KR100190185B1 - 디플루오로메탄; 1,1,1-트리플루오로에탄; 또는 프로판을 함유하는 비공비성 냉매 조성물들 - Google Patents

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알. 생크랜드 아이언
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Abstract

본발명은 HCFC-22에 대한 대제물들인 냉매 혼합물들을 제공한다. 본발명의 비공비성 냉매 조성물들( nonazeotropic refrigerant compositions )은 1, 1, 1-트리플루오로에탄( HFC-l43a ), 디플루오로메탄( HFC-32 ), 프로판, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된 제1성분( 약 10-90 wt% ) ; 대기압에서 약 -90℃ 내지 -50℃의 비등점을 갖는, 1-3 탄소 원자들을 갖는 히드로플루오로카본, 1-3 탄소 원자들을 갖는 플루오로카본, 무기 화합물, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된 제2성분( 약 1-50 wt% ) ; 및 대기압에서 약 -50℃ 내지 약 -10℃의 비등점을 갖는, 1, 1, 1-트리플루오로에탄 이외의, 1-3 탄소 원자들을 갖는 히드로플루오로카본인 제3성분( 약 1-50 wt% )을 함유한다. 본 냉매 조성물들은 HCFC-22의 증기압과 실질적으로 동일한 증기압을 갖는다.

Description

디플루오로메탄: 1,1,1-트리플루오로에탄; 또는 프로판을 함유하는 비공비성 냉매 조성물들
도면은 본발명의 비가연성 조성물들을 설명하는 다이어그램이다.
본발명은 디플루오로메탄; 1, 1, 1-트리플루오로에탄: 또는 프로판을 함유하는 새로운 비공비성 조성물들( nonazeotropic compositions )에 관한 것이다. 본 혼합물들은 가열 및 냉각을 위한 냉매들( refrigerants )로서 개선된 효율 및 용량을 갖는다.
플루오로카본에 기초한 유체들은 냉각, 에어 컨디셔닝 및 열펌프 적용들에 관한 산업에서 널리 사용되어왔다. 증기 압축 사이클들은 냉각의 한가지 유형이다. 그의 가장 단순한 형태에 있어서, 냉매는 낮은 압력에서 열흡수를 통해 액체상으로 부터 증기상으로 변화된 다음, 높은 압력에서 열제거 (heat removal )를 통하여 증기상으로 부터 액제상으로 변한다. 먼저, 냉매는 냉각되어질 물체와 접촉하고 있는 증발기 내에서 기화된다. 증발기 내의 압력은 냉매의 비등점이 냉각되어질 물체 온도보다 낮게 되는 정도이다. 그러므로, 열은 물체로부터 냉매로 흘러 냉매의 기화를 유발시킨다. 형성된 증기는 증발기(기화기) 내에 낮은 압력이 유지되도록 압축기에 의하여 제거된다. 그 다음, 증기의 온도 및 압력은 압축기에 의한 역학적 에너지의 부가에 의하여 상승된다. 고압 증기는 응축기를 통과하는데 여기서 열이 냉각기 매체와 교환되고, 잠재 열들은 후속 응축에 의하여 제거된다. 그 다음, 고온의 액체 냉매는 팽창 밸브를 통과하고 재사용을 위해 준비된다.
냉각의 기본 목적은 저온에서 에너지를 제거하는 것인 반면, 열펌프의 기본 목적은 고온에서 에너지를 부가하는 것이다. 가열 동안 응축기의 작동이 냉각 응축기의 작동으로 대체되기 때문에 열펌프들은 역사이클 시스템들( reverse cycle systems )로 생각된다.
일부 클로로플루오로카본들은 그들의 독특한 화학적 및 물리적 성질들의 조합으로 인하여 에어 컨디셔닝 및 열펌프 적용들을 포함한 냉각 적용들에서 널리 사용되어 왔다. 증기 압축 시스템들에서 사용되는 대부분의 냉매들은 단 성분 유체들( single component fluids ) 또는 공비성 혼합물들( azeotropic mixtures )이다. 후자는 이들 혼합물들이나, 모든 냉각 목적들에 대해서 단성분 유체들로서 행동한다. 예를들면, 미국특허들 4,303,536 및 4,810,403에서, 비공비성 혼합물들이 냉매들로서 개시되었으나 , 실제 적용들에서 널리 사용되지 못하고 있다.
