KR100540278B1 - R502 substitute mixed refrigerant and refrigeration system using thereof - Google Patents

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KR100540278B1 KR1020050006143A KR20050006143A KR100540278B1 KR 100540278 B1 KR100540278 B1 KR 100540278B1 KR 1020050006143 A KR1020050006143 A KR 1020050006143A KR 20050006143 A KR20050006143 A KR 20050006143A KR 100540278 B1 KR100540278 B1 KR 100540278B1
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Abstract

본 발명은 증기 압축식 냉동기 또는 공조기에서 사용되는 R502를 대체하기 위한 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존층파괴와 지구온난화를 일으키지 않으면서 동시에 기존의 냉동시스템의 대체 없이 직접 적용할 수 있도록 프로필렌, 프로판, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1-트리플루오로에탄을 조합하여 구성되는 혼합냉매에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합냉매는 R1270(프로필렌) 1 내지 98중량%, R290(프로판) 1 내지 98중량% 및 R143a(1,1,1-트리플루오로에탄) 1 내지 20중량%로 구성된다.The present invention relates to a mixed refrigerant for replacing R502 used in a vapor compression refrigerator or an air conditioner and a refrigeration system using the same. More specifically, the present invention relates to a direct refrigerant without replacing the existing refrigeration system without causing ozone layer destruction and global warming. It relates to a mixed refrigerant composed of a combination of propylene, propane, pentafluoroethane and 1,1,1-trifluoroethane for application. The mixed refrigerant according to a preferred embodiment of the present invention is 1 to 98% by weight of R1270 (propylene), 1 to 98% by weight of R290 (propane) and 1 to 20% by weight of R143a (1,1,1-trifluoroethane). It is composed.

Description

알502 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템{R502 SUBSTITUTE MIXED REFRIGERANT AND REFRIGERATION SYSTEM USING THEREOF}R502 SUBSTITUTE MIXED REFRIGERANT AND REFRIGERATION SYSTEM USING THEREOF}

본 발명은 증기 압축식 냉동/공조기에서 냉매(Refrigerant, 이하 R이라 한다)로 사용할 수 있는 물질 즉 '프로필렌과 프로판 그리고 R125와 R143a를 조합하여 구성되는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템'에 관한 것이며 좀더 구체적으로는 지금까지 저온용 냉동고 및 수송용 냉동기 등에 널리 적용되어 온 R502(이하 혹은 CFC502라 한다)를 대체할 수 있는 혼합냉매에 관한 것이다. CFC502는 48.8중량% 모노클로로플루오로메탄(이하 R22 혹은 HCFC22라 한다)과 51.2중량% 클로로펜타플루오루에탄(이하 R115 혹은 CFC115라 한다)을 혼합한 공비혼합냉매이다.The present invention relates to a material that can be used as a refrigerant (referred to as R) in a vapor compression refrigeration / air conditioner, that is, a mixed refrigerant composed of a combination of propylene and propane and R125 and R143a and a refrigeration system using the same. Specifically, the present invention relates to a mixed refrigerant capable of replacing R502 (hereinafter referred to as CFC502) which has been widely applied to a low temperature freezer and a transport refrigerator. CFC502 is an azeotropic mixed refrigerant comprising 48.8% by weight monochlorofluoromethane (hereinafter referred to as R22 or HCFC22) and 51.2% by weight chloropentafluoroethane (hereinafter referred to as R115 or CFC115).

