KR100381808B1 - 혼합냉매의충전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 허용 범위가 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄인 비-공비성 혼합물을 냉매로서 사용하는 경우, 이전과 관련된 조성 변화를 허용 범위 이내로 만들기 위해서, 공급 용기내의 비-공비성 혼합물의 조성을 23.5 내지 24.0%의 디플루오로메탄, 25.5 내지 26.0%의 펜타플루오로에탄 및 50.0 내지 51.0%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 수준으로 조절하고, 액상의 비-공비성 혼합물을 공급 용기로부터 냉매를 사용하는 다른 용기로 배출 및 이전시킴을 포함함을 특징으로 하는, 혼합 냉매의 충전 방법 및 증기압축식 냉동 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

혼합 냉매의 충전 방법
증발 및 응축과 같은 물질의 상변화를 사용하여 유체의 냉각 및 가열을 수행하는 증기압축식 냉동 사이클은 냉난방기, 냉장고, 급탕기 등과 같은 용도에 광범위하게 사용되는 것으로 밝혀졌다. 증기압축식 냉동 사이클에 사용되는 다양한 작동 유체, 특히 플루오로카본 냉매가 개발되어 왔고 실제로 사용되고 있다. 그 중에서, HCFC22(모노클로로디플루오로메탄)가 냉난방기를 위한 가열 및 냉각 시스템에서 냉매로서 널리 사용되고 있다.
그러나, 클로로플루오로카본은 성층권으로 방출되면 오존층을 파괴하여 결국에는 인간을 비롯한 지구상의 생태계에 심각한 부정적 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 전세계적으로 상기 물질의 사용을 제한하고 앞으로 상기 물질을 완전히 제거하자는데 동의하고 있다. 이러한 상황에서, 오존층 파괴의 문제를 전혀 또는 거의 일으킬 가능성이 없는 신규한 냉매를 개발하자는 시급한 요구가 있다.
혼합된 냉매를 사용함으로써 단일 성분 냉매의 불충분한 성능을 보완하기 위한 시도로서, 비-공비성 혼합 냉매를 사용하는 많은 제안이 근래에 제기되고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개공보 제 79288/1989 호, 일본 특허 공개공보 제 55942/1994 호 및 일본 특허 공개공보 제 287688/1991 호를 참조).
비-공비성 혼합물은 증발 또는 응축과 같은 상변화 동안에 조성 변화를 초래하는데, 왜냐하면 아마도 보다 낮은 비등점을 갖는 성분은 증발하기 쉽고 보다 높은 비등점을 갖는 성분은 응축하기 쉽기 때문이다. 이러한 조성 변화 경향은 증발의 경우, 예를 들면 액체로부터 증기로 상변화하는 경우 현저하며, 성분들의 비등점차가 클 경우에 특히 현저하다. 그러므로, 이러한 비-공비성 혼합물을 한 용기로부터 다른 용기로 이전시키는 경우에 상변화를 일으키지 않도록 이를 액상으로부터 배출시키는 것이 통상적이다. 그러나, 혼합 냉매를 액상으로부터 배출시키는 경우에라도, 성분들의 비등점차가 큰 경우에는 수% 정도의 상변화가 일어날 수 있다. 이는 압력의 감소 및 배출로부터 유도된 기상 공간의 감소에 의해 야기되며, 결국 비등점이 낮은 성분이 액상으로부터 증발된다. 수%의 조성 변화일지라도 냉매의 성능에 현저한 변화를 초래할 수 있으며, 이 변화는 냉매의 성능 및 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 인화성과 같은 냉매의 안전성에 부정적인 영향을 미친다.
특히, 냉매로서 HCFC22의 가장 유망한 대체물질로 여겨지는, 23%의 디플루오로메탄(이하 "HFC32"라고 칭함), 25%의 펜타플루오로에탄(이하 "HFC125"라고 칭함) 및 52%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(이하 "HFC134a"라고 칭함)을 포함하는 비-공비성 혼합물을 사용하는 경우, 문헌[ASHRAE STANDARD(1994)]이 허용 조성 범위를HFC32(22 내지 24%), HFC125(23 내지 27%) 및 HFC134a(50 내지 54%)로 규정하고 있으므로, 냉매를 공급 용기인 봄브(bomb)로부터 냉난방기로 이전시킬때 야기되는 냉매의 조성 변화는 심각한 문제이다.
