JPH08506853A - 冷凍回路用流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 環境汚染及び成層圏のオゾン消失と関連したリスクを減らす観点からクロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）の代替物として冷凍回路に使用される新しい冷媒。上記新しい冷媒はイソブタン（Ｒ６００ａ）５ないし５０パーセントと弗素化炭化水素５０ないし９５パーセントとの共沸混合物である。

Description

【発明の詳細な説明】 冷凍回路用流体 詳細な説明 本発明は、環境汚染と関連せるリスク、特に地球を太陽紫外線から守るという 重要な役割を演じる成層圏のオゾン層破壊を減らすことと関連して、クロロフル オロカーボン（ＣＦＣ_s）の代替物として冷凍回路に使用される新しい冷媒に関 するものである。 これは全環境保護問題のなかで最もよく論議される憂うべき諸問題のなかで現 在代表的な人々には広く知られている問題である。科学的及び工業的組織及び行 政機関はこの問題の解決のために役立つ新しい冷媒を探索し、実験する努力を繰 り返している。 これに関連して最もしばしば辿る方策の一つは、適切な共沸混合物の決定であ るようにみえる。しかしながら共沸は予測不可能な現象であり、それらを冷媒と して有効に使用するために必要なすべての性質を実際にもっている新しい共沸混 合物の探索は容易ではない。 特許明細書ＵＳ−Ａ−4 155 865は実質的に約６９．１ないし９９．５重量パ ーセントの１、１、２、２−テトラフルオロエタンと約０．５ないし３０．９重 量パーセントの１、１、１、２−テトラフルオロクロロエタンから成る共沸混合 物を開示している。しかしこのような混合物は、オゾン層を消失する可能性のあ る物質を網羅した１９９１年３月４日付けのＥＥＣ基準第５９４／９１に記載さ れている流体、すなわちテトラフルオロクロロエタンを含んでいる。したがって その生産及び使用は徐々に排除されるべきである。 そこで本発明の主要目的は、冷凍回路及びその種の用途に冷媒として使用する ために、環境に有害な、禁止される可能性のある流体を何ら含まない共沸混合物 を決定することである。 ここに添付せる請求項１に示される特徴によると、これに関連して決定された 共沸混合物は共通成分としてイソブタン（商売上はＲ６００ａとしても公知で ある）と付加的成分として弗素化炭化水素を含む；上記成分は国際基準により禁 止されなければならない物質のリストには一貫して存在しない。 共沸混合物によってもたらされる主な利益は、相転移プロセス、すなわち蒸発 及び凝縮中に圧力及び温度パラメーターが一定していることにあることは一般に 周知である。このような特別の特性が、熱交換器及びスロットリング（絞り）要 素内におこる不安定現象を排除し、それによってそれら器具の設計はずっと容易 になる。 本発明のこれらの及びその他の利点及び特徴は、以下の実施例及び添付の１か ら６までの表を参照することによってより明確に理解されるが、本発明は以下の 実施例に制限されるものではない。 上記のように、本発明が関係する共沸混合物はイソブタン（Ｒ６００ａ）を基 礎にしている。これらの混合物は純粋な共沸流体、すなわち一定して２０℃で蒸 発する流体である。 成分は各場合に変化せず維持される一方、混合物中の同一成分の百分率含有量 が異なるという点で互いに異なる混合物は、もちろんすべて本発明の範囲内に入 る。これらの混合物は、ここに詳細に示した条件とは異なる温度及び圧力条件下 でも純粋な共沸流体のように振る舞う。しかし、冷蔵庫及びその他の用途におい て、それらは熱力学的特性及び沸騰相において分離もしくは分留しないという特 徴に関して実質上共沸液として振る舞う。 共沸混合物の第１のタイプ この混合物の基礎的組成物は、２０℃で８０パーセントのテトラフルオロエタ ン［Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄］及び２０パーセントのイソブタン［（ＣＨ₃）₂ＣＨＣＨ₃］から 成る純粋な共沸混合物である。 この混合物は圧力０．１０１３ ＭＰａ（メガパスカル）で沸点−３３.３５ ℃である。 このような混合物が典型的共沸挙動から著しく逸脱しない組成範囲は、個々の 成分の重量パーセントによって下記のように決められる：テトラフルオロエタン ５０−９５重量パーセント、イソブタン ５−５０重量パーセント。好適方法で は混合物の重量パーセント組成はテトラフルオロエタンが７８ないし８２重量パ ーセント、イソブタンが１８ないし２２重量パーセントの範囲内であればよい。 このような混合物は圧縮及び膨張サイクルで作動する冷却装置と関連して用い ることができ、従来の冷媒と比較してより少量の流体が回路に充満され、装置の エネルギー使用は減少する。さらにこの混合物は従来の冷媒の使用で達せられる レベルに比べて密閉式コンプレッサーの性能レベルを高めるのに有効である。最 後に、この混合物は鉱油を潤滑油として充満したコンプレッサーに使用すること ができる。 従来の冷媒と比較したこの新規の混合物の性能を試験するために、コンプレッ サー及び完全な冷蔵庫両方で実験を行った。