KR0143547B1 - Azeotropic Compositions of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 1,1-difluoroethane - Google Patents
Azeotropic Compositions of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 1,1-difluoroethaneInfo
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Abstract
1, 1, 1,2-테트라플루오로에탄과 1, 1-디플루오로에탄을 포함하고 가열 및 냉각 응용에 유익한 새로운 공비성 조성물이 제공된다.New azeotropic compositions are provided that comprise 1, 1, 1,2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane and are beneficial for heating and cooling applications.
Description
본 발명은 1 ,1 , 1 ,2 - 테트라플루오로에탄과 1 ,1-디플루오로에탄의 공비성( azeotrope-1ike ) 조성물에 관한 것이며, 이들 혼합물은 가열및 냉각 응용을 위한 냉각제로써 유용한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to azeotrope-1ike compositions of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 1,1-difluoroethane, the mixtures of which are useful as coolants for heating and cooling applications. .
플루오로화 탄소기초 유제는 냉각, 에어 컨디션링 및 열 펌프( heat pump )에 널리 사용되어 왔다.Fluorocarbon based emulsions have been widely used in cooling, air conditioning and heat pumps.
증기 압축은 냉각의 한가지 형태이다.Steam compression is one form of cooling.
간단히 설명하면, 증기 압축은 냉각제를 저압에서 열흡수를 통해 액체 상태에서 기체상태로 바꾸고, 그후, 상승된 압력에서 열제거를 통해 그 기체를 액체 상태로 바꾸는 단계를 포함한다.In brief, vapor compression involves converting a coolant from a liquid state into a gaseous state through heat absorption at low pressure, and then converting the gas into a liquid state through heat removal at elevated pressures.
먼저, 냉각제는 냉각되어지는 물체와 접촉하고 있는 증발기(evaporator)내 에서 기화된다.First, the coolant is vaporized in an evaporator that is in contact with the object to be cooled.
증발기내의 압력은 냉각제의 비등점이 냉각되는 물체의 은도보다 낮다. 이와같이 하여 열이 물체로부터 냉각제로 이동하여 냉각제가 기화하게 된다.The pressure in the evaporator is lower than the boiling point of the object to which the boiling point of the coolant is cooled. In this way, heat is transferred from the object to the coolant to vaporize the coolant.
형성된 증기는 그후 증발기내에서 저압을 유지하도록 압축기(compressor)에 의해 제거된다. 증기의 온도 및 압력은 그후 압축기에 의해 기계적인 에너지가 부가됨으로써 증대된다.The vapor formed is then removed by a compressor to maintain a low pressure in the evaporator. The temperature and pressure of the steam are then increased by the addition of mechanical energy by the compressor.
그후 그 고압증기는 응축기로 통과하여 거기서 냉매와의 열교환을 한다.The high pressure steam then passes through a condenser where it exchanges heat with the refrigerant.
그후의 응축으로 현열과 잠열은 제거된다.Subsequent condensation removes sensible and latent heat.
그후 뜨거운 액체 냉각제는 팽창밸브로 가서 다시 순환되게 된다 .The hot liquid coolant then goes to the expansion valve and is circulated again.
냉각의 일차적 목적이 저온에서 에너지를 제거하는 것인데 반하여, 열 펌프의 일차적 목적은 고온에서 에너지를 부가하는 것이다. 열펌프는 가열을 위하여, 응축기의 조작이 냉각증발기의 조작과 서로 엇갈리기 때문에 역순환 시스템으로 여겨진다.While the primary purpose of cooling is to remove energy at low temperatures, the primary purpose of heat pumps is to add energy at high temperatures. Heat pumps are considered to be a reverse circulation system for heating purposes because the operation of the condenser is staggered from the operation of the cooling evaporator.
몇몇 클로로 플루오로카본은 그들의 화학적 및 물리적 성질의 독특한 조화로 인하여 에어컨디션닝 및 열펌프응용을 포함한 냉각응용처에 다양하게 사용되었다.Some chloro fluorocarbons have been used in a variety of cooling applications including air conditioning and heat pump applications due to their unique combination of chemical and physical properties.
증기 압축시스템에 사용되는 대부분의 냉각제는 단일 성분유체이거나 혹은 공비성 혼합물로 되어 있다.Most refrigerants used in vapor compression systems are single component fluids or azeotropic mixtures.
단일 성분유제와 공비성 흔합물은 이들이 등온 및 등압 증발 및 응축을 나타 내기 때문에 일정비등( constant-boi1ing )으로 특징지워진다.Single component emulsions and azeotropic mixtures are characterized as constant-boiling because they exhibit isothermal and isothermal evaporation and condensation.