지금까지는 냉동기, 에어컨, 열펌프 등의 냉매로서 메탄 또는 에탄에서 유도한 염화불화탄소(Chlorofluorocarbon, 이하 CFC라 한다)와 수소화염화불화탄소(Hydrochlorofluorocarbon, 이하 HCFC라 한다)가 주로 사용되어 왔으며 특히 저온용 냉동고, 수송용 냉동기, 슈퍼마켓 냉동기 등에는 비등점이 -45.4℃이고 분자 질량이 111.6kg/kmol인 CFC502가 가장 널리 사용되어 왔다. 그러나 최근에는 CFC와 HCFC에 의한 성층권 내 오존층 파괴가 중요한 지구환경문제로 대두되었고 이로 인해 성층권 오존을 파괴하는 CFC와 HCFC의 생산과 소비는 1987년에 만들어진 몬트리올 의정서에 의해 규제를 받고 있다. CFC502는 오존파괴지수(Ozone depletion potential, 이하 ODP라 한다)가 0.18로 높아서 현재 선진국에서는 몬트리올 의정서에 의거하여 전폐되었으며 현재 전 세계 대부분의 국가가 오존파괴지수(ODP)가 0.0인 대체냉매를 사용하려 하고 있다.Until now, chlorofluorocarbons (hereinafter referred to as CFCs) and hydrochlorofluorocarbons (hereinafter referred to as CFCs) derived from methane or ethane have been mainly used as refrigerants for refrigerators, air conditioners, and heat pumps. CFC502, which has a boiling point of −45.4 ° C. and a molecular mass of 111.6 kg / kmol, has been most widely used in freezers, transport freezers, supermarket freezers, and the like. Recently, however, the destruction of the stratospheric ozone layer by CFCs and HCFCs has emerged as an important global environmental problem, and the production and consumption of stratospheric ozone-depleting CFCs and HCFCs is regulated by the Montreal Protocol, created in 1987. CFC502 has a high Ozone Depletion Potential (ODP) of 0.18, which has now been decommissioned in developed countries under the Montreal Protocol, and most countries around the world now try to use alternative refrigerants with an ODP of 0.0. Doing.

또 최근에는 오존층 파괴 문제뿐만 아니라 지구 온난화 문제도 급속도로 부상하기 시작했고 1997년의 교토 의정서는 지구온난화지수(Global warming potential, 이하 GWP라 한다)가 높은 HFC 냉매의 사용을 자제할 것을 강력히 권하고 있다. 이런 추세를 반영하여 유럽과 일본의 냉장고 제조 회사는 거의 대부분의 냉장고에 탄화수소인 이소부탄(이하 R600a라 한다)을 냉매로 쓰고 있으며 가정용 에어컨, 히트 펌프, 저온용 냉동고, 자동차 에어컨 등을 생산하는 업체들도 지구온난화지수(GWP)가 낮은 탄화수소 계열의 냉매를 사용하려 하고 있다.Recently, not only the ozone depletion problem but also the global warming problem has begun to emerge rapidly, and the 1997 Kyoto Protocol strongly recommends refusing to use HFC refrigerants with high global warming potential (GWP). . Reflecting this trend, European and Japanese refrigerator manufacturing companies use isobutane (hereinafter referred to as R600a) as a refrigerant in almost all refrigerators and produce household air conditioners, heat pumps, low temperature freezers and automobile air conditioners. Some are also trying to use hydrocarbon-based refrigerants with a low global warming index (GWP).

[표 1]은 몇몇 냉매의 환경 지수를 보여 준다. Table 1 shows the environmental indices of some refrigerants.

[ 냉매들의 환경 지수 ]Environmental Index of Refrigerants 냉 매Refrigerant 오존파괴지수(ODP)Ozone Depletion Index (ODP) 지구온난화지수(GWP)Global Warming Index (GWP) CFC12CFC12 0.90.9 8,5008,500 HFC134aHFC134a 0.00.0 1,3001,300 HCFC22HCFC22 0.050.05 1,7001,700 R407CR407C 0.00.0 1,3701,370 CFC502CFC502 0.180.18 4,5104,510 R404AR404A 0.00.0 3,8503,850 HFC125HFC125 0.00.0 3,2003,200 HFC143aHFC143a 0.00.0 4,4004,400 HFC152aHFC152a 0.00.0 140140 프로필렌(R1270)Propylene (R1270) 0.00.0 3 이하3 or less 프로판(R290)Propane (R290) 0.00.0 3 이하3 or less DME(RE170)DME (RE170) 0.00.0 3 이하3 or less 이소부탄(R600a)Isobutane (R600a) 0.00.0 3 이하3 or less

(*) ODP는 CFC11을 1.0으로 정해서 기준으로 삼은 것임.(*) ODP is based on CFC11 as 1.0.

(**) GWP는 100년 기준 이산화탄소를 1.0으로 정해서 기준으로 삼은 것임.(**) GWP is based on a 100-year carbon dioxide standard of 1.0.

