KR0133461B1 - 디플루오로메탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 함유하는 비공비 혼합물, 및 공기조절의 냉매로서 그 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조절 시스템에서 클로로디플루오로메탄을 대치하기 위한 냉매로서 질량 기준으로 26 내지 34%의 디플루오로메탄, 56 내지 73%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 1 내지 10%의 테트라플루오로에탄 또는 옥타플루오로프로판을 함유하는 혼합물에 관한 것이다.

Description

디플루오로메탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 함유하는 비공비 혼합물, 및 공기조절의 냉매로서 그 용도

본 발명은 냉동분야 특히, 공기조절 시스템에서 클로로플루오로 탄소(CFCs) 또는 클로로플루오로 탄화수소(HCFCs)를 대치하기 위해 환경에 영향이 없는 냉매의 비공비혼합물(nonazzeotropic mixture)에 관한 것이다.

공기조절에 사용되는 이들 시스템은 일반적으로 0 및 10℃(더 종종7℃)사이의 증발온도, +30 및 50℃사이의 응축온도, -5℃의 과냉각 및 적어도 10℃의 증기 과열로 정의되는 열역학적 순환에 따라 작동된다.

공기조절에 요즘 사용되는 냉매는 클로로디플루오로메탄(소위 HCFC 22)이다. 그러나, HCFCs 특히, HCFC 22는 오존과 반응의 공동작용 때문에, 이 이유 때문에, 환경에 덜 해가 되고 더 이상 염소를 함유하지 않는 냉매로 조만간 대치될 것이다.

기존의 공기조절 설비의 HCFC 22를 대치하기 위하여, 대체물질은 HCFC 22의 열역학적 성질에 가능한 가까운 성질(특히 성능 계수(COP) 및 냉동 능력)을 가져야 한다.

더욱이, 제품의 우수한 안정성 및 재료의 견고성을 위하여, 배출온도(discharge temperature)는 HCFC 22의 배출온도인 약5℃이상을 초과하지 말아야 한다. 마지막으로, 대체물질은 비가연성이어야 하고 증기상이 유출될 수 있도록 존재해야 한다.

염소화된 화합물과 비교하여, 디플루오로메탄(HFC 32), 테트라플루오로메탄(FC 14), 옥타플루오로프로판(FC 218) 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC 134a)는 오존과 반응을 나타내지 않고 환경에 거의 영향을 미치지 않는다.

HFC 32는 가연성이라는 중요한 단점을 가진다. 더욱이, 그 끓는점이 HCFC 22의 끓는점보다 상당히 더 낮다는 사실은 HCFC 22로 바로 대치하는 것은 적당하지 않다는 것을 의미한다. 당업자는 낮은 비점이 매우 높은 압력을 수반하고, 안전을 이유로 기존의 시스템에서 그러한 용매의 사용을 불가능하게 한다는 것을 인식하고 있다.

비가연성 화합물인 HFC 134a는 효율성의 관점에서는 좋은 냉매이지만, 그 냉동 능력이 약하기 때문에 HCFC 22의 대체물질로서 사용이 불가능하다.

소정의 비로 혼합한 상기 언급한 두 HFCs의 혼합물은 효율성 및 냉동능력사이에서 좋은 일치점을 나타내나, 이들 비에서 그 혼합물은 비가연성인 증기상을 가진다.

각 화화물에 대비하여, 질량 기준으로 약 26 내지 34%의 HFC 32, 약 56 내지 73%의 HFC 134a 및 약 1 내지 10%의 과플루오로화 탄화수소 FC 14 또는 FC 218를 함유하는 혼합물은 HCFC 22의 열역학적 성질에 매우 유사한 성질을 가진다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 본 발명에 따른 혼합물은 오존과의 반응계수 0을 가지며 HCFC 22보다 더 작은 온실효과를 가진다. 마지막으로, HFC 32 및 어떤 HFCs 32/134a의 혼합물과 달리, 본 발명에 따른 혼합물은 25℃에서 비가연성이며 증기상이 유출될 수 있도록 존재한다.

그래서 본 발명에 따른 혼합물은 특히 HCFC 22를 대신하여 공기 조절 시스템에 사용될 수 있다.

본 발명에 따르는 혼합물 중에서, 약 32%의 HFC 32, 65%의 HFC 134a 및 3%의 FC 218을 함유하는 혼합물이 매우 바람직하다.