냉각제로서 공비성 혼합물의 사용은, 예를들어 R. C. Downing , Fluorocarbon Refrigerants Handbooks, pp 139∼158, Prentice Hal1 , 1988 과 미국특허 2,101 ,993 및 2,641,579에 나타나 있다. 공비 혹은 공비성 조성물은 이들이 비등 혹은 증발시 분류(分溜)되지 않기 때문에 바람직하다 .The use of azeotropic mixtures as coolants is described, for example, in R. C. Downing, Fluorocarbon Refrigerants Handbooks, pp 139-158, Prentice Hal 1, 1988 and US Pat. Nos. 2,101,993 and 2,641,579. Azeotropic or azeotropic compositions are preferred because they are not fractionated upon boiling or evaporation.
이같은 성질은 이들 냉각제가 사용되는 앞서 기술된 증기압축 장치에서 냉각 이나 가열을 위해 응축된 물질이 생성되기 때문에 바람직하며, 또한 냉각제 조성물이 일정비등성, 즉 공비성이지 않으면 증발 및 응축시 분류( fractionation)및 분리(segregation)가 일어나고, 바람직하지 않는 냉각제 분포가 냉각이나 가열을 제대로 하지 못하게 할 수도 있는 것이다.This property is desirable because condensed material is produced for cooling or heating in the above described vapor compression apparatus where these coolants are used, and fractionation upon evaporation and condensation if the coolant composition is not constant, i.e., azeotropic. And segregation may occur, and undesirable coolant distribution may result in improper cooling or heating.
예를들어 미국특허 4,303,536등에는 냉각제로써 비-공비성 혼합물이 개시 되어 있으나, 그 비-공비성 냉각제 혼합물의 개선된 열역학적 성질이 문헌에서 종종 검토되었음에도 불구하고 상업적으로 널리 응용된 바는 없었다.For example, US Pat. No. 4,303,536, et al. Discloses a non-azeotropic mixture as a coolant, but has not been widely applied commercially, although the improved thermodynamic properties of the non-azeotropic coolant mixture have often been reviewed in the literature.
이같은 문헌으로서는 T.Atwood , NARBS-The Promise and theProblem, American Society of Mechanical Engineers, WinterAnnual Hotting, paper 86-WA/HT-61 , 1986과, M,O. McLinden 등의 Methods for Comparing the Performance of Pure and Mixed Refrigerants in the Vapor Compression Cycle, Int. J. Refrig 10. 318(1987)등을 예로 들수 있다.Such documents include T. Atwood, NARBS-The Promise and the Problem, American Society of Mechanical Engineers, WinterAnnual Hotting, paper 86-WA / HT-61, 1986, and M, O. McLinden et al. Methods for Comparing the Performance of Pure and Mixed Refrigerants in the Vapor Compression Cycle, Int. J. Refrig 10.318 (1987), for example.
비-공비성 흔합물은 냉각주기 동안 분류될수 있기 때문에, 이들은 특정 설비를 필요로 한다.Since non-azeotropic mixtures can be sorted during the cooling cycle, they require specific equipment.
냉각장치를 변경하여 사용하는 이같은 부가적인 난점이 그동안 비-공비성 혼합물을 기피하여 온 주된 이유이다.This additional difficulty in changing chillers is the main reason for avoiding non-azeotropic mixtures.
이같은 상황은 사용 혹은 보관동안 시스탬내에 부주의한 누설이 일어나면 보다 더 복잡해진다.This situation is further complicated by inadvertent leakage into the system during use or storage.
혼합물조성물은 시스템 압력 및 시스템 성능을 바꿀수 있다.Mixture compositions can change system pressure and system performance.
만일 비-공비성 혼합물의 어느 성분이 가연성이라면, 분류가 조성물을 가연성 구역으로 이동시켜 잠재적으로 역효과를 초래할수가 있다.If any component of the non-azeotropic mixture is flammable, fractionation may move the composition into the flammable zone and potentially cause adverse effects.
그동안 냉각 및 열펌프 응용을 위한 대체물을 제공하는 새로운 플루오로화탄소기초 공비성 혼합물을 계속 찾아왔다.In the meantime, new fluorocarbon-based azeotropic mixtures have been sought to provide alternatives for cooling and heat pump applications.
결과적으로, 완전히 할로갠화된 클로로플루오로카본은 지구의 오존층 파괴와 관련하여 환경문제를 야기시키기 때문에 환경적으로 수용가능한 플루오르화 탄소-기초 냉각제가 흥미를 끈다.As a result, environmentally acceptable fluorinated carbon-based coolants are of interest because fully halocarbonized chlorofluorocarbons cause environmental problems with the destruction of the earth's ozone layer.
