JPH09221664A - 作動流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｒ２２と同等もしくはそれ以上の優れた冷媒
としての特性を有すると共に、成層圏のオゾン層を破壊
する危険性のない作動流体を提供する。 【解決手段】 循環路中に、圧縮機と凝縮器と減圧器と
蒸発器とが設けられ、作動流体を順に循環させるように
構成される冷凍サイクルに用いられる作動流体であっ
て、ペンタフルオロエタンと、１，１，１−トリフルオ
ロエタンと、１，１，１，２−テトラフルオロエタン
と、シクロプロパンとの４種の成分を含み、前記４種の
成分のうち、シクロプロパンの混合比が３０重量％以下
（ただし、０重量％は含まない）であり、残りのペンタ
フルオロエタンと、１，１，１−トリフルオロエタン
と、１，１，１，２−テトラフルオロエタンとを、冷凍
効果および成績係数がＲ２２と同等以上、かつ、吐出圧
力がＲ２２と同程度の範囲となるような混合比で混合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機、冷
凍機等のヒートポンプ装置における冷媒等として使用さ
れる作動流体に関するものであり、特に、クロロジフル
オロメタンと同等の優れた作用を有するとともに、オゾ
ン層を破壊する危険性のない作動流体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和機、冷凍機等のヒー
トポンプ装置における冷媒等としては、様々な作動流体
が使用されていた。また、作動流体を用いた冷凍システ
ムとしては、図１に示すように、循環路１中に、圧縮機
２、凝縮器３、減圧器４および蒸発器５とが設けられ、
作動流体を順に循環させるようにしたものが広く利用さ
れていた。

【０００３】ここで、作動流体を用いた上述の冷凍シス
テムにおける作用を、上述の図１および図２に示した圧
力−エンタルピー線図を用いて、以下に説明する。ま
ず、蒸発器５から排出された低温、低圧の作動流体のガ
スを圧縮機２に導き、この圧縮機２内において上記ガス
を断熱圧縮させる。次に、このように圧縮されたガスを
凝縮器３に導き、導かれた圧縮ガスをこの凝縮器３内に
おいて凝縮し、放熱させて等圧液化させる。その後、減
圧器４を通過させ、上述のように液化された作動流体を
断熱自由膨張させて蒸発器５に導き、この蒸発器５内に
おいて液化された作動流体を定圧蒸発させて吸熱させ
る。この吸熱により、蒸発器５において冷凍を行なうよ
うになっている。

【０００４】ここで、上述の冷凍システムにおいて、圧
縮機２に導かれる前の作動流体のエンタルピーをＨ₁、
圧縮機２において圧縮された作動流体のエンタルピーを
Ｈ₂、凝縮器３において凝縮された作動流体のエンタル
ピーをＨ₃、蒸発器５に導かれる作動流体のエンタルピ
ーをＨ₄（＝Ｈ₃）とする。この場合に、作動流体として
は、蒸発器５において作動流体を蒸発させた際における
エンタルピーの差（Ｈ₁−Ｈ₄）、すなわち冷凍効果（Ｈ
ｉ）が大きいこと、また作動流体を圧縮させる際の仕事
量に対する蒸発時の吸熱量の割合（Ｈ₁−Ｈ₄）／（Ｈ₂
−Ｈ₁）、すなわち成績係数（ＣＯＰ）が大きいこと、
さらに圧縮機２において圧縮される際の圧力（Ｐｃｏｎ
ｄ）が適切な範囲にあること等が好ましい条件とされ
る。これらの点から、従来においては、作動流体とし
て、一般にフロン類が多く使用されていた。