단성분 유체들의 응축 및 증발 온도들은 명백하게 정해진다. 만약 냉매 라인 들에서의 작은 압력강하들( pressure drops )이 무시된다면, 응축 및 증발은 응축 및 증발 압력에 상응하여 단일 온도에서 일어날 것이다. 혼합물들이 냉매들로서 사용되는 경우에는, 단일한 상변화 온도( phase changetemperature )가 존재하지 않고 온도 범위가 존재한다. 이러한 범위는 혼합물의 증기-액제 평형 양식에 의하여 결정된다. 혼합물들의 이런 성질은, 비공비성 혼합물들이 냉각 사이클에 사용되는 경우, 비록 압력강하 효과가 무시되더라도, 응축기 또는 증발기 내의 온도는 더이상 하나의 균일한 값을 갖지 않으며, 그 대신, 압력강하에 관계없이 장치를 가로질러 온도가 변화한다는 사실에 기인한다. 당기술분야에서, 장치를 가로지르는 이러한 온도 변화는 온도 글라이드( temperature glids )로서 알려져 있다.
종래에, 비등온적 열원들 및 열 싱크들에 관하여, 혼합물들 중 이러한 온도 글라이드가 더 나은 효율을 제공하는데 이용될 수 있는 것으로 지적되어 왔다. 그러나, 이 효과로부터 장점을 취하기 위하여는, 예를들면 티.애트우드, NARBS-The Promise and the Problems 논문 86-WA/HT-61 Amer.Soc. of Mech. Engineers 에서 보듯이, 통상적인 냉각 사이클이 재설계 되어야만 한다. 냉각 장치의 대부분의 현존 디자인들에서는, 온도 글라이드가 문제의 원인이 된다. 그러므로, 비공비성 냉매 혼합물들은 널리 사용되지 못하였다. 작은 온도 글라이드를 가지며 다른 기존의 순수 유체들을 능가 하는 냉각 능력에서의 장점을 갖는 환경학적으로 수용가능한 비공비성 혼합물들은 일반적으로 상업적 관심의 대상이 될 것이다.
클로로디플루오로메탄( HCFC-22 )은 현재 사용되는 냉매이다. 비록 HCFC-22가 단지 부분적으로만 할로겐화되었지만, 그것은 여전히 염소를 함유하며 따라서 오존파괴 성향을 갖는다. 냉매 기술에서 요구되는 것은 유사한 냉각 특성들을 갖고 비가연성이며 낮은 온도 글라이드들을 갖고 오존-파괴 염소 원자들을 함유하지 않는, HCFC-22에 대한 대체 물질이다.
미국특허 4,810,403은 디클로로디플루오로메탄( CFC-12 )에 대한 대체물들인, 할로카본 냉매들의 삼원 또는 더 고차원의 혼합물들을 밝히고 있다. 그 혼합물들은 대기압에서 -5O℃ 내지 -30℃ 범위의 비등점을 갖는 제1성분, 대기압에서 -30℃ 내지 -5℃ 범위의 비등점을 갖는 제2성분, 및 대기압에서 -15℃ 내지 30℃의 비등점을 갖는 제3성분을 포함한다. 바람직한 혼합물은 클로로디플루오로메탄( HCFC-22 ), 1, 1-디 플루오로에탄( HFC-152a ), 및 1, 2-디클로로-1, 1, 2, 2-테트라플루오로에탄( CFC-114 )을 포함한다. 이 특허는 가능한 냉매 성분으로서 HCFC-22를 열거하였으므로, HCFC-22에 대한 냉매 대체물들을 밝힌 것은 아니다.