[표 1]에서 볼 수 있듯이 프로필렌, 프로판, 이소부탄, DME, 그리고 HFC152a 등은 오존층파괴지수(ODP)가 0.0이고 지구온난화지수(GWP)도 다른 냉매들에 비해 현저히 낮다. 바로 이런 특성으로 인해 현재 유럽 연합과 일본 그리고 아시아의 대부분 국가들이 ODP가 0.0이고 GWP가 기존의 CFC 냉매나 HFC 냉매보다 낮은 냉매들을 혼합하여 원하는 열역학적 특성을 얻고 또 동시에 효율 향상이나 기름과의 호환성 증대를 이루려 한다. 이런 점에서 프로필렌, 프로판, 이소부탄, DME, 그리고 HFC152a 등은 적격이라 할 수 있다.As shown in Table 1, propylene, propane, isobutane, DME, and HFC152a have an ozone depletion index (ODP) of 0.0 and a global warming index (GWP). This is why most countries in the European Union, Japan and Asia now mix refrigerants with an ODP of 0.0 and lower GWP than conventional CFC or HFC refrigerants to achieve the desired thermodynamic properties while at the same time improving efficiency or increasing oil compatibility. To achieve. In this sense, propylene, propane, isobutane, DME, and HFC152a are eligible.

어떤 물질이 기존 냉매의 대체냉매로 유용하려면 우선 기존 냉매와 유사한 성능계수(Coefficient of performance, 이하 COP라 한다)를 가져야 한다. 여기서 성능계수(COP)란 압축기에 가해진 일과 대비한 총 냉동효과를 의미하는 것으로서 COP가 클수록 냉동/공조기의 에너지 효율이 좋다. 또한 압축기를 크게 개조하지 않고 사용하려면 대체냉매가 기존 냉매와 비슷한 증기압을 가져서 궁극적으로 비슷한 체적용량(Volumetric capacity, 이하 VC라 한다)을 제공해야 한다. 여기서 체적용량(VC)이란 단위 체적 당 냉동 효과를 뜻하는데 이것은 압축기의 크기를 나타내는 인자로서 대개 증기압에 비례하고 단위는 kJ/㎥이다. 대체냉매가 기존 냉매와 비슷한 체적용량을 낸다면 제조업체는 압축기를 바꾸거나 크게 개조하지 않고도 냉동/공조기를 제작할 수 있어 매우 유리하다. 그러나 지금까지의 연구 결과 순수 물질로 기존 냉매를 대체하는 경우 대체냉매의 체적용량이 달라서 필연적으로 압축기를 바꾸거나 크게 개조해야 하며 또 기존 냉매와 비슷한 성능계수를 내기가 어렵다는 것이 밝혀졌다. In order for a material to be useful as an alternative to a conventional refrigerant, it must first have a coefficient of performance (COP) similar to that of a conventional refrigerant. The coefficient of performance (COP) refers to the total refrigeration effect compared to the work applied to the compressor, the larger the COP, the better the energy efficiency of the refrigeration / air conditioner. In addition, in order to use the compressor without major modifications, the alternative refrigerant must have a vapor pressure similar to that of the existing refrigerant and ultimately provide a similar volumetric capacity (VC). Here, the volumetric capacity (VC) refers to the refrigeration effect per unit volume, which is a factor indicating the size of the compressor, which is usually proportional to the vapor pressure and is in kJ / m 3. If the replacement refrigerant has a volume capacity similar to that of the existing refrigerant, it is very advantageous for manufacturers to build refrigeration / air conditioning without changing compressors or making major modifications. However, studies to date have shown that in case of replacing the existing refrigerant with pure material, the volume of the replacement refrigerant is different, so it is inevitable to change or largely modify the compressor, and it is difficult to obtain a similar coefficient of performance as the existing refrigerant.

이를 해결할 수 있는 방법 중 하나가 혼합냉매를 이용하는 것이다. 혼합냉매의 특성은 조성을 잘 배합해서 성능계수를 기존 냉매와 비슷하게 하고 동시에 기존 냉매와 비슷한 체적용량(VC)을 내게 하며 이로써 압축기를 크게 개조할 필요가 없게 만들 수 있다는 것이다. 이런 특성 때문에 지난 몇 년간 CFC502의 대체물로 여러 혼합냉매가 제안된바 있으나 그것들 중 몇몇은 몬트리올 의정서에서 사용을 금하는 HCFC를 구성 성분으로 가지고 있어 장기적인 관점에서 볼 때 적합한 대체물이라 할 수 없다. One way to solve this is to use a mixed refrigerant. The characteristics of mixed refrigerants are that they can be formulated so that their coefficients of performance are similar to those of conventional refrigerants, while at the same time providing a volumetric capacity (VC) similar to conventional refrigerants, thereby eliminating the need for major modifications to the compressor. Due to these characteristics, several mixed refrigerants have been proposed as substitutes for CFC502 in the past few years, but some of them have HCFCs which are prohibited from use in the Montreal Protocol, and thus are not suitable alternatives in the long term.