1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄(HFC - l34a)와 1, 1-디플루오로에탄(HPC -152a)와 같은 하이드로플루오로카본은 완전히 할로겐화된 것과 비교해볼 때 오존층 파괴 및 지구의 온난화에 그리 영향을 주지 않는 것으로 수학적 모델로써 입증하였다.Hydrofluorocarbons such as 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane (HFC-l34a) and 1, 1-difluoroethane (HPC -152a) have ozone depletion and global warming compared to fully halogenated It was proved by mathematical model that it did not affect so much.
이 대체물질은 또한 화학적 안정성, 낮은 독성, 비-가연성 및 사용 효능등 CFC가 갖는 성질을 또한 가져야한다.This alternative should also have the properties of CFCs such as chemical stability, low toxicity, non-flammability and efficacy of use.
상기중 마지막 특성은 예를들어 냉각제 열역학성능이나 에너지 효율의 감소가 전기에너지의 수요증대를 유발하고 이때문에 화석연료가 더욱 필요하게 되어 2차 환경문제를 야기 시킬수 있기 때문에 냉각응용과 같은 에어컨디션닝에서는 중요한 것이다.The last characteristic of the above is, for example, that the reduction of coolant thermodynamic performance or energy efficiency leads to an increase in the demand for electric energy, which in turn requires more fossil fuels, which can lead to secondary environmental problems. In Ning it is important.
더우기 이 이상적인 CFC 냉각제 대체물은 CFC 냉각제에 사용되는 통상의 증기 압축기술을 크게 변경시킬 필요가 없는 것이다.Moreover, this ideal CFC coolant replacement does not need to significantly alter the conventional vapor compression techniques used for CFC coolants.
따라서 븐 발명의 목적은 냉각 및 가열응용에 유익한, 1 , 1 , 1 ,2-테트라플루오로에탄 및 1, 1-디플루오로에탄에 기초한 새로운 공비성 조성물을 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the invention to provide new azeotropic compositions based on 1, 1, 1,2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane, which are beneficial for cooling and heating applications.
본 발명의 다른 목적은 상기 응용처에 사용하기 위한 새로운 환경적으로 수용가능한 냉각제를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a new environmentally acceptable coolant for use in such applications.
이하 , 본발명에 대하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명은 가열 및 냉각 응용처에 유익한 1 , 1 , 1 ,2-테트라플루오로에탄 및 1 , 1-디플루오로에탄의 새로운 환경적으로 수용가능한 공비성 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄과 1, 1-디플루오로에탄을 포함하는 새로운 공비성 조성물이 발견되었다.The present invention relates to novel environmentally acceptable azeotropic compositions of 1,1,1,2-tetrafluoroethane and 1,1-difluoroethane that are beneficial for heating and cooling applications. In accordance with the present invention, new azeotropic compositions have been found comprising 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane.
이 공비성조성물은 약 5∼90중량% 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄 및 약 10∼95 중량% 1, 1-디플루오로에탄을 포함하며, 20 ℃ 에서 약 76psia ± 5 psia의 증기압을 갖는다.This azeotropic composition comprises about 5 to 90 weight percent 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane and about 10 to 95 weight percent 1, 1-difluoroethane, and about 76 psia ± 5 psia at 20 ° C. Has a vapor pressure of.
이들 조성물은 필수적으로 조성에 대하여 일정 증기압을 나타내고 상기 범위에 걸쳐 본질적으로, 같은 액체 및 기체조성을 나타내기 때문에 등비성이다.These compositions are essentially isotropic because they exhibit a constant vapor pressure on the composition and essentially the same liquid and gas composition over the range.
본발명의 바람직한 실시예에 있어서, 이 등비성조성물은 약 40∼85중량% 1 , 1 , 1 ,2-테트라플루오로에탄과 약 15∼60 중량% 1 , 1-디플루오로에탄을 포함하고, 20 C에서 76 psia ±3 psia 증기압을 갖는다.In a preferred embodiment of the present invention, this isotropic composition comprises about 40-85% by weight 1, 1, 1,2-tetrafluoroethane and about 15-60% by weight 1, 1-difluoroethane , Vapor pressure of 76 psia ± 3 psia at 20 C.
1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄을 약 80중량% 넘게 함유한 기체상태 조성물은 Bureau of Mines - 스타일 유우디노메터 장치를 이용한 주위조건에서 대기내에서 비가연성인 것으로 측정되었다.Gaseous compositions containing more than about 80% by weight of 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane were determined to be non-flammable in the atmosphere at ambient conditions using a Bureau of Mines-style udinometer device.
