KR100500142B1

KR100500142B1 - 초저온용냉매

Info

Publication number: KR100500142B1
Application number: KR10-2000-7013772A
Authority: KR
Inventors: 구리타스스무; 세이노도시오; 히루타이사무; 모리타마코토
Original assignee: 니혼 프리자 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 다이레이; 구리타 스스무; 구리타 노부요시
Priority date: 1998-06-06
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2005-07-11
Also published as: DE69929331D1; EP1123959A1; US6495061B1; JP3571296B2; EP1123959A4; TW541332B; WO1999064536A1; DE69929331T2; DK1123959T3; EP1123959B1; CN1142234C; EP1123959B8; CN1304438A; KR20010052589A; ATE315073T1

Abstract

R-23과 R-116의 혼합가스, 또는 어느 것의 한쪽의 단체에, 프로판, 부탄 또는 양자를 첨가하여 이루어지는 혼합냉매이고, 그 냉매를 사용함으로써 종래규격의 냉동고의 압축기에 의해 고내온도를 초저온, 특히 -60℃이하로 냉각한다. 이 혼합냉매는 R-23, R-116이 낮은 비점을 유지함과 동시에 프로판 및 부탄의 첨가에 의해 실온환경하에서 액화가 가능하고, 또한, 윤활유등과의 상용성이 양호하고, 냉동유니트속에서 막히는 일이 없다. 또한, 오존파괴능이 0으로 온난화효과가 작고, 실온환경하에서 압축기의 실용적인 능력범위내의 압력으로 액화되고, l가스 l압축기의 냉동기유니트에 의해서 -60℃이하의 고내온도를 용이하게 실현할 수가 있다.

Description

초저온용냉매{Coolant for super low temperature cooling}

본 발명은, 냉동기의 냉매등에 사용되는 작동유체에 관한 것으로서, 오존파괴능이 0으로 온난화효과도 낮고, 지구환경에 대한 영향이 지극히 적음과 동시에, 실온환경하에서 종래의 냉동고에 사용되는 압축기의 용량으로 용이하게 사용할 수 있는 초저온용냉매에 관한 것이다.

근년, 바이오테크날러지의 발전이나 식품의 유통시스템의 발달에 따라, 종래의 냉동고의 냉각온도를 넘는 -50∼-60℃이하의 냉동고가 사용되게 되어, 그 수요는 증대하고 있다.

바이오테크놀러지의 분야에서 취급되는 세포나 생체조직등은, 그 해동 후의 생존활성율을 유지하기 위해서, 이러한 초저온도로 장기간에 걸쳐서 안정하게 유지될 필요가 있기 때문에, 이들을 보존하는 냉동고는 냉동능력이 높을 뿐만이 아니라, 신뢰성이 높고 또한 유지관리를 위한 비용이 낮은 것이 요구된다. 또한, 바이오테크날러지가 특수한 연구기관에 한하지 않고 병원등에서 응용되기 위해서는, 이러한 냉동고가 보다 간단한 구조로 염가이며, 또한 취급하기 쉬워야 한다.

또한, 식품등의 유통시스템에 있어서도 마찬가지로, 식품의 선도를 장기간에 걸쳐 유지하기 위해서, 높은 냉각능력과 함께 고장등의 문제등이 없을 것, 및 보수관리가 용이하고 운용비용이 낮을 필요가 있다.

이러한 점으로부터 냉매를 순환사용 할 냉동고가 요망되나, -50℃ 이하의 초저온도를 실현하는 냉매는, 일반적으로 표준비점이 낮을수록 임계압이 높고, 임계 온도도 낮기 때문에 실온환경에서는 용이하게 액화할 수 없다.

이 때문에 종래, 초저온용의 냉동고로서, 이들 비점등이 다른 2종이상의 냉매를 조합시킨 다단계의 냉각사이클에 의한 냉동기유니트를 채용하고 있었다.

즉, 비점이 높고 실온환경에서 액화가능한 냉매가 보다 비점이 낮은 냉매의 액화 과정의 냉각에 사용됨으로써, 초저온도를 실현하는 것이다.

예컨대, 도 1의 냉동고에서는 두 가지의 냉매를 사용하고, 2대의 압축기로 2조의 냉동기유니트를 각각 2단계로 구동한다.

도면에 있어서, 제l냉매를 고온측압축기(l)에 의해서 압축하고, 가스형상의 냉매를 팬(2)을 구비하는 고온측응축기(콘덴서)(3)로 방열시켜 냉각하여 액화한다. 액상화한 제1냉매는 캬피라리튜브(5)에서 열교환기(l0)의 2중관의 외관(1l)으로 도입되어 기화하고, 내관(l2)내의 제2냉매를 냉각하여 고온측압축기에 되돌려진다. 6은 드라이어, 7은 액분리기(아큐물레이터)이다.

