KR100349736B1 - 냉매조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (A) 디플루오로메탄 (R-32) 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본, (B) 펜타플루오로에탄 (R-125), (C) 하나 이상의 하이드로카본 및 임의로 (D) 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 1,1,2,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본을 포함하는, 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 열 전달 장치에서 사용되는 조성물에 관한다.

Description

냉매 조성물{REFRIGERANT COMPOSITIONS}
본 발명은 냉매 조성물 및 냉각 시스템과 에어 컨디셔닝 시스템 같은 열 전달 장치에 사용되는 상기 조성물의 용도에 관한다. 특히 본 발명은 현재 클로로디플루오로메탄 (냉매 R-22) 및 클로로디플루오로메탄과 클로로펜타플루오로에탄 (냉매 R-115) 의 공비 혼합물 (냉매 R-502) 로 현재 만족하고 있는 에어 컨디셔닝 및 저온 냉각 장치에 사용할 수 있는 냉매 조성물에 관한다.
냉장고, 냉동고, 열 펌프 및 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 기계적인 압축 형태의 열 전달 장치는 널리 공지되어 있다. 이러한 장치에서 적당한 비점을 갖는 냉매액은 저압에서 증발하여 주위의 열 전달 유체로부터 열을 흡수한다. 이렇게 생성된 증기는 압축된 다음 응축기로 보내져 응축되고 또다른 열 전달 유체에 열을 방출한다. 상기 응축물은 그 후 확장 밸브를 통하여 증발기로 되돌아가고 이렇게 하여 싸이클이 완성된다. 증기를 압축하고 액체를 펌핑하는데 필요한 기계적인 에너지는 전기 모터 또는 내부 연소 엔진에 의해 제공될 수 있다.
적당한 비점 및 높은 증발 잠열을 가지는 외에, 냉매의 바람직한 특성에는 낮은 독성, 난연성, 부식이 없을 것, 높은 안정성 및 불쾌한 냄새가 없을 것이 포함된다.
지금까지, 열 전달 장치는 트리클로로플루오로메탄(냉매 R-11), 디클로로디플루오로메탄(냉매 R-12), 클로로디플루오로메탄(냉매 R-22) 및 클로로디플루오로메탄과 클로로펜타플루오로에탄(냉매 R-115)의 공비 혼합물(냉매 R-502)과 같이 완전히 및 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본 냉매를 사용하는 경향이 있었다. 특히, 냉매 R-22는 에어 컨디셔닝 시스템 및 저온 냉각 장치에서 널리 사용된 반면 냉매 R-502는 저온 냉각 장치에서 널리 사용되었다.
그러나, 완전히 및 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본은 지구 보호 오존층을 파괴하는 것으로 확인되어 그 결과, 이의 사용 및 생산이 국제 조약에 의하여 제한되었다.
본 발명이 관여하는 형태의 열 전달 장치는 본질적으로 폐쇄 시스템이지만, 장치의 작동 또는 보수과정 중에 냉매가 새어 대기로 손실될 수 있다. 따라서, 완전히 및 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본 냉매를 오존 파괴 잠재력이 낮거나 없는 물질로 대체하는 것이 중요하다.
현재 사용되고 있는 클로로플루오로카본 냉매의 일부 대체물은 이미 개발되었다. 이들 대체 냉매들은 선택된 하이드로플루오로카본, 즉 그 구조에 탄소, 수소 및 플루오로 원자만을 함유하는 화합물을 포함하는 경향이 있다. 따라서, 냉매 R-12는 일반적으로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a)으로 대체되고 있다.
열 전달 장치에서, 냉매는 윤활제도 포함하는 작동 유체 조성물의 일부를 이룬다. 윤활제는 냉매와 함께 장치를 순환하여 압축기를 계속적으로 윤활시킨다. 윤활제의 바람직한 특성에는 냉매 존재하에 양호한 윤활성을 갖는 외에 양호한 가수분해 안정성 및 양호한 열적 안정성이 포함된다. 또, 윤활제를 압축기로 되돌리기 위하여 윤활제는 냉매와 상용성이 있어야 하는데 이것은 실제로는 윤활제 및 냉매가 어느 정도의 상호 용해성을 가져야 함을, 즉 윤활제 및 냉매가 최소한 부분적으로 서로 용해 가능해야 한다는 것을 의미한다.
지금까지, 열 교환 장치는 윤활제로서 미네랄 오일(mineral oil)을 사용하는 경향이 있었다. 클로로플루오로카본은 미네랄 오일에 잘 용해되어, 미네랄 오일은 클로로플루오로카본과 함께 열 전달 장치를 순환할 수 있었으므로, 압축기가 효과적으로 윤활될 수 있다. 그러나, 불행하게도 대체 냉매는 현재 사용되는 클로로플루오로카본과는 상이한 용해 특성을 가지는 경향이 있어, 미네랄 오일에 충분히 용해되지 않으므로 미네랄 오일을 윤활제로 사용할 수 없다.
