KR100395221B1 - 혼합냉매 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클로로디플루오로메탄 20 ~ 70 중량%, 트리플루오로메탄 10 ~ 60 중량%, 1,1-디플루오로에탄 15 ~ 50 중량% 및 1-클로로-1,1-디플루오로에탄 0.3 ~ 20 중량%로 이루어진 혼합냉매에 관한 것이다.

본 발명의 혼합냉매를 사용함으로써 외기온이 -20 ~ -10 ℃인 추운 지방에서도 난방용 열펌프를 원활히 작동할 수 있으며 종래의 순수냉매보다 열적 성능이 20.7 ~ 22.2 % 향상되었다.

Description

혼합냉매 {REFRIGERANT MIXTURE}

본 발명은 열적 성능이 우수한 혼합냉매 조성물에 관한 것이다.

CFC 및 HCFC 계열 냉매는 열적 성능이 우수하고 안정성이 높기 때문에 지난 반세기 동안 우수한 냉매로 사용해 왔으며, 지금도 우리 일상 생활과 밀접한 관계를 맺고 있다. 그러나, 1997년 중반에 CFC/HCFC 계열의 냉매가 대기권에서 분해되지 않고 오래 체류하면서 지구의 오존층을 파괴한다는 사실이 알려졌으며, 이 문제를 해결하기 위해 지난 10 여년간 대체 냉매 개발에 힘써왔다.

지금까지 주로 오존층 파괴방지와 지구 온난화 방지를 목적으로 하여 냉동 및 에어컨용 3원 조합 혼합냉매의 개발이 진행되어 왔으나, 냉방용 열펌프의 성능계수를 크게 향상시키지는 못했다. 즉, 낮은 외기온(-5 ℃ ~ -20 ℃)에서 원활한 작동을 하도록 하기 위해서는 기계적 개발만으로는 한계가 있고, 기존의 순수냉매로는 -5 ℃ 이하에서는 열펌프 시스템이 필요한 열을 발생하기 어려웠다.

또한, 혼합냉매를 개발하였어도 기존의 냉동 및 에어컨 시스템과 호환성에 문제가 있음으로써 세계적으로 실용화된 혼합냉매는 거의 없는 실정이다.

본 발명은 난방용 열펌프용 냉매를 개발하는 것을 목적으로 하며, -5 ~ -20 ℃의 낮은 외기온에서 열펌프의 성능을 높이고, 많은 열을 발생시키며, CFC/HCFC 계열 냉매와 같이 오존층을 파괴하는 특성을 갖지 않는 냉매를 개발하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 혼합냉매의 열적 물성치를 규명함으로써 새로 개발된 냉매에 적합한 냉동 및 에어컨 시스템 설계의 자료를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 순수냉매와 본 발명의 혼합냉매를 열펌프에 주입한 경우 외기온도변화에 따른 응축기 출구 공기 온도를 나타낸 도면이다.

도 2는 순수냉매와 본 발명의 혼합냉매를 열펌프에 주입한 경우, 외기온도 변화에 따른 두가지 냉매의 열펌프의 성능계수를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 혼합냉매의 압력과 엔탈피 선도이다.

본 발명의 혼합냉매는 클로로디플루오로메탄 20 ~ 70 중량%, 트리플루오로메탄 10 ~ 60 중량%, 1,1-디플루오로에탄 15 ~ 50 중량% 및 1-클로로-1,1-디플루오로에탄 0.3 ~ 20 중량%로 이루어진다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하였다.

실시예 1

클로로디프루오로메탄 49.0 중량%, 트리플루오로메탄 25.0 중량%, 1,1-디플루오로에탄 25 중량% 및 1-클로로-1,1-디플루오로에탄 1.0 중량%로 이루어진 혼합냉매를 제조하였다. 제조한 혼합냉매를 열펌프 시스템에 주입하여 발열 특성과 성능 특성을 실험적으로 분석하고, 종래의 순수냉매(프레온 22:클로로디플루오로메탄)를 열펌프에 주입하여 얻은 실험 결과와 비교하였다.