これらの実験の最も重要な結果を添 付の表１及び表２にまとめる。 特に、表１は５．７ｃｃのピストン排出量をもつモーター駆動のコンプレッサ ーで行われた熱量測定試験すべての結果をまとめたものである。この表から、冷 却能力も動作係数も、冷媒としてテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）、すなわ ち本明細書で比較のために用いられた物質、を用いた場合に同じコンプレッサー によって得られた対応する数値に比較して改良されることがわかる。 特に、基準温度−２３．３℃で動作係数（ＣＯＰ）が約１０％まで増加するこ とを認めることができた。 表２は２２２リットルという大きい容積をもった急速冷凍冷蔵庫で行われた試 験の結果をまとめたものである。上記表にあらわれたデータから、本発明による 混合物の使用が冷凍回路に満たされる冷媒の量を如何に減らすかを認めることが できる。このような減少はテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）を使用したとき の通常注入量に対して約３０％、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ１２）を使用し たときの通常注入量に対して約８０％に達する。 同様に、冷凍庫の貯蔵コンパートメント内を実際上一定の平均温度に維持しな がら、テトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）に対して約４％、ジクロロジフルオ ロメタン（Ｒ１２）に対して約１１％の減少が達成された。 上記の表から、本発明による混合物の冷却能力はＲ１３４ａまたはＲ１２で得 られるそれよりも著しく大きいようにみえることがさらに認められた。 その他に、東欧の国々で製造されたＸＫＢ−６型の密閉式コンプレッサーを備 えた冷却機でテストが行われた。この場合Ｒ１３４ａとＲ６００ａとの種々の重 量パーセントの組成物を下記のプロセス条件下で用い、Ｒ１３４ａのみの場合と 比較した：沸点２５３°Ｋ（−２０℃）、凝縮温度３１３°Ｋ（４０℃）、コン プレッサー吸入温度３０５゜Ｋ（３２℃）。添付の表３にあらわれたデータを分 析すると、本発明による冷却混合物は改良された熱力学的特性を示し、その結果 改良された熱力学的効率を示すと推論される。 特に、冷却能力は比較冷媒に対して３ないし１９％の範囲だけ改良されること がわかる。さらに、本発明による混合物は成層圏のオゾン層には決して有害でな い、なぜならばそれは基本的にＲ１２の代わりにＲ６００ａを用いているからで ある。 共沸混合物の第２のタイプ この混合物の基礎的組成物は、２０℃で７５％ジフルオロエタン［Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂ ］と２５％イソブタン［（ＣＨ₃）₂ＣＨＣＨ₃］とから成る純粋な共沸混合物で ある。 この混合物は０.１０１３ＭＰａの圧力下で沸点−２９.４２℃である。 このような混合物が典型的共沸混合物的挙動から著しく逸脱しない組成物範囲 は、個々の成分の下記の重量パーセントによってあらわされる：ジフルオロエタ ン ５５−９２重量パーセント、イソブタン８−４５重量パーセント。好適方法 では、混合物の重量パーセント組成はジフルオロエタン７３から７７重量パーセ ントまで、及びイソブタン２３から２７重量パーセントまでの範囲内にあればよ い。 このような混合物を圧縮及び膨張サイクルで作動する冷却装置と関連して用い ることができる。しかも従来の冷媒と比較して、回路に充満する流体をより少量 にすることができ、装置によるエネルギー使用を減らすことができる。さらに、 この混合物は従来の冷媒の使用で達せられるレベルに比べて、密閉式コンプレッ サーの性能レベルを高めるのに有効である。 家庭の冷蔵庫のためのモーター駆動のコンプレッサーでこの混合物の性能を試 験するために実験が行われた。このような実験の最も重要な結果を添付の表４に まとめる。 より詳しく言えば表４にはピストン排出量５．７ｃｃをもつモーター駆動コン プ レッサーで行われた熱量試験すべての結果をまとめてある。この表から、冷却能 力も動作係数も、冷媒としてテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）、すなわち本 明細書で基準として用いられた物質、を用いた場合に同じコンプレッサーによっ て得られた対応する数値に対して改良されることがわかる。 特に、基準温度−２５゜Cにおける動作係数（ＣＯＰ）の増加は約８％にのぼ ることが認められた。冷却能力でさえ、同じ蒸発温度でＲ１３４ａを用いたとき に得られたものより１３．６％も改良されたことがわかった。 その他に、東欧の国々で製造されたＸＫＢ−６型の密閉式コンプレッサーを備 えた冷凍機でテストが行われた。この場合Ｒ１５２ａとＲ６００ａとの種々の重 量パーセントの組成物を下記のプロセス条件下で用い、Ｒ１２の重量パーセント か７４％にのぼるＲ１５２ａとＲ１２との混合物（商売上はＲ５００としても知 られている）と比較した：沸点２５３゜Ｋ（−２０℃）、凝縮温度３１３゜Ｋ（ ４０℃）、コンプレッサー吸入温度３０５゜Ｋ（３２℃）。