따라서, 오존 파괴 잠재력이 낮거나 없는 사용가능한 대체 냉매를 발견하는 문제 뿐만 아니라, 많은 경우 이러한 대체 냉매와 함께 만족할만한 성능을 보이는 윤활제를 개발하는 문제때문에, 클로로플루오로카본을 대체하는 것은 산업계에서 실질적으로 매우 곤란했다.
본 발명은 현재 냉매 R-22 및 R-502 로 만족하고 있는 에어 컨디셔닝 및 저온 냉각 장치에서 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠형 윤활제와 함께 사용할 수 있는 오존 파괴 가능성이 없는 화합물의 혼합물로 구성되는 냉매 조성물을 제공한다.
본 발명은
(A) 디플루오로메탄 (R-32) 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본 ;
(B) 펜타플루오로에탄 (R-125) ;
(C) 하나 이상의 하이드로카본 ; 및 임의로
(D) 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 1,1,2,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본
을 포함하는 냉각 시스템 또는 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 열 전달 장치에서 사용하기 위한 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한
(A) 디플루오로메탄 (R-32) 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본 ;
(B) 펜타플루오로에탄 (R-125) ;
(C) 하나 이상의 하이드로카본 ; 및 임의로
(D) 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 1,1,2,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본
을 포함하는 조성물이 함유되어 있는, 증발기, 응축기, 압축기 및 확장 밸브로 구성되는 냉각 시스템 또는 에어 컨디셔닝과 같은 열 전달 장치를 제공한다.
본 발명 조성물은 적어도 성분 A - C 로 구성된다.
성분 (A) 는 디플루오로메탄 (R-32) 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본을 포함한다. 성분 (A) 는 R-32 및 R-143a 의 혼합물일 수 있지만, 바람직하게는 이들 화합물 중 하나만을 함유할 것이다.
성분 (B) 는 성분 (A) 를 구성하는 R-32 및/또는 R-143a 와 공비 또는 유사 공비 혼합물을 만들 수 있는 펜타플루오로에탄 (R-125) 이다.
성분 (C) 를 구성하는 하나 이상의 하이드로카본은 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠 윤활제에 용해되는 경향이 있는데 이러한 특성때문에 본 발명 조성물은 열 전달 장치 곳곳에 상기 윤활제를 운반하고 압축기로 되돌릴 수 있다. 따라서, 냉매로서 본 발명 조성물을 사용하는 열 전달 장치는 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠을 주로 하는 저렴한 윤활제를 사용하여 압축기를 윤활시킬 수 있다.
본 발명 조성물에 포함시키기 적당한 하이드로카본은 C2-6을 함유하는 것들이며 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄 및 이소펜탄과 같은 C3-5를함유하는 하이드로카본이 바람직하다. 프로판 및 펜탄은 특히 바람직한 하이드로카본이며, 이중 펜탄이 더욱 바람직하다.
본 발명 조성물은 또한 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 1,1,2,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134) 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 하이드로플루오로카본을 포함하는 제 4 의 성분 (성분 (D)) 을 함유할 수 있다. 성분 (D) (포함될 경우) 는 R-134a 및 R-134 의 혼합물일 수 있으나, 이것은 바람직하게는 이들 화합물 중 하나만을, 더 바람직하게는 R-134a 만을 함유할 것이다.
본 발명 조성물내 여러가지 성분은 넓은 범위의 다양한 양을 가지나, 일반적으로 조성물은 10 - 70 중량 % 의 성분 (A), 10 - 80 중량 % 의 성분 (B), 1 - 10 중량 % 의 성분 (C) 및 0 - 60 중량 % (예를 들어 1 - 60 중량 %)의 성분 (D) 를 포함할 것이다.
조성물이 임의의 성분 (D) 를 포함하지 않을 경우, 이것은 바람직하게는 20 - 60 중량 %, 더욱 바람직하게는 35 - 60 중량 % 의 성분 (A), 20 - 60 중량 %, 더욱 바람직하게는 35 - 60 중량 % 의 성분 (B) 및 1 - 7 중량 %, 더욱 바람직하게는 2 - 6 중량 % 의 성분 (C) 를 포함할 것이다. 임의의 성분 (D) 를 함유하지 않는 본 발명의 조성물은, 성분 (A)가 R-32 일 경우에는 냉매 R-22 의 대체물로, 성분 (A)가 R-143a 일 경우 냉매 R-502 의 대체물로 사용될 수 있다.
임의의 성분 (D) 를 포함할 경우, 성분 (A) 로서 R-143a 및 성분 (D)로서 R-134a 를 포함하는 본 발명 조성물은 냉매 R-502 의 대체물로서 사용할 수 있고, 바람직하게는 20 - 60 중량 %, 더욱 바람직하게는 35 - 60 중량 % 의 R-143a, 20 - 60 중량 %, 더욱 바람직하게는 35 - 60 중량 % 의 R-125, 1 - 7 중량 %, 더욱 바람직하게는 2 - 6 중량 % 의 하이드로카본 및 1 - 20 중량 %, 더욱 바람직하게는 1 - 10 중량 % 의 R-134a를 포함할 것이다.
