともプロパン
    及びシクロプロパンを含む作動流体。
  5. 【請求項5】プロパン75重量%以下、シクロプロパン
    70重量%以下、残部が1,1,1-トリフルオロエタンであ
    って、 プロパン及びシクロプロパンの成分比が添付の図14の実
    線で示す点M(60,40)、点N(75,25)、点O(75,1
    0)、点P(70,10)、点Q(40,25)、点S(45,30)、
    点T(40,40)及び点U(15,70)で囲まれる範囲であ
    り、少なくともプロパン及びシクロプロパンを含む作動
    流体。
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