본 발명은 증기압축식 냉동 사이클을 위한 작동 유체로서 사용되는, 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 포함하는 비-공비성 혼합 냉매를 충전하는 방법 및 증기압축식 냉장고를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 혼합물을 이전시킬는 동안 액상에서 HFC32/HFC125/HFC134a의 혼합 냉매의 각 성분의 조성 변화를 보여주는 그래프이다. 도 1에서, 그래프(A), (B) 및 (C)는 각각 HFC32, HFC125 및 HFC134a의 결과를 보여준다.
본 발명자들은 밀폐 용기에 보관된, 상이한 비등점을 갖는 3종류의 액화 기체를 포함하는 비-공비성 혼합물을 액체-함유 용기로부터 다른 용기로 이전시킬때 발생되는 조성 변화와 관련된 문제점을 해결하기 위해서 액화 기체를 충전하는 방법을 광범위하게 연구하였다.
그 결과로, 본 발명자들은 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 허용 범위로 하는 비-공비성 혼합물을 냉매로서 사용할 때, 공급 용기내의 비-공비성 혼합물의 조성을 23.5 내지 24.0%의 디플루오로메탄, 25.5 내지 26.0%의 펜타플루오로에탄 및 50.0 내지 51.0%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 하고, 액상으로부터 이를 배출시킴으로써 냉매 이전과 관련된 조성 변화를 상기 허용 범위 내에 들게 하는 것을 특징으로 하는 방법을 발견하였다.
또한, 본 발명자들은 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 조성 범위를 갖는 중기압축식 냉동 장치의 제조 방법으로서, 공급 용기내에 23.5 내지 24.0%의 디플루오로메탄, 25.5 내지 26.0%의 펜타플루오로에탄 및 50.0 내지 51,0%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 조성을 갖는 액상을 배출시켜 증기압축식 냉동 장치의 본체로이전시킴을 포함하는 증기압축식 냉동 장치의 제조 방법을 발견하였다.
본 발명은 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 포함하는 비-공비성 혼합 냉매에 관한 것이고, 본 발명의 개념을 기타 상이한 조성의 비-공비성 혼합물 또는 상이한 비등점을 갖는 상이한 종류의 액화 기체를 함유하는 혼합물에 적용할 수 있다. 예를 들면, 디플루오로메탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물, 펜타플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물 등이다.
본 발명에 따른 공급 용기는 용기가 혼합 냉매를 저장할 수 있는 밀폐 용기(예를 들면 봄브)인 한, 구체적으로 제한되지 않는다. 혼합 냉매를 이전시켜 충전시키는 장치로서는 증기압축식 냉동 사이클을 사용하는 임의의 장치를 사용할 수 있다. 상기 장치에는 냉난방기, 냉동기, 냉장고, 급탕기 등이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따라 제조된 증기압축식 냉동 장치는 냉매 및 냉동 장치의 본체를 포함하나, 이에 국한되는 것은 아니고 임의의 공지된 냉동 장치를 그 자체로 사용할 수 있다.
본 발명을 하기 실시예와 관련해 예시하지만, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 본 발명을 하기 실시예에만 국한시키려는 것이 아님을 이해해야 한다.
실시예 1
10ℓ들이 밀폐 용기에, 디플루오로메탄(HFC32), 펜타플루오로에탄(HFC125) 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC134a)의 비-공비성 혼합물 9㎏을 중량비가 23.0/25.0/52.0이 되도록 충전시켰다. 용기를 항온조에 넣고 온도를 10℃ 또는 40℃에서 유지하였다. 고압 기체 관리법(Pressurized Gas Control Law)에서는 40℃이상과 온도에서 취급하는 것을 금지하고 있으며, 온도가 높아질수록 조성 변화가 커지기 때문에 40℃를 선택하였다. 따라서 40℃에서 수득된 데이타는 최악 조건에서의 데이타라고 볼 수 있다.