임의의 성분 (D) 를 포함할 경우, 성분 (A) 로서 R-32 및 성분 (D) 로서 R-134a 를 포함하는 본 발명 조성물은 냉매 R-502 의 대체물로서 사용할 수 있고, 바람직하게는 10 - 30 중량 %, 더욱 바람직하게는 10 - 25 중량 % 의 R-32, 30 - 80 중량 %, 더욱 바람직하게는 35 - 75 중량 % 의 R-125, 1 - 7 중량 %, 더욱 바람직하게는 2 - 6 중량 % 의 하이드로카본 및 9 - 50 중량 %, 더욱 바람직하게는 13 - 45 중량 % 의 R-134a를 포함할 것이다.
임의의 성분 (D) 를 포함할 경우, 성분 (A) 로서 R-32 및 성분 (D) 로서 R-134a 를 포함하는 본 발명 조성물은 또한 냉매 R-22 용 대체물로서 사용할 수 있고, 바람직하게는 10 - 30 중량 %, 더욱 바람직하게는 15 - 30 중량 % 의 R-32, 20 - 45 중량 %, 더욱 바람직하게는 20 - 30 중량 % 의 R-125, 1 - 7 중량 %, 더욱 바람직하게는 2 - 6 중량 % 의 하이드로카본 및 30 - 55 중량 %, 더욱 바람직하게는 45 - 55 중량 % 의 R-134a를 포함할 것이다.
본 발명 조성물은, 응축된 다음 열 교환 유체와 열 교환하여 증발되면서 열 교환 유체를 냉각시키는 것을 포함하는 방법에 의하여 에어 컨디셔닝 및 저온 냉각 시스템과 같은 열 전달 장치에서 요구되는 냉각을 제공하도록 사용될 수 있다.
본 발명 조성물은 에어 컨디셔닝 장치 및 저온 냉각 장치에서 냉매 R-22 의 대체물로서 또는 저온 냉각 장치에서는 R-502 의 대체물로서 사용할 수 있다.
다음 실시예는 본 발명을 예시하나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
실시예 1 - 3 및 비교 실시예 1
실시예 1 - 3 에서는 디플루오로메탄 (R-32), 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 n-펜탄으로 구성되는 본 발명의 세가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 n-펜탄 성분의 능력을 측정하였다. 비교 실시예 1 에서는 디플루오로메탄, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
테스트한 조성물 모두는 비공비 혼합물이므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템 작동시 약간의 조성 변화가 일어나 시스템을 순환하는 조성물은 실제로 시스템에 충전된 조성물과 정확히 동일한 양의 구성성분을 가지지 않을 것이다. 두 메카니즘이 이러한 조성 변화를 야기하는 주요 원인이 되는 것으로 사료되어진다. 이들 중 첫번째는 증기/액체 부피 분율 효과, 즉 시스템의 고압 및 저압부에서의 분율로 표현된 증기 및 액체의 상대적인 부피이다. 직접 팽창 시스템에서, 증발기의 총부피의 0.08 (8 %) 및 응축기의 총부피의 0.25 (25 %) 가 일반적으로 액체 냉매를 함유할 것이다. 두 번째 메카니즘은 압축기 윤활제내 조성물을 구성하는 여러가지 성분의 용해도차로서 이것은 저장조 온도, 저장조 상을 지나가는 흡인 기체의 압력 및 냉매량에 대한 시스템내 오일의 양과 같은 요인의 영향을 받는다. 이러한 조성 변화의 두 메카니즘 및 구체적으로 충전된 혼합물로부터 얻어지는 순환 혼합물의 조성을 정확히 계산하는 상세한 방법은 ASHRAE Transactions 1994, Volume 100, Part 2, pages 538 - 546 에 있는 S Corr등의 "Composition Shifts of Zeotropic Hydrofluorocarbon Refrigerants in Service" (참고문헌 (1)) 에 기술되어 있다.
실시예 1 - 3 및 비교 실시예 1 각각에 대하여, 참고문헌 (1) 에 기술된 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여, 충전된 조성물로부터 계산된 순환하는 조성물을 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 1 - 3 및 비교 실시예 1 각각에 대하여 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 1 에 나타내었다.