HFC-152a 및 HFC 134a로 구성된 본발명의 공비성 조성물은 분리되지 않는다.The azeotropic composition of the invention consisting of HFC-152a and HFC 134a is not isolated.
또한 이들은 디클로로디플루오로메탄(CFC-12), HFC-134 및 HFC-152a 보다 여러가지 잇점을 가진다.They also have several advantages over dichlorodifluoromethane (CFC-12), HFC-134 and HFC-152a.
예를들어, 이 공비성 혼합물은 HFC-l34a 80중량% 이상에서 비가연성이므로, 만일 가연성 HFC-152a 증가가 순수물형태로 사용, 저장 혹은 취급 되었다면 야기될수 있는 폭발위험성이 감소될 수 있는 것이다.For example, this azeotropic mixture is non-combustible at more than 80% by weight of HFC-l34a, thus reducing the risk of explosion that may occur if an increase in flammable HFC-152a is used, stored or handled in the form of pure water.
이들 공비성 혼합물은 또한 오존파괴의 위험성이 없고 낮은 대기수명을 가지므로, 이들은 지구의 온실효과에 미치는 영향도 무시할 정도인 것이다.Since these azeotropic mixtures also have no risk of ozone depletion and have a low atmospheric life, they neglect the effects on the global greenhouse effect.
이는 CFC-12가 높은 오존파괴성및 이에따른 온실효과에 영향을 미치는것과 비교되는 것이다.This is in contrast to CFC-12's effect on high ozone depletion and subsequent greenhouse effects.
본발명의 공비성 조성물의 에너지 효율및 냉각능은 순수한 HFC-134a보다 우월하며, 또한 이 134a/152a 조성물은 순수 HFC-134a보다 온실효과에 대한 직접및 간접적인 영향이 크게 감소된 것이다.The energy efficiency and cooling capacity of the azeotropic composition of the present invention is superior to pure HFC-134a, and this 134a / 152a composition has significantly reduced direct and indirect effects on the greenhouse effect than pure HFC-134a.
본발명의 공비 조성물은 대부분의 순수 플루오로메탄이나 플루오로에탄 유체: 즉, -l9 ℃ ∼ -30 ℃ 에서 비등하는 플루오로화탄소 냉각제(상기 범위는 현재 사용되는 에어컨디셔닝 및 냉각제로 사용되는 유체의 대부분의 비등점을 나타 낸다),와 비교해볼때, 이상적인 냉각제가 가져야할 모든 특징, 예를들어 사용에 대한 안정성, 비가연성, 오존층 파괴에 대한 안정성, 무시할정도의 온실효과 및, 바람직한 에너지/냉각 성능등을 갖는 것이다.The azeotrope compositions of the present invention can be used in most pure fluoromethane or fluoroethane fluids: ie, fluorocarbon coolants boiling at −l9 ° C. to −30 ° C. (the above ranges of fluids used as air conditioning and coolants currently used) Compared to most boiling points), all the characteristics that an ideal coolant should have, such as stability to use, non-flammability, stability to ozone depletion, negligible greenhouse effects, and desirable energy / cooling performance. To have.
다시 말해서, HFC-152a와 HFC-134a가 효과적인 량으로 합해질때는 열역학적 성능이 개선된 비-가연성, 비 - 관리성(non-segregating), 환경적으로 수용가능한 공비성 냉각제가 제공되는 것이다.In other words, when HFC-152a and HFC-134a are combined in an effective amount, a non-combustible, non-segregating, environmentally acceptable azeotropic coolant with improved thermodynamic performance is provided.
여기서 사용되는 용어 공비성( azeotrope-1ike ) 이란 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄과 1, 1-디플루오로에탄조성물이 일정비등(함께 끓는, constantboiling)혹은 본질적으로 일정비능(essentially constant boi1ing)하는 것을 의미한다.The term azeotrope-1ike as used herein means that a mixture of 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane is boiled (constant boiling) or essentially constant (essentially constant boi1ing).
본발명에서 지시된 범위내 뿐만 아니라 범위밖에 있는 모든 조성물은 공비성 이다. 기본원리로부터, 유체의 열역학적 상태는 압력, 온도 , 액체조성 및 증기조성의 4가지 혹은 각각 P-T-X-Y로 정의된다.All compositions within the range as well as out of the range indicated in the present invention are azeotropic. From the basic principles, the thermodynamic state of a fluid is defined as four of P, T-X-Y or pressure, temperature, liquid and vapor composition respectively.
