JPH11511192A - 冷媒組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非共沸冷媒組成物であって、(A)二酸化炭素(CO₂)と、(B)ジフルオロメタン(R-32)と、(C)ペンタフルオロエタン(R-125)とを含有してなることを特徴する非共沸冷媒組成物を記載するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 冷媒組成物 本発明は非共沸冷媒組成物に関するものであり、さらに詳しくはブロモトリフ ルオロメタン(R-13B1)で現在満足している低温冷却(low temperature refrigera tion)用途において使用し得る非共沸冷媒組成物に関する。 冷蔵庫、冷却機、冷凍機、フリーザー、ヒートポンプ及び空調装置のような機 械的圧縮型の熱伝達装置は周知である。かかる装置においては、適当な沸点をも つ冷媒液(refrigerant liquid)を低い圧力で蒸発させて周囲の熱伝達流体から熱 を奪い取る。次いで、生成した蒸気を圧縮し、凝縮器に通送し、そこで該蒸気を 凝縮させ、別の熱伝達流体に熱を放出させる。次いで、凝縮液を膨脹弁を通して 蒸発器に還送し、このようにして冷却、冷凍サイクルを完結させる。前記の蒸気 を圧縮し、冷媒液をポンプ輸送するのに必要な機械的エネルギーは電動機又は内 燃機関によって供給し得る。 冷媒の好ましい特性としては、適当な沸点と高い蒸発潜熱とを有することに加 えて、毒性が低いこと、不燃性であること、非腐蝕性であること、安定性が高い こと及び不快臭がないことが挙げられる。 従来、熱伝達装置には完全に又は部分的にハロゲン化されたクロロフルオロカ ーボン冷媒、例えばブロモトリフルオロメタン(冷媒 R-13B1)、トリクロロフル オロメタン(冷媒 R-11)、ジクロロジフルオロメタン(冷媒 R-12)、クロロジフル オロメタン(冷媒 R-22)及び共沸混合物であってクロロジフルオロメタンとクロ ロペンタフルオロエタン(冷媒R-115)との共沸混合物を使用する傾向にあった。 上記の共沸混合物は冷媒 R-502である。冷媒 R-13B1は例えば低温冷却用途にお いて広く使用されている。 しかしながら、完全に又は部分的にハロゲン化されたクロロフルオロカーボン は地球の保護オゾン層の破壊に関係しており、その結果としてその使用と製造は 国際協定によって制限されている。 本発明が関係する型式の熱伝達装置は本質的に密閉系であるが、装置の運転中 又は保全作業中の漏洩により大気中への冷媒の損失を生じ得る。従って、 完全に又は部分的にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンを、オゾンを減損 させる可能性(ozone depletion potential)が低いか又は皆無である物質で代替 えすることが重要である。 オゾンを減損させる可能性に加えて、大気中の有意な濃度のクロロフルオロカ ーボン冷媒は地球温暖化（いわゆる温室効果）の一因となり得ることが示唆され ている。従って、冷媒がヒドロキシルラジカル(radicals)のような他の大気構成 成分と反応することができる結果として、比較的短い大気中寿命をもつ冷媒を使 用することが望ましい。 現在使用されているクロロフルオロカーボン冷媒の幾つかについては代替品が 既に開発されている。これらの代替冷媒は、選択されたハイドロフルオロアルカ ン類、すなわちその分子構造中に炭素原子と水素原子と弗素原子のみを含有して いる化合物からなる傾向にある。このような次第で、冷媒R-12は一般的には1,1, 1,2-テトラフルオロエタン(R-134a)で代替えされつつある。 適当な代替冷媒を利用し得るが、オゾン減損の可能性が低いか又は皆無である 新規な冷媒であってR-13B1のような現在使用されているクロロフルオロカーボン 冷媒を代替えできる新規な冷媒に対するニーズが常に存在している。 本発明は、オゾン減損可能性が低いか又は皆無である複数の化合物の混合物を 含有してなる非共沸冷媒組成物であって、冷媒 R-13B1で現在満足している低温 冷却用途において使用できる非共沸冷媒組成物を提供するものである。 本発明によれば、非共沸(zeotropic)冷媒組成物であって、 (A)二酸化炭素(CO₂)と； (B)ジフルオロメタン(R-32)と； (C)ペンタフルオロエタン(R-125)と を含有してなることを特徴とする非共沸冷媒組成物が提供される。 本発明の非共沸冷媒組成物は３種類の別個の成分を含有してなるものである。 第１成分〔成分(A)〕は二酸化炭素(CO₂)であり、これは約-78.5℃で昇華しなが ら低温冷却作用を示す。第２成分〔成分(B)〕は約−51.6℃の沸点をもつジフル オロメタン(R-32)である。