1. 혼합냉매에 의한 응축기 출구 공기 온도 상승효과

본 발명의 혼합냉매와 순수냉매를 각각 열펌프에 주입하고 외부온도를 -17 ℃에서 7 ℃로 변화시키면서 응축기 출구공기 온도를 측정하고 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에서와 같이, 외기온이 -17 ℃에서 7 ℃로 상승함에 따라 순수냉매와 혼합냉매의 경우 모두 응축기 출구 공기 온도가 곡선적으로 상승하였으며, 혼합냉매의 응축기 출구 공기온도가 순수냉매보다 10 ~ 12 ℃ 정도 높게 나타났다. 외기온이 -14 ℃ 일때 순수냉매에 의한 공기 온도는 18 ℃인데 반해 혼합냉매에 의한 공기온도는 30 ℃로서, 순수냉매의 경우보다 응축기 출구 온도가 12 ℃ 높게 나타났다. 이와 같은 온도상승은 순수냉매의 공기온도를 기준으로 할 때 혼합냉매에 의하여 67 %의 온도 상승효과가 이루어진 것임을 보여준다. 이와 같은 결과는 혼합냉매를 사용함으로서 외기온이 -15 ~ -18 ℃인 아주 추운 지방에서도 열펌프를 사용할 수 있는 근거를 제시한다.

2. 혼합냉매에 의한 열펌프의 성능개선 효과

순수냉매와 혼합냉매를 열 펌프에 주입하고, 외기 온도변화에 따라 두가지 냉매에 의해 얻어지는 열펌프의 성능계수를 비교하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서와 같이, 외기온이 -17 ℃에서 7 ℃까지 상승함에 따라 순수냉매 및혼합냉매 두 경우 모두 열펌프 성능이 향상됨을 보이고 있다. 외기온이 -14 ℃에서 4 ℃로 상승함에 따라, 순수냉매의 경우에는 COP 가 1.8 에서 2.9 까지 상승했는데 비하여, 혼합냉매의 경우에는 2.2에서 3.5까지 상승함을 보임으로써, 혼합냉매를 열펌프에 사용함으로써 순수냉매를 사용하는 것보다 COP 가 0.4 ~ 0.6 높게 나타났으며, 이 결과는 순수냉매의 경우를 기준으로 할 때, 본 발명의 혼합냉매를 사용함으로써 성능계수 COP가 20.7 ~ 22.2 % 개선되었음을 나타낸다. 즉, 본 발명의 혼합냉매를 사용함으로써 순수냉매를 사용할 때보다 전기 에너지를 20.7 ~ 22.2 % 절약할 수 있는 효과를 나타낸다.

3. 혼합냉매의 P-h 선도

본 발명의 혼합냉매의 열특성을 규명하고, 이 냉매를 사용할 열펌프 설계자료를 제공하기 위해 도 3의 P-h선도를 작성하였다.

도 3과 같이, 혼합냉매의 특징인 저온 증발 온도에서 온도 구배가 크고 증발온도가 상승함에 따라 온도 구배가 점차 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 이 선도는 새로운 혼합냉매를 사용할 수 있는 열펌프 시스템 설계에 자료를 제공한다.

본 발명의 혼합냉매는 다음과 같은 열펌프 난방에 대해 열적 성능 개선 효과를 얻을 수 있었다.

1) 외기온이 -17 ~ 7 ℃로 변화하는 경우, 순수냉매의 경우에는 응축기 출구 공기 온도가 10 ℃에서 46 ℃로 상승한데 비하여, 본 발명의 혼합냉매를 사용할 경우에는 응축기 출구공기 온도가 20 ℃에서 56 ℃로 상승함으로써 순수냉매의 경우보다 10 ℃ 정도 높게 나타났으며, 이 결과는 외기온이 -15 ℃ ~ - 18 ℃인 아주 추운 지방에서도 열펌프를 사용하여 난방할 수 있음을 나타낸다.

2) 공기-공기 열펌프에 혼합냉매를 사용함으로써 순수냉매를 사용할 때보다 열펌프 성능계수 COP가 0.4 ~ 0.6 상승하였다. 이 결과는 혼합냉매에 의해 성능계수가 20 .7 ~ 22.2 % 상승하였음을 나타내며, 혼합냉매를 열펌프에 사용함으로써 전기에너지를 20.7 ~ 22.2 % 절약할 수 있다.

Claims (1)

1. 클로로디프루오로메탄 20 ~ 70중량% , 트리플루오로메탄 10 ~ 60 중량%, 1,1-디플루오로에탄 15 ~ 50 중량% 및 1-클로로-1,1-디플루오로에탄 0.3 ~ 20 중량%로 이루어지는 혼합냉매.