KR100212117B1 - Cooling system with mixing refrigerant - Google Patents

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KR100212117B1
KR100212117B1 KR1019970014185A KR19970014185A KR100212117B1 KR 100212117 B1 KR100212117 B1 KR 100212117B1 KR 1019970014185 A KR1019970014185 A KR 1019970014185A KR 19970014185 A KR19970014185 A KR 19970014185A KR 100212117 B1 KR100212117 B1 KR 100212117B1
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

본 발명은 1,1-대플루오로에탄 40

Figure kpo00001
이하, 디플루오로메탄(CH2F2) 40
Figure kpo00002
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00003
또는 디플루오로메탄(CH2F2) 5∼40
Figure kpo00004
, 펜타플루오로에탄(C2HF5) 5∼40
Figure kpo00005
, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00006
로된 비공비성 혼합냉매(Non-Azeotropic Refrigerant Mixtures) 및 이 비공비성 혼합물을 냉매로 하고 흡입관 열교환기(Suction Line Heat Exchanger)를 사용하는 냉동시스템에 관한 것이다.The present invention relates to 1,1- Daefluoroethane 40
Figure kpo00001
Hereinafter, difluoromethane (CH 2 F 2 ) 40
Figure kpo00002
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00003
Or difluoromethane (CH 2 F 2 ) 5 to 40
Figure kpo00004
, Pentafluoroethane (C 2 HF 5 ) 5-40
Figure kpo00005
, 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00006
Non-Azeotropic Refrigerant Mixtures and a refrigeration system using the azeotropic mixture as a refrigerant and using a suction line heat exchanger.

본 발명의 혼합냉매는 오존파괴 가능성이 전혀 없으며 합입관 열교환기를 사용하는 냉동기에서 기존 R-22의 대체냉매로서 냉동성능계수 압축기의 냉동체적용량 측면에서 비슷하거나 우수한 효과를 나타낸다.The mixed refrigerant of the present invention has no possibility of ozone depletion and exhibits a similar or superior effect in terms of the freezing capacity of the refrigeration performance coefficient compressor as an alternative refrigerant of the existing R-22 in a refrigerator using a combined heat exchanger.

Description

혼한냉매 및 그 혼합냉매를 이용하는 냉동시스템Refrigeration system using mixed refrigerant and mixed refrigerant

본 발명은 냉동기, 공기조화기 및 열펌프 등에 사용되는 복수의 할로겐화 탄화수소로 이루어진 비공비성 혼합냉매(Refrigerant Mixtures) 및 이 혼합냉매와 흡입관 열교환기(Suction Line Heat Exchanger : 이하 SLHX라 한다)를 이용하는 냉동시스템(Refrigeration System)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 1,1-디플루오로에탄 40

Figure kpo00008
이하, 디플루오로메탄 40
Figure kpo00009
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00010
로 구성되거나, 디플루오로메탄 5∼40
Figure kpo00011
, 펜타플루오로에탄 5∼40
Figure kpo00012
와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00013
로 구성된 오존층 파괴능이 없는 냉동기용 비공비성 혼합냉매 및 이 혼합냉매를 사용하는 냉동시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an azeotropic mixed refrigerant consisting of a plurality of halogenated hydrocarbons used in a refrigerator, an air conditioner and a heat pump, and a refrigeration using the mixed refrigerant and a suction line heat exchanger (hereinafter referred to as SLHX). It relates to a system (Refrigeration System). More specifically, 1,1-difluoroethane 40
Figure kpo00008
Or less, difluoromethane 40
Figure kpo00009
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00010
Or difluoromethane 5-40
Figure kpo00011
Pentafluoroethane 5-40
Figure kpo00012
And 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00013
An azeotropic mixed refrigerant for a refrigerator having no ozone depleting capacity, and a refrigeration system using the mixed refrigerant.

본 발명은 흡입관 열교환기를 사용하는 냉동기에 사용되는 혼합냉매에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 냉동시스켐에서 모노클로로플루오로메탄(CHCIF2 : 이하 R-22라 한다)을 대체할 수 있는 혼합냉매와 SLHX를 이용하여 R-22의 대체 냉매를 사용하는 냉동시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed refrigerant used in a refrigerator using a suction tube heat exchanger. More specifically, the present invention relates to a refrigeration system using a mixed refrigerant capable of replacing monochlorofluoromethane (CHCIF2: hereinafter referred to as R-22) in a refrigeration system and an alternative refrigerant of R-22 using SLHX.