본 발명을 한정하지 않으면서 하기 실시예로 본 발명을 설명한다.

[실시예1]

본 실시예는 증기상의 유출중에 HFC 32/HFC 134a/FC 218의 혼합물의 압력 및 조성에서 변화를 나타낸다.

온도를 24℃에서 일정하게 유지했다. 정확도가 ±1%이상인 하이제마노미터(Heise manometer)를 사용하여 압력을 측정하였다. 처음에 질량기준으로 33%의 HFC 32, 64%의 HFC 134a 및 3%의 FC 218을 함유하는 혼합물 약 342g을 용기에 채운다.

증기상의 유출은 초기 충전의 70%가 사라질 때까지 계속된다. 시험중에, 기체상의 시료를 채취하여 개스 크로마토그래피 표준방법에 의하여 분석한다. 증기압을 동시에 또한 측정한다. 얻어진 결과는 표5에 대조되어 있다.

이들자료는, 초기 충전의 거의 50%의 손실로 증기압이 14%이하로 변했다는 것을 나타낸다. 그러한 변화는 혼합물이 유사-공비혼합물로 간주 될 수 없다는 것을 의미한다. 그러나, 이들 자료는 또한 40%이하의 유출에 대해, 만약 압력이 감소(-9%) 하더라도 유출중 증기상의 농도는 특히 안정(5.5%이하의 변화)하고 후에 상당히 변한다는 것을 나타낸다.

한편, 32/134a 및 32/218혼합물에서 상온에서 비가연성이 되는 혼합물에 대한 HFC 32의 최대 허용가능한 값은 각각 56중량% 및 67중량%이다.

그래서, 본 발명에 따른 3 성분의 혼합물은 비가연성이고, HFC 32의 최대 함량이 47.6%이기 때문에 증기상의 유출중에 비가연성이 된다.

[실시예 2]

본 실시예는 HFC 32/HFC 134a/FC 218의 비공비 혼합물의 증기압이 넓은 온도 범위에 걸쳐 HCFC 22의 것에 가깝다는 것을 나타낸다.

표2는 질량 기준으로 33%의 HFC 32, 64%의 HFC 134a 및 3%의 FC 218을 함유하는 혼합물에 대한 자료를 비교한다.

[실시예 3]

본 실시예는 냉매로서 본 발명에 따른 혼합물의 사용을 설명한다.

본 발명에 따른 다양한 3 성분 혼합물의 열역학적인 특징을 하기에 기재된 표준 열역학적 순환에 대해, 그들 자신의 성분의 특징과, 그들의 2 성분 혼합물의 특징과, 및 HCFC 22의 특징과 비교했다.

응축온도 : +43℃, 증발온도 : +7℃, 액체 과냉각 : -5℃, 증기과열 : +11℃

표 3은 HFC 32, FC 218, HFC 134a 및 그 혼합물에 대해 이들 조건하에서 관찰한 열역학적 특징을 요약한다.

* HCFC 22에 관한 것임

상기 기재된 동일한 열역학적 순환에서, 31%의 HFC 32, 68%의 HFC 134a 및 1%의 FC 14로 이루어진 3성분 혼합물은 하기 특징(*HCFC 22에 관한 것임)을 가진다.

- 온도에서 변화 : 16.8℃, -COP* : 0.943, -냉동능력(부피*) : 0.96, -배출온도에서 차이* : -1.5℃,

- 응축압력에서 차이* : 0.45바

Claims (4)

1. 질량 기준으로 26 내지 34%의 디플루오로메탄, 56 내지 73%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 1 내지 10%의 테트라플루오로메탄 또는 옥타플루오로프로판을 함유하는 비공비 혼합물.
2. 제1항에 있어서, 질량 기준으로 26 내지 34%의 디플루오로메탄, 56 내지 73%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 1내지 10%의 옥타플루오로프로판을 함유하는 비공비 혼합물.
3. 제2항에서 있어서, 질량 기준으로 약 32%의 디플루오로메탄, 65%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 3%의 옥타플루오로프로판을 함유하는 비공비 혼합물.
4. 공기조절용 냉매로서 사용함을 특징으로 하는 제 1 내지 3항중 어느 한 항에 따른 혼합물.