이와 같이, 냉각 및 열펌프 적용들에서 HCFC-22에 대체물들을 제공하는 새로운 플루오로카본에 기초한( 플루오로카본계 ) 혼합물들이 계속 탐구되고 있다. 요즘, 특히 관심이 있는 것은 지구를 보호하는 오존층에 관한 환경학적 문제들을 야기하는 것으로 여겨지는 현재 사용되는 히드로클로로플루오로카본 들에 대한 환경학적으로 수용가능한 치환체들로서 생각되는 플로오로카본계 혼합물들이다. 1, 1, 1-트리플루오로에탄( HFC-l43a ) 또는 디플루오로에탄( HFC-32 )같은 히드로플루오로카본들이 대기 화학에 악영향을 주지 않고 성층권 오존 파괴 및 지구 온난화에 거의 기여하지 않을 것임이 수리적 모델로 입증한 바 있다. 대체물질들은 화학적 안전성, 낮은 독성, 비가연성 및사용상 효율을 포함하여 CFC들에 독특한 성질들도 가져야 한다. 예를들면, 에어컨디셔닝 또는 냉각에서는, 냉매 열역학적 성능 또는 에너지 효율에서의 손실이 증가되는 전기 에너지 수요로부터 유발되는 화석연료 사용의 증가를 통해 2차적인 환경학적 충격들을 가져올 수 있으므로, 사용효율 특성이 중요하다.
전술한 환경학적으로 수용가능한 냉매들인 HFC-32 및 HFC-143a는 가연성 이므로 그들의 일반적인 사용이 제한될 수 있다. 이 냉매들은 클로로디플루오로메탄( HCFC-22 )를 직접 대체하기에는 너무 낮은 비등점을 갖는 유체들로서 일반적으로 사료된다.
HFC-32의 가연성을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 HFC-32를 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄( HFC-l43a )와 함께 혼합하였는바, 그 결과는 HCFC-22에 대한 유용한 대체물들이며 오존 파괴 가능성이 없는 조성물들이었다. 그러나, 높은 HFC-32 함량에서는 HFC-32 및 HFC-134a의 조성물들이 가연성이다. 그러한 조성물들의 가연성을 완전히 배제시키기 위하여, 본 발명자들은 제3의 비가연성 성분의 첨가를 시도하였다. 제3의 성분을 첨가함으로써, 본 발명자들은 HCFC-22의 비등점에 비견되는 비등점을 가지며 오존파괴 가능성이 없는 삼원 조성물의 산출을 검토하였다. 오존파괴 가능성이 없으며 대기압에서 -9O℃ 내지 -6O℃ 범위의 비등점들을 갖는 화합물들로부터 선택한 한 화합물이 낮은 임계 온도를 갖는 트리플루오로메탄( HFC-23 ) 이다. 당기 술분야의 숙련자들이 알고 있듯이, 낮은 임계 온도들을 갖는 화합물들은 실온에서 응축되지 않으며 냉매 혼합물 중에서 혼합물의 냉각 효율 및 용량을 실질적으로 감소시킬 것으로 예상되었기 때문에, 냉매들로서 사용되지 않았다. 그러나, 본발명자들은 HFC-32, HFC-134a 및 HFC-23의 혼합물이 비가연성일 뿐만 아니라 HFC-32 및 HFC-134a의 혼합물에서와 실질적으로 동일한 냉각 효율 및 용랑을 갖는다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 HCFC-22에 대한 대체물들인 냉매 혼합물들을 제공한다. 본 발명의 비공비성 냉매 조성물들( nonazeotropic refrigerant compositions )은 1, 1, 1-트리플루오로에탄( HFC-l43a ), 디플루오로메탄( HFC-32 ), 프로판, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된 제1성분( 약 10-90 wt% ), 대기압에서 약 -90℃ 내지 -50℃의 비등점을 갖는, 1-3 탄소 원자들을 갖는 히드로플루오로카본 , 1-3 탄소 원자들을 갖는 플루오로카본, 무기 화합물, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된 제2성분( 약 1-50 wt% ), 및 대기압에서 약 -5O℃ 내지 약 -10℃의 비등점을 갖는, 1, 1, 1-트리플루오로에탄 이외의, 1-3 탄소 원자들을 갖는 히드로플루오로카본인 제3성분( 약 1-50 wt% )을 함유한다. 본 냉매 조성물들은 HCFC-22의 증기압과 실질적으로 동일한 증기압을 갖는다.
