JPH10168436A - ジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンを主成分とする混合物の極低温冷凍冷媒としての使用 - Google Patents

ジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンを主成分とする混合物の極低温冷凍冷媒としての使用

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JPH10168436A
JPH10168436A JP9363808A JP36380897A JPH10168436A JP H10168436 A JPH10168436 A JP H10168436A JP 9363808 A JP9363808 A JP 9363808A JP 36380897 A JP36380897 A JP 36380897A JP H10168436 A JPH10168436 A JP H10168436A
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hfc
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difluoromethane
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Sylvie Macaudiere
シルビイ・マコデイエール
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Elf Atochem SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極低温冷凍におけるブロモトリフルオロメタ
ン（Ｒ−１３Ｂ１）の代替物の開発。 【解決手段】 質量基準で２５〜５０％のジフルオロメ
タン及び５０〜７５％のペンタフルオロエタンを含有す
る混合物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍の分野に関する
ものであり、その主題はより詳細には極低温冷凍システ
ム（−４５℃未満の蒸発温度）にてブロモフルオロカー
ボン（ＢＣＦ）を代替するため環境に対し全くまたは殆
ど影響を及ぼさない低沸点の極低温流体の混合物の使用
である。
【０００２】
【従来の技術】低温及び極低温の分野ではクロルフルオ
ロカーボン（ＣＦＣ）またはヒドロクロルフルオロカー
ボン（ＨＣＦＣ）が広く使用された。たとえばＲ−２２
（クロルジフルオロメタン）及びＲ−５０２（クロルジ
フルオロメタンとクロルペンタフルオロエタンとの共沸
混合物）は単一段階もしくは２−段階システムにて−３
５℃までの範囲の温度に達することができる一方、Ｒ−
１３（クロルトリフルオロメタン）及びＲ−５０３（ト
リフルオロメタンとクロルトリフルオロメタンとの共沸
混合物）はカスケードシステム（２台のコンプレッサを
用いる）は−８０℃まで低下させることができる。
【０００３】これらの場合、ＣＦＣの性質に近い熱力学
的性質により、たとえばＨＦＣ−２３（トリフルオロメ
タン）、ＨＦＣ−１１６（ヘキサフルオロエタン）、Ｈ
ＦＣ−３２（ジフルオロメタン）、ＨＦＣ−１２５（ペ
ンタフルオロエタン）、ＨＦＣ−１４３ａ（１，１，１
−トリフルオロエタン）及びＨＦＣ−１４３ａ（１，
１，１，２−テトラフルオロエタン）のようなヒドロフ
ルオロカーボン類（ＨＦＣ）は純粋でも混合しても代替
物を開発することができる。
【０００４】しかしながら、上記２種の配置間で転移を
行うべく流体が従来開発されている。これはブロモフル
オロカーボン（ＢＦＣ）、すなわちブロモトリフルオロ
メタン（Ｒ−１３Ｂ１）であって、単一のコンプレッサ
により単一段階もしくは２−段階システムにて−６０℃
の温度を得ることができる。
【０００５】ＣＦＣと同様にＲ−１３Ｂ１はオゾンに対
するその大きい作用のためモントリオール・プロトコー
ルによる規則を受け、その生産は１９９６年１月１日以
来禁止されている。
【０００６】現在入手しうるＨＦＣはいずれも、下表が
示すようにＲ−１３Ｂ１に近い性質を示さない。特に、
これらはいずれも−６０℃に近い温度まで低下しうるよ
うなＲ−１３Ｂ１に近い沸点を持たない：
