JPH11514640A - 冷媒組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （A）1,1,1,2-テトラフルオロエタンと、（B）n-ペンタンとを含有してなることを特徴する共沸混合物様組成物。また、該共沸混合物様組成物を含有する熱伝達装置も記載される。

Description

【発明の詳細な説明】 冷媒組成物 本発明は、冷媒組成物並びにかかる組成物の熱伝達装置例えば冷却、冷蔵、冷 凍又は冷房装置(refrigeration system)及び空調装置における使用に関する。特 に、本発明は、現在ジクロロジフルオロメタン(冷媒 R-12)で満足している自動 車用の空調及び冷却用途に使用し得る冷媒組成物に関する。 機械的圧縮型の熱伝達装置、例えば冷蔵庫、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、そして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。 冷媒として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。特に 、冷媒 R-12は自動車用の空調装置や家庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は冷房装置に 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 類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冷媒を、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。 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カーボ 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。 熱伝達装置において、冷媒は作動流体(working fluid)組成物の一部を形成す る。該作動流体組成物は潤滑剤も含有する。潤滑剤は冷媒と共に熱伝達装置の周 囲を循環し、圧縮機の連続的潤滑を提供する。潤滑剤に所望される特性としては 、冷媒の存在下において良好な潤滑性を有することに加えて、良好な加水分解安 定性と良好な熱安定性が挙げられる。さらに、潤滑剤を圧縮機に返送するために は、潤滑剤は冷媒と相溶性であるべきであり、このことは実際には潤滑剤と冷媒 とがある程度の相互溶解性をもつべきこと、すなわち潤滑剤と冷媒とが互いの中 に少なくとも部分的に溶解すべきであることを意味する。 これまで、熱伝達装置には潤滑剤として鉱油を使用する傾向があった。クロロ フルオロカーボン類と鉱油との良好な溶解性は、鉱油がクロロフルオロカーボン と一緒に熱伝達装置の周囲を循環することを可能し、このことは言い換えると圧 縮機の効果的な潤滑を確実にする。しかしながら、あいにく代替冷媒は、現在使 用されているクロロフルオロカーボン類と異なる溶解特性を持つ傾向があり、し かも鉱油に十分に溶解せず鉱油を潤滑剤として使用することを不可能にする傾向 がある。 従って、要求されているオゾン減損の可能性が低いか又は皆無である実行可能 な代替冷媒を見つけ出すという問題が存在するばかりではなく、多くの場合には 代替冷媒と共に満足に機能するであろう潤滑剤を開発するという問題も存在する という理由から、クロロフルオロカーボン冷媒を代替する必要 性は工業上は極めて困難であることが示されている。 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 含有してなる冷媒組成物であって、冷媒 R-12で現在満足している自動車用の空 調及び冷却用途において鉱油又はアルキルベンゼン型潤滑剤と一緒に使用し得る 冷媒組成物を提供するものである。 本発明によれば、熱伝達装置、例えば自動車用の空調装置及び家庭用の冷却、 冷蔵、冷凍又は冷房装置に使用される共沸混合物様(azeotrope-like)組成物であ って、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R-134a)とn-ペンタンとを含有してなるこ とを特徴とする共沸混合物様組成物が提供される。 また、本発明によれば、蒸発器、凝縮器、圧縮機及び膨張弁からなる熱伝達装 置、例えば冷却、冷蔵、冷凍、冷房装置又は空調装置であって、1,1,1,2-テトラ フルオロエタンとn-ペンタンとを含有してなる共沸混合物様組成物を収容した熱 伝達装置が提供される。特に、本発明の組成物は家庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は 冷房装置及び自動車用空調装置に使用し得る。 本発明の共沸混合物様組成物は1,1,1,2-テトラフルオロエタンとn-ペンタンと を含有してなる。n-ペンタンは鉱油又はアルキルベンゼン潤滑剤に溶解可能であ り、この特性は本発明の組成物がかかる潤滑剤を熱伝達装置の周囲に移送し且つ 該潤滑剤を圧縮機に返送することを可能にし得る。その結果として、本発明の組 成物を冷媒として用いる熱伝達装置は、鉱油又はアルキルベンゼンを基剤とした 安価な潤滑剤を使用して圧縮機を潤滑することが可能であり得る。 共沸混合物(azeotropic)という用語は冷却、冷凍の技術においては周知であり 、２種又はそれ以上の成分を含有してなる組成物であって一定の沸騰挙動を示し 且つ沸騰又は蒸発の際にその構成成分に分留又は分離しない傾向をもつ組成物を いう。従って、共沸冷媒を用いると、冷却、冷凍サイクル中に遭遇する液相と気 相は同じ組成又は実質的に同じ組成をもつ傾向がある。