제2냉매는 저온측압축기(20)에 의해서 압축된 후, 열교환기(10)의 내관으로 도입되고, 제l냉매에 의해서 냉각되어 액화된다. 액상이 된 제2냉매는 캬피라리튜브(15)를 지나서 저온측증발기(에바포레타)(30)에 보내여지고, 감압되어 기화됨으로써 창고내를 냉각하고 다시 저온측압축기로 되돌려진다. 27은 오일미스트를 분리하는 오일분리기, 26은 드라이어이다.

이 방식에 의하면, 종래의 장치의 능력, 용량의 범위로 이들의 초저온을 실현할 수 있으나, 2조의 냉동기유니트로 이루어지기 때문에 냉동고전체가 대형화되고, 또한 복잡화되어 보수관리의 곤란을 초래함과 동시에, 냉동고가 대단히 고가로 된다.

그래서, 도 2에 나타내는 것 같은 비점등의 특성이 다른 여러 종류의 냉매를 혼합하고, 압축기를 l 대로 한 l압축기다원방식도 시도되고 있다.

이 예에서는 미리 3종의 냉매를 혼합한 혼합냉매는, 압축기(40)로 압축되어, 콘덴서(4l)로 방열하여 가장 임계 온도가 높은 제1냉매를 액화시킨다.

액화된 제l냉매는 액분리기(45)로 분리되고, 압축기로부터 혼입된 오일미스트를 분리회수하여 오일되돌림을 시킴과 동시에, 열교환기(50)에 있어서 기화하고, 보다 임계 온도가 낮은 가스형상의 제2냉매를 냉각하여 액화시킨다. 여기서 액화된 제2냉매는, 액분리기(46)로 분리되어 열교환기(5l) 내에서 기화하여, 가장 임계 온도가 낮은 제3냉매를 냉각하여 액화시킨다.

열교환기(51)내에서 액화한 제3냉매는, 에바보레타(55)로 기화되어 고내를 소정의 저온도로 냉각한다.

열교환기(50, 51) 및 에바포레타(55)로 기화된 제l∼3의 냉매는, 모두 합쳐서 되돌림 파이프(60)에 의해 압축기(40)로 되돌려진다.

이 1압축기다원방식에 의하면, 압축기가 l대로 끝나기 때문에 기계부분은 작게 할 수 있으나, 각각의 냉매를 순환시키는 회로는 복잡해지고, 냉동고전체로서는 역시 대형화를 피할 수 없고, 보수관리도 용이하지 않다.

또한, 이들의 냉동기에 사용되는 작동유체에는 종래부터 소위 프론계의 냉매가 사용되고 있지만, 근년 프론가스에 의한 전지구적 규모의 오존층의 파괴 및 온난화효과가 문제로 되어, 이들 오존파괴능이 큰, 소위 특정 프론은 물론이거니와 온난화효과가 큰 프론류의 사용에 대한 규제도 진행되어지고 있기 때문에, 금후 오존파괴능이 O이고 온난화효과가 작은 냉매의 개발이 요망된다.

이 때문에, 이들 프론에 대체하여, 지구환경에 악영향이 없고, 또한 종래의 프론의 우수한 특성을 더불어 가지는 냉매가 여러가지 제안되어 있다.

예컨대, 일본특개평5-186765호 공보에 기재된 것은 퍼플루오로에탄, 에탄 및 토리플루오로메탄의 2내지 3성분계의 냉매로, 이에 윤활유에 대한 친화성을 가지는 프로판, 부탄을 1∼lOwt% 존재시켜서 압축기에의 윤활유의 되돌아감을 촉진한다고 하는 것이나, 냉각온도나 액화할 시의 압력등에 관하여는 제시된 바 없다.

또한, 일본특개평7-48563호 공보에 기재된 것은, 토리플루오로메탄과 에탄, 헥사플루오로에탄과 메탄의 혼합냉매로서 그 표준비점을 -90℃이하로 할 수 있다고 하나, 임계 온도가 낮고, 임계압력도 높아 통상의 1원래사이클의 냉동고에서는 사용할 수 없다.

본 출원인도 오존파괴능이 0으로 온난화효과가 낮은 냉매로서, 일본특개평5-30639l호 공보 및 일본특개평7-48562호 공보에 있어서 각각 프론(134a)(CH₂- FCF₃) 과 프론(23)(CHF₃) 및 프론(134a)과 프론(l16)(CF₃-CF₃)으로 이루어지는 혼합냉매를 제안한 바 있다.