【０００７】
【表１】
【０００８】ＨＦＣ−１１６はＲ−１３Ｂ１に最も近い
流体であるが、その低過ぎる臨界点（＜２０℃）は３０
℃より高い凝縮温度を有する１段階システムに用いるこ
とができない。
【０００９】より高い臨界温度を有する他のＨＦＣの場
合、その熱力学的性質及び或る場合にはその可燃性は純
粋な物質がＲ−１３Ｂ１を代替しえないことを意味す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、不燃性であると共に少なくとも２種のヒドロフル
オロカーボンを含有する低沸点の混合物によりＲ−１３
Ｂ１を代替するための解決策を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】今回、質量基準で５０〜
７５％のＨＦＣ−１２５及び２５〜５０％のＨＦＣ−３
２を含有する混合物はＲ−１３Ｂ１を代替しうる置換物
となることが突き止められた。
【００１２】
【発明の実施の形態】好適混合物は、質量基準で６５〜
７５％のＨＦＣ−１２５及び２５〜３５％のＨＦＣ−３
２を含有するものである。本発明による混合物のうち、
特に好適な混合物は約６８％のＨＦＣ−１２５と約３２
％のＨＦＣ−３２とを含有する。
【００１３】Ｒ−１３Ｂ１を代替するには沸点が極めて
重要な基準である。ＨＦＣ−３２の含有量の関数として
１気圧における３２／１２５混合物の沸騰温度を示す添
付の図１を検査すれば示されるように、本発明による３
２／１２５混合物は−５１℃より低い沸点を得ることを
可能にし、したがってＲ−１３Ｂ１の沸点にかなり近
い。
【００１４】２０％より高いＨＦＣ−３２含有量の場
合、沸騰温度は安定に留まる（１ Ｋより小さい差）こ
とが見られる。
【００１５】さらに、大気圧における各種の温度（２５
及び１００℃）でのＡＳＴＭ標準Ｅ６８１−８５にした
がう３２／１２５混合物の可燃性の測定は、これら混合
物が５０％未満のＨＦＣ−３２含有量の場合には不燃性
となることを示す。
【００１６】本発明によるＨＦＣ−３２／１２５混合物
は準共沸混合物であり、すなわちこれらは泡立点と露点
との間の小さい圧力差（＜１％）を示すと共にＲ−１３
Ｂ１に極めて近い蒸気圧を有する。
【００１７】質量基準で約６８％のＨＦＣ−１２５及び
約３２％のＨＦＣ−３２を含有する混合物のデータを表
ＩＩに要約する。
【００１８】
【表２】
【００１９】各種の組成における３２／１２５混合物に
つき４０℃でのデータを表ＩＩＩに要約し、図２は種々
の温度におけるＲ−１３Ｂ１との圧力差を示す。
【００２０】
【表３】
【００２１】高温度における蒸気圧は極低温プラントの
ための重要な因子である。事実、空気凝縮システムにお
いて凝縮温度は４０〜５０℃に達しうる。しかしなが
ら、現存するハードウェアーはＲ−１３Ｂ１に対応する
圧力につき設計されている。これら条件にて、過度の圧
力上昇はこのシステムにより許容しえない。２５〜５０
重量％のＨＦＣ−３２を含有する本発明による混合物
は、過大な供給圧力をもたらすことなく低沸点を得るこ
とを可能にする。
【００２２】さらに表Ｉに挙げた１種もしくは２種の化
合物を３２／１２５の２−成分混合物に添加しうること
も判明した。特にＨＦＣ−２３及びＨＦＣ−１４３ａを
挙げることができ、したがって同じ用途につき３−成分
混合物を形成することができる。下表ＩＶは、３２／１
２５混合物に対する、ＨＦＣ−２３もしくはＨＦＣ−１
４３ａのような第３成分（Ｘ）の添加がＲ−１３Ｂ１の
沸点に更に近い沸点を得ることを可能にすることを示す
（Ｅ＝−５７．７℃）。
【００２３】
【表４】
【００２４】
【実施例】以下、限定はしないが実施例により本発明を
説明する。
【００２５】実施例１ Ｒ−１３Ｂ１につき行うよう設計した極低温サーモスタ
ットにて下記に示す結果が得られた。
【００２６】これによりベースラインを得た後、本発明
による３２／１２５および３２／１２５／２３の混合物
をこの装置にて試験した。
【００２７】流体を変化させる際に導入した変化は、単
に膨脹弁に対する調整および極低温流体の充填量の最適
化とした。
【００２８】本発明による混合物の液体密度および蒸気
密度をＲ−１３Ｂ１と比較した場合、コンプレッサによ
り取出された蒸気の密度における５５〜６５％の減少及
び液体密度における約３０％の減少が全ての場合に観察