여기서 사용되는 히드로플루오로카본이란 용어는 탄소, 수소, 및 불소 원자들을 갖는 화합물을 의미한다. 여기서 사용되는 플루오로카본이란 용어는 탄소 및 불소 원자들을 갖는 화합물을 의미한다. 제2성분에 있어서, 대기압에서 약 -90℃ 내지 약 -50℃ 범위의 비등점을 갖는 어떠한( C1-C3) 히드로플루오로카본, ( Cl-C3) 플루오로본 카본, 또는 무기 화합물도 본 발명에 사용될 수 있다. 제3성분에 있어서, 대기압에서 약 -50℃ 내지 -10℃ 범위의 비등점을 갖는, 1, 1, 1-트리플루오로에탄 이외의, 어떠한( C1-C3) 히드로플루오로카본도 본발명에 사용될 수 있다.
바람직한 제1성분은 디플루오로메탄이다.
바람직하게, 제2성분은 트리플루오로메탄( HFC-23 ), 헥사플루오로에탄( FC-116), 이산화탄소, 및 헥사플루오로화황으로 구성된 군으로부터 선택 된다. 바람직한 제2성분은 트리플루오로메탄이다. 제2성분에 관해 열거 된 모든 화합물들은 비가연성이며 HFC-32 또는 HFC-143a의 비등점 보다 더 낮은 온도에서 일반적으로 비등한다.
바람직하게, 제3성분은 펜타플루오로에탄( HFC-125 ), 1, 1, 2, 2-테트라플루오로에탄( HFC-134 ), 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄( HFC-l34a ), 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-헵타플루오로프로판( HFC-227ca ), 1, 1, 1, 2, 2, 3, 3-헵타플루오로프로판( HFC-227ca ), 및 1, 1, 1, 2, 2-펜타플루오로프로판( HFC -245cb )로 구성된 군으로부터 선택된다. 바람직한 제3성분은 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄이다. 제3성분에 관해 열거된 모든 화합물들은 비가연성이며 HFC-32 또는 HFC-143a의 비등점 이상의 온도에서 일반적으로 비등한다.
소량의 HFC-227ea, HFC-227ca, 및 HFC-245cb는 피시알 및 할로카본 프로덕츠로부터 입수가능하다. 본발명의 모든 다른 성분들은 대량으로 입수가능하다. 또한, HFC-227ea, HFC-227ca 및 HFC-245cb는 국제 공고 No. WO90/08754에 개시된 것들과 같은 공지 방법들에 따라서 제조될 수 있다. 예를들면, HFC-227ca는 120℃에서 1, 1, 1, 3, 3-펜타클로로-2, 2-디플루 오로프로판을 오염화니오븀과 함께 반응시킴에 의하여 제조될 수 있다. HFC-245cb는 120℃에서 1, 1, 1, 2, 2-펜타클로로프로판을 오플루오르화탄탈과 함께 반응시킴에 의하여 제조될 수 있다.
클로로디플루오로메탄의 증기압과 실질적으로 동일한 증기압 또는 유사한냉각 특성들 이란 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도 범위에 걸쳐 동일한 온도에서 HCFC-22의 증기압의 ±30%인 증기압을 의미한다.
필요에 따라서 혼합물들의 성질들을 맞추기 위하여 부가적인 성분들이 혼합물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 성분들의 성질들이 다음 도표 1에 표기되어 있다. 제1도에서 BP는 비등점을 나타내고 CT는 임계 온도를 나타낸다. 도표 1에서 Prop는 프로판을 의미하고, ＊는 1기압에서 승화를 의미하며 비등점은 삼중점( triple point )이다.
[도표 1]
가장 바람직한 조성물은 디플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 및 1, 1, 1, 2-테 트라플루오로에탄을 함유한다.
본 발명의 바람직한 구현에 있어서, 조성물들은 약 20-8o wt%의 제1성분, 약 2-40 w%의 제2성분, 및 약 2-40 wt%의 제3성분을 함유한다.
본 발명의 한가지 공정 구현에 있어서, 본 발명의 조성물들은 그 조성물들을 함유하는 냉매를 응축시킨 다음 냉각되어질 물체 부근에서 그 냉매를 증발시키는 것을 포함하는 냉각 방법에 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 공정 구현에 있어서, 본발명의 조성물들은 가열되어질 물체 부근에서 그 조성물들을 함유하는 냉매를 응축시킨 다음 그 냉매를 증발시키는 것을 포함하는 난방 방법에 사용될 수 있다.