이들은 프로판, 부탄등의 탄화수소로 이루어지는 첨가제를 첨가하여 통상의 일원사이클의 냉동고에서 운전가능 한 20Kg/cm²전후의 토출압력으로 -50℃이하의 고내 온도를 실현 할 수 있다.

그러나, 전술한 냉동보존기술분야에서는 더욱 저온도의 창고내온도의 실현이 요구되고 있고, 이러한 고내온도로서는 이들의 요구에 충분히 호응할 수 없다.

본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위해 창출된 것으로, 오존파괴능이 0이고 온난화효과가 작은 동시에, 실온환경하에서 압축기의 실용적인 능력으로 초저온을 실현할 수 있는 작동유체를 제공하는 것, 특히 실온환경하에서 종래의 일원사이클(단체압축기)의 냉동고에 의해서 -60℃ 이하의 고내온도를 용이하게 실현할 수 있는 냉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 2종의 냉매를 사용하여, 2개의 냉동기유니트에 의한 냉동고를 나타내는 도면이고,

도 2는 3종혼합냉매를 사용한 1압축기다원방식에 의한 냉동고를 나타내는 도면이고,

도 3은 R-23, R-1l6의 혼합계에 대한 프로판, 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 4는 R-23, R-1l6의 혼합비와 프로판, 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 5는 R-23, R-1l6의 혼합계에 대한 프로판첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 6은 R-23, R-1l6의 혼합계에 대한 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 7은 R-23에 대한 프로판, 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 8은 R-116에 대한 프로판, 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 9은 R-23에 대한 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이고,

도 10은 R-116에 대한 부탄첨가의 효과를 나타내는 그래프도이다.

본 발명에 의한 초저온용냉매는 트리플루오로메탄(CHF₃:R-23) 및 퍼플루오로에탄(C₂F₆:R-116)과, 프로판, 부탄의 l종 이상을 포함하고, 상기 R-23과 R-1l6과의 혼합비율을 R-23을 70∼15wt%, R-I16을 30∼85 wt%로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 프로판을 55∼95wt%, 또는 부탄을 50∼90wt%, 또는 양자를 35∼70 wt% 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명의 초저온용냉매는, 별도의 형태에 의하면, R-23과 R-116과, 프로판, 부탄의 1종 이상을 포함하고, 상기 프로판을 55∼95wt%, 또는 부탄을 50∼90wt% 또는 양자를 35∼70wt%로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

삭제

본 발명의 초저온용냉매는 다른 별도의 형태에 의하면, R-23과, 프로판과, 부탄을 포함하고, 각각의 혼합비율을 R-23을 60∼l5wt%, 프로판을 16∼34 wt%, 부탄을 24∼51wt%로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 초저온용냉매는, 또 다른 형태에 의하면, R-23과, 부탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

R-23과, 부탄의 혼합비율은, R-23을 50∼15wt%, 부탄을 50∼85wt%로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 다른 형태에 의하면, R-ll6과, 프로판과, 부탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매이다.

R-l16와, 프로판과, 부탄과의 혼합비율은, R-l16을 60∼20wt%, 프로판을 l6∼32wt%, 부탄을 24∼48wt%로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 초저온용냉매는, 또 다른 형태에 의하면, R-ll6과 부탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

R-116과, 부탄의 혼합비율은, R-1l6을 55∼20wt%, 부탄을 45∼80wt%로 하는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 오존파괴능이 0이고 온실효과가 작고, 프론류나 하론류에 대체가능한 신세대의 냉매를 탐색하는 과정에서, 트리플루오로메탄(CHF₃:R-23)과 퍼플루오로에탄(C₂F₆:R-ll6)으로 이루어지는 혼합가스, 또는, R-23과 R-l16의 어느 것인가의 단체에, 특정의 탄화수소를 조합함으로써, 그 비점을 낮게 유지하면서 액화에 있어서의 온도 및 압력을 실용적인 범위에 유지할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 도달한 것이다.

즉, R-23과 R-ll6은 모두, 그 구조에 염소를 포함하지 않고, 온난화효과도 작다．이들의 혼합물은 표 1에 39/6l의 혼합비의 예에 나타낸 바와 같이 표준비점이 -80℃ 전후로 지극히 낮아 초저온도를 실현할 수 있으나, 실온에서의 증기압도 40atm 전후로 지극히 높기 때문에, 통상의 냉동고의 압축기능력으로서는 사용할 수 없다.

그런데 이에 대하여 프로판, 부탄 또는 이들을 조합하여 더함으로써, 그 비점을 낮게 유지하여 실온환경하에서 20atm 전후의 압력하에서 액화가 가능해진다.