【０００５】しかし、作動流体として使用されている特
定のフロン類については、成層圏におけるオゾン層を破
壊するという問題がある。特に、近年においては、成層
圏におけるオゾン層を破壊する能力の大きい特定フロン
の使用が抑制されている。このため、トリクロロフルオ
ロメタン（ＣＣｌ₃Ｆ，以下、「Ｒ１１」と略す。）に
おける成層圏オゾン破壊能力を１として、成層圏オゾン
破壊能力の比で表わされるオゾン破壊係数が０．０５と
微小なクロロジフルオロメタン（ＣＨＣｌＦ₂，以下、
「Ｒ２２」と略す。）が、広く利用されるようになっ
た。

【０００６】ここで、このＲ２２は、蒸発温度が約−５
℃、凝縮温度が約４０℃の条件の下では、上述の冷凍シ
ステムにおける成績係数（ＣＯＰ）が約４．８１、冷凍
効果（Ｈｉ）が約１５５．７５ｋＪ／ｋｇと高い。ま
た、圧縮機２から吐出される際の吐出圧力（Ｐｃｏｎ
ｄ）も、１５３７．５ｋＰａと適切な範囲にある。さら
に、このＲ２２は不燃性であり、化学的にも安定で、熱
力学的性質が良く、冷媒等の作動流体として、今後その
使用量が増大すると予想されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＲ
２２は、前述のようにオゾン破壊係数が０．０５と微小
であるが、今後その使用量が増大すると、このＲ２２に
よる成層圏のオゾン層への影響が無視できないものとな
ると予想されている。

【０００８】このため、近年においては、このＲ２２に
おける冷媒としての特性と同等もしくはそれ以上の特性
を有する作動流体であって、成層圏のオゾン層を破壊す
る能力のない、すなわち分子構造に塩素を含まない作動
流体が求められている。

【０００９】そして、このような作動流体の一例として
は、アンモニアが存在する。しかしながら、アンモニア
の場合、取扱い上の安全性に問題があり、大型の冷凍シ
ステムにしか利用できない等の問題があった。

【００１０】この発明の目的は、空気調和機、冷凍機等
のヒートポンプ装置の冷媒等として使用される作動流体
における上述のような様々な問題を解決し、Ｒ２２と同
等もしくはそれ以上の優れた冷媒としての特性を有する
とともに、成層圏のオゾン層を破壊する危険性のない作
動流体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による作
動流体は、循環路中に、圧縮機と凝縮器と減圧器と蒸発
器とが設けられ、作動流体を順に循環させるように構成
される冷凍サイクルに用いられる作動流体であって、ペ
ンタフルオロエタンと、１，１，１−トリフルオロエタ
ンと、１，１，１，２−テトラフルオロエタンと、シク
ロプロパンとの４種の成分を含み、前記４種の成分のう
ち、シクロプロパンの混合比が３０重量％以下（ただ
し、０重量％は含まない）であり、前記４種の成分のう
ち、残りのペンタフルオロエタンと、１，１，１−トリ
フルオロエタンと、１，１，１，２−テトラフルオロエ
タンとを、冷凍効果がクロロジフルオロメタンと同等以
上であり、かつ、成績係数がクロロジフルオロメタンと
同等以上であり、かつ、前記圧縮機から吐出される際の
吐出圧力がクロロジフルオロメタンと同程度の範囲とな
るような混合比で混合したことを特徴とするものであ
る。

【００１２】請求項２の発明による作動流体は、請求項
１の発明において、前記ペンタフルオロエタンと、前記
１，１，１−トリフルオロエタンと、前記１，１，１，
２−テトラフルオロエタンとを、前記蒸発器を通過する
前後における温度差が５℃以下、かつ、前記凝縮器を通
過する前後における温度差が５℃以下となるような混合
比で混合したことを特徴とするものである。

【００１３】請求項３の発明による作動流体は、請求項
２の発明において、前記シクロプロパンの混合比は３０
重量％であり、前記１，１，１，２−テトラフルオロエ
タンと、前記１，１，１−トリフルオロエタンとの混合
比が、図８に示す点Ａ（４５，２５）、点Ｂ（６６，
５）、点Ｃ（５５，５）、点Ｄ（５５，１０）、点Ｅ
（５０，１０）、点Ｆ（５０，１５）、点Ｇ（４５，２
０）、点Ａ（４５，２５）を順に結ぶ線分で囲まれる範
囲内であり、残りがペンタフルオロエタンである。