미국의 듀퐁 사는 오존층 붕괴를 일으키지 않는 R404A라는 3원 혼합냉매(44중량% R125 / 52중량% R143a / 4중량% R134a)를 개발했으나 이 냉매는 R502보다 에너지 효율이 낮으므로 지구 온난화의 간접 효과를 가속화시킬 우려가 있고 또 교토 의정서에서 사용을 제한하는 HFC만으로 구성되어 있어 장기적 관점에서 적합한 대체물이라 할 수 없다. Dupont of the United States has developed a three-way mixed refrigerant, R404A (44% by weight R125 / 52% by weight R143a / 4% by weight, R134a) that does not cause ozone decay, but this refrigerant is less energy efficient than R502, thus inducing the indirect effects of global warming. It is a suitable alternative in the long term because it consists only of HFCs that may be accelerated and limit the use in the Kyoto Protocol.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오존층파괴와 지구온난화를 일으키지 않는 물질인 프로필렌, 프로판, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1-트리플루오로에탄을 적절한 조성비로 조합하여 사용함으로써 기존 냉동시스템을 교체하거나 크게 개조하지 않고 직접 적용할 수 있도록 하는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is propylene, propane, pentafluoroethane and 1,1,1-trifluoro which are substances that do not cause ozone layer destruction and global warming By using ethane in combination at an appropriate composition ratio, it is to provide a mixed refrigerant and a refrigeration system using the same, which can be directly applied without replacing or remodeling an existing refrigeration system.

상기한 본 발명의 목적은 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 1 내지 98중량%, R290(프로판) 1 내지 98중량%, R125(펜타플루오로에탄) 1 내지 30중량%로 구성된 혼합냉매에 의해 달성된다.The above object of the present invention is a mixture consisting of 1 to 98% by weight of R1270 (propylene), 1 to 98% by weight of R290 (propane), and 1 to 30% by weight of R125 (pentafluoroethane) in a refrigeration / air conditioner mixed refrigerant. Achieved by the refrigerant.

상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 1 내지 20중량%, R290(프로판) 60 내지 85중량%, R125(펜타플루오로에탄) 1 내지 30중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 1 to 20% by weight of R1270 (propylene), 60 to 85% by weight of R290 (propane), and 1 to 30% by weight of R125 (pentafluoroethane) in a refrigeration / air conditioner mixed refrigerant It is preferable.

또한 상기한 본 발명의 목적은 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 1 내지 98중량%, R290(프로판) 1 내지 98중량% 및 R143a(1,1,1-트리플루오로에탄) 1 내지 20중량%로 구성된 혼합냉매에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention described above is 1 to 98% by weight of R1270 (propylene), 1 to 98% by weight of R290 (propane) and R143a (1,1,1-trifluoroethane) in a refrigerant mixture for refrigeration / air conditioning It can also be achieved by a mixed refrigerant composed of 20% by weight.

상기 목적을 달성하기 위해, R1270은 1 내지 20중량%, R290은 70 내지 90 중량% 및 R143a는 1 내지 20중량%인 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, R1270 is 1 to 20% by weight, R290 is 70 to 90% by weight and R143a is preferably 1 to 20% by weight.

또한 상기한 본 발명의 목적은 상기 열거한 혼합냉매들 중의 어느 하나를 사용하는 냉동/공조기에 의해서도 달성될 수 있다.The above object of the present invention can also be achieved by a refrigerating / air conditioner using any of the above listed mixed refrigerants.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 R502대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the configuration of the R502 replacement mixed refrigerant and a refrigeration system using the same according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 증기 압축식 냉동/공조기에서 냉매(Refrigerant, 이하 R이라 한다)로 사용할 수 있는 물질 즉 '프로필렌과 프로판 그리고 R125와 R143a를 조합하여 구성되는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템'에 관한 것이며 좀더 구체적으로는 지금까지 저온용 냉동고 및 수송용 냉동기 등에 널리 적용되어 온 R502(이하 혹은 CFC502라 한다)를 대체할 수 있는 혼합냉매에 관한 것이다. The present invention relates to a material that can be used as a refrigerant (referred to as R) in a vapor compression refrigeration / air conditioner, that is, a mixed refrigerant composed of a combination of propylene and propane and R125 and R143a and a refrigeration system using the same. Specifically, the present invention relates to a mixed refrigerant capable of replacing R502 (hereinafter referred to as CFC502) which has been widely applied to a low temperature freezer and a transport refrigerator.

