KR100295283B1 - 디플루오로메탄과1,1,1,2-테트라플루오로에탄을포함하는냉매혼합물 - Google Patents

디플루오로메탄과1,1,1,2-테트라플루오로에탄을포함하는냉매혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 성분으로 디플루오로메탄(CH2F2, HFC-32), 제 2 성분으로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(CF3CH2F, HFC-134a)를 포함하고, 제 3 성분으로 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(CH3CHFCF3, HFC-227ea), 이소부탄(C4H10R-600a) 및 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(CHF2CHFCF3, HFC0236ea)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 성분을 포함하는 HCFC-22 대체용 냉매 혼하물을 제공한다.

Description

디플루오로메탄과 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 포함하는 냉매 혼합물
본 발명은 클로로디플루오로메탄(CHCIF2, 이하 HCFC-22)을 대체하기 위한 냉매 혼합물에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 제 1 성분으로 디플루오로메탄(CH2F, 이하 HFC-134a)를 포함하고, 제 3 성분으로 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판 (CH3CHFCF3, 이하 CHF2CHFCF3, HFC-227 ea), 이소부탄(C4H10,R-600a) 및 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(CHF2CHFCF3, HFC-236ea)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 성분을 포함하는 HCFC-22 대체용 냉매 혼합물에 관한 것이다.
이미 잘 알려진 바와 같이 CFC 화하물은 오존층을 파괴하는 주용인으로 밝혀짐에 따라, 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)에 의해 그 생산과 규제를 받고 있으며, 선진국에서는 1996 년부터 이미 사용이 금지된 상태이다. HCFC-22를 비롯한 HCFC계열 화합물들도 CFC 화합물만큼 심하지는 않으나 오존층 파괴에 상당한 영향을 미치고 있으므로 점차적으로 그 사용량을 규제하여 2020 년경에 사용 금지 예정으로 있다.
따라서, 세계 각국은 HCFC-22의 본격적인 규제에 대비하여 대체 물질에 대한 많은 연구 결과를 발표하고 있으며 대표적인 대체 냉매 혼합물로는 미국냉동공조학회(ASHRAE)에서 추천하는 HFC-401C와 HFC-410A를 들 수 있다. HFC-407C는 HFC-32/125/134a가 23/25/52 중량%로 혼합된 냉매 혼합물이며 HFC-410A는 HFC-32/125가 50/50 중량%로 혼합된 냉매 혼합물이다.
이외에도, 미국특허 제5,080,823호는 HFC-143a/프로판(C3H8), 미국특허 제5,185,094호는 HFC-32/125/134a, 미국특허 제5,211,867호는 HFC-125/143a, 미국특허 제5,234,613호는 HFC-32/프로판, 미국특허 제5,236,611호는 PFC-218/HC-143a, 미국특허 제5,290,466호는 HFC-32/134a/134, 미국특허 제5,340,490호는 HFC-23/CO2와 HFC-23/116/CO2, 미국특허 제5,403,504호는 HFC-125/32, 미국특허 제5,429,740호는 HFC-23/134a, 미국특허 제5,538,660호는 HFC-32/HFC-134a/FC-41과, HFC-32/HFC-134a/PFC-218, 미국특허 제5,643,492호는 HFC-32/125/134a, 미국특허 제5,643,492호는 HFC-32/125/134a로 이루어진 혼합 냉매 조성물을 제시하고 있다.
또한, 일본특허공개공보 제172386/1991호는 HFC-32/125/143a, 제170594/1991호는 HFC-23/125/134a, 제170592/1991호는 HFC-32/143a/152a, 제170593/1991호는 HFC-23/125/32, 제170591/1991호는 HFC-32/143a/134a, 제170590/1991호는 HFC-125/134a/32, 제170589/1991호는 HFC-23/143a/152a, 제170588/1991호는 HFC-125/143a/134a, 제170587/1991호는 HFC-32/143a/152a, 제170586/1991호는 HFC-32/143a/134a, 제170585/1991호는 HFC-32/125/134a, 제170584/1991호는 HFC-23/134a/152a, 제170583/1991호는 HFC-125/143a/32, 제222893/1992호는 HFC-32/125, 제154887/1992호는 HFC-134/152a, 117645/1993호는 HFC-23/134a프로판, 제117643/1993호는 HFC-125/134a/프로판, 제65561/1994호는 HFC-23/152a/PFC-218, 제128872/1994호는 HFC-32/PFC-218, 제220433/1994호는