종래에는, 냉동기, 공기조화기, 열펌프 등의 냉매로서 메탄 또는 에탄에서 유도한 염화불화탄소(Chloro-Fluoro-Carbon : 이하 CFC라 한다)와 수소화 CFC(수소를 함유하는 CFC : 이하 HCFC라 한다)가 주로 사용되어 왔으며, 특히 건물용 공기조화기 및 대규모 냉동시스템, 저온용 쇼케이스(Show Case)의 냉매로서는 비점이 -40.8℃이고 HCFC인 R-22가 널리 사용되어 왔다.Conventionally, chlorofluorocarbons (hereinafter referred to as CFCs) and hydrogenated CFCs (hereinafter referred to as CFCs) derived from methane or ethane as refrigerants such as refrigerators, air conditioners, and heat pumps are referred to as HCFCs. ) Has been used mainly, and R-22, which has a boiling point of -40.8 ° C and HCFC, has been widely used as a refrigerant for building air conditioners, large-scale refrigeration systems, and low-temperature show cases.

그러나, 최근에는 CFC에 의한 성층권내 오존층의 파괴가 중요한 지구환경 보호문제로 대두되어 완전히 할로겐화되어 오존파괴 가능성이 높은 클로로플루오로카본류(CFC)의 사용 및 생산이 몬트리올 의정서에 의해 크게 제한되고 있는 실정이며, 조만간 이들의 사용 및 생산이 전세계적으로 금지될 전망이다.Recently, however, the destruction of the ozone layer in the stratosphere by CFCs has emerged as an important global environmental protection problem, and the use and production of chlorofluorocarbons (CFCs), which are completely halogenated and potentially ozone depleted, are greatly restricted by the Montreal Protocol. In the near future, their use and production will be banned worldwide.

트리클로로플루오로메탄(CCL3F, R-11)의 오존파괴지수(Ozone Depletion Potential : 이하 ODP라 한다)를 1이라고 정의할 경우, R-22의 ODP는 0.05로, 비록 R-2가 완전히 할로겐화 된 CFC는 아니라 할지라도, 공기조화기 및 열펌프에 널리 사용되고 있는 관계로, 장래에 인간생활에 있어 CFC와 같이 중대한 영향을 미칠 것으로 전망되어 몬트리올 의정서에 의거 그 생산 및 사용이 금지될 것으로 예견된다. 따라서 현재는 ODP가 0.0이고, R-22의 대체물로서 사용할 수 있는 냉동유체의 신속한 개발이 요망되고 있는 실정이다.If the Ozone Depletion Potential (ODP) of trichlorofluoromethane (CCL3F, R-11) is defined as 1, the ODP of R-22 is 0.05, even though R-2 is completely halogenated. Although not CFCs, they are widely used in air conditioners and heat pumps, and are expected to have a significant impact on human life in the future, such as CFCs, which would prohibit their production and use under the Montreal Protocol. Therefore, at present, the ODP is 0.0, and the rapid development of a refrigeration fluid that can be used as a substitute for R-22 is desired.

이러한 R-22의 대체물로서 여러 종류의 혼합냉매가 제안된바 있다. 그러나 아직까지 이들의 생산이나 사용이 직접적으로 규제되고 있지는 않으나, 이들은 몬트리올 의정서에서 사용을 제한하기로 한 HCFC를 구성성분으로 하기 때문에(대한민국 공개특허공보 공개번호 91-989호, PCT/대 91/04100호 대한민국 공개번호 93-701562호) 장기적인 관점에서의 대체물로 사용될 수 없다는 문제를 갖고 있다.As a substitute for R-22, various types of mixed refrigerants have been proposed. However, their production and use are not yet directly regulated, but they are based on the HCFC, which has been restricted in the Montreal Protocol (Korean Patent Publication No. 91-989, PCT / 91 / 04100 Korean Publication No. 93-701562) There is a problem that can not be used as a substitute in the long term.

그 밖에도 R-22의 대체냉매로서 디플루오로메탄(이하 HFC-32 또는 R-32라 한다)과 펜타플루오로에탄(이하 HFC-125 또는 R-125라 한다) 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(이하 HFC-134a 또는 R-134a라 한다)의 공비혼합물이 제안된바 있으며, 이를 영국 ICI사에서느 Klea-60 및 Klea-61이라는 명칭으로, 미국 듀퐁사에서는 AC-9000이라는 명칭으로 발표한바 있다.In addition, as a substitute for R-22, difluoromethane (hereinafter referred to as HFC-32 or R-32) and pentafluoroethane (hereinafter referred to as HFC-125 or R-125) and 1,1,1,2 An azeotrope of tetrafluoroethane (hereinafter referred to as HFC-134a or R-134a) has been proposed, namely Klea-60 and Klea-61 at ICI UK and AC-9000 at DuPont USA. It was announced under the name.