공비성은 정해진 P및 T에서 X및 Y가 같은 2혹은 그이상 성분으로된 시스템 의 독특한 특성이다.Azeotropes are a unique feature of systems of two or more components, where X and Y are the same at a given P and T.
실제 이는 상변화동안 성분들이 분리되지 않는 것을 의미하며, 이에 따라 상기한 냉각 및 가열 응용에 유익한 것이다.In practice this means that the components do not separate during the phase change and are therefore beneficial for the cooling and heating applications described above.
이 검토를 위하여, 공비성 조성물이란 조성물이 이 함께 끓는 특성의 견지에서 공비성과 같은 성상을 나타내거나 비등이나 증발시 분류(分溜) 되지 않는 것을 의미한다.For this review, an azeotropic composition means that the composition exhibits azeotropic properties in view of its boiling properties and is not classified upon boiling or evaporation.
이와같이, 이같은 시스템에 있어서, 증발동안 형성된 기체의 조성은 원래의 액체구성과 같은 것이다.As such, in such a system, the composition of the gas formed during evaporation is the same as the original liquid composition.
따라서 비등이나 증발동안 액체조성은, 만일 그액체가 모두 변환된다면, 오직 약간만 변화한다.Thus, during boiling or evaporation, the liquid composition changes only slightly if the liquid is all converted.
이는 액체 및 기체의 조성이 증발이나 응축동안 본질적으로 변하는 비-공비성 조성물과 대조되는 것이다.This is in contrast to non-azeotropic compositions where the composition of liquids and gases changes essentially during evaporation or condensation.
만일 기체 및 액체상이 같은 조성을 갖는다면, 이론적 열역학을 기초로 볼 때, 조성에 대한 비등점 곡선이 이 조성에서 절대 최대 혹은 절대 최소를 통과한다고 볼 수 있다.If the gas and liquid phases have the same composition, then, based on theoretical thermodynamics, the boiling point curve for the composition can be seen to pass the absolute maximum or absolute minimum in this composition.
만일 2가지 조건중 하나, 동일한 액체 및 기체조성 혹은 최소나 최대 비등점, 가 존재하는 것으로 나타내어지면, 그 시스템은 공비물이고, 다른 조건은 따라야 한다.If one of the two conditions, the same liquid and gas composition or minimum or maximum boiling point, is indicated to exist, the system is an azeotrope and the other conditions must be followed.
어떤 혼합물이 본 발명이 의미하는 공비성인가 여부를 결정하는 한가지 방법은 그 혼합물을 각각의 성분으로 분리시키는 조건하에서 그 시료를 증발시키는 것이다. 만일 그 혼합물이 비-공비 혹은 비-공비성이라면, 그 혼합물은 분류되며, 즉 비등점이 가장 낮은 성분부터 증류되어 그 여러가지 성분으로 분리될 것이다.One way of determining whether a mixture is azeotropic as meant by the present invention is to evaporate the sample under conditions that separate the mixture into individual components. If the mixture is non-azeotropic or non-azeotropic, the mixture will be classified, that is, distilled from the lowest boiling component and separated into its various components.
만일 그 혼합물이 공비성이라면, 그 혼합물의 모든 성분을 함유하여 단일 물질과 같이 작용하거나 함께 끓는 제1 증류분을 얻을 것이다.If the mixture is azeotropic, it will contain all the components of the mixture to obtain a first distillate that will either act as a single substance or boil together.
만일 그 혼합물이 공비성이 아니라면, 즉 공비시스템 부분이 아니라면 이 현상은 일어날 수가 없는 것이다.If the mixture is not azeotropic, that is, not part of an azeotropic system, this phenomenon cannot occur.
상기한 바로부터 공비성 조성물의 다른 특성은 성분비를 변화시킴에 있어서 동일한 성분을 함유한 공비성인 조성물 범위가 있다는 것이다.Another characteristic of azeotropic compositions from the foregoing is that there is a range of azeotropic compositions containing the same components in varying component ratios.
이같은 조성물 모두는 여기에 사용된것과 같은 공비성이라는 용어에 포함해석 된다.All such compositions are to be interpreted in the term azeotropic as used herein.
예를들어, 다른 압력에서 조성물의 비등점을 달리함에따라 주어진 공비물의 조성은 최소한 약간 변화할 것이다.For example, as the boiling point of the composition varies at different pressures, the composition of a given azeotrope will change at least slightly.
이와같이 A와 B의 공비물은 독특한 형태의 관계를 나타내나 그 온도 및/혹은 압력에 따라 그 조성은 가변적이다.As described above, the azeotropes of A and B exhibit a unique form of relationship, but their composition varies with temperature and / or pressure.