【００１４】なお、この発明による作動流体において
は、上述の各成分の他に、潤滑油や腐食防止剤等を混入
させることも可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明による作動流体は、塩素
を含まない成分で構成されている。その結果、前述のオ
ゾン破壊係数が０であり、成層圏におけるオゾン層を破
壊することがない。

【００１６】また、この発明による作動流体によれば、
それぞれ各成分の混合比が、冷媒としての成績係数がク
ロロジフルオロメタンと同等以上である４．８以上、冷
凍効果がクロロジフルオロメタンと同等以上である１５
０ｋＪ／ｋｇ以上、吐出圧力がクロロジフルオロメタン
と同程度の１３００〜１７００ｋＰａになるように調製
されている。そのため、前述のＲ２２と同等もしくはそ
れ以上の作用を有する冷媒として利用でき、またＲ２２
を使用した冷凍システムをそのまま利用することができ
る。

【００１７】さらに、各作動流体における各成分の混合
比を、蒸発時や凝縮時における前後の温度差が５℃以下
になるように調製することにより、空気調和機等におけ
る冷媒として利用した際に、蒸発器の部分に霜等がつい
て凍るということ等も少なくなる。

【００１８】また、本発明による作動流体は、ペンタフ
ルオロエタンと、１，１，１−トリフルオロエタンと、
１，１，１，２−テトラフルオロエタンと、シクロプロ
パンとの４つの成分から構成されているが、これら４つ
の成分のうち、シクロプロパンおよび１，１，１−トリ
フルオロエタンは可燃性を有し、特にシクロプロパンが
可燃性が高い。したがって、安全性の点から、本発明に
おけるシクロプロパンの混合比は、できる限り少ない方
が望ましい。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例に係る作動流体を具
体的に説明する。なお、以下の実施例においては、作動
流体を構成する成分として、ペンタフルオロエタン（以
下、「Ｒ１２５」と略す。）と、１，１，１，２−テト
ラフルオロエタン（以下、「Ｒ１３４ａ」と略す。）
と、１，１，１−トリフルオロエタン（以下、「Ｒ１４
３ａ」と略す。）と、シクロプロパン（以下、「ＲＣ２
７０」と略す。）とを用いた。

【００２０】（実施例１）まず、ＲＣ２７０の混合比を
３０重量％に設定して、Ｒ１２５とＲ１４３ａとＲ１３
４ａとの混合比を変化させて各作動流体を調製した。次
に、各作動流体について、図１に示した冷凍システムを
使用し、成績係数（ＣＯＰ）、冷凍効果（Ｈｉ）を求め
るとともに、圧縮機２から吐出される際の吐出圧力（Ｐ
ｃｏｎｄ）、蒸発器５を通過する前後における温度差
（ＴＥＶＡＰ）および凝縮器３を通過する前後における
温度差（ＴＣＯＮＤ）をそれぞれ測定した。その結果を
図３〜図７に示す。なお、これらの図において、縦軸は
Ｒ１４３ａの重量％を示し、横軸はＲ１３４ａの重量％
を示している。また、Ｒ１２５の混合比については、Ｒ
Ｃ２７０とＲ１４３ａとＲ１３４ａとＲ１２５とからな
る４種成分の各混合比の和が、１００重量％に達しない
残りの部分として表わした。

【００２１】ここで、図３は、各作動流体における成績
係数（ＣＯＰ）の変化を示した図である。図３におい
て、成績係数がＲ２２と同等もしくはそれ以上である、
４．８以上の条件を満たしている部分を点で塗り潰し
た。