Klea-60은 HFC-32 20-

Figure kpo00014
와 HFC-125 40
Figure kpo00015
및 HFC-134a 40
Figure kpo00016
로 된 비공비혼한물(Non-Near Azortropic Mixtures)이고, Klea-61은 R-32 10
Figure kpo00017
와 R-125 70
Figure kpo00018
및R-134a 20
Figure kpo00019
된 비공비혼합물이며, AC-9000은 HFC-32 45
Figure kpo00020
와 HFC-125 25
Figure kpo00021
및 HFC-134a 52
Figure kpo00022
로 된 비공비혼합물이다. 이후로는 별다른 언급이 없는 한 혼합냉매의 조성은 모두 질량비를 의미한다.Klea-60 is HFC-32 20-
Figure kpo00014
With HFC-125 40
Figure kpo00015
And HFC-134a 40
Figure kpo00016
Non-Near Azortropic Mixtures, Klea-61 is R-32 10
Figure kpo00017
With R-125 70
Figure kpo00018
And R-134a 20
Figure kpo00019
Non-azeotropic mixture, AC-9000 is HFC-32 45
Figure kpo00020
With HFC-125 25
Figure kpo00021
And HFC-134a 52
Figure kpo00022
It is an azeotropic mixture of Thereafter, unless otherwise stated, the composition of the mixed refrigerants means mass ratio.

R-22의 대체냉매로서 유용하려면, 우선 기존의 R-22 압축기를 크게 개조하지 않고도 사용하기 위해 R-22와 비슷한 증기압을 가져야 하며 또한 유사한 냉동성적계수(Coefficient of Performance : 이하 COP라 한다)를 가져야만 한다. 그러나 현재까지 제안된 대체냉매중에서 COP면에서나 압축기의 용량면에서 기존의 R-22의 성능을 모두 능가하는 것은 없는 것으로 알려져 있다. 여기에서 냉동성적계수(COP)는 압축기에 가해진 일과 대비한 총 냉동교화를 의미하는 것으로서 COP가 클수록 냉동기의 에너지 효율이 좋은 것을 나타낸다.To be useful as an alternative to R-22, it must first have a vapor pressure similar to that of R-22 for use without major modifications to existing R-22 compressors, and a similar Coefficient of Performance (COP). Must have However, it is known that none of the proposed alternative refrigerants surpasses the performance of the existing R-22 in terms of COP and compressor capacity. In this case, the COP means total refrigeration compared to the work applied to the compressor, and the larger the COP, the better the energy efficiency of the refrigerator.

한편, 냉동기 설계시 COP와 더불어 가장 중요하게 생각되는 것은 냉동 체적능력(Volumetric Capacity : 이하 VC라 한다)이다. VC는 단위 체적당 냉동 효과(kj/㎥)로서, 증기압에 비례하며, 압축기의 크기를 나타낸다. 대체 냉매가 기존의 R-22의 냉동 능력을 내면, 압축기의 크기를 바꾸지 않고도 냉동기를 제작할 수 있어 제조 업체에게 매우 유리하다. 그러나 대체 냉매의 냉동 능력이 R-22 보다 크면, 압축기 크기를 작게 해야 하며, 응축기 쪽이 고압이 되므로 기본적으로 압축기가 재설계되어야 하고, 이로인해 많은 인력과 개발비가 소요된다.On the other hand, in the design of the refrigerator, the most important factor with COP is the freezing volume capacity (hereinafter referred to as VC). VC is the refrigeration effect per unit volume (kj / m 3), which is proportional to the vapor pressure and represents the size of the compressor. If the replacement refrigerant is capable of freezing the existing R-22, it is very advantageous for the manufacturer to be able to build a freezer without changing the size of the compressor. However, if the refrigeration capacity of the alternative refrigerant is greater than R-22, the compressor size should be small, and the compressor should be redesigned basically because of the high pressure on the condenser side, which requires a lot of manpower and development cost.

R-22 대체 혼합냉매의 구성성분중 HFC-32는 가연성 물질이고 증기압이 높은 물질이므로, 혼합냉매 구성시 가능한 한 HFC-32의 구성비율을 낮추는 것이 좋다.Since HFC-32 is a combustible material and high vapor pressure component of R-22 alternative mixed refrigerant, it is recommended to reduce the proportion of HFC-32 as much as possible when constructing mixed refrigerant.

종래의 R-22 대체 냉매는 COP 면에서나 압축기의 용량면에서 그 성능이 떨어지고 에너지 효율이 좋지 않다. 또 대체냉매는 VC면에서도 기존의 R-22와 차이가 있어 압축기를 재설계해야 하고, 이로인해 인력과 개발비가 소요된다는 문제점이 있다.Conventional R-22 alternative refrigerants have poor performance and poor energy efficiency in terms of COP or compressor capacity. In addition, the replacement refrigerant is different from the existing R-22 in terms of VC, so the compressor has to be redesigned, which requires a manpower and development cost.