바람직하게, 시스템의 성질에 역영향이 도입되는 것을 피하기 위하여, 사용되는 성분들은 충분히 고순도의 것이어야 한다.
전술하였듯이, 냉매조성물이 HFC-32, HFC-143a, 또는 프로판과 같은 가연성 성분을 포함하는 경우, 누출 증기 또는 잔류 액체가 가연성으로 되어지는 가능성은 매우 바람직하지 못한 위험요소이다. 본 발명자들은 HFC-32, HFC-l43a 또는 프로판을 함유하는 냉매 혼합물이 그 기본 조성물이 비가연성이고 누출 증기는 물론 잔류 액체도 가연성으로 되어지지 않도록 두가지 비가연성 그룹들로부터의 성분들과 함께 배합될 수 있음을 알아냈다.
본 발명은 HCFC-22의 증기압과 실질적으로 동일한 증기압을 가지며, 예를 들면 50w4% 까지의, 상당한 증발 손실 후에도 이 관계가 유지되는, HFC-32, HFC-143a, 또는 프로판에 기초한 삼원 또는 그 이상의 차원의 혼합물들을 포함한다. HCFC-22와 유사한 증기압 온도 관계는 특히 바람직한데, 왜냐하면 그것은 HCFC-22의 증기압 온도관계를 위주로 설계된 현존 냉각장치들에 최소한의 수정을 필요로 할 것이기 때문이다.
본 조성물들은 새로운 조성물들을 형성하기 위하여 부가적인 성분들을 포함할수 있으며, 그 조성물들이 실질적으로 동일한 특성들을 가지며 여기서 기술된 모든 기본 성분들을 포함하는 한, 어떤 그러한 조성물들도 본 발명의 영역에 속하는 것으로 이해되어야 한다. 이하 비제한적인 실시예들을 통하여 본 발명을 설명한다.
본 실시예는 상태 방정식 기술들을 사용하여 삼원 혼합물들의 열역학적 성질 들을 계산하는 것이 가능함을 보여준다. 실시예 3에서 검토되듯이, 이것은 냉매의 이론적 성능을 평가하는데 중요하다. 사용된 상태방정식 패키지는 메릴랜드 20899, 게이더스버그 소재 NIST( National Snstitute of Standard and Technology )로부터 입수가능한 니스트( NIST ) 혼합물들 물성 수식체계( DDMIX )에 기초하였다. 48.1 twt% HFC-23, 19.3 wt% HFC-32, 및 32.6 wt% HFC-134a의 삼원 비공비성 혼합물의 측정된 기포압 및 계산된 기포압( bubble pressure )가 다음 도표 2에 표기되어 있다. 매우 우수한 값의 일치는 실험들 및 이론의 결과들에 고도의 신뢰도가 부여될 수 있음을 보여준다.