【００２２】また、図４は、各作動流体における冷凍効
果（Ｈｉ）の変化を示した図である。図４においては、
冷凍効果がＲ２２と同等もしくはそれ以上である、１５
０ｋＪ／ｋｇ以上の条件を満たしている部分を点で塗り
潰した。

【００２３】さらに、図５は、圧縮機２から吐出される
各作動流体の吐出圧力（Ｐｃｏｎｄ）の変化を示した図
である。図５においては、Ｒ２２の吐出圧力に近い、１
３００〜１７００ｋＰａの条件を満たしている部分を、
点で塗り潰した。

【００２４】また、図６は、蒸発器５を通過する前後に
おける各作動流体の温度差（ＴＥＶＡＰ）の変化を示し
た図である。図６においては、この温度差が少ない５℃
以下の部分を点で塗り潰した。

【００２５】さらに、図７は、凝縮器３を通過する前後
における各作動流体の温度差（ＴＣＯＮＤ）の変化を示
した図である。図７においては、この温度差が少ない、
５℃以下の部分を点で塗り潰した。

【００２６】次に、上述の図３〜図７に示す各結果か
ら、ＲＣ２７０とＲ１４３ａとＲ１３４ａとＲ１２５と
を混合させた場合において、成績係数が４．８以上、冷
凍効果が１５０ｋＪ／ｋｇ以上、吐出圧力が１３００〜
１７００ｋＰａの条件を満たしている混合比の範囲を求
めた。その結果を図８に示す。なお、この図８において
も、上述の図３〜図７と同様に、縦軸はＲ１４３ａの重
量％を示し、横軸はＲ１３４ａの重量％を示している。
また、Ｒ１２５については、４種成分の各混合比の和
が、１００重量％に達しない残りの部分として表わし
た。

【００２７】図８に示すようにＲ１２５とＲ１４３ａと
Ｒ１３４ａとＲＣ２７０との４つの成分を含み、ＲＣ２
７０の混合比を３０重量％と設定した作動流体の場合、
Ｒ１３４ａとＲ１４３ａとの混合比が、点Ａ（４５，２
５）、点Ｂ（６６，５）、点Ｃ（５５，５）、点Ｄ（５
５，１０）、点Ｅ（５０，１０）、点Ｆ（５０，１
５）、点Ｇ（４５，２０）、点Ａ（４５，２５）を順に
結んだ線分で囲まれる範囲（点で塗り潰した範囲）であ
り、残りがＲ１２５となるように混合することにより、
成績係数および冷凍効果がＲ２２と同等もしくはそれ以
上になっているとともに、吐出圧力がＲ２２と同程度に
なっていることがわかる。したがって、Ｒ１２５とＲ１
４３ａとＲ１３４ａとＲＣ２７０の各混合比をこの範囲
内に調製した場合には、Ｒ２２と同等もしくはそれ以上
の効果を有する冷媒として利用することができることが
わかった。

【００２８】更に、混合比を上記範囲内に調製した場合
には、上述の３つの条件に加えて、蒸発時および凝縮時
における前後の温度差が５℃以下の条件を満たしてお
り、空気調和機等における冷媒として利用した際に、蒸
発器の部分に霜等がついて凍るということが少なくなる
ことがわかった。

【００２９】尚、本願出願人は上記実施例の他に、Ｒ１
２５とＲ１４３ａとＲ１３４ａとＲＣ２７０との４つの
成分を含み、ＲＣ２７０の混合比を３０重量％より大き
く設定した場合についても、Ｒ２２と同等若しくはそれ
以上の効果を有する混合比が存在することがわかった
が、上記４種の成分の中で特に可燃性の高いＲＣ２７０
の混合比はできる限る少ない方が好ましく、安全性の点
からＲＣ２７０の混合比は３０重量％以下に設定するの
が望ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による作
動流体は、塩素を含まない成分で構成されている。その
結果、前述のオゾン破壊係数が０であり、成層圏におけ
るオゾン層を破壊することがない。その結果、冷媒とし
て好適に利用することができる。