따라서 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하고자 연구하던차, 혼합냉매의 구성성분을 R-32, R-134a, R-152a 및 R-125중에서 선택하고 적정 조성을 유지함으로써, 기존의 대체 냉매 보다는 모든 면에서 우수한 혼합 냉매를 개발하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한 본 발명의 혼합 냉매는 이미 제안되 상용화된 R-22 대체공비혼합물에 비해 R-22의 COP와 압축기의 VD에 더 접근하거나, 대개의 경우 그것들과 비슷한 냉동능력을 가지고 있으므로 이를 이용하는 냉동 시스템의 재설계가 필요없이 바로 대체가 가능한 냉동 시스템을 개발하기에 이르렀다.Therefore, the present inventors have studied to solve the above problems, by selecting the components of the mixed refrigerant from R-32, R-134a, R-152a and R-125 and maintaining the proper composition, in all aspects than the conventional alternative refrigerant Excellent mixed refrigerants have been developed to complete the present invention. In addition, the mixed refrigerant of the present invention is closer to the COP of the R-22 and the VD of the compressor than the commercially available R-22 alternative azeotrope, or in most cases has a similar refrigerating capacity as those of the refrigeration system using the same The company has developed a refrigeration system that can be replaced immediately without the need for redesign.

본 발명의 목적은 1,1-디플루오로에탄 40

Figure kpo00023
이하, 디플루오로메탄 40
Figure kpo00024
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00025
로 구성된 비공비성 혼합냉매를 제공하는 것이다.The object of the present invention is 1,1-difluoroethane 40
Figure kpo00023
Or less, difluoromethane 40
Figure kpo00024
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00025
It is to provide an azeotropic mixed refrigerant consisting of.

본 발명의 다른 목적은 디플루오로메탄 5∼40

Figure kpo00026
, 펜타플루오로에탄 5∼40
Figure kpo00027
와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00028
로 된 비공비성 혼합냉매를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is difluoromethane 5-40
Figure kpo00026
Pentafluoroethane 5-40
Figure kpo00027
And 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00028
It is to provide a non-azeotropic mixed refrigerant.

본 발명의 또다른 목적은 상기의 혼합냉매를 이용하고 흡입관 열교환기를 사용하는 냉동시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a refrigeration system using the above mixed refrigerant and using a suction tube heat exchanger.

제1도는 본 발명에서 제안된 흡입관 열교환기(SLHX)를 사용하는 냉동기 또는 열펌프(Heat Pump)의 구성도이다.1 is a block diagram of a refrigerator or a heat pump using the suction tube heat exchanger (SLHX) proposed in the present invention.

제2도는 R-22와 R-22 대체 냉매로 제안된 순수냉매들의 냉동성적계수(COP)를 SLHX를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 비교한 대비도이다.FIG. 2 is a comparison of the refrigerant coefficient of cold refrigerant (COP) proposed for R-22 and R-22 alternative refrigerants with and without SLHX.

제3도는 R-22 대체 냉매로 제안된 순수냉매들의 압축기의 냉동체적용량(VC)을 SLHX를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 비교한 대비도이다.3 is a comparison of the refrigerant volumetric capacity (VC) of the compressors proposed as R-22 alternative refrigerants with and without SLHX.

제4도는 혼합냉매들의 냉동성적계수(COP)를 SLHX를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 비교한 대비도이다.FIG. 4 is a comparison of frozen refrigerant coefficient (COP) of mixed refrigerants with and without SLHX.

제5도는 혼합냉매들의 압축이 냉동체적용량(VC)을 SLHX를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 비교한 대비도이다.5 is a comparison of the compression of the mixed refrigerants compared with the use of the freezing volume capacity (VC) with and without the SLHX.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 증발기(Evaporator)1: Evaporator

2 : 흡입관 열교환기(Suction Line Heat Exchanger)2: Suction Line Heat Exchanger

3 : 응축기(Condenser) 4 : 압축기(Compressor)3: Condenser 4: Compressor

5 : 포화증발대역 6 : 응축대역5: saturated evaporation band 6: condensation band

A : 응축기에서의 열흐름 방향(냉매→공기)A: direction of heat flow in the condenser (from refrigerant to air)

B : 증발기에서 열흐름 방향(공기→냉매)B: Heat flow direction from the evaporator (air to refrigerant)

TS1 : 증발기 공기 입구온도 TS7 : 증발기 공기 출구온도TS1: Evaporator air outlet temperature TS7: Evaporator air outlet temperature

TS3 : 응축기 공기 출구온도 TS6 : 응축기 공기 입구온도TS3: condenser air inlet temperature TS6: condenser air inlet temperature

본 발명의 비공비성 혼합냉매는 1,1-디플루오로에탄 40

Figure kpo00029
이하, 디플루오로메탄 40
Figure kpo00030
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00031
로 구성되거나, 디플루오로메탄 5∼40
Figure kpo00032
, 펜타플루오로에탄 5∼40
Figure kpo00033
와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00034
로 구성된다.Non-azeotropic mixed refrigerant of the present invention is 1,1-difluoroethane 40
Figure kpo00029
Or less, difluoromethane 40
Figure kpo00030
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00031
Or difluoromethane 5-40
Figure kpo00032
Pentafluoroethane 5-40
Figure kpo00033
And 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00034
It consists of.