이후 표준 냉각 싸이클 분석 기법을 이용하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 1 에 나열한 4가지 순환하는 조성물의 성능을 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 2 에 나타내었다. 표 2 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다. 표 2 에 나타낸 4 가지 조성물의 성능 파라미터, 즉 응축기압, 증발기압, 방출 온도, 냉각 용량 (압축기의 단위 행정 용적당 얻어지는 냉각 효율을 의미함) 및 성능 계수 (COP)(압축기에 공급되는 기계적 에너지에 대한 얻어진 냉각 효율의 비를 의미함)는 모두 업계에 공지된 파라미터이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 1 - 3 의 조성물을 추가로 평가하여 n - 펜탄 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 용해도 (미네랄 오일에 용해된 n - 펜탄의 중량을 n - 펜탄 및 미네랄 오일의 총중량으로 나눈 것을 % 로 표현한 것을 의미함) 를 표준방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 2에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/n-펜탄 혼합물의 증기/액체 평형 (VLE) 특성으로부터 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 1 - 3 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 1.5 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 1 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 6.5 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 72 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.7 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 2 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 8.4 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 53 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 3.6 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 3 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 9.6 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 43 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 1 R-32 - 22.5 중량%R-125 - 24.5 중량%R-134a - 51.0 중량%n-펜탄 - 2.0 중량% R-32 - 24.0 중량%R-125 - 26.2 중량%R-134a - 48.3 중량%n-펜탄 - 1.5 중량%
실시예 2 R-32 - 22.1 중량%R-125 - 24.0 중량%R-134a - 49.9 중량%n-펜탄 - 4.0 중량% R-32 - 23.5 중량%R-125 - 25.7 중량%R-134a - 48.0 중량%n-펜탄 - 2.7 중량%
실시예 3 R-32 - 21.6 중량%R-125 - 23.5 중량%R-134a - 48.9 중량%n-펜탄 - 6.0 중량% R-32 - 23.0 중량%R-125 - 25.2 중량%R-134a - 48.2 중량%n-펜탄 - 3.6 중량%
비교실시예 1 R-32 - 23 중량%R-125 - 25 중량%R-134a - 52 중량% R-32 - 24.5 중량%R-125 - 26.8 중량%R-134a - 48.7 중량%
실시예 번호 비교실시예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
증발기압 (bar) 5.2 5.1 4.99 4.87
응축기압 (bar) 16.92 16.52 16.1 15.83
방출 온도 (℃) 69.5 68.6 68.1 68.1
R-22에 대한 성능 계수 0.98 0.99 1 1
R-22에 대한 냉각 용량 1.05 1.03 1.02 1
실시예 4 - 6 및 비교실시예 2
실시예 4 - 6 에서는, 디플루오로메탄 (R-32), 펜타플루오로에탄 (R-125) 및 n - 펜탄으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 n-펜탄 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 2 에서는, 디플루오로메탄 및 펜타플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 모든 조성물은 비공비 혼합물이므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 4 - 6 및 비교실시예 2 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 4 - 6 및 비교실시예 2 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 3 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 3 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 4 에 나타내었다. 표 4 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 4 - 6 의 조성물을 추가로 평가하여 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준 방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 4에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/n-펜탄 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 4 - 6 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 1.0 중량% 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 4 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 6.3 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 74 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 5 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 8.1 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 55 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.7 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 6 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 9.4 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 44 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 4 R-32 - 49 중량%R-125 - 49 중량%n-펜탄 - 2 중량% R-32 - 49.6 중량%R-125 - 49.4 중량%n-펜탄 - 1.0 중량%
실시예 5 R-32 - 48 중량%R-125 - 48 중량%n-펜탄 - 4 중량% R-32 - 49.0 중량%R-125 - 49.0 중량%n-펜탄 - 2.0 중량%
실시예 6 R-32 - 47 중량%R-125 - 47 중량%n-펜탄 - 6 중량% R-32 - 48.6 중량%R-125 - 48.7 중량%n-펜탄 - 2.7 중량%
비교실시예 2 R-32 - 50 중량%R-125 - 50 중량% R-32 - 50.2 중량%R-125 - 49.8 중량%
실시예 번호 비교실시예 2 실시예 4 실시예 5 실시예 6
증발기압 (bar) 8 7.81 7.6 7.4
응축기압 (bar) 24.22 23.72 23.25 22.87
방출 온도 (℃) 74.6 74.5 74.7 75.3
R-22에 대한 성능 계수 0.94 0.94 0.94 0.94
R-22에 대한 냉각 용량 1.46 1.44 1.41 1.38
실시예 7 - 9 및 비교실시예 3
실시예 7 - 9 에서는, 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a), 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 n - 펜탄으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 n-펜탄 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 3 에서는, 펜타플루오로에탄, 1,1,1 - 트리플루오로에탄 및 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 모든 조성물은 비공비 혼합물이므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 7 - 9 및 비교실시예 3 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 7 - 9 및 비교실시예 3 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 5 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입의 냉각 싸이클에서 표 5 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 6 에 나타내었다. 표 6 의 냉각 용량및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 7 - 9 의 조성물을 추가로 평가하여 n - 펜탄 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준 방법으로 0 ℃ 의 평균 증발기 온도에서 표 6 에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물의 증기/액체 평형 (VLE) 특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 7 - 9 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 1.1 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 7 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 6.7 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 69 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.1 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 8 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 8.6 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 53 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.8 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 9 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 9.8 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 43 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 7 R-125 - 43.1 중량%R-143a - 51.0 중량%R-134a - 3.9 중량%n-펜탄 - 2.0 중량% R-125 - 43.6 중량%R-143a - 51.7 중량%R-134a - 3.5 중량%n-펜탄 - 1.1 중량%