【００３１】また、この発明による作動流体によれば、
それぞれ各成分の混合比が、冷媒としての成績係数が
４．８以上、冷凍効果が１５０ｋＪ／ｋｇ以上、吐出圧
力が１３００〜１７００ｋＰａになるように調製されて
いる。そのため、前述のＲ２２と同等もしくはそれ以上
の作用を有する冷媒として利用でき、またＲ２２を使用
した冷凍システムをそのまま利用することができる。

【００３２】さらに、各作動流体における各成分の混合
比を、蒸発時や凝縮時における前後の温度差が５℃以下
になるように調製することにより、空気調和機等におけ
る冷媒として利用する際に、蒸発器の部分に霜等がつい
て凍るということも少なくなる。その結果、より好適な
冷媒として利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷媒を用いた冷凍サイクルの概略説明図であ
る。

【図２】冷凍サイクル中における作動流体の圧力−エン
タルピー線図である。

【図３】この発明の実施例１における作動流体の成績係
数（ＣＯＰ）の変化を示した図である。

【図４】実施例１における作動流体の冷凍効果（Ｈｉ）
の変化を示した図である。

【図５】実施例１において、圧縮機から吐出される作動
流体の吐出圧力（Ｐｃｏｎｄ）の変化を示した図であ
る。

【図６】実施例１において、蒸発器を通過する前後にお
ける作動流体の温度差（ＴＥＶＡＰ）の変化を示した図
である。

【図７】実施例１において、凝縮器を通過する前後にお
ける作動流体の温度差（ＴＣＯＮＤ）の変化を示した図
である。

【図８】実施例１における作動流体において、混合させ
る各成分の好ましい重量比の範囲を示した図である。

【符号の説明】

１ 循環路 ２ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４ 減圧器 ５ 蒸発器

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 循環路中に、圧縮機と凝縮器と減圧器と
   蒸発器とが設けられ、作動流体を順に循環させるように
   構成される冷凍サイクルに用いられる作動流体であっ
   て、 ペンタフルオロエタンと、１，１，１−トリフルオロエ
   タンと、１，１，１，２−テトラフルオロエタンと、シ
   クロプロパンとの４種の成分を含み、 前記４種の成分のうち、シクロプロパンの混合比が３０
   重量％以下（ただし、０重量％は含まない）であり、 前記４種の成分のうち、残りのペンタフルオロエタン
   と、１，１，１−トリフルオロエタンと、１，１，１，
   ２−テトラフルオロエタンとを、冷凍効果がクロロジフ
   ルオロメタンと同等以上であり、かつ、成績係数がクロ
   ロジフルオロメタンと同等以上であり、かつ、前記圧縮
   機から吐出される際の吐出圧力がクロロジフルオロメタ
   ンと同程度の範囲となるような混合比で混合したことを
   特徴とする作動流体。
2. 【請求項２】 前記ペンタフルオロエタンと、前記１，
   １，１−トリフルオロエタンと、前記１，１，１，２−
   テトラフルオロエタンとを、前記蒸発器を通過する前後
   における温度差が５℃以下、かつ、前記凝縮器を通過す
   る前後における温度差が５℃以下となるような混合比で
   混合したことを特徴とする請求項１記載の作動流体。
3. 【請求項３】 前記シクロプロパンの混合比は３０重量
   ％であり、 前記１，１，１，２−テトラフルオロエタンと、前記
   １，１，１−トリフルオロエタンとの混合比が、図８に
   示す点Ａ（４５，２５）、点Ｂ（６６，５）、点Ｃ（５
   ５，５）、点Ｄ（５５，１０）、点Ｅ（５０，１０）、
   点Ｆ（５０，１５）、点Ｇ（４５，２０）、点Ａ（４
   ５，２５）を順に結ぶ線分で囲まれる範囲内であり、 残りがペンタフルオロエタンである、請求項２記載の作
   動流体。