R-22 대체냉매를 개발하기 위하여, 본 발명자들은 먼저 가정용 냉방기(혹은 히트 펌프)의 성능을 모사하는 시뮬레이터(Simulatior)를 개발했다. 도 1은 본 발명에서 사용한 흡입관 열교환기(SLHX)를 사용하는 열펌프(Heat Pump)의 구성도이다. 본 발명에서 모델링 된 열펌프도 일반적으로 사용되고 있는 열펌프와 같이 기본적으로 증발기(1), 응축기(3), 압축기(4)를 구비하고 있으며, 증발기와 응축기에서 냉매의 포화증발대역(5), 응축대역(6)을 갖는다. 증발기(1)과 응축기(3) 사이에 흡입관 열교환기(2)를 설치하여 사용하면, 응축기(3) 끝의 뜨거운 액체의 온도는 내려가고 증발기(1) 끝의 차가운 기체의 온도는 올라가게 된다. 이 과정을 통해서 COP와 압축기의 체적용량이 증대된다. 도면에서 A, B로 표시된 →표는 냉매 및 공기간의 열전달 흐름 방향을 나타낸 것이다.In order to develop R-22 alternative refrigerants, we first developed a simulator (Simulatior) that simulates the performance of a domestic air conditioner (or heat pump). 1 is a block diagram of a heat pump using a suction tube heat exchanger (SLHX) used in the present invention. The heat pump modeled in the present invention also has an evaporator (1), a condenser (3), a compressor (4) basically like the heat pump generally used, and the saturated evaporation zone (5) of the refrigerant in the evaporator and the condenser, It has a condensation zone 6. If the suction tube heat exchanger 2 is installed between the evaporator 1 and the condenser 3, the temperature of the hot liquid at the end of the condenser 3 is lowered and the temperature of the cold gas at the end of the evaporator 1 is increased. . This process increases the volumetric capacity of the COP and compressor. In the drawings, a symbol A and B denotes a heat transfer flow direction between a refrigerant and air.

본 시뮬레이터에서는 냉방기를 구성하는 요소들, 예를 들어, 열교환기 및 압축기 등에 대한 열역학 및 열전달적 해석이 수행되었다(제1도 참조). 그리고 각 단품에 대한 시험이 이루어졌고, 최종적으로는 이들 모두를 조합한 전체 프로그램이 개발되었다. 이렇게 개발된 프로그램의 정확도를 결정하는 중요한 인자 중 하나는 냉매들의 물성치이다. 본 시뮬레이터는 미국, 일본 등에서 기준으로 삼고 있는 카르나한-스탈링-드 상띠(Carnahan-Starling-De santis, CSD) 상태 방정식을 사용하여 모든 냉매들의 물성치를 계산했다. 이 CSD상태 방정식은 미국 표준 연구소에서 개발된 것으로, 그 정확성 및 적용성이 이미 증명된 것이다. 시뮬레이터 프로그램의 개발 및 실행을 위한 설계 및 입력 데이터는 현존하는 실제 데이터들을 사용했다. 물론 시뮬레이터는 주어진 표준 상태에서 실제 시스템의 성능을 잘 예측해 낸다.In this simulator, thermodynamic and heat transfer analyzes of the elements constituting the air conditioner, such as heat exchangers and compressors, were performed (see FIG. 1). Each individual product was tested and finally a complete program was developed that combined them all. One of the important factors that determine the accuracy of the developed program is the properties of the refrigerants. The simulator calculates the properties of all refrigerants using the Carnahan-Starling-De santis (CSD) state equation, which is the standard in the United States and Japan. This CSD state equation was developed by the American Institute of Standards, and its accuracy and applicability have already been demonstrated. The design and input data for the development and execution of the simulator program used existing actual data. Of course, the simulator can predict the performance of a real system well under given standard conditions.

본 발명자들이 상기 시뮬레이터를 사용하여 연구한 결과에 의하며, 순수냉매의 경우에 SLHX를 사용하지 않으면 각 순수냉매의 COP가 큰 차이를 보이나, SLHX를 사용하게 되면 사용하지 않는 경우 보다 전반적으로 COP가 5∼10

Figure kpo00035
정도 증가하고 압축기의 토출온도(Compressor Discharge Temperature)가 20∼30℃ 증가한다.(제2도 참조) 또한 이와 비슷한 경향이 VC의 경우에도 나타난다. (제3도 참조)Based on the results of the present inventors using the simulator, COP of each pure refrigerant shows a great difference when the SLHX is not used in the case of the pure refrigerant, but the overall COP is 5 when the SLHX is not used. To 10
Figure kpo00035
The temperature increases and the compressor discharge temperature increases by 20 – 30 ° C (see Figure 2). Similar trends also appear in the case of VC. (See Figure 3)

장기적인 전망을 해볼 때, 본 발명자들은 대체 냉매가 HFC(Hydrofluoro-carbon)가 아니면 안될 것이라는 판단하에, HFC인 R-152a, R-134a, R-32의 조합과 HFC인 R-32, R-125, R-134a의 조합을 통하여 R-22를 대체할 수 있도록 했다.In view of the long-term prospect, the present inventors have determined that the replacement refrigerant must be HFC (Hydrofluoro-carbon), and therefore, a combination of HFCs R-152a, R-134a and R-32 and HFCs R-32 and R-125 The combination of R-134a allows R-22 to be replaced.