프로판 및 부탄은, 일상생활에 있어서도 연료등으로 널리 사용되고 있어 그 취급이 말하자면 익숙한 가스이지만, 이들 개개의 가스의 성질은, 표 2에 나타내는 대로, 실온에서의 증기압은 낮지만 표준비점이 높고, 초저온용냉매로는 사용할 수 없지만, R-23과 R-1l6과의 혼합냉매, 또는, R-23과 R-ll6의 어느 것과의 혼합냉매로서 상기와 같은 성질을 발휘하는 것을 밝혀내어, 초저온용냉매로서의 특성을 확인하여 본 발명을 완성시킨 것이다.

	화학식	비점(℃,latm)	임계온도 (℃)	증기압(atm, 20℃)
R-23	CHF₃	-82.2	26.15	49.3
R-116	CF₃CF₃	-78.2	19.85	30.4
R-23, R-116 혼합계	R-23/R-116= 39/61	-85.7	-	41.2

	화학식(℃, latm)	비점(℃, latm)	임계온도(℃)	증기압(atm, 20℃)
프로판	C₃H₈	-42.1	152.0	8.4
부탄	C₄H₁₀	-0.5	153.2	2.1

혼합가스의 비점등의 성질은 일반적으로 개개의 성분의 비점을 연속적으로 맺은 곡선으로 표시되는 것으로 되어 중간적인 성질을 띠지만, 본 발명자등의 연구에 의하면, 상기의 R-23, R-116, 또는 양자의 혼합가스에 프로판, 부탄 또는 이들을 합쳐서 가한 혼합가스는 일정한 조성으로 R-23와 R-ll6의 혼합가스가 낮은 비점을 유지함과, 동시에 프로판 및 부탄이 가지는 낮은 증기압을 나타내어 상기한바와 같이 초저온용냉매에 적합한 성질을 나타내는 영역이 존재하는 것이다.

이와 같이 혼합가스에 있어서 개개의 성분가스의 성질이 각각 강하게 나타나는 메카니즘은 명확하지 않지만, 상기의 R-23, R-116, 또는 양자의 혼합가스에 프로판, 부탄 또는 이들 양자를 가한 혼합가스의 이러한 성질은, 소정조성범위에 있어서 충실하게 재현되고, 또한 안정하다.

따라서, 이들 성분으로 이루어지는 본 발명의 냉매는, 종래의 규격의 냉동고에 사용이 가능하고, 용이하게 초저온을 실현할 수가 있다.

이하 본 발명의 냉매를 구체적인 데이터에 의해 설명한다.

본 발명의 냉매에 관해서, R-23, R-116 및 프로판, 부탄의 각 성분조성과 냉매로서의 성질과의 관계를 이하(1)∼(8)의 순서로 확인하였다.

또, (l)∼(4)는 R-23과 R-116과의 혼합가스를 사용하고, (5)∼(8)은 R-23과 R-ll6의 어느 것 인가 한쪽을 사용하여, 각각 프로판 또는 부탄, 또는 양자의 혼합가스와 혼합시키서 확인하였다.

(1) R-23과 R-l16의 혼합계에 대한 프로판과 부탄첨가의 효과

R-23과 R-ll6의 혼합가스로서 상기 R-23과 R-1l6의 혼합비가 39:6l의 가스를 사용하고, 이에 프로판과 부탄을 가하여 그 조성과 냉매로서의 성질의 관계를 확인하였다.

표 3에 R-23과 R-1l6의 혼합계에 프로판/부탄을 가한 혼합냉매를 냉동기유니트에 충전하여 운전한 결과를 나타낸다.

사용냉동고는 단포스사제냉동압축기를 사용하고, 통상방법에 따라, 냉매를 충전하여 운전하고, 냉동고의 고내온도, 및 압축기의 토출압력, 흡입압력을 측정하였다.

번호	프로판+부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠ abs)
1	100	-41	3.8	0.421
2	93.3	-41	5.3	0.557
3	87.5	-42	7.8	0.625
4	82.4	-45	10.0	0.829
5	77.8	-50	12.0	0.897
6	73.7	-52	14.0	1.033
7	70.0	-58	16.0	1.133
8	68.9	-68	20.0	1.383
9	63.3	-73	18.8	1.583
10	60.8	-75	20.0	1.433
11	59.6	-74	17.8	1.433
12	54.4	-75	19.0	1.383
13	40.0(B)	-33	25.0	1.533
14	38.9(A)	-73	19.5	1.733
15	37.8(A)	-71	20.0	1.833
16	36.8(A)	-71	21.0	1.833
17	35.9(A)	-66	24.1	2.233
18	30.0(B)	-27	26.0	1.733
19	20.0(B)	-17	28.0	1.833
20	10.0(B)	-12	30.0	2.033
21	0.0	-85.7(비점)	41.2(증기압)	-
실내온도: 20℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압 R-23/R-116= 39/61,프로판/부탄=25/75, 단 No. 2~7:프로판/부탄=15.5/139.5~140/15총 충전량: 150~285g, 단(A): 360~390g, (B):210g(일정)