[도표 2]
[실시예 2]
공기중에서 HFC-134a/HFC-32/HFC-23의 다양한 조성물들물 제조하고 그들의 가연성을 측정함에 의하여, 가연성인 공기중 조성물들의 영역을 상세히 도식화하는 것이 가능하다. 참조예: 피. 에이. 샌더즈, The Handbook of Aerosol Technology at 146( 2d Ed. 1979 ), HFC-l34a 및 HFC-23 과 함께 혼합될 수 있고 공기중 완전히 비가연성으로 잔류할 수 있는 HFC-32의 최대량이 그러한 플롯으로부터 결정될 수 있다. 이원 혼합물에 관하여 HFC-134a 및 더 높은 압력성분( 예를들면, HFC-23, HF-116, SF 및 CO2)과 함께 이룰수 있는 HFC-32의 최대 또는 임계 조성이 도표 3에 요약되어 있다. CFR은 임계 가연성비( critical flammabi1ityratio )인데, 이것은 HFC-32/X 의 혼합물들이 포함할 수 있고 공기중 여전히 비가연성일 수 있는 HFC-32의 최대량이다. X는 도표 3에 표기된 더 높은 압력 성분들을 나타낸다. 이러한 이원 가연성( binary flammability ) 데이터는 더욱 복잡한 삼원 혼합물 플러스 공기의 가연성을 예측하는데 사용 될 수 있다. 세 성분들 및 공기의 복합 혼합물은 그 자체가 단순한 삼원 다이어그램들을 주지는 않는다. 그러므로, 데이터를 그래프화하는 것이 가능하도록 공기를 제외시킨다. 혼합물이 공기와 함께 어느정도 가연성이든 또는 아니든 간에 공기 비율 그자체가 중요하지는 않다. 제1도는 HFC-l34a, HFC-32, 및 HFC-23의 조성물을 나타낸다. 선 A-B 이상( HFC-32농후 )에서는 그러한 조성들의 혼합물들이 공기중 어느정도 가연성인 반면, 선 A-B 이하( HFC-32 덜농후 )에서는 그러한 조성들의 혼합물들이 어떤 공기 비율에서도 공기중 비가연성이다. 덧붙여, 이 다이어그램은 증기 누출의 경우 비가연성으로 잔류할 것일 조성물들을 설명한다. 만약 누출이 액체상( liquidphase )으로부터 발생한다면, 일부 액체가 증발되어 누출된 액체에 의해 점유되었던 공간을 채울것이다. 증기는 액체에 비해 그 밀도가 1/25 이기 때문에, 극소량의 증발이 발생하고, 따라서 극소량의 분별( fractionation )이 발생한다. 반면에, 증기상( vapor phase )이 제거되는 경우에는, 궁극적으로 모든 액체가 증발되어 굉장한 양의 분별이 발생한다. 액체누출은 혼합물의 조성에서 단지 약간의 변화만을 산출한다. 따라서, 액체누출은 문제가 되지 않으나, 증기 누출의 경우는 고려되어야 한다. 누출동안 증기 및 액체 상들의 조성들에서의 변이( shifts )는 이상용액 행동양식을 사용하여 계산되었다. 이러한 유형의 계산들은 증발시 출발 조성물들이 비가연성으로 남아 있을 것인가를 결정하는데 사용되었다. 제1도의 선 D-C는 가연성 액체상 조성들을 가질 수 있는 조성물들을 비가연성으로 잔류하게 되는 조성물들로부터 분리시킨다. HFC-134a가 농후한 조성물들( 선 D-C의 오른쪽 )이 증발시 비가연성으로 잔류하는 액체상 조성들을 가질 것이다. 선 C-E는 가연성인 주어진 증기들이 분별될 것인 조성물들을 가연성 증기들을 산출하지 않을 조성물들과 분리시킨다, HFC-23이 농후한 조성물들( 선 C-E의 왼쪽 )은 세그리게이션시 비가연성 증기들로 남을 것이다. 그러므로, 선 D-C-E 아래의 조성물들은 가연성일 수 있는 액체상이나 또는 증기상을 산출하도록 분별되지 않을 것이다.
[도표 3]
[실시예 3]
본 실시예는 HFC-32를 함유하는 혼합물이 HCFC-22와 유사한 성능을 가지며, 상당한 증기 누출 후에도 여전히 비가연성임을 보여준다.
특정 작동 조건들에서 냉매의 이론적 표준 냉각사이클 분석 기술들을 사용하여 냉매의 열역학적 성질들로부터 산정될 수 있다. 참고예: 알. 시. 다우닝에 의한 Fluorocarbons Refrigerants Handbook, ch. 3, 프렌타이스-헐( 1988 ). 성능계수( COP )는 일반적으로 통용되는 척도이며, 냉매의 증발 또는 응축을 포함한 특정 가열 또는 냉각 사이클에서 냉매의 상대적인 열역학적 효율을 나타내는데 특히 유용하다. 냉각 앤지니어링에서, 이 항목은 증기 압축시 압축기에 의하여 적용된 에너지에 대한 유효냉각의 비율을 표시한다. 냉매의 용량( capacity )은 냉매의 체적 효율을 나타낸다. 압축기 엔지니어에게 있어서, 이 값은 냉매의 주어진 체적 유동율에 대해 열을 끌어내는 압축기의 성능을 가리킨다. 즉, 특정 압축기가 주어진 경우, 더 높은 용량을 갖는 냉매가 더 큰 냉각력 또는 가열력을 줄 것이다. 유사한 계산이 비공비성 냉매 혼합물들에 대해서도 행하여질 수 있다.