本明細書中で使用する共 沸混合物様(azeotrope-like)という用語は、組成物が一定の沸騰挙動又は本質的 に一定の沸騰挙動を示し且つ沸騰の際に有意な程度に分留しない傾向を持つとい う点で真の共沸混合物に似た挙動を示す組成 物をいう。従って、共沸混合物様組成物については、冷却、冷凍サイクル中に遭 遇する液相と気相は類似した組成を持つ傾向にある。 本発明の共沸混合物様組成物は、1,1,1,2-テトラフルオロエタンを95.0〜99.9 重量％と、n-ペンタンを0.1〜5.0重量％とを含有してなるものであるのが好まし い。特に好ましい組成物は、1,1,1,2-テトラフルオロエタンを97.0〜99.8重量％ とn-ペンタンを0.2〜3.0重量％とを含有してなる組成物であって、自動車用の空 調装置及び家庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は冷房装置において典型的に遭遇する温 度と圧力、すなわち−40〜＋45℃の範囲の温度と0.5〜12バール(0.5×10⁵N/m²〜 12×10⁵N/m²)の範囲の圧力において共沸混合物様の挙動を示す組成物である。 本発明の共沸混合物様組成物は、熱伝達装置例えば自動車用の空調装置及び家 庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は冷房装置において、該組成物を凝縮し、その後に冷 却すべき熱伝達流体例えば空気又は水との熱交換関係において該組成物を蒸発さ せることを伴う方法により所望の冷却を提供するのに使用し得る。特に、本発明 の共沸混合物様組成物は冷媒 R-12の代替品として使用し得る。また、本発明の 共沸混合物様組成物は、冷媒 R-12と1,1-ジフルオロエタン(R-152a)との特定の 割合の混合物である冷媒 R-500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 1,1,1,2-テトラフルオロエタン(以下、R-134aという)とn-ペンタンとについて 、これらの共沸混合物様配合物の存在を調べるために熱力学的研究を行った。最 初に、R-134aとn-ペンタンとを種々の量で含有する一連の組成物の気／液平衡(V LE)挙動を測定した。次いで、この測定したVLEデータを純粋なR-134aと純粋なn- ペンタンの公知の特性と一緒に使用して、測定したVLEデータに適合したR-134a ／n-ペンタン配合物に関する部分改変(modified)Huron-Vidal(MHV-2)の状態式を 発展させて、該配合物の理想的状態からの偏りを特徴づける種々の相互作用パラ メーターを調べた。次いで、得られた状 態式(equation of state)を使用して、−20℃〜＋30℃の範囲内の多数の種々の 温度におけるR-134aとn-ペンタンとの共沸混合物様配合物の存在と組成をより厳 密に調べた。これは、本質的に同じ液組成及び蒸気組成が得られるまで調査した 各温度においてR-134a／n-ペンタン配合物の蒸気圧と組成とを変化させることに より行った。選られた結果を表１に示す。表１に具体的に示した各温度について 、本質的に同じ液組成及び蒸気組成をもたらしたR-134a／n-ペンタン配合物の蒸 気圧と組成(モル％で少数点第一位まで)を記録した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．1,1,1,2-テトラフルオロエタン(R-134a)とn-ペンタンとを含有してなるこ とを特徴する共沸混合物様組成物。 ２．1,1,1,2-テトラフルオロエタンを95.0〜99.9重量％と、n-ペンタンを0.1 〜5.0重量％とを含有してなる請求項１記載の共沸混合物様組成物。 ３．1,1,1,2-テトラフルオロエタンを97.0〜99.8重量％とn-ペンタンを0.2〜3 .0重量％とを含有してなる請求項２記載の共沸混合物様組成物。 ４．自動車用の空調装置及び家庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は冷房装置において 遭遇する温度と圧力において共沸混合物様の挙動を示すものである請求項１〜３ のいずれか１項に記載の共沸混合物様組成物。 ５．−40〜＋45℃の範囲内の温度と0.5〜12バール(0.5×10⁵N/m²〜12×10⁵N/m² )の範囲内の圧力において共沸混合物様の挙動を示すものである請求項１〜３の いずれか１項に記載の共沸混合物様組成物。 ６．請求項１〜５のいずれか１項に記載の共沸混合物様組成物を凝縮させ、そ の後に該組成物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 からなる冷却を提供する方法。 ７．自動車用の空調装置又は家庭用の冷却、冷蔵、冷凍又は冷房装置において 冷却を提供する方法であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の共沸混合物 様組成物を凝縮させ、その後に該組成物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からなる冷却を提供する方法。 ８．蒸発器、凝縮器、圧縮機及び膨張弁からなる熱伝達装置であって、請求項 １〜５のいずれか１項に記載の共沸混合物様組成物を収容している熱伝達装置。 ９．蒸発器、凝縮器、圧縮機及び膨張弁からなる空調装置又は冷却装置であっ て、請求項１〜５のいずれか１項に記載の共沸混合物様組成物を収容している空 調装置又は冷却装置。 10．蒸発器、凝縮器、圧縮機及び膨張弁からなる自動車用の空調装置又は家庭 用の冷却装置であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の共沸混合 物様組成物を収容している自動車用の空調装置又は家庭用の冷却装置。 11．冷媒 R-12の代替品としての請求項１〜５のいずれか１項に記載の共沸混 合物様組成物の使用。