HFC-32/125/RC-318, 제173462/1995호는 HFC-143a/125/134a/헵탄(C7H16), 제176537/1996호는 PFC-218/RC-270/HFC/152a, 제151569/1996호는 프로판/RC-270/HFC-134a, 제127767/1996호는 HFC-32/134a/RC-318, 제25480/1997호는 HFC-32/134a/125/이소부탄, 제59611/1998호는 HFC-134a/이소부탄, 제208941/1998호는 HFC-32/152a/125a/RC-270, 제221664/1998호는 HFC-125/143a/134a/RC-270으로 이루어진 혼합 냉매 조성물을 발표하였다.
아울러, 국내특허공고공보 제93-10514호(출원번호 제90-19594호)는 HFC-23/32/152a, HFC-23/125/152a, HFC-32/143a/152a, HFC-125/143a/152a, HFC-32/125/125a, HFC-23/143a/152a, HFC-23/125/152a, 제93-10515호(출원번호 제90-19596호)는 HFC-23/32/134, HFC-23/32/134a, HFC-23/125/134a, HFC-23/125/134, HFC-32/125/134, HFC-23/143a/134a, HFC-32/125/134a, HFC-125/143a/134a, HFC-125/143a/134, 국내특허공개공보 제96-4485호(출원번호 제95-21221호)는 HFC-32/23/134a, 제95-704438호(출원번호 제95-7011865호)는 HFC-32/125/143a, 제96-701168호(출원번호 제95-704038호)는 HFC-227ea/HFC-152a, 제97-70853호(출원번호 제97-700436호)는 HFC-134a/HCFC-124/부탄으로 이루어진 혼합 냉매 조성물을 개시하고 있다.
본 발명에서는 HCFC-22를 대신하여 사용할 수 있는 새로운 냉매 혼합물을 제공하는 데 그 목적이 있다. 즉, HFC-32와 HFC-134a의 혼합물에 HFC-227ea, R-600a, HFC-236ea 중의 한 성분을 추가로 혼합하여, 현재 사용중인 HCFC-2와 유사한 성능을 발휘할 수 있는 냉매 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 HCFC-22를 대신하여 사용할 수 있는 냉매 혼합물의 조성에 있어서, 제1 성분으로 디플루오로메탄(CH2F2, HFC-32), 제 2 성분으로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(CF3CH2F, HFC-134a)룰 포함하고, 제 3 성분으로 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(CH3CHFCF3, HFC-227ea), 이소부탄(C4H10R-600a) 및 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(CHF2CHFCF3, HFC0236ea)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 한 성분을 포함하는 냉매 혼합물을 제공한다.
본 발명에서는 상기의 혼합 냉매 조성물을 압축기, 응축기, 팽창변 및 증발기로 이루어지는 냉동 시스템에 적용하여 성능 계수(COP), 냉매 단위 체적당의 열량(VC), 압축기 및 증발기에서의 압력 등을 비교 검토하였다. 본 발명에 의한 새로운 냉매 혼합물은 HFC-470C나 HFC-410A와 비교하여 성능면에서 거의 동등 수준으로 평가하고 있어 HCFC-22의 대체용으로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 냉매 혼합물의 조성 범위는 다음과 같다:
HFC-32, HFC-134a 및 HFC-227ea의 혼합물은 각각의 조성비가 25∼80 중량%, 0∼70 중량%, 0∼4 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 35∼70 중량%, 0∼60 중량%, 5∼30 중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다.
HFC-32, HFC-134a 및 R-600a의 혼합물은 각각의 조성비가 20∼80 중량%, 10∼75 중량%, 0∼30 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30∼70 중량%, 20∼65 중량%, 0∼20 중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다.
FHC-32, HFC-134a 및 HFC-236ea의 혼합물은 각각의 조성비가 25∼80 중량%, 0∼70 중량%, 0∼30 중량%의 범위에서 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 35∼70 중량%, 10∼60 중량%, 0∼20 중량%의 범위에서 사용하는 것이 좋다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하고자 하지만, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