본 발명자들은 응축기 온도와 전형적으로 115℉이고 증발기 온도가 전형적으로 4O℉인 패키지화 에어컨디셔닝 사이클에 대해 이러한 유형의 계산을 수행하였다. 등온위 압축( isentropic compression )및 60℉의 압축기 입구 온도를 가정하였다. 그러한 계산들은 HFC-23, HFC-32, 및 HFC-l34a의 0.72/28.71/70.57 wt% 혼합물에 대하여 행하여졌다. 전형적인 HCFC-22 적용에서의 온도 글라이드는 15℉를 초과하는 경우가 없었다. 유체의 에너지 효율의 척도인 성능계수( COP )는 동일 조건들에서 HCFC-22의 경우 5.51인 것에 비해 5.36인 것으로 밝혀졌다. 선행기술( 디. 에이. 디디온 및 디. 엥. 리벤스 The Role of Refrigerant Mixtures as Alternatives in CFC's: Today's Options ‥‥ Tomorrow's Solution, NIT, 1990 )에 따라서, 10℉ 정도의 온도 글라이드들은 혼합물을 거의 공비성인 것으로 칭하기에 충분히 작은 것이다. 그러므로, 본혼합 조성물의 온도 글라이드는 충분히 작으며 통상적인 냉각 단위들에 대해 문제를 부여하지 않는다. ASTM 681 장치에 의해 측정된 HFC-23, HFC-32, 및 HFC-l34a의 삼성분 혼합물의 가연성 한계들을 제공하는 첨부 도면으로부터 알 수 있듯이, 본혼합물은 비가연성이다. 그것의 증기압은 HCFC-22 증기압으로부터 10% 범위 내인 11.37 바아( 25℃ )이다. 냉각 용량은 HCFC-22의 약 95%이다. 증기누출을 통하여 냉매의 50 wt%가 손실된 후, 그 혼합물의 증기압은 여전히 HCFC-22 값으로부터 10% 범위내인 9.44바아이다. 냉각 용량은 HCFC-22 값의 83%로 감소되었다. 잔류 유체의 COP는 거의 동일한 5.37로 유지되었다. 46 vo1% HFC-32에서의 증기 및 28 vol% HFC-32 에서의 액체 모두 비가연성으로 남아있었다( 첨부도면잠조 ).
[실시예 4]
본 발명자들은 응축기 온도가 전형적으로 11℉이고 증발기 온도가 전형적으로 40℉인 패키지화 에어 콘디셔닝 사이클에 대해 실시예 3에서 주어진 유형의 다른 계산을 행하였다. 등온위 압축 및 60℉의 압축기 입구 온도를 가정하였다. 이번에는 0.0384mo1es의 HCF-23, 0.4648mo1es의 HFC-32, 및 0.4698mo1es의 HFC-134a의 혼합물 77.56g에 대하여 그러한 계산들이 행하여졌다. 전형적인 HCFC-22 적용에서의 온도 글라이드는 17℉를 초과하는 경우가 없었다. ASTM 681 장치에 의해 측정된 HFC-23, HFC-32, 및 HFC-134a의 삼성분 혼합물의 가연성 한계들을 제공하는 첨부도면으로부터 알 수 있듯이, 본혼합물은 비가연성이다. 그것의 증기압은 HCFC-22 증기압으로부터 25% 범위내인 12.43 바아( 25℃ )이다. 냉각용량은 HCFC-22 와 실질적으로 동일하다. COP는 5.13이었다. 증기누출을 통하여 냉매의 50 wt%가 손실된 후, 혼합물의 증기압은 HCFC-22 값으로부터 2% 범위내인 10.08 바아이다. 냉매용량은 HCFC-22 값의 87%로 감소되었다. COP는 5.35로 약간 증가되었다. 51vo1% HFC-32에서의 증기 및 33 vo1% HFC-32에서의 액체 모두 비가연성으로 잔류하였다( 첨부도면 장조 ).