이 분야에서 숙련된자라면 쉽게 이해하겠지만, 공비물의 비등점은 압력에 따라 변화한 것이다.Those skilled in the art will easily understand, but the boiling point of the azeotrop has changed with pressure.
본명의 한가지 공정 실시예에 있어서, 본발명의 공비성 조성물은 공비성 조성물을 포함하는 냉각제를 응축시킨후 그 냉각제를 냉각되는 물체의 부근에서 증발시킴을 포함하는 냉각방법에 사용될 수 있다.In one process embodiment of the present invention, the azeotropic composition of the present invention may be used in a cooling method comprising condensing a coolant comprising an azeotropic composition and then evaporating the coolant in the vicinity of the object being cooled.
본발명의 다른 공정 실시예에 있어서, 본 발명의 공비성 조성물은 가열되어질 물체의 부근에서 냉각제를 응축한후 그 냉각제를 증발시킴을 이용하는 가열방법에 사용될 수 있다.In another process embodiment of the present invention, the azeotropic composition of the present invention may be used in a heating method using condensing a coolant in the vicinity of an object to be heated and then evaporating the coolant.
이 응용처를 위하여, 상기한 냉각이나 가열을 위한 공정실시예는 열교환응용으로 불리어질 것이다.For this application, the process embodiments for cooling or heating described above will be called heat exchange applications.
본발명의 새로운 공비성 조성물을 이루는 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄과 1, 1 -디플루오로에탄성분은 이미 알려져 있는 물질이다.The 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane components constituting the novel azeotropic composition of the present invention are known materials.
들은 시스템의 공비성에 역효과가 생기는 것을 막기위하여 충분히 고순도로 사용되는 것이 좋다.They should be used with high enough purity to prevent adverse effects on the azeotropy of the system.
본 발명의 조성물은 새로운 공비성 조성물을 형성하도록 부가적인 성분을 포함 할수 있다.The composition of the present invention may include additional components to form new azeotropic compositions.
이같은 조성물은 어느것도 그 조성물이 븐질적으로 공비성이고 상기한 필수성분 모두를 함유하는 이상 본 발명의 범위내에 드는 것으로 해석된다.None of these compositions is construed as falling within the scope of the present invention as long as the composition is substantially azeotropic and contains all of the above essential ingredients.
또한 본 발명의 공비성 조성물은 새로운 공비성 조성물을 이루지 않을 수도 있는 성분을 포함할 수 있다.The azeotropic composition of the present invention may also include components that may not constitute a new azeotropic composition.
특히 미국특허 4,755,316에 개시된 것과 같은 윤활제는 본발명의 범위내에서 첨가 가능한 것이다.In particular, lubricants such as those disclosed in US Pat. No. 4,755,316 can be added within the scope of the present invention.
이하 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described according to examples.
본 실시예는 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄과 1, 1-디플루오로에탄의 특정 조성이 공비성이며, 즉 본질적으로 동일한 액체 및 기체 조성을 나타내고, 또한 일정비등(함께 끓는) (constant boi1ing), 즉, 이 범위내에서 조성에 대하여 일정 증기압을 나타내는 것을 보여준다.This example shows that certain compositions of 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane and 1, 1-difluoroethane are azeotropic, i.e. exhibit essentially the same liquid and gas composition, and also have a constant boiling (boiling together). constant boi1ing, ie, a constant vapor pressure for the composition within this range.
약 150㎤ 용기내에서 HFC-134a와 HFC-152a 혼합물을 제조함으로써 기체 액체 평형 시험을 행하였다.A gas liquid equilibrium test was conducted by preparing a mixture of HFC-134a and HFC-152a in a container of about 150 cm 3.
자기 교반기 및 정확도 ±0.2%의 0∼300 psia 압력변환기를 갖춘 이용기를 ±0,02 ℃ 범위내로 제어된 항온조에 가라 앉혔다.A user equipped with a magnetic stirrer and a 0 to 300 psia pressure transducer with an accuracy of ± 0.2% was settled into a controlled thermostat in the range of ± 0,02 ° C.
일단 열평형 상태가 도달하면, 일정 증기압 측정에 의해서와 같이, 액체 및 기체 시료를 용기로부터 회수하여 표준 가스 크로마토그래프 기술을 이용하여 분석 하였다.Once the thermal equilibrium was reached, liquid and gas samples were recovered from the vessel and analyzed using standard gas chromatograph techniques, as by constant vapor pressure measurement.
이 절차를 HFC-152a 내에 약 25, 50 및 70몰% HFC-134a의 3가지 조성물 및 -20 , 20가 60 ℃ 의 3가지 온도로 반복하였다.This procedure was repeated in three compositions of about 25, 50 and 70 mole% HFC-134a and -20, 20 at 60 ° C in HFC-152a.