실시예
혼합 냉매의 성능 평가
본 발명의 냉매 혼합물의 성능을 평가하기 이하여 사용된 압축기, 응축기, 팽창변 및 즐발기로 이루어지는 냉동 시스템에서의 성능 평가 조건은 다음과 같다.
냉방용량 : 2㎾
증발기의 총열관류율(UA) : 0.20 ㎾/K
응축기의 총열관류율(UA) : 0.24 ㎾/K
응축기에서의 과냉도 : 5℃
증발기에서의 과열도 : 5℃
압축기 효율 : 0.8
2차 유체의 응축기 입구 온도 : 25℃
2차 유체의 응축기 출구 온도 : 35℃
2차 유체의 증발기 입구 온도 : 15℃
2차 유체의 증발기 출구 온도 : 5℃
이상의 동일한 조건에서 본 발명의 냉매 혼합물과 HCFC-22, HFC-407C, HFC-401A등에 대해 냉매 성능 평가의 주요 인자인 성능 계수(COP), 냉매 단위 체적당의 열량 (VC), 증발기 압력(PL) 및 응축기 압력(PH)을 비교 분석하였다.
비교예 1∼3
본 발명의 냉매 혼합물의 성능과 비교하기 위한 HCFC-22, HFC-407C 및 HFC-410A의 성능 평가 결과는 다음과 같다.
상기 표 1의 결과를 보면 HFC-407C는 HCFC-22와 비교하여 COP는 약간 떨어지나 VC 및 압력은 거의 비슷한 수준으로 나타났다. 반면에 HFC-410A의 경우는 COP는 비슷하고, VC는 우수하나 압력이 HCFC-22 비해 다소 높은 특성을 보여주고 있다. 냉매의 성능이 이러한 범위내에 있을 경우 HCFC-22의 대체 냉매로서 사용가능한 것으로 평가되고 있으므로 본 발명의 냉매 혼합물의 성능을 평가하여 이들 결과와 비교하였다.
실시예 1. HFC-32/HFC-134a/HFC-227ea 혼합물의 성능 평가
HFC-32/HFC-134a/HFC-227ea로 이루어진 냉매 혼합물의 조성변화에 따른 성능 평가 결과는 다음 표 2와 같다. 각 항목별 성능이 HFC-407C와 HFC-410A의 중간 범위에 있어, HCFC-22 대체 냉매로서 사용될 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2. HFC-32/HFC-134a/R-600a 혼합물의 성능 평가
HFC-32/HFC-134a/R-600a로 이루어진 냉매 혼합물의 조성 변화에 따른 성능 평가 결과는 다음 표 3과 같다. 각 항목별 성능이 HFC-407C와 HFC-410A의 중간 범위에 있어, HCFC-22 대체 냉매로서 사용될 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3. HFC-32/HFC-134a/HFC-236ea 혼합물의 성능 평가
HFC-32/HFC-134a/HFC-236ea로 이루어진 냉매 혼합물의 조성 변화에 따른 성능 평가 결과는 표 4와 같다. 각 항목별 성능이 HFC-407C와 HFC-410A의 중간 범위에 있어, HCFC-22 대체 냉매로서 사용될 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, HFC-32와 HFC-134a의 혼합물에 HFC-227ea, R-600a 또는 HFC-236ea 중의 어느 한 성분을 추가로 혼합함으로써, 현재 사용중인 HCFC-22의 대체 냉매 조성물을 제조할 수 있으며, 이들은 오존층 파괴의 위험이 전혀 없어 향후에도 사용규제에 대한 우려가 없는 것이 장점이다. 또한, 각각의 상기 물질들은 이미 생산이 되고 있거나, 차후 생산을 위한 연구가 활발히 진행중인 단계에 있으므로, 본 발명에 의해 그 용도가 좀더 확대됨으로써 좀더 효율적인 활용이 가능하게 될 것이다.

Claims (3)

  1. HCFC-22를 대신하여 사용할 수 있는 냉매 혼합물의 조성에 있어서, 제 1 성분으로 디플루오로메탄(CH2F2,HFC-32)를 35 내지 70 중량%로 함유하고, 제 2 성분으로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(CF3CH2F, HFC-134a)를 5 내지 60 중량%로 함유하고, 제 3 성분으로 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(CH3CHFCF3, HFC-227ea) 및 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(CHF2CHFCF3, HFC0236ea)으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 성분을 30 중량% 이하로 함유하는 냉매 혼합물.
  2. 제 1항에 있어서, HFC-32, HFC-134a 및 HFC-227ea의 조성이 각각 35 내지 70 중량%, 5 내지 60 중량% 및 5 내지 30 중량%인 냉매 혼합물.
  3. 제 1항에 있어서, HFC-32, HFC-134a 및 HFC-236ea의 조성이 각각 35 내지 70 중량%, 10 내지 60 중량% 및 20 중량% 이하인 냉매 혼합물.
KR1019980057663A 1998-12-23 1998-12-23 디플루오로메탄과1,1,1,2-테트라플루오로에탄을포함하는냉매혼합물 KR100295283B1 (ko)

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