실시예 8 R-125 - 42.25 중량%R-143a - 49.9 중량%R-134a - 3.85 중량%n-펜탄 - 4.0 중량% R-125 - 43.3 중량%R-143a - 51.1 중량%R-134a - 3.6 중량%n-펜탄 - 2.1 중량%
실시예 9 R-125 - 41.35 중량%R-143a - 48.9 중량%R-134a - 3.75 중량%n-펜탄 - 6.0 중량% R-125 - 42.9 중량%R-143a - 50.8 중량%R-134a - 3.6 중량%n-펜탄 - 2.8 중량%
비교실시예 3 R-125 - 44.0 중량%R-143a - 52.0 중량%R-134a - 4.0 중량% R-125 - 44.2 중량%R-143a - 52.2 중량%R-134a - 3.5 중량%
실시예 번호 비교실시예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
증발기압 (bar) 6.15 5.97 5.79 5.62
응축기압 (bar) 18.48 18.02 17.61 17.31
방출 온도 (℃) 58 58.1 58.6 59.3
R-22에 대한 성능 계수 0.92 0.93 0.94 0.93
R-22에 대한 냉각 용량 1.05 1.03 1.01 0.99
실시예 10 - 12 및 비교실시예 4
실시예 10 - 12 에서는, 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 및 n - 펜탄으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 n-펜탄 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 4 에서는, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 조성물들 중 어느 것도 진정한 공비 혼합물이 아니므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 10 - 12 및 비교실시예 4 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산된 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 10 - 12 및 비교실시예 4 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 7 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 7 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 8 에 나타내었다. 표 8 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 10 - 12 의 조성물을 추가로 평가하여 n - 펜탄 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준 방법으로 0 ℃ 의 평균 증발기 온도에서 표 8 에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일 /n - 펜탄 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 10 - 12 의 조성물과 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 1.1 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 10 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 6.7 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 69 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.0 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 11 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 8.5 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 52 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 n - 펜탄을, 시스템 순환시에는 2.7 중량 % 의 n - 펜탄을 함유하는 실시예 12 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 n - 펜탄의 용해도는 9.7 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 43 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/n - 펜탄 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 10 R-125 - 49 중량%R-143a - 49 중량%n-펜탄 - 2 중량% R-125 - 49.5 중량%R-143a - 49.4 중량%n-펜탄 - 1.1 중량%
실시예 11 R-125 - 48 중량%R-143a - 48 중량%n-펜탄 - 4 중량% R-125 - 49.0 중량%R-143a - 49.0 중량%n-펜탄 - 2.0 중량%
실시예 12 R-125 - 47 중량%R-143a - 47 중량%n-펜탄 - 6 중량% R-125 - 48.6 중량%R-143a - 48.7 중량%n-펜탄 - 2.7 중량%
비교실시예 4 R-125 - 50 중량%R-143a - 50 중량% R-125 - 50 중량%R-143a - 50 중량%
실시예 번호 비교실시예 4 실시예 10 실시예 11 실시예 12
증발기압 (bar) 6.29 6.11 5.92 5.75
응축기압 (bar) 18.78 18.32 17.92 17.6
방출 온도 (℃) 58.1 58.2 58.8 59.4
R-22에 대한 성능 계수 0.92 0.93 0.93 0.93
R-22에 대한 냉각 용량 1.06 1.05 1.03 1.01
실시예 13 - 15 및 비교실시예 5
실시예 13 - 15 에서는, 디플루오로메탄 (R-32), 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 프로판 (R-290) 으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 프로판 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 5 에서는, 디플루오로메탄, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 모든 조성물은 비공비 혼합물이므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 13 - 15 및 비교실시예 5 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 13 - 15 및 비교실시예 5 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는조성물은 표 9 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 9 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
이러한 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 10 에 나타내었다. 표 10 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 13 - 15 의 조성물을 추가로 평가하여 프로판 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 용해도 (미네랄 오일에 용해된 프로판의 중량을 프로판 및 미네랄 오일의 총중량으로 나눈 것을 % 로 표현한 것을 의미함) 를 표준방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 10에 나타난 증발기압 및미네랄 오일/프로판 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 13 - 15 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/프로판 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 1.8 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 13 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 1.2 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 188 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 3.8 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 14 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 2.0 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 168 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 5.9 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 15 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 2.8 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 140 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 13 R-32 - 22.5 중량%R-125 - 24.5 중량%R-134a - 51.0 중량%R-290 - 2.0 중량% R-32 - 24.1 중량%R-125 - 26.3 중량%R-134a - 47.8 중량%R-290 - 1.8 중량%