이어서 액상으로부터 혼합물을 펌프를 사용하여 900g/분의 속도로 또다른 빈 용기에 이전시겼다. 충전 기체의 일부를 액상 근처에 있는 충전 파이프상에 위치한 채취용 밸브를 통해 배출시키고, 조성을 기체 크로마토그래피에 의해서 분석하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
이전율 및 수거된 기체의 조성 분석
이전율(%) 조성(중량%)
10℃ 40℃
HFC32 HFC125 HFC134a HFC32 HFC125 HFC134a
10 22.9 24.9 52.2 22.8 24.9 52.3
20 22.9 24.9 52.2 22.8 24.8 52.4
30 22.8 24.8 52.4 22.7 24.8 52.5
40 22.8 24.8 52.4 22.6 24.7 52.7
50 22.7 24.8 52.5 22.5 24.6 52.9
60 22.7 24.7 52.6 22.3 24.5 53.2
70 22.6 24.7 52.7 22.2 24.4 53.4
80 22.5 24.6 52.9 21.9 24.2 53.9
90 22.3 24.4 53.3 21.6 23.9 54.5
상기에 나타낸 바와 같이, 조성 변화는 고온에서 보다 크다. 온도 조건이 40℃이고 이전율이 80%이상일 경우, HFC32의 함량이 허용 범위를 벗어나므로, 충전된 냉매중 단지 70%만이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
실시예 2
성분비를 하기와 같이 변화시킴으로써 충전된 기체의 이전을 수행하였다: HFC32의 경우, 조성 평균치를 23.75%로 변화시켰고, 생성물내의 허용 하한 및 허용 상한을 각각 23.5% 및 24.0%로 변화시켰다; HFC125의 경우, 조성 평균치를 25.75%로 변화시켰고, 생성물내의 허용 하한 및 허용 상한을 각각 25.5% 및 26.0%로 변화시켰다; HFC134a의 경우, 조성 평균치를 50.5%로 변화시켰고, 생성물내의 허용 하한 및 허용 상한을 각각 50.0% 및 51.0%로 변화시켰다. 항온조의 온도를 40℃로 유지하였고, 이는 최악의 온도 조건이다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
본 발명의 방법에 따른 이전율 및 수거된 기체의 조성 분석
이전율(%) 조성(중량%)
하한 상한
HFC32 HFC125 HFC134a HFC32 HFC125 HFC134a
10 23.3 25.4 51.3 23.8 25.9 50.3
20 23.3 25.3 51.4 23.8 25.8 50.4
30 23.2 25.3 51.6 23.7 25.8 50.5
40 23.1 25.2 51.7 23.6 25.7 50.7
50 23.0 25.1 51.9 23.5 25.6 50.9
60 22.8 25.0 52.2 23.3 25.5 51.2
70 22.7 24.9 52.5 23.2 25.4 52.4
80 22.4 24.7 52.9 22.9 25.2 51.9
90 22.1 24.4 53.5 22.6 24.9 52.5
상기 실시예의 결과로부터, 본 발명은 이전과 관련된 조성 변화를 허용 범위 이내로 만들 수 있음이 명백하다. 따라서, 이전된 냉매를 전량 사용할 수 있게 하는, 비-공비성 혼합 냉매를 충전시키는 신규한 방법을 발견하였다.
증기압축식 냉동 사이클을 위한 작동 유체로서 사용되는 HFC32/HFC125/ HFC134a의 비-공비성 혼합 냉매를 이전시키는 동안에 발생되는 조성 변화를 허용 범위 이내로 만들어 냉매의 성능 감소 및 인화성의 증가를 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 허용 범위로 하는 비-공비성 혼합물을 냉매로서 사용할 때, 공급 용기내의 비-공비형 혼합물의 조성을 23.5 내지 24.0%의 디플루오로메탄, 25.5 내지 26.0%의 펜타플루오로에탄 및 50.0 내지 51.0%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄으로 하고, 액상으로부터 비-공비성 혼합물을 배출시켜 냉매를 사용하는 용기로 이전시킴으로써, 이전과 관련된 조성 변화를 상기 허용 범위 내에 들게 하는 것을 특징으로 하는, 혼합 냉매의 충전 방법.
  2. 22 내지 24%의 디플루오로메탄, 23 내지 27%의 펜타플루오로에탄 및 50 내지 54%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄의 조성 범위를 갖는 증기압축식 냉동 장치의 제조 방법으로서, 23.5 내지 24.0%의 디플루오로메탄, 25.5 내지 26.0%의 펜타플루오로에탄 및 50.0 내지 51.0%의 1,1,12-테트라플루오로에탄의 조성 범위를 갖는 공급 용기내의 액상을 배출시켜 증기압축식 냉동 장치의 본체로 이전시킴을 포함하는 증기 압축식 장치의 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 증기압축식 냉동 장치가 냉난방기인 증기압축식 냉동 장치의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 증기압축식 냉동 장치가 냉동고인 증기압축식 냉동 장치의 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 증기압축식 냉동 장치가 냉장고인 증기압축식 냉동 장치의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 증기압축식 냉동 장치가 급탕기인 증기압축식 냉동 장치의 제조 방법.
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