본 발명자들이 제안하는 조성의 혼합냉매들은 기존의 R-22와 비슷한 냉동능력을 가지며 동시에 성적 계수도 기존의 R-22보다 높다. 본 발명자의 연구결과에 의하면 R-152a 40

Figure kpo00036
이하, R-32 40
Figure kpo00037
이하, R-134a 20∼80
Figure kpo00038
와 R-32 5∼40
Figure kpo00039
, R-125 5∼40
Figure kpo00040
, R-134a 20∼90
Figure kpo00041
의 혼합냉매는 오존파괴가능성이 전혀 없으며(ODP=0), SLHX를 사용하지 않는 기존의 냉동기에서 R-22에 비하여, 다음 표 1, 2에서 나타내고 있는 바와같이, 매우 우수한 성능을 나타낸다. R-22에 비해 COP는 4∼5
Figure kpo00042
정도까지 증가하며, VC는 비슷하거나 18%정도 증가하며, 압축기 토출온도는 6∼11
Figure kpo00043
정도 낮아서 매우 좋은 것으로 평가되었다.The mixed refrigerant of the composition proposed by the present inventors has a freezing capacity similar to that of the conventional R-22, and at the same time, the grade coefficient is higher than that of the conventional R-22. According to the research results of the present inventors, R-152a 40
Figure kpo00036
Hereinafter, R-32 40
Figure kpo00037
Hereinafter, R-134a 20-80
Figure kpo00038
And R-32 5-40
Figure kpo00039
, R-125 5-40
Figure kpo00040
, R-134a 20-90
Figure kpo00041
The mixed refrigerant of has no potential for ozone depletion (ODP = 0) and exhibits very good performance, as shown in the following Tables 1 and 2, compared to R-22 in conventional refrigerators that do not use SLHX. COP is 4-5 compared to R-22
Figure kpo00042
VC is similar or increased by 18%, and compressor discharge temperature is 6 ~ 11.
Figure kpo00043
Low enough and very good.

이하 본 발명을 실시예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같으나, 본 발명이 이들 실시예에 국한하는 것으로 의도되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not intended to be limited to these Examples.

[실시예]EXAMPLE

본발명의 혼합냉매중 특정조성의 혼합냉매를 SLHX를 사용 또는 사용하지 않는 냉각기에 사용하였을때의 물성치를 표 1 및 표 2에 나타내었다.The physical properties of the mixed refrigerant of the present invention when the mixed refrigerant of the specific composition is used with or without the SLHX are shown in Tables 1 and 2.

Figure kpo00044
Figure kpo00044

○ VC : 압축기의 냉동체적 요량(Volumetric Capacity)○ VC: Volumetric capacity of compressor

○ GTD : 온도 구배차(Gliding Temperature Difference)○ GTD: Grading Temperature Difference

○ Tdis: 압축기 토출온도(냉동기 기름의 안정성 등을 고려할 때, 가능하면 낮을수록 좋다)○ T dis : Compressor discharge temperature (lower is better if possible considering the stability of chiller oil, etc.)

○ Pdis: 압축기 토출압력(응축기 배관의 안정성, 압축기 설계의 난이도 등을 고려할때, 가능하면 낮을수록 좋다)○ P dis : Compressor discharge pressure (lower is better if possible considering the stability of condenser piping, difficulty of compressor design, etc.)

○ Cop Diff: R-22 대비 냉동계수의 차이○ Cop D iff : Difference in freezing coefficient compared to R-22

○ Vc diff: R-22 대비 압축기용량의 차이○ Vc d iff : Difference in compressor capacity compared to R-22

제2도 보여주듯이 VC나 COP를 좀더 향상시키기 위해서는, 흡입관 열교환기(SLHX)를 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서 SLHX란 도 1에 도시한 바와같이 응축기 끝에 뜨거운 액체와 증발기 끝의 차가운 기체가 서로 열교환하도록 하는 장치를 말한다.As shown in Figure 2, in order to further improve the VC and COP, it is recommended to use a suction tube heat exchanger (SLHX). In the present invention, as shown in FIG. 1, SLHX refers to a device for allowing the hot liquid and the cold gas at the end of the evaporator to exchange heat with each other.