실시예 14 R-32 - 22.1 중량%R-125 - 24.0 중량%R-134a - 49.9 중량%R-290 - 4.0 중량% R-32 - 23.7 중량%R-125 - 25.8 중량%R-134a - 46.6 중량%R-290 - 3.8 중량%
실시예 15 R-32 - 21.6 중량%R-125 - 23.5 중량%R-134a - 48.9 중량%R-290 - 6.0 중량% R-32 - 23.2 중량%R-125 - 25.3 중량%R-134a - 45.6 중량%R-290 - 5.9 중량%
비교실시예 5 R-32 - 23 중량%R-125 - 25 중량%R-134a - 52 중량% R-32 - 24.5 중량%R-125 - 26.8 중량%R-134a - 48.7 중량%
실시예 번호 비교실시예 5 실시예 13 실시예 14 실시예 15
증발기압 (bar) 5.2 5.43 5.68 5.91
응축기압 (bar) 16.92 17.34 17.77 18.13
방출 온도 (℃) 69.5 69.3 69.1 68.7
R-22에 대한 성능 계수 0.98 0.99 1 1.1
R-22에 대한 냉각 용량 1.05 1.08 1.12 1.15
실시예 16 - 18 및 비교실시예 6
실시예 16 - 18 에서는, 디플루오로메탄 (R-32), 펜타플루오로에탄 (R-125) 및 프로판 (R-290) 으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 프로판 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 6 에서는, 디플루오로메탄 및 펜타플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 조성물 모두는 비공비 혼합물이므로 냉각 또는에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 16 - 18 및 비교실시예 6 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 16 - 18 및 비교실시예 6 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 11 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 11 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 12 에 나타내었다. 표 12 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 16 - 18 의 조성물을 추가로 측정하여 프로판 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 12에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/프로판 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 16 - 18 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/프로판 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 1.8 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 16 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 1.3 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 187 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 3.6 중량 %의 프로판을 함유하는 실시예 17 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 2.3 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 157 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 5.6 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 18 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 3.2 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 130 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 16 R-32 - 49 중량%R-125 - 49 중량%R-290 - 2 중량% R-32 - 49.2 중량%R-125 - 48.9 중량%R-290 - 1.8 중량%
실시예 17 R-32 - 48 중량%R-125 - 48 중량%R-290 - 4 중량% R-32 - 48.3 중량%R-125 - 48.0 중량%R-290 - 3.6 중량%
실시예 18 R-32 - 47 중량%R-125 - 47 중량%R-290 - 6 중량% R-32 - 47.4 중량%R-125 - 47.1 중량%R-290 - 5.6 중량%
비교실시예 6 R-32 - 50 중량%R-125 - 50 중량% R-32 - 50.2 중량%R-125 - 49.8 중량%
실시예 번호 비교실시예 6 실시예 16 실시예 17 실시예 18
증발기압 (bar) 8 8.2 8.38 8.54
응축기압 (bar) 24.22 24.4 24.56 24.67
방출 온도 (℃) 74.6 73.7 73 72.1
R-22에 대한 성능 계수 0.94 0.95 0.96 0.97
R-22에 대한 냉각 용량 1.46 1.49 1.51 1.53
실시예 19 - 21 및 비교실시예 7
실시예 19 - 21 에서는, 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a), 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄 (R-134a) 및 프로판 (R-290) 으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하였고, 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 프로판 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 7 에서는, 펜타플루오로에탄, 1,1,1 - 트리플루오로에탄 및 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 모든 조성물은 비공비 혼합물이므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 19 - 21 및 비교실시예 7 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 19 - 21 및 비교실시예 7 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는조성물은 표 13 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 13 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 14 에 나타내었다. 표 14 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 19 - 21 의 조성물을 추가로 평가하여 프로판 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 14에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/프로판 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 19 - 21의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/프로판 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 1.7 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 19 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 1.4 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 186 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 3.6 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 20 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 2.3 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 157 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 5.5 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 21 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 3.3 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 131 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 19 R-125 - 43.1 중량%R-143a - 51.0 중량%R-134a - 3.9 중량%R-290 - 2.0 중량% R-125 - 43.4 중량%R-143a - 51.4 중량%R-134a - 3.5 중량%R-290 - 1.7 중량%
실시예 20 R-125 - 42.25 중량%R-143a - 49.9 중량%R-134a - 3.85 중량%R-290 - 4.0 중량% R-125 - 42.7 중량%R-143a - 50.3 중량%R-134a - 3.4 중량%R-290 - 3.6 중량%
실시예 21 R-125 - 41.35 중량%R-143a - 48.9 중량%R-134a - 3.75 중량%R-290 - 6.0 중량% R-125 - 41.8 중량%R-143a - 49.4 중량%R-134a - 3.3 중량%R-290 - 5.5 중량%
비교실시예 7 R-125 - 44 중량%R-143a - 52 중량%R-134a - 4 중량% R-125 - 44.2 중량%R-143a - 52.2 중량%R-134a - 3.5 중량%
실시예 번호 비교실시예 7 실시예 19 실시예 20 실시예 21
증발기압 (bar) 6.15 6.32 6.58 6.63
응축기압 (bar) 18.48 18.58 18.66 18.72
방출 온도 (℃) 58 57.8 57.5 57
R-22에 대한 성능 계수 0.92 0.94 0.96 0.97
R-22에 대한 냉각 용량 1.05 1.07 1.1 1.12
실시예 22 - 24 및 비교실시예 8
실시예 22 - 24 에서는, 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1 - 트리플루오로에탄 (R-143a) 및 프로판 (R-290) 으로 구성되는 본 발명의 3 가지 조성물을 평가하여 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 이들의 성능을 측정하고 미네랄 오일이 주성분인 윤활유가 상기 조성물과 조합되어 사용될 수 있게 하는 프로판 성분의 능력을 측정하였다. 비교실시예 8 에서는, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄으로 구성되는 조성물의 성능을 평가하였다.