第３成分〔成分(C)〕は約−48.5℃ の沸点をもつペンタフルオロエタン(R-125)である。 冷媒 R-13B1の代替品としてのその適合性の点からみて本発明の好ましい冷媒 組成物は、CO₂を２〜15重量％と、R-32を25〜50重量％と、R-125を40〜65重量％ とを含有してなるものである。 冷媒 R-13B1の代替品としてのその適合性の点からみて本発明の特に好ましい 冷媒組成物は、CO₂を５〜12重量％、特に８〜12重量％と、R-32を35〜50重量％ 、特に40〜50重量％と、R-125を40〜55重量％、特に40〜50重量％とを含有して なるものである。 本発明の特に好ましい冷媒組成物は、CO₂を約10重量％と、R-32を約43重量％ と、R-125を約47重量％とを含有してなるものである。 また、本発明の冷媒組成物は、該組成物が冷却回路の周囲に鉱油又はアルキル ベンゼン型の潤滑剤を運び、それを圧縮器に還送させるのに十分な量のハイドロ カーボン化合物の１種又はそれ以上と組み合わせてもよい。このようにして、鉱 油又はアルキルベンゼンを基材とする安価な潤滑剤を、圧縮器に潤滑を付与する のに使用し得る。 本発明の冷媒組成物と共に使用するのに適したハイドロカーボン類は、炭素原 子を２〜６個含有しているものであり、炭素原子を３〜５個含有しているハイド ロカーボン類が好ましい。プロパンとペンタンが特に好ましいハイドロカーボン であり、ペンタンが特に好ましい。 ハイドロカーボンを本発明の冷媒組成物と組み合わせる場合には、ハイドロカ ーボンは冷媒組成物の全重量の１〜10重量％の量で存在させるのが好ましい。 また、本発明の冷媒組成物は、ハイドロフルオロカーボン系冷媒と共に使用す るために特別に開発されている種々の型の潤滑剤と併用し得る。かかる潤滑剤と してはポリオキシアルキレングリコール系ベースオイルからなるものが挙げられ る。適当なポリオキシアルキレングリコールとしては、ヒドロキシル基を用いて 重合を開始させた(hydroxyl group initiated)ポリオキシアルキレングリコール 類、例えば、メタノール、ブタノール、ペンタエリトリトール及びグリセロール のような１価又は多価アルコールを用いて重合を 開始させたエチレン及び／又はプロピレンオキシドオリゴマー／ポリマーが挙げ られる。かかるポリオキシアルキレングリコールはまた、アルキル基例えばメチ ル基のような適当な末端基により末端キャップ(end-capped)されていてもよい。 ハイドロフルオロカーボン系冷媒と共に使用するために開発され且つ本発明の冷 媒組成物と組み合わせて使用し得る別の種類の潤滑剤は、少なくとも１種のネオ ペンチルポリオールと、少なくとも１種の脂肪族カルボン酸又はそのエステル化 可能な誘導体との反応により誘導されるネオペンチルポリオールエステル系ベー スオイルからなるものが挙げられる。このエステル系ベースオイルの形成に適し たネオペンチルポリオールとしては、ペンタエリトリトール、ポリペンタエリト リトール例えばジ-及びトリ-ペンタエリトリトール、トリメチロールアルカン例 えばトリメチロールエタン及びトリメチロールプロパン、並びにネオペンチルグ リコールが挙げられる。これらのエステルは線状及び／又は分岐鎖の脂肪族カル ボン酸、例えば線状及び／又は分岐鎖のアルカン酸を使用して形成し得る。好ま しい酸はＣ_5-8、特にＣ_5-7の線状アルカン酸及びＣ_5-10、特にＣ_5-9の分岐鎖ア ルカン酸から選択される。また、前記エステルの合成においては、その粘度を増 大させるために、少量の脂肪族ポリカルボン酸、例えば脂肪族ジカルボン酸を使 用してもよい。エステルの合成に使用するカルボン酸の量は、通常はポリオール 中に含まれるヒドロキシル基全部をエステル化する量であれば十分であるが、ヒ ドロキシル基が残存することも許容し得る。 本発明の非共沸冷媒組成物は、該冷媒組成物を凝縮させ、その後にそれを冷却 すべき熱伝達流体との熱交換関係において蒸発させることを伴う方法によって、 低温冷却装置のような熱伝達装置において所望の冷却を提供するのに使用し得る 。特に、本発明の冷媒組成物は低温冷却用途における冷媒 R-13B1の代替品とし て使用し得る。 本発明を以下の実施例を参照して説明するが、実施例に限定されるものではな い。実施例１ 低温冷却サイクルにおける本発明の５種類の冷媒組成物の性能を標準的な 冷却サイクル分析技術を使用して調べ、そのR-13B1代替品としての適合性を評価 した。下記の冷媒組成物について冷却サイクル分析を行った。 (1)CO₂を10重量％と、R-32を43重量％と、R-125を47重量％とを含有してなる 組成物 (2)CO₂を10重量％と、R-32を45重量％と、R-125を45重量％とを含有してなる 組成物 (3)CO₂を５重量％と、R-32を45.6重量％と、R-125を49.4重量％とを含有して なる組成物 (4)CO₂を10重量％と、R-32を36重量％と、R-125を54重量％とを含有してなる 組成物 (5)CO₂を10重量％と、R-32を27重量％と、R-125を63重量％とを含有してなる 組成物 前記の低温冷却サイクル分析において下記の運転条件を使用した。 平均(mean)蒸発器温度 −55℃ 平均(mean)凝縮器温度 20℃ 過熱(superheat)の量 0℃ 過冷却(subcooling)の量 0℃ 断熱(isentropic)圧縮器効率 100％ 冷却能力(cooling duty) １kW これらの運転条件を使用して低温冷却サイクルにおける上記の５種類の冷媒組 成物の性能を分析した結果を表１に示す。 表１に示す冷媒組成物の性能パラメーター、即ち凝縮器圧力、蒸発器圧力、排 出温度、冷却能力(refrigeration capacity)(これは圧縮器の単位行程容積当り につき達成される冷却能力を意味する)、成績係数(coefficient of performance )(COP)〔これは達成される冷却能力（冷却効果）と圧縮器に供給される機械的エ ネルギーとの比を意味する〕及び蒸発器と凝縮器内のグライド(glide)(冷媒組成 物が蒸発器内で沸騰し、凝縮器内で凝縮する温度範囲)は全てこの分野で認めら れているパラメーターである。 比較のために、同一の運転条件下の冷媒 R-13B1の性能も表１に示す。 表１に示した結果から、低温冷却サイクルにおける本発明の冷媒組成物の性能 が冷媒 R-13B1の代替品として許容し得る性能であることが明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コアー，スチユアート イギリス国 チエシヤー ダブリユエイ４ ５デイエツチ，ウオリングトン，アプル トン，フオツクスヒルズ クロウズ 31 (72)発明者 マーフイ，フレデリツク，トーマス イギリス国 チエシヤー ダブリユエイ６ ７アールワイ，フロードサム，フエアー ウエイズ 53 (72)発明者 モリソン，ジエームス，デービツド イギリス国 チエシヤー シイダブリユ８ ２キユエヌ，ノースウイツチ，カデイン グトン，サンダウン クレセント 39

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．非共沸冷媒組成物であって、 (A)二酸化炭素(CO₂)と； (B)ジフルオロメタン(R-32)と； (C)ペンタフルオロエタン(R-125)と を含有してなることを特徴する非共沸冷媒組成物。 ２．CO₂を２〜15重量％と、R-32を25〜50重量％と、R-125を40〜65重量％とを 含有してなる請求項１記載の非共沸冷媒組成物。 ３．CO₂を５〜12重量％と、R-32を35〜50重量％と、R-125を40〜55重量％とを 含有してなる請求項２記載の非共沸冷媒組成物。 ４．CO₂を８〜12重量％と、R-32を40〜50重量％と、R-125を40〜50重量％とを 含有してなる請求項３記載の非共沸冷媒組成物。 ５．CO₂を約10重量％と、R-32を約43重量％と、R-125を約47重量％とを含有し てなる請求項４記載の非共沸冷媒組成物。 ６．追加成分として少なくとも１種の炭化水素を含有してなる請求項１〜５の いずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物。 ７．少なくとも１種の炭化水素が炭素原子を２〜６個有するものである請求項 ６に記載の非共沸冷媒組成物。 ８．少なくとも１種の炭化水素がプロパン及びペンタンから選択されるもので ある請求項７に記載の非共沸冷媒組成物。 ９．前記炭化水素を冷媒組成物の全重量の１〜10重量％の量で存在させる請求 項６〜８のいずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物。 10．請求項１〜９のいずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物を入れてある熱伝 達装置。 11．請求項１〜９のいずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物を入れてある低温 冷却装置。 12．請求項１〜９のいずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物を凝縮させ、次い で該冷媒組成物を冷却すべき熱伝達流体と熱交換関係において蒸発させ ることからなる冷却を提供する方法。 13．請求項１〜９のいずれか１項に記載の非共沸冷媒組成物の低温冷却用途に おける冷媒 R-13B1の代替品としての使用。