제2도 내지 제5도는 R-22를 포함한 9가지의 순수 냉매와 본 발명에서 제안된 혼합냉매들에 대해 SLHX를 사용하지 않았을 때와 사용했을 때 COP 및 압축기의 용량이 얼마나 변하는 가를 보여준다. 상기 도면들이 보여주는 바와같이, SLHX를 사용하면 R-125, R-143a, R-134a, R-290, R-1270의 COP 및 압축기의 용량은 무려 17

Figure kpo00045
정도까지 증가한다. 반면에 R-22, R-32, RC-270의 성능은 거의 변화가 없거나 2∼3
Figure kpo00046
정도만 증가한다. 그러므로, 대체 혼합 냉매 중 R-125, R-143a, R-134a, R-290, R-1270 등을 포함하는 것들은 SLHX를 사용하여 획기적인 성능 증대를 이룰 수 있다. 제2도에서 유의해야 할 점은 SLHX가 사용되는 경우에 모든 냉매들의 COP가 거의 같다는 점이다. 따라서 R-125 같은 냉매도 SLHX를 사용하여 시스템의 최적화를 이루면 기존의R-22와 같은 수준의 열효율을 낼 수 있을 것으로 판단된다.2 to 5 show how the capacity of the COP and the compressor changes with and without SLHX for the nine pure refrigerants including R-22 and the mixed refrigerants proposed in the present invention. As the figures show, with the SLHX the COP and compressor capacity of the R-125, R-143a, R-134a, R-290, and R-1270 is as high as 17
Figure kpo00045
Increases to a degree. On the other hand, the performance of the R-22, R-32, and RC-270 is almost unchanged, or 2-3.
Figure kpo00046
Only increase the degree. Therefore, those containing R-125, R-143a, R-134a, R-290, R-1270, etc. of the alternative mixed refrigerants can achieve a significant performance increase using the SLHX. It should be noted in FIG. 2 that the COPs of all refrigerants are approximately equal when SLHX is used. Therefore, if the refrigerant such as R-125 is optimized by using SLHX system, it will be able to achieve the same thermal efficiency as the existing R-22.

다음의 표 2는 SLHX를 설치한 경우에 얻어진 대체 혼합냉매의 성능을 요약한 것이다. SLHX가 없는 경우에 비해, COP는 5∼6

Figure kpo00047
정도 증가한다. 한편 SLHX를 사용할 수 없는 기존의 R-22 시스템에 비하면 COP가 무려 7∼11
Figure kpo00048
나 증가하며 VC는 같거나 조금 작다. 압출기 토출온도는 SLHX를 사용할 수 없는 기존의 R-22시스템(83.3℃, 표 1참조)보다 15∼20℃ 정도 높게 된다. 그러나 새로운 윤활유를 사용하고 SLHX의 크기를 조절하면 이것도 그리 큰 문제가 되지는 않을 것이다.Table 2 below summarizes the performance of alternative mixed refrigerants obtained with SLHX. COP is 5-6 compared to without SLHX
Figure kpo00047
Increases. On the other hand, compared to the existing R-22 system which cannot use SLHX, COP is 7 ~ 11.
Figure kpo00048
I increase and VC is the same or a little smaller. The extruder discharge temperature is about 15 to 20 ° C higher than the existing R-22 system (83.3 ° C, see Table 1) where SLHX cannot be used. But if you use a new lubricant and scale the SLHX, this won't be too much of a problem.

Figure kpo00049
Figure kpo00049

끝으로 이론적인 결과를 뒷받침하기위해 1톤의 냉동용량을 내는 수냉식 히트펌프를 제조하여 냉매들의 성능을 직접 측정했다. 증발기와 응축기는 이중관의 형태로 만들었고, 압축기로는 밀폐형을 사용했다. 다음의 표 3은 시스템 실험시 흡입관 열교환기를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 취한 각종 데이터를 보여준다. 표에서 볼 수 있듯이 이번에 제안하는 R-32/R-125/R-134a 혼합냉매는 기존의 R-22나 타사의 제품보다 COP가 높으며 냉동용량은 비슷하거나 높고, 압축기 토출온도는 모두 R-22보다 낮다. 흡입관 열교환기를 사용하면 COP가 1∼2