添付の表５にあらわ れたデータの分析から、本発明による冷却混合物は改良された熱力学的特性を示 し、その結果、改良された熱力学的効率を示すことが推論される。特に、冷却能 力は比較冷媒に対して２ないし５％の範囲で改良されるようにみえる。さらに、 本発明による混合物は成層圏のオゾン層には決して有害でない、なぜならばそれ は基本的にＲ１２の代わりにＲ６００ａを使用しているからである。 共沸混合物の第３のタイプ 本発明によるこの混合物の組成は次のようである：共沸混合物Ｒ５０７ ９５ ないし９８重量パーセント、イソブタン（Ｒ６００ａ）２ないし５重量パーセン ト；ここで上記の共沸混合物Ｒ５０７は１６.５モル−パーセントのジフルオロ エタンと８３.５モル−パーセントのオクタフルオロプロパン（Ｒ２１８）から 成る。 この第３のタイプの混合物も成層圏のオゾン層に有害であることが証明された 流体を何ら含んでいないし、圧縮及び膨張サイクルで作動する冷却装置と関連し て使用することができる。 東欧の国々で製造されたＸＫＢ−６型の密閉式コンプレッサーを備えた冷却機 で実験を行った。この場合この混合物の種々のモル−パーセントの組成物を下記 のプロセス条件下で、Ｒ５０７混合物のみの場合と比較した：沸点２５３゜Ｋ （−２０℃）、凝縮温度３１３°Ｋ（４０℃）、コンプレッサー吸入温度３０５ ゜Ｋ（３２℃）。添付の表６にあらわれたデータを分析すると、本発明による冷 却混合物は改良された熱力学的特性を示し、その結果改良された熱力学的効率を 示す。特に、冷却能力は標準冷却混合物に対して２ないし６％の範囲で改良され 、動作係数は１ないし４％の範囲で改良されるようにみえる。 結論として、本発明によって冷媒として用いられる共沸混合物は、オゾン層に 有害であることは認められておらず、同時に、従来の冷媒を用いることによって 得られる性能より明らかに良い性能を達成することが可能である。さらに、上述 の混合物を実際に製造するために、添付のクレイムに明らかにされた本発明の範 囲から逸脱することなく、それらの成分を上記の組成物とは異なる如何なる組成 物とも組み合わせることができる。 図 面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クメルンジュク，マイケル ジー. ウクライナ・オデッサ 100・ピー．オー. ボックス 33・インスティテュート オブ エナジー コンバージョン システムズ リミテッド・アイイーシーエス リミテ ッド（無番地) (72)発明者 ラブレンチェンコ，ジョージ ケー. ウクライナ・オデッサ 100・ピー．オー. ボックス 33・インスティテュート オブ エナジー コンバージョン システムズ リミテッド・アイイーシーエス リミテ ッド（無番地) (72)発明者 プルグニコフ，オレグ ウクライナ・キエフ・パークホメンコ ス トリート 36・ハウスホールド エレクト リカル マシーンズ アンド アプライア ンシズ ロー テンパラチャー リフリジ ェレーターズ・ヴェスタ（無番地) (72)発明者 ポール，ランフランコ イタリア・ベッルーノ・ポンテ ネッレ アルピ イ―32014・ヴィア カルドーレ 21／エッフェ (72)発明者 ヴォズニジ，ヴァレリー ウクライナ・キエフ・パークホメンコ ス トリート 36・ハウスホールド エレクト リカル マシーンズ アンド アプライア ンシズ ロー テンパラチャー リフリジ ェレーターズ・ヴェスタ（無番地)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共沸混合物から成る冷媒であって、５０ないし９５重量パーセントの弗素化 炭化水素と５ないし５０重量パーセントのイソブタン（ＣＨ₃）₂ＣＨＣＨ₃（Ｒ ６００ａ）とを含むことを特徴とする冷媒。 ２．上記弗素化炭化水素がテトラフルオロエタンＣ₂Ｈ₂Ｆ₄であることを特徴と する請求項第１記載の冷媒。 ３．５０ないし９５重量パーセントのテトラフルオロエタンと５ないし５０重量 パーセントのイソブタンを含むことを特徴とする請求項第２記載の冷媒。 ４．７８ないし８２重量パーセントのテトラフルオロエタンと１８ないし２２重 量パーセントのイソブタンとを含むことを特徴とする請求項第３記載の冷媒。 ５．上記弗素化炭化水素がジフルオロエタンＣ₂Ｈ₄Ｆ₂であることを特徴とする 請求項第１記載の冷媒。 ６．５５ないし９２重量パーセントのジフルオロエタンと８ないし４５重量パー セントのイソブタンとを含むことを特徴とする請求項第５記載の冷媒。 ７．７３ないし７７重量パーセントのジフルオロエタンと２３ないし２７重量パ ーセントのイソブタンとを含むことを特徴とする請求項第６記載の冷媒。 ８．上記弗素化炭化水素がジフルオロエタンとオクタフルオロプロパン（Ｒ２１ ８）とから成る共沸混合物（Ｒ５０７）であることを特徴とする請求項第１記載 の冷媒。 ９．９５ないし９８重量パーセントのＲ５０７と２ないし５重量パーセントのイ ソブタンとを含むことを特徴とする請求項第８記載の冷媒。