표 3의 결과를 도 3에 나타낸다. 또한, 참고를 위해, 도면에 있어서 (프로판+ 부탄)이 0wt%의 고내온도 및 토출압력은, R-23(39wt%)과 R-ll6(61wt%)의 혼합가스의 비점 및 실온에서의 증기압을 각각 프로트하였다.

도면에서 알 수 있듯이, R-23과 R-l16의 혼합가스에 대하여 프로판+부탄의 혼합비율이 35∼70wt%의 범위로 고내온도 -60∼-75℃로 유지되고, 압축기출구에 있어서 토출압력은 l5∼25kgf/cm²전후로 운전할 수 있었다.

또한, 프로판+부탄의 혼합비율을 35∼65wt%의 범위로 함으로서, -70℃이하인 고내온도를 비교적 낮은 토출압력 18∼22 kgf/cm²로 실현할 수가 있다.

또한, 이들의 조성범위로 윤활유와의 상용성이 좋고, 이들의 시험을 반복하는 동안, 눈막힘에 기인하는 문제는 전혀 보이지 않았다.

R-23과 R-l16에 대한 프로판과 부탄의 혼합비율이 이 범위를 넘으면 도면에 나타낸 바와 같이 고내온도가 급격히 상승하여 -41℃부근에 수속하고, 한편, 토출압력은 완만하게 저하한다. 한편, 프로판 + 부탄의 혼합비율이 감소하면 40wt% 전후로부터 가스의 충전량이나 조성에 대하여 민감하게 되고, 이들의 운전조건에 의해서 냉각능력에 현저한 차가 나타남과 동시에 압력이 상승한다.

도면에 있어서, A그룹에 나타내는 것은 총충전량을 360∼390g로하여 고내온도를 극력저온으로 유지한 경우이고, 프로판 + 부탄의 비율이 40wt% 이하가 되어도 고내 온도는 거의 -70℃를 유지하지만, 35wt% 근방에서 오버차지 되고, 토출압력, 온도가 모두 상승하여 충분한 냉각능력이 발휘될 수 없게 된다.

그래서, 가스의 총충전량을 2lOg(일정)으로 운전한 바, B그룹에 나타낸 바와 같이, 프로판 + 부탄의 비율이 40wt% 이하에서 고내온도가 -40℃ 이상이 되어 냉각능력이 현저하게 저하되었다. 이는 이 총충전량의 운전조건하에서는 R-23과 R-1l6의 액화가 진행되지 않기 때문이라고 생각된다.

(2) R-23과 R-1l6의 혼합비와 프로판과 부탄첨가의 효과

본 발명의 냉매가 R-23 과 R-116의 혼합비가 넓은 범위에서 상기한 성질을 가지는 것을 확인하기 위해서, 프로판과 부탄의 혼합비를 일정(25:75)으로 하고, R-23과 R-ll6의 혼합비율을 바꿔서, (l) 과 같이 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표4에 나타낸다.

사용한 냉동고 및 측정조건은 (l)과 같다.

No.	R-116(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	30	-59	27.0	0.877
2	40	-64	26.4	0.884
3	50	-73	23.4	1.733
4	70	-70	23.0	1.583
5	80	-68	21.8	1.483
6	90	-55	21.0	1.483
실온: 20℃R-116(wt%):(R-116)/(R-23+R-116)×100wt%토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압프로판/부탄= 25/75(일정)(R-23+R-116)/(프로판+부탄)=50/50총충전량 : 210g

표 4의 결과를 도 4에 나타낸다.

도면에서 분명하듯이, R-23과 R-116의 혼합비50% 전후를 중심으로 하여, R-l16이 거의 30∼85wt%인 범위(R-23은 70∼l5wt%)에서 고내온도가 거의 -60∼-73℃로 유지되고 있고, 토출압력도 26kgf/㎠ 이하에서 운전할 수 있음을 알 수 있다.

R-23과 R-l16의 혼합비가 이 범위를 벗어나면 , R-23과 R-1l6의 어느 쪽이든 많은 영역에서도 고내온도가 높아 지고, 토출압력은 R-ll6이 50wt% 이하의 영역에서 상승하는 경향이 있다.