Figure kpo00050
정도 증가하며 이때의 압축기 토출온도도 흡입관 열교환기를 사용하지 않은 R-22의 경우보다 낮아서 시스템의 신뢰성에 아무 문제가 없을 것으로 판단된다. 한편 R-152a/R-134a/R-32 혼합냉매는 R-22나 타사의 제품보다 COP가 7
Figure kpo00051
정도 높으며 냉동용량은 5
Figure kpo00052
정도 낮고, 압축기 토출온도는 모두 R-22보다 낮다. 이 냉매의 경우에 COP가 크게 증가하므로 압축기를 5
Figure kpo00053
정도만 크게 하면 지구환경보존에 크게 기여할 수 있을 것이다. 한편 흡입관 열교환기를 사용하면 COP가 1∼2
Figure kpo00054
정도 증가하며 이때의 압축기 토출온도도 흡입관 열교환기를 사용하지 않은 R-22의 경우보다 낮아서 시스템의 신뢰성에 아무 문제가 없을 것으로 판단된다.Finally, to support the theoretical results, the performance of refrigerants was measured directly by producing a water-cooled heat pump with a 1-ton refrigeration capacity. The evaporator and condenser were made in the form of double tubes, and the compressor was hermetically sealed. Table 3 below shows the various data taken with and without the suction tube heat exchanger during the system experiment. As can be seen from the table, the proposed R-32 / R-125 / R-134a mixed refrigerant has a higher COP, similar or higher freezing capacity, and compressor discharge temperature than R-22. Lower than When using suction pipe heat exchanger, COP is 1 ~ 2
Figure kpo00050
In this case, the compressor discharge temperature is also lower than that of R-22 without the suction tube heat exchanger. Therefore, there is no problem in the reliability of the system. On the other hand, R-152a / R-134a / R-32 mixed refrigerants have 7 COP than R-22 and other products.
Figure kpo00051
High and the freezing capacity is 5
Figure kpo00052
Low and all compressor discharge temperatures are lower than R-22. In the case of this refrigerant, the COP increases significantly,
Figure kpo00053
Larger scale will greatly contribute to global environmental preservation. On the other hand, if the suction tube heat exchanger is used, the COP is 1 to 2
Figure kpo00054
In this case, the compressor discharge temperature is also lower than that of R-22 without the suction tube heat exchanger. Therefore, there is no problem in the reliability of the system.

Figure kpo00055
Figure kpo00055

WO SLHX : SLHX를 사용하지 않은 경우, WI SLHX : SLHX를 사용한 경우WO SLHX: When not using SLHX, WI SLHX: When using SLHX

본 발명의 혼합냉매는 오존파괴 가능성이 전혀 없으며 흡입관 열교환기를 사용하는 냉동기에서 기존 R-22의 대체냉매로서 냉동성능계수 압축기의 냉동체적용량 측면에서 비슷하거나 우수한 효과를 나타낸다.The mixed refrigerant of the present invention has no possibility of destroying ozone and shows a similar or superior effect in terms of the freezing capacity of the refrigeration performance coefficient compressor as an alternative refrigerant of the existing R-22 in a refrigerator using a suction tube heat exchanger.

Claims (4)

냉동기용 혼합냉매에 있어서, 1,1-디플루오로에탄 40
Figure kpo00056
이하, 디플루오로메탄 40
Figure kpo00057
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00058
로 구성된 비공비성 혼합냉매.
1,1-difluoroethane 40 in mixed refrigerants for freezers
Figure kpo00056
Or less, difluoromethane 40
Figure kpo00057
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00058
An azeotropic mixed refrigerant consisting of:
냉동시스템에 있어서, 1,1-디플루오로에탄 40
Figure kpo00059
이하, 디플루오로메탄 40
Figure kpo00060
이하와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼80
Figure kpo00061
로 구성된 비공비성 혼합냉매를 냉배로 이용하고 흡입관 열교환기를 사용하는 냉동 시스템.
1,1-difluoroethane 40 in refrigeration systems
Figure kpo00059
Or less, difluoromethane 40
Figure kpo00060
20 to 80 with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
Figure kpo00061
A refrigeration system using an azeotropic mixed refrigerant consisting of a cold vessel and a suction tube heat exchanger.
디플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 된 냉동기용 혼합냉매에 있어서, 디플루오로메탄 5∼40
Figure kpo00062
, 펜타플루오로에탄 5∼40
Figure kpo00063
와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00064
로 구성된 비공비성 혼합냉매.
In a mixed refrigerant for a refrigerator comprising difluoromethane, pentafluoroethane, or 1,1,1,2-tetrafluoroethane, difluoromethane 5 to 40
Figure kpo00062
Pentafluoroethane 5-40
Figure kpo00063
And 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00064
An azeotropic mixed refrigerant consisting of:
디플루오로메탄, 펜타플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 된 3성분계 혼합냉매를 냉동기용 냉매로 사용하는 냉동시스템에 있어서, 디플루오로메탄 5∼40
Figure kpo00065
, 펜타플루오로에탄 5∼40
Figure kpo00066
와 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 20∼90
Figure kpo00067
로 구성된 비공비성 혼합냉매를 냉매로 이용하고 흡입관 열교환기를 사용하는 냉동 시스템.
In a refrigeration system using a three-component mixed refrigerant consisting of difluoromethane, pentafluoroethane and 1,1,1,2-tetrafluoroethane as a refrigerant for a freezer, difluoromethane 5 to 40
Figure kpo00065
Pentafluoroethane 5-40
Figure kpo00066
And 1,1,1,2-tetrafluoroethane 20 to 90
Figure kpo00067
A refrigeration system using an azeotropic mixed refrigerant consisting of a refrigerant and a suction tube heat exchanger.
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