전과 같이, 테스트한 조성물들 중 어느 것도 진정한 공비 혼합물이아니므로 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템의 작동시 약간의 조성 변화가 일어나기 쉽다. 따라서, 실시예 22 - 24 및 비교실시예 8 각각에서 참고문헌 (1) 에 기술한 방법에 따라 아래 주어진 조건을 사용하여 충전된 조성물로부터 계산한 순환하는 조성물에 대하여 평가하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
증발기에서의 액체 분율: 0.08
응축기에서의 액체 분율: 0.25
오일 충전물 중량/냉매 충전물 중량: 0.20
오일 저장조 온도: 70℃
(순환하는 냉매는 흡인 압력에서 오일 저장조 상을 통과하는데 상기 압력은 상기 조건하에 증발기압으로 된다.)
실시예 22 - 24 및 비교실시예 8 각각에 대한 충전된 조성물 및 순환하는 조성물은 표 15 에 나타내었다.
이후 에어 컨디셔닝 시스템에서 주로 채택되는 타입인 냉각 싸이클에서 표 15 에 나열한 4 가지 순환하는 조성물의 성능을 표준 냉각 싸이클 분석법을 사용하여 조사하였다. 하기 작동 조건을 싸이클 분석에 사용하였다.
평균 증발기 온도: 0℃
평균 응축기 온도: 45℃
과열 양: 15℃
과냉 양: 10℃
등엔트로피 압축기 효율: 100 %
냉각 효율: 1 kW
상기 작동 조건을 사용하여 에어 컨디셔닝 싸이클에서 4가지 조성물의 성능을 분석한 결과를 표 16 에 나타내었다. 표 16 의 냉각 용량 및 성능 계수 (COP) 에 대한 결과는 동일한 조건하에서 공지된 냉매 클로로디플루오로메탄 (R-22) 과 비교한 것이다.
이후 ISO 32 미네랄 오일 윤활제를 함유하는 실시예 22 - 24 의 조성물을 추가로 평가하여 프로판 성분의 용해도를 측정하였다. 각각의 실시예에 대하여, 표준 방법으로 0℃의 평균 증발기 온도에서 표 16에 나타난 증발기압 및 미네랄 오일/프로판 혼합물의 증기/액체 평형(VLE)특성으로부터 용해도를 계산하였다. 이후 계산한 용해도를 이용하여 실시예 22 - 24 의 조성물을 ISO 32 미네랄 오일 윤활제와 조합하여 얻은 미네랄 오일/프로판 혼합물의 점도 (0 ℃ 에서) 를 측정하였다.
충전시에는 2.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 1.7 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 22 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 1.4 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 186 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 4.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 3.6 중량 %의 프로판을 함유하는 실시예 23 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 2.3 중량/중량 % 였고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 157 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
충전시에는 6.0 중량 % 의 프로판을, 시스템 순환시에는 5.5 중량 % 의 프로판을 함유하는 실시예 24 의 조성물에서, ISO 32 미네랄 오일에 대한 프로판의 용해도는 3.2 중량/중량 % 이고 이것으로 인하여 0 ℃ 에서 130 Cp 의 점도를 갖는 미네랄 오일/프로판 혼합물이 얻어졌다.