[실시예 5]
앞서 주어진 조건들 하에서 실시예 3 및 4에서 주어진 유형의 다른 계산을 행하였다. 이번에는 0.0651mo1es의 HFC-23, 0.4865mo1es의 HFC-32, 및 0.4484mo1es의 HFC-134a의 혼합물 75.62g 에 대하여 그러한 계산이 행하여졌다. 전형적인 HCFC-22 적용에서의 온도 글라이드는 20℉를 초과하는 경우가 없었다. ASTM 681 장치에 의해 측정된 HFC-23, HFC-32, 및 HFC-134a의 삼성분 혼합물의 가연성 한계를 제공하는 도면으로부터 알 수 있듯이, 혼합물은 비가연성이다. 그것의 증기압은 HCFC-22 증기압으로부터 30% 범위내인 13.38 바아이다. 냉각 용량은 HCFC-22와 실질적으로 동일하다. COP는 5.02이다. 증기누출을 통하여 냉매의 50 wt%가 손실된 후 , 혼합물의 증기압은 HCFC-22 값으로부터 4% 범위내인 10.78 바아이다. 냉각용량은 HCFC-22 값의 91%로 감소되었다. COP은 5.31이다. 54vo1% HFC-32에서의 증기 및 37vo1% HFC-32에서의 액체 모두 비가연성으로 잔류하였다( 첨부 도면 참조 ).

Claims (10)

1, 1, 1-트리플루오로에탄, 디플루오로메탄, 프로판, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로부터 선택된 제1성분( 10-90 wt% ), 대기압에서 -90℃ 내지 -50℃범위의 비등점을 갖는, 1-3탄소 원자들을 갖는 히드로플루오로카본, 1-3 탄소 원자들을 갖는 플루오로카본, 무기 화합물, 및 그 혼합물들로 구성된 군으로 부터 선택된 제2성분( 1-50 wt% ), 및 대기압에서 -50℃ 내지 -10℃ 범위의 비등점을 갖는, 1, 1, 1-트리플루오로에탄 이외의, 1-3 탄소원자들을 갖는 히드로플루오로카본인 제3성분( 1-50 wt% )을 함유하며, 클로로디플루오로메탄의 증기압과 실질적으로 동일한 증기압을 갖는 냉매 조성물들( refrigerantcompositions ).
제1항에 있어서, 결과의 냉매 조성물들이 비가연성으로 되도록 상기 제1, 제2, 및 제3성분들 및 그들의 중량 퍼센트( wt% )들이 선택된 냉매 조성물들.
제1항에 있어서, 20-80 wt%의 상기 제1성분, 2-40 wt%의 상기 제2성분, 및 2-40
wt%의 상기 제3성분을 함유하는 냉매 조성물들.
제1항에 있어서, 상기 제1성분이 1, 1, 1-트리플루오로에탄인 냉매 조성물들.
제4항에 있어서, 상기 제2성분이 트리플루오로메탄, 핵사플루오로에탄, 이산화탄소, 및 헥사플루오르화황으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 냉매 조성물들.
제4항에 있어서, 상기 제3성분이 펜타플루오로에탄, 1, 1, 2, 2- 테트라플루오로에탄, 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄, 1, 1, 1, 2, 3, 3, 3-햅타플루오로프로판, 1 , 1 , 1 , 2, 2, 3, 3-헵타플루오로프로판, 및 1, 1, 1, 2, 2-펜타플루오로프로판으로 구성된 군으로부터 선택된 것인 냉매 조성물들.
제1항에 있어서, 상기 제1성분이 디플루오로메탄인 냉매 조성물들.
제1항에 있어서, 상기 제1성분은 디플루오로메탄이고, 상기 제2성분은 트리플루오로메탄이며, 상기 제3성분은 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄인 냉매 조성물들.
제1항에 있어서, 상기 제1성분이 프로판인 냉매 조성물들.
상기 제1항의 냉매 조성물들을 응축시킨 다음 냉각되어질 물체 근처에서 상기 냉매 조성물들을 증발시키는 곳을 포함하여 구성되는 냉각 방법.
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