본 발명의 목적은 오존파괴지수(ODP)가 0.0이므로 성층권 내 오존층에 전혀 영향을 미치지 않으며 지구온난화지수 또한 기존의 다른 대체냉매보다 낮고 동시에 기존의 압축기를 크게 개조하지 않고도 CFC502의 대체냉매로 사용할 수 있는 혼합냉매를 제공하는 것이다.The object of the present invention is that since the ODP is 0.0, it does not affect the ozone layer in the stratosphere at all, and the global warming index is also lower than other alternative refrigerants and at the same time, it can be used as an alternative refrigerant of CFC502 without greatly modifying the existing compressor. To provide a mixed refrigerant.

좀더 구체적으로 본 발명은 R1270(프로필렌, Propylene)과 R290(프로판, Propane) 그리고 R125(펜타플루오로에탄)와 R143a(1,1,1-트리플루오로에탄) 중 하나로 구성된 혼합냉매에 관한 것이다. 본 발명에서 제안하는 대체 혼합냉매는 오존파괴지수(ODP)가 0.0이고 기존의 다른 대체냉매에 비해 지구온난화지수(GWP)가 낮으며 또 CFC502의 성능계수(COP)와 체적용량(VC)에 근접한 값을 낸다.More specifically, the present invention relates to a mixed refrigerant composed of one of R1270 (propylene, propylene) and R290 (propane, propane) and R125 (pentafluoroethane) and R143a (1,1,1-trifluoroethane). The alternative mixed refrigerant proposed in the present invention has an ozone depletion index (ODP) of 0.0 and a lower global warming index (GWP) than other alternative refrigerants, and is close to the coefficient of performance (COP) and volume capacity (VC) of CFC502. Yields a value.

도 1은 본 발명에서 사용한 일반적인 냉동/공조기의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉동/공조기는 일반적으로 증발기, 응축기, 압축기, 팽창 밸브 등을 포함하여 구성된다. 1 is a block diagram of a general refrigeration / air conditioner used in the present invention. As shown in FIG. 1, the refrigeration / air conditioner generally comprises an evaporator, a condenser, a compressor, an expansion valve, and the like.

대체 혼합냉매를 개발하기 위하여 본 발명자는 냉동/공조기의 성능을 모사하는 미국 표준 연구소(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 CYCLE-D 프로그램을 사용하였다. 프로그램을 통해 냉동/공조기를 구성하는 요소들 예를 들어 열교환기 및 압축기 등에 대한 열역학 및 열전달 해석을 수행하였고 최종적으로 이 모든 것을 조합하여 사용했다. 프로그램의 정확도를 결정하는 중요 인자 중 하나는 냉매의 물성치이다. 본 프로그램에서는 미국, 일본 등에서 기준으로 삼고 있는 Carnahan-Starling-De Santis(CSD) 상태 방정식을 사용하여 모든 냉매의 물성치를 계산했다. REFPROP으로 알려진 CSD 상태 방정식은 미국 표준 연구소(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 것으로 정확성 및 적용성이 이미 입증되어 전 세계 냉동/공조 관련 유수 기업, 연구소, 대학에서 가장 널리 사용되는 프로그램이다. 이번에 만든 혼합냉매 및 냉동/공조기의 개발 및 실행을 위한 입력 데이터로는 가능한 한 실제 데이터를 사용했다.To develop an alternative mixed refrigerant, the inventors used the CYCLE-D program developed by the National Institute of Standards and Technology, which simulates the performance of a refrigeration / air conditioner. The program conducted thermodynamic and heat transfer analyzes of the components that make up the refrigeration / air conditioner, such as heat exchangers and compressors, and finally used them all in combination. One of the important factors that determine the accuracy of the program is the properties of the refrigerant. In this program, the properties of all refrigerants were calculated using the Carnahan-Starling-De Santis (CSD) state equation, which is the standard in the United States and Japan. The CSD state equation, known as REFPROP, was developed by the National Institute of Standards and Technology and is the most widely used program in leading refrigeration and air conditioning companies, laboratories, and universities worldwide for its proven accuracy and applicability. The actual data was used as input data for the development and execution of the mixed refrigerant and refrigeration / air conditioner.