실시예 번호 충전된 조성물 순환하는 조성물
실시예 22 R-125 - 49 중량%R-143a - 49 중량%R-290 - 2 중량% R-125 - 49.2 중량%R-143a - 49.1 중량%R-290 - 1.7 중량%
실시예 23 R-125 - 48 중량%R-143a - 48 중량%R-290 - 4 중량% R-125 - 48.2 중량%R-143a - 48.2 중량%R-290 - 3.6 중량%
실시예 24 R-125 - 47 중량%R-143a - 47 중량%R-290 - 6 중량% R-125 - 47.3 중량%R-143a - 47.2 중량%R-290 - 5.5 중량%
비교실시예 8 R-125 - 50 중량%R-143a - 50 중량% R-125 - 50 중량%R-143a - 50 중량%
실시예 번호 비교실시예 8 실시예 22 실시예 23 실시예 24
증발기압 (bar) 6.29 6.45 6.6 6.74
응축기압 (bar) 18.78 18.84 18.88 18.9
방출 온도 (℃) 58.1 57.9 57.4 57.1
R-22에 대한 성능 계수 0.92 0.93 0.95 0.97
R-22에 대한 냉각 용량 1.06 1.09 1.11 1.13
ISO 32 미네랄 오일만의 점도는 0 ℃ 에서 300 Cp 이므로, 상기 실시예에 의하면 n - 펜탄 및 프로판 모두는 미네랄 오일의 점도를 상당히 감소시키는 것이 명백하다. 냉각 및 에어 컨디셔닝 시스템 모두에서, 증발기 및흡인 라인내 윤활제의 점도는 윤활제가 압축기로 순환될 수 있을 정도로 충분히 낮아야 함이 중요하다. 실시예 1 - 12 의 조성물에 함유되어 있는 n - 펜탄 및 실시예 13 - 24 의 조성물에 함유되어 있는 프로판은 통상적으로 증발기 및 흡인 라인의 일반적인 온도에서 미네랄 오일 윤활제의 점도를 감소시키므로, 윤활제가 압축기로 용이하게 순환될 수 있어, 상기 윤활제는 본 발명의 조성물과 조합되어 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. (정정) (A) 디플루오로메탄 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄에서 하나 이상 선택된 10 - 70 중량 %의 하이드로플루오로카본 ;
    (B) 10 - 80 중량 % 의 펜타플루오로에탄 ; 및
    (C) 프로판 및 펜탄에서 하나 이상 선택된 1 - 10 중량 % 의 하이드로카본
    을 포함하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 성분 (A) 가 디플루오로메탄인 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 성분 (A) 가 1,1,1 - 트리플루오로에탄인 조성물.
  4. (정정) 제 3 항에 있어서, 성분 (C) 가 펜탄인 조성물.
  5. (삭제)
  6. (정정) 제 4 항에 있어서, 20 - 60 중량 % 의 성분 (A), 20 - 60 중량 % 의 성분 (B) 및 1 - 7 중량 % 의 성분 (C) 를 포함하는 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서, 35 - 60 중량 % 의 성분 (A), 35 - 60 중량 % 의 성분(B) 및 2 - 6 중량 % 의 성분 (C) 를 포함하는 조성물.
  8. (정정) 하기에서 성분(A)가 디플루오르메탄인 경우 성분(C)가 펜탄이 되는 조건 하에,
    (A) 디플루오로메탄 및 1,1,1 - 트리플루오로에탄에서 하나 이상 선택된 10 - 70 중량 % 의 하이드로플루오로카본 ;
    (B) 10 - 80 중량 % 의 펜타플루오로에탄 ;
    (C) 프로판 및 펜탄에서 하나 이상 선택된 1 - 10 중량 % 의 하이드로카본 ; 및
    (D) 1 - 60 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄
    을 포함하는 조성물.
  9. (정정) 제 8 항에 있어서, 성분 (A) 가 디플루오로메탄인 조성물.
  10. (정정) 제 8 항에 있어서, 성분 (A) 가 1,1,1-트리플루오로에탄인 조성물.
  11. (정정) 제 10 항에 있어서, 성분 (C) 가 프로판 및 펜탄에서 하나 이상 선택된 하이드로카본인 조성물.
  12. (삭제)
  13. (정정) 10 - 30 중량 % 의 디플루오로메탄, 30 - 80 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 1 - 7 중량 % 의 프로판 및 9 - 50 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  14. (정정) 제 13 항에 있어서, 10 - 25 중량 % 의 디플루오로메탄, 35 - 75 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 2 - 6 중량 % 의 프로판 및 13 - 45 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  15. (정정) 10 - 30 중량 % 의 디플루오로메탄, 20 - 45 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 1 - 7 중량 % 의 프로판 및 30 - 55 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  16. (정정) 제 15 항에 있어서, 15 - 30 중량 % 의 디플루오로메탄, 20 - 30 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 2 - 6 중량 % 의 프로판 및 45 - 55 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  17. (정정) 제 10 항에 있어서, 20 - 60 중량 % 의 1,1,1 - 트리플루오로에탄, 20 - 60 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 1 - 7 중량 % 의 하이드로카본(들) 및 1 - 20 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  18. 제 17 항에 있어서, 35 - 60 중량 % 의 1,1,1 - 트리플루오로에탄, 35 - 60 중량 % 의 펜타플루오로에탄, 2 - 6 중량 % 의 하이드로카본(들) 및 1 - 10 중량 % 의 1,1,1,2 - 테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물.
  19. (정정) 제 1 항의 냉매 조성물을 포함하는 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템.
  20. (삭제)
  21. (정정) 제 1 항의 냉매 조성물을 응축시킨 다음 유체와 열 교환하여 증발시키면서 유체를 냉각시키는 것을 포함하는 냉각 방법.
  22. (신설) 제 8 항의 냉매 조성물을 포함하는 냉각 또는 에어 컨디셔닝 시스템.
  23. (신설) 제 8 항의 냉매 조성물을 응축시킨 다음 유체와 열 교환하여 증발시키면서 유체를 냉각시키는 것을 포함하는 냉각 방법.
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