하기 표 1은 이들 시험결과를 요약한 것이다.Table 1 below summarizes these test results.
표 I의 데이타에 의하면 이 기체(증기)및 액체 조성은 크로마토그래프 분석에 의해 ± 2 . 0중량%의 실험오차내에서 본질적으로 동일한 것을 알 수 있다.According to the data in Table I, this gas (vapor) and liquid composition were determined by chromatographic analysis ± 2. It can be seen that it is essentially the same within the experimental error of 0% by weight.
-20 ℃ 에서 측정된 증기압 데이타는 조성물에 대하여 최소치를 나타내며 이는 공비성 성질을 증명하는 것이다.Vapor pressure data measured at −20 ° C. shows minimum values for the composition, demonstrating azeotropic properties.
이 혼합물의 증기압은 약 5∼90중량% HFC-134a 및 10∼95 중량% HFC- 152a의 조성물에 걸쳐서 ±5 psia내에서 본질적으로 일정하며, 이는 이들 혼합물이 일정비등 혹은 공비성인 것을 나타낸다.The vapor pressure of this mixture is essentially constant within ± 5 psia over a composition of about 5-90 wt% HFC-134a and 10-95 wt% HFC-152a, indicating that these mixtures are either constant or azeotropic.
[실시예 2]Example 2
본 실시예는 공비성 HFC-134a/HFC-152a 혼합물이 FC-134a 단독으로된 것과 비교해 볼때 몇가지 잇점을 가진다는 것을 보여준다.This example shows that the azeotropic HFC-134a / HFC-152a mixture has several advantages compared to FC-134a alone.
특정 동작조건에서 냉각체의 성능은 성능계수(coefficient of performance , COP) 및 냉각제의 용량(capacity)로써 측정가능하다.Under certain operating conditions, the performance of the coolant can be measured by the coefficient of performance (COP) and the capacity of the coolant.
성능계수(COP)는 전세계적으로 인정되는 측정치로써, 특히 냉각제의 증발이나 응축을 포함하는 특정 가열 혹은 냉각 사이클에서 냉각제의 상대적 열역학 효율을 나타내는데 유용하다.Coefficient of Performance (COP) is a globally recognized measure that is particularly useful in indicating the relative thermodynamic efficiency of a coolant during certain heating or cooling cycles, including evaporation or condensation of the coolant.
냉각엔지니어링에 있어서 이단어는 증기를 압축시킴에 있어서 압축기에 의해 가해지는 에너지에 대한 유용한 냉각비를 나타낸다.In cooling engineering, this word represents a useful cooling ratio for the energy applied by the compressor in compressing the steam.
냉각제의 용량은 냉각제의 체적효율을 나타낸다.The capacity of the coolant represents the volumetric efficiency of the coolant.
압축기 엔지니어에게는 이 값은 냉각제의 주어진 체적흐름속도에 대하여 펌프 열량에 대한 압축기의 용량을 나타낸다.For compressor engineers, this value represents the capacity of the compressor to pump heat for a given volume flow rate of coolant.
다시 말해서, 주어진 특정 압축기에 있어서 용량이 큰 냉각제는 보다 큰 냉각 혹은 가열 파워를 낼 것이다.In other words, for a given particular compressor, the larger capacity coolant will produce greater cooling or heating power.
중량부 78/22 HFC-134a/HF0-152a로 된 공비성 혼합물을 제어된 실험실 열량계 조건하에서 조작된 전형적인 자동차 에어 컨디션닝 단위체내에서 평가하였다.The azeotropic mixture of parts by weight 78/22 HFC-134a / HF0-152a was evaluated in a typical automotive air conditioning unit operated under controlled laboratory calorimeter conditions.
에어컨디션닝 사이클의 압축기 및 응축기 부위는 100˚ F 로 유지하였다.The compressor and condenser sections of the air conditioning cycle were kept at 100 ° F.
응축기로가는 그리고 응축기로부터 나오는 기류의 온도 및 응축기 출구에서와 압축기의 배출 및 흡입부에서의 온도를 측정하기 위해 열전쌍( thermocouple )을 사용하였다.Thermocouples were used to measure the temperature of the airflow going to and from the condenser and at the condenser outlet and at the outlet and suction of the compressor.
압축기는 전기모터로써 1188 회전/min의 일정속도로 작동되었다. 압축기로가는 기계적 일율 입력을 측정하기 위하여 와트(watt)-시간 메터를 사용하였다.The compressor was operated at a constant speed of 1188 revolutions / min as an electric motor. A watt-hour meter was used to measure the mechanical power input to the compressor.