본 발명자는 냉동/공조기용 대체냉매의 오존파괴지수(ODP)가 반드시 0.0이어야 하며 가능한 한 지구온난화지수(GWP)가 낮아야 한다는 판단 하에 자연냉매인 R1270(프로필렌, Propylene)과 R290(프로판, Propane) 그리고 R125(펜타플루오로에탄)와 R143a(1,1,1-트리플루오로에탄) 중 하나를 혼합하여 기존 냉매를 대체할 수 있게 하였다.The present inventors have determined that the ozone depletion index (ODP) of the alternative refrigerant for refrigeration / air conditioner should be 0.0 and the global warming potential (GWP) should be as low as possible. Therefore, natural refrigerants R1270 (propylene, propylene) and R290 (propane, propane) In addition, R125 (pentafluoroethane) and R143a (1,1,1-trifluoroethane) were mixed to replace the existing refrigerant.

[표 2]는 기존의 CFC502를 사용하는 냉동/공조기의 사용 조건을 적용하여 전산해석 프로그램을 통해 계산한 본 발명에 따른 혼합냉매의 성능지수들을 기존 냉매의 성능지수들과 비교한 결과들을 나타낸 것이다.[Table 2] shows the results of comparing the performance index of the mixed refrigerant according to the present invention with the performance index of the conventional refrigerant calculated by the computerized analysis program by applying the conditions of the refrigeration / air conditioner using the existing CFC502 .

[ CFC502 및 대체 혼합냉매의 성능 비교 ][Performance Comparison of CFC502 and Alternative Mixed Refrigerants] 냉매Refrigerant 조성(중량%)Composition (% by weight) COPCOP VC(kJ/m3)VC (kJ / m 3 ) GTD(℃)GTD (℃) Tdis(℃)Tdis (℃) COPdiff (%)COP diff (%) VCdiff (%)VC diff (%) R1270R1270 R290R290 R125R125 R143aR143a CFC502CFC502 1.071.07 816816 0.20.2 102.7102.7 R404AR404A 0.990.99 807807 0.70.7 94.794.7 -7.5-7.5 -1.1-1.1 본 발명 예 1Inventive Example 1 1010 6060 3030 1.181.18 879879 6.56.5 98.998.9 10.310.3 7.77.7 본 발명 예 2Inventive Example 2 1010 8585 55 1.181.18 784784 2.22.2 101.8101.8 10.310.3 -3.9-3.9 본 발명 예 3Inventive Example 3 2020 7070 1010 1.191.19 842842 3.13.1 102.1102.1 11.211.2 3.23.2 본 발명 예 4Inventive Example 4 1010 7070 2020 1.231.23 927927 1.91.9 101.5101.5 15.015.0 13.613.6 본 발명 예 5Inventive Example 5 1010 8585 55 1.191.19 805805 0.90.9 102.1102.1 11.211.2 -1.3-1.3 본 발명 예 6Inventive Example 6 2020 7070 1010 1.221.22 884884 1.31.3 102.8102.8 14.014.0 8.38.3

* COP: 성능계수(Coefficient of performance, 총 냉동효과/압축기에 가해진 일)* COP: Coefficient of performance (total refrigeration effect / work done on the compressor)

* VC: 체적용량(Volumetric capacity)* VC: Volumetric capacity

* GTD: 온도구배(Gliding temperature difference)* GTD: Grading temperature difference

* Tdis: 압축기 토출온도(Compressor discharge temperature)* T dis : Compressor discharge temperature

* COPdiff: CFC502 대비 성능계수 차이* COP diff : Performance factor difference compared to CFC502

*VCdiff: CFC502 대비 체적용량 차이* VC diff : Volumetric difference compared to CFC502

[표 2]에 의하면 본 발명예 1 내지 6의 혼합냉매들이 기존의 CFC502나 R404A에 비해 성능계수가 높고 체적용량이 비슷함을 알 수 있다. 현재 상용화되고 있는 여러 혼합냉매의 온도구배가 7℃ 미만인 점을 감안할 때 이 혼합냉매들의 온도구배는 그 이하이므로 사용하는 데 문제가 없다. 또한 본 발명예 1 내지 6의 혼합냉매들의 압축기 토출 온도 역시 CFC502와 비슷하므로 사용하는 데 문제가 없다.Table 2 shows that the mixed refrigerants of Examples 1 to 6 of the present invention have higher performance coefficients and similar volume capacities than conventional CFC502 or R404A. Considering that the temperature gradient of various mixed refrigerants currently commercialized is less than 7 ° C., the temperature gradient of these mixed refrigerants is less than that, so there is no problem