따라서, R-23과 R-1l6의 비교적 넓은 조성범위에서 본 발명의 작용·효과가 발휘되어, R-116이 상기 범위에서 고내온도 -60∼-70℃를 실현하지만, 토출압력을 낮게 유지하기 위해서는 R-l16이 50%이상인 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

특히, R-116가 45∼65wt%이고, 토출압력이 23kgf/㎠ 이하에서 고내온도 -70℃ 이하로 유지할 수가 있다.

(3) R-23과 R-ll6의 혼합계에 대한 프로판첨가의 효과

R-23과 R-l16의 혼합가스와 프로판과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서의 성질을 확인하기 위해서, R-23과 R-ll6의 혼합비 39:61에 대하여, 프로판을 여러 가지의 비율범위로 혼합하고, 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

번호	프로판(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	10	-2	30.0	0.897
2	50	-51	24.8	1.633
3	80	-67	14.4	1.233
4	90	-65	14.0	1.233
실내온도: 20℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압R-23/R-116=39/61,일정총충전량: 210g

표 5의 결과를 도 5에 나타낸다. 또 참고를 위해, 도면에 있어서, 프로판 0wt%와 10Owt%의 고내온도 및 토출압력은, 각각 R-23(39wt%) 과 R-1l6(6lwt%)의 혼합가스와 프로판의 비점 및 실온에서의 증기압을 각각 플로트하였다.

도면에서 명확이 나타나듯이, 프로판 90wt% 근방의 영역에서 프로판의 혼합비율을 하강시킴과 함께 고내온도가 급격히 저하되고, 한편 토출압력은 비교적 낮게 유지되고 있다. 또한, 프로판의 혼합비율이 50wt% 이하가 되면 냉동기유니트의 작동이 불안정해져 일정한 고내온도를 얻을 수 없었다.

이것으로부터, R-23과 R-l16의 혼합가스에 대하여 프로판혼합비율 55∼95wt%의 범위로, 토출압력이 거의 l3∼22 kgf/㎠에서 고내온도를 거의 -60∼-67℃로 유지하여 운전할 수 있음을 알 수 있다.

특히, 프로판혼합비율 65∼85wt%가 토출압력 20kgf/㎠ 이하인 운전조건에서 고내온도 -65℃이하를 실현하는 냉매로서 적합하다.

(4) R-23과 R-116의 혼합계에 대한 부탄첨가의 효과

R-23과 R-116의 혼합가스와 부탄과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서 성질을 확인하기 위하여 R-23과 R-116혼합비 39:61에 대해, 부탄을 여러 가지 비율로 혼합하여 냉동기 유니트에 충전해서 운전했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

번호	부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	50	-29	19.0	1.333
2	80	-38	9.5	0.625
3	90	-32	6.0	0.557
실내온도: 20℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압R-23/R-116=39/61,일정총충전량: 210g

표 6의 결과를 도 6에 나타낸다. 또, 도면에 있어서 부탄 0wt%와 l00wt%의 고내온도 및 토출압력은, 각각 R-23(39wt%)과 R-116(61wt%)의 혼합가스와 부탄의 비점 및 실온에서의 증기압이다.

도면으로부터 분명하듯이, R-23과 R-ll6의 혼합가스에 대하여 부탄90wt% 근방의 영역에서 부탄의 혼합비율을 하강시킴과 함께 고내온도가 급격히 저하되나 토출압력의 상승은 완만하고 낮은 값에 유지되어 있고, 프로판첨가의 경우와 동일한 경향이 보인다. 부탄첨가량이 50wt% 이하가 되면 냉동기유니트의 작동이 불안정해져 일정한 고내 온도를 얻을 수 없었다.

도면에서, 부탄50∼90wt%에서 고내온도 -30∼-40℃로 되나, 토출압력도 6.0∼19kgf/㎠로 낮게 유지됨을 알 수 있다. 이 때문에, 그다지 낮은 냉동온도가 요구되지 않은 경우는, 이의 조성의 냉매는 압축기의 부하가 작아도 되니까 유리하다.

또한, 특히 부탄혼합비율 60~80wt%는 토출압력 15kgf/㎠이하에서 고내온도 -35℃이하를 실현하는 냉매로서 적합하다.

(5) R-23에 대한 프로판과 부탄첨가의 효과

R-23단체와, 프로판과 부탄과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서의 성질을 확인하기 위해서, R-23과, 혼합비가 40:60의 프로판과 부탄의 혼합가스를 여러가지의 비율로 혼합하여 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.

또한, 사용냉동고는 단포스사제의 냉동압축기를 사용하고, 통상법에 따라서 냉매를 충전하여 운전하여, 냉동고의 고내온도, 및 압축기의 토출압력, 흡입압력을 측정하였다.