응축기로부터의 열제거는 응축기실내의 냉각 코일까지 측정된 유속으로 흐르는 급냉수를 이용하여 행하였다.Heat removal from the condenser was performed using quench water flowing at a flow rate measured to a cooling coil in the condenser chamber.
이 에어컨디션닝 시스템의 용량은 응축기실에 대한 에너지 발란스를 수행하여 측정 하였다.The capacity of this air conditioning system was measured by performing energy balance on the condenser chamber.
에어컨디션닝 사이클의 기화기(증발기)와 팽창 발브부를 100˚F온도 및 40% 상대습도로 유지하였다.The vaporizer and the expansion valve of the air conditioning cycle were maintained at 100 ° F and 40% relative humidity.
기화기를 떠나고 축압기(accumulator)를 떠나는 냉각제의 온도를 측정하기 위해 열전쌍을 사용하였다.Thermocouples were used to measure the temperature of the coolant leaving the carburetor and leaving the accumulator.
압축기 흡입및 배기선과 응축기와 축압기 바로 뒤에 위치한 4개의 압력 변환기를 사용하여 사이클 전체를 통한 냉각제 압력을 측정하였다.The coolant pressure was measured throughout the cycle using four pressure transducers located just behind the compressor inlet and exhaust lines and the condenser and accumulator.
기화실내에 있는 2세트의 전기 히터를 기화기에 의해 제거된 열을 평형시키도록 조절 하였다.Two sets of electric heaters in the vaporization chamber were adjusted to balance the heat removed by the vaporizer.
3가지 냉각제, 즉 CFC-12(디클로로디플루오로메탄), HFC-134a및 78/22HFC-134a/HF0-152a 공비성 혼합물에 대하여 상기 조건으로 시험을 행하였다.Three coolants, CFC-12 (dichlorodifluoromethane), HFC-134a and 78 / 22HFC-134a / HF0-152a azeotropic mixtures were tested under these conditions.
CFC-12는 에어컨디션닝과 냉각응용처에 광범위하게 사용된 완전히 할로겐화된 클로로플루오로카본이다.CFC-12 is a fully halogenated chlorofluorocarbon used extensively in air conditioning and cooling applications.
CFC-12는 지구의 오존층을 파괴하는 것으로 알려져 있다.CFC-12 is known to destroy the earth's ozone layer.
각 시험은 측정된 COP 가 1%내에 드는 최소 2개의 연속실험으로 이루어졌다.Each test consisted of at least two consecutive experiments with a measured COP of less than 1%.
이를 시험결과 데이타를 하기 표 2에 나타내었다.This test data is shown in Table 2 below.
시험 1-3에 대하여 이표에 열거된 데이타는 78/22 HFC-134a/HF0-152a 공비성 혼합물은 HFC-134a보다 COP에 있어서 6.6% 증가되고 용량은 HFC -134a와 비슷하다는 것을 나타낸다.The data listed in this table for Trial 1-3 show that the 78/22 HFC-134a / HF0-152a azeotropic mixture is 6.6% higher in COP than HFC-134a and the capacity is comparable to HFC-134a.
이 혼합물은 또한 CFC-12에서 얻은것과 대적할 정도의 COP 및 용량을 제공 한다.This mixture also provides a COP and capacity that is comparable to that obtained with CFC-12.
이 혼합물에 대한 압축기 배기압은 HFC-134a보다 낮으며, 이는 보다 고압의 작동압력을 견디기 위한 에어컨디션닝 장치를 설계할 필요를 없게 한다.The compressor exhaust pressure for this mixture is lower than HFC-134a, which eliminates the need to design an air conditioning device to withstand the higher pressure operating pressure.
시험 4-6은 응축기를 흐르는 공기류가 감소되어 그 결과 배출압력 및 온도가 보다 크게되는 보다 가혹한 조건을 나타낸다.Tests 4-6 indicate more severe conditions where the air flow through the condenser is reduced, resulting in greater discharge pressure and temperature.
HFC-134a/HF0-152a 혼합물은 배출압이 감소되었을 뿐만 아니라 HFC-134a와 COP에서 4% 개선되고 용량은 약간(2%) 떨어짐을 나타낸다The HFC-134a / HF0-152a mixture not only reduced the discharge pressure but also showed a 4% improvement in HFC-134a and COP and a slight drop in capacity (2%).
상술한 바와같은 본 발명에 따른 이분야에서 숙련된자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 그 변형이 가능할 것이다.Those skilled in the art according to the present invention as described above may be modified without departing from the scope of the present invention.
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