される。したがって、プラントにはＲ−１３Ｂ１よりも
約５０％少ない充填量を装填するとすると共に、蒸発器
が正確に供給されるまで膨脹弁を閉鎖することが適して
いる。
【００２９】例を示すため、２６／６３／１１重量％を
含有する３２／１２５／２３混合物で得られた最適化の
結果を表Ｖに示す。試験は冷媒浴の温度を低下させるこ
とよりなっている。浴温、並びに高圧力および低圧力を
試験期間にわたり測定した。
【００３０】時間の関数としての浴温の変化および凝縮
圧力の変化を示す添付の図３に示したように、２段階の
操作が観察される。第１段階（約−３０℃まで降下）は
一定の冷却速度および圧力にて行う。
【００３１】
【表５】
【００３２】Ｒ−１３Ｂ１に付設定した膨脹弁の場合、
高過ぎる低圧力および低過ぎるコンプレッサ吸引の蒸気
温度を観察し、これは蒸発器の過剰供給を示す。
【００３３】逆に、プラントにＲ−１３Ｂ１と同じ充填
量（すなわち１．２ｋｇ）を装填すれば高圧力における
増加が観察され、これは過剰供給された凝縮器を示す。
【００３４】実施例２ Ｒ−１３Ｂ１と比較した本発明による各種の混合物の熱
力学的性能を、極低温流体の充填量の最適化および膨脹
弁の閉鎖の他にはシステムに対し主たる変化を加えずに
極低温サーモスタットで試験した。
【００３５】表ＶＩは、Ｒ−１３Ｂ１並びにＨＦＣ−３
２、ＨＦＣ−１２５及びＨＦＣ−２３の各種の混合物に
よる２３±１℃の周囲温度における冷媒浴の温度を低下
させる試みに際し見られた熱力学的性能を要約する。
【００３６】
【表６】
【００３７】段階Ａは、冷却速度および高圧力が一定で
ある定常段階に対応する。これは１０℃から−３０℃へ
の浴温の低下に対応する。
【００３８】段階Ｂは−３０℃から達成最終温度への温
度の低下に対応する。
【００３９】本発明による混合物は、Ｒ−１３Ｂ１につ
き操作して最初に実現された単一段階システムによる−
５４℃程度の冷媒浴温を得ることを可能にする。
【００４０】Ｒ−１３Ｂ１よりも高いコンプレッサによ
り吸収される力を有するが、本発明による混合物はその
高い冷却速度のため約４０％の全体的エネルギー収得を
可能にする。
【００４１】２５〜５０質量％のＨＦＣ−３２と５０〜
７５％のＨＦＣ−１２５とを含有する本発明による混合
物、および必要に応じ１２％未満のＨＦＣ−２３もしく
は２０％未満のＨＦＣ−１４３ａの含有量を含有する混
合物は、極低温冷凍システムにてＲ−１３Ｂ１を代替す
ることができる。
【００４２】約２３質量％のＨＦＣ−３２と約６８質量
％のＨＦＣ−１２５とを含有する混合物が、Ｒ−１３Ｂ
１の代替につき最良である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨＦＣ−３２の含有量の関数として１気圧にお
ける３２／１２５混合物の沸騰温度を示す特性曲線図。
【図２】種々の温度における各種の組成の３２／１２５
混合物とＲ−１３Ｂ１との間の圧力差を示す特性曲線
図。
【図３】時間の関数として浴温および凝縮圧力における
変化を示す特性曲線図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質量基準で２５〜５０％のジフルオロメ
    タン及び５０〜７５％のペンタフルオロエタンを含有す
    る混合物の極低温冷凍冷媒としての使用。
  2. 【請求項２】 混合物が質量基準で２５〜３５％のジフ
    ルオロメタン及び６５〜７５％のペンタフルオロエタン
    を含有する請求項１に記載の使用。
  3. 【請求項３】 混合物が質量基準で約３２％のジフルオ
    ロメタン及び約６８％のペンタフルオロエタンを含有す
    る請求項１に記載の使用。
  4. 【請求項４】 混合物がさらに１２質量％までのトリフ
    ルオロメタンを含有する請求項１または２に記載の使
    用。
  5. 【請求項５】 混合物がさらに２０質量％までの１，
    １，１−トリフルオロエタンを含有する請求項１または
    ２に記載の使用。
JP9363808A 1996-11-27 1997-11-27 ジフルオロメタン及びペンタフルオロエタンを主成分とする混合物の極低温冷凍冷媒としての使用 Pending JPH10168436A (ja)

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