번호	프로판+부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	82.4	-60	17.0	0.000
2	81.3	-63	19.5	0.001
3	80.0	-63	22.0	0.001
4	78.6	-61	23.0	0.003
5	77.8	-75	17.5	0.001
6	76.5	-70	21.8	0.004
7	65.0	-72	19.0	0.003
8	61.9	-72	18.5	0.003
9	59.1	-72	19.5	0.003
10	40.0	-65	23.0	0.003
실내온도: 28℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압프로판/부탄= 40/60,총 충전량: 140~220g

표 7의 결과를 도 7에 나타낸다. 또한 참고를 위해, 도면에 있어서(프로판+부탄)이 0wt%인 고내온도 및 토출압력은, R-23의 비점 및 실온에서의 증기압을 각각 플로트하였다.

도면에서 분명하듯이, R-23에 대하여, 프로판 + 부탄의 혼합비율이 40∼85wt%(프로판: l6∼34wt%, 부탄: 24∼5lwt%), 및 R-23의 혼합비율이 60∼l5wt%로 고내 온도 -60℃ 이하로 유지되고, 압축기출구에 있어서 토출압력은 l7.0∼23.0 kgf/㎠로 운전할 수가 있었다.

6) R-1l6에 대한 프로판과 부탄첨가의 효과

R-l16단체와, 프로판과 부탄과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서의 성질을 확인하기 위해서, R-1l6과, 혼합비가 40:60의 프로판과 부탄의 혼합가스와를 여러가지 비율로 혼합하여 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표 8에 나타낸다.

사용한 냉동고 및 측정조건은 (5)와 동일하다.

번호	프로판+부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	88.2	-52	8.5	0.340
2	83.3	-58	10.0	0.272
3	78.9	-66	12.0	0.204
4	75.0	-68	13.0	0.000
5	73.7	-63	14.0	0.068
6	70.0	-65	15.0	0.000
7	68.4	-66	14.8	0.068
8	65.0	-68	15.0	0.000
9	63.2	-58	18.4	0.068
10	61.1	-63	18.2	0.000
11	57.9	-65	19.2	0.001
12	55.0	-67	19.5	0.001
13	52.4	-69	19.0	0.001
14	50.0	-69	18.0	0.001
15	47.8	-68	20.0	0.001
16	40.0	-65	25.0	0.001
실내온도: 28℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압프로판/부탄= 40/60,총 충전량: 190~250g

표 8의 결과를 도 8에 나타낸다. 또, 도면에 있어서(프로판+부탄)이 0wt%인 고내온도 및 토출압력은, R-ll6의 비점 및 실온에서의 증기압이다.

도면에서 분명하듯이, R-l16에 대하여, 프로판 + 부탄의 혼합비율이 40∼80wt(프로판: 16∼32wt%, 부탄: 24∼48wt%), 및 R-l16의 혼합비율이 60∼20wt%에서 고내 온도가 - 60℃ 이하로 유지되고, 토출압력도 12.0∼25.0kgf/㎠로 운전할 수가 있었다.

(7) R-23에 대한 부탄첨가의 효과

R-23단체와 부탄과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서의 성질을 확인하기 위해서, R-23과 부탄을 여러가지 비율로 혼합하여 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표 9에 나타낸다.

사용한 냉동고 및 측정조건은 (5)와 동일하다.

번호	부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	88.9	-51	13.5	0.068
2	83.3	-69	18.6	0.002
3	78.9	-72	20.0	0.003
4	75.0	-74	19.0	0.001
5	71.4	-75	17.9	0.001
6	65.1	-74	17.2	0.001
7	60.0	-74	21.0	0.004
8	50.0	-60	22.5	0.003
실내온도: 28℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압총 충전량: 190~230g

표 9의 결과를 도 9에 나타낸다. 또한 참고를 위해, 도면에 있어서, 부탄이 0wt%인 고내온도 및 토출압력은, R-23의 비점 및 실온에서의 증기압을 플로트하였다.

도면에서 분명하듯이, 부탄의 혼합비율이 50∼85wt%, R-23의 혼합비율이 50∼15wt%의 범위에서 고내온도 -60℃ 이하로 유지되고, 토출압력도 17.2∼2l.0kgf/㎠로 운전할 수가 있었다.

(8) R-ll6에 대한 부탄첨가의 효과

R-l16단체와 부탄과의 혼합계에서 본 발명의 냉매로서의 성질을 확인하기 위해서, R-1l6과 부탄을 여러가지 비율로 혼합하여 냉동기유니트에 충전하여 운전하였다. 그 결과를 표 l0에 나타낸다.

사용한 냉동기 및 측정조건은 (5)와 동일하다.

번호	부탄(wt%)	고내온도(℃)	토출압력(kgf/㎠)	흡입압력(kgf/㎠abs)
1	80.0	-60	12.5	0.272
2	73.7	-63	12.8	0.204
3	72.7	-63	15.0	0.000
4	71.4	-65	15.0	0.136
5	70.0	-69	15.0	0.068
6	68.4	-60	16.0	0.204
7	66.7	-72	15.3	0.027
8	65.2	-76	15.5	0.041
9	63.6	-68	15.8	0.000
10	62.5	-73	15.7	0.027
11	61.9	-74	17.2	0.068
12	60.0	-71	15.7	0.000
13	57.9	-70	17.2	0.068
14	56.5	-74	18.0	0.068
15	55.0	-71	17.0	0.068
16	52.4	-69	18.0	0.000
17	50.0	-69	21.0	0.000
18	45.0	-60	22.5	0.000
실내온도: 28℃토출압력은 게이지압, 흡입압력은 절대압총 충전량: 200~240g

표 l0의 결과를 도 10에 나타낸다. 또한, 도면에 있어서 부탄이 0wt%인 고내 온도 및 토출압력은, R-l16의 비점 및 실온에서의 증기압이다.

도면에서 분명하듯이, 부탄이 45∼80wt%, 및 R-l16의 혼합비율이 55∼20wt%인 범위에서 고내온도 -60℃ 이하로 유지되고, 토출압력도 12.5∼21.0 kgf/㎠로 운전할 수가 있었다.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명의 혼합계냉매는 오존파괴능이 0이고, 온난화효과도 낮기 때문에 환경에 악영향을 미치는 일없이 이용할 수 있는 것이, R-23과 R-l16 및 종래부터 연료용등으로서 사용되고 있는 프로판 및 부탄가스로부터 염가로 제조할 수가 있고, 안전하고 또한 취급이 용이하다.

또한, 그 냉매로서의 특성덕분으로 각별히 복잡·고도한 냉동기유니트를 새롭게 구축할 필요 없이, 기존의 냉동고에 의해서 초저온, 특히-60℃ 이하의 고내온도를 실현할 수 있고, 설비상도 지극히 염가이며 또한 보수관리가 용이하여, 금후 발전이 예상되는 바이오테크날러지를 비롯하여 식품 기타 분야에 관해서 산업상 기여하는 바가 크다.

Claims

트리플루오로메탄(CHF₃:R-23), 퍼플루오로에탄(C₂F₆:R-116), 및 프로판과 부탄 중 적어도 1종이상을 함유하고, 상기 트리플루오로메탄 및 퍼플루오로에탄은 70∼15중량%의 트리플루오로메탄, 30∼85중량%의 퍼플루오로에탄의 혼합비율로 함유되고, 상기 프로판은 55중량% 내지 95중량%, 상기 부탄은 50중량% 내지 90중량%의 양으로 포함되거나 또는 프로판 및 부탄의 혼합물이 35중량% 내지 70중량%의 양으로 포함되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
삭제
트리플루오로메탄(CHF₃:R-23), 퍼플루오로에탄(C₂F₆:R-116), 및 프로판과 부탄 중 적어도 1종이상을 함유하고, 상기 프로판은 55∼95중량%, 상기 부탄은 50∼90중량%로 포함되거나, 또는 프로판 및 부탄의 혼합물이 35중량% 내지 70중량%로 포함되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
트리플루오로메탄(CHF₃:R-23), 프로판 및 부탄을 함유하고, 각각의 혼합비율이 트리플루오로메탄 60∼15중량%, 프로판 16∼34중량%, 부탄 24∼51중량%로 함유되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
삭제
트리플루오로메탄(CHF₃:R-23) 및 부탄을 함유하고, 상기 트리플루오로메탄 및 부탄은 트리플루오로메탄 50∼l5중량%, 부탄 50∼85중량%의 혼합비율로 함유되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
삭제
퍼플루오로에탄(C₂F₆:R-116), 프로판 및 부탄을 함유하고, 상기 퍼플루오로에탄, 프로판 및 부탄은 플루오로에탄 60∼20중량%, 프로판 16~32중량%, 부탄 24∼48중량%의 혼합비율로 함유되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
삭제
퍼플루오로에탄(C2F6:R-116) 및 부탄을 함유하고, 상기 퍼플루오로에탄 및 부탄은 퍼플루오로에탄 55∼20중량%, 부탄 45∼80중량%의 혼합비율로 함유되어지는 것을 특징으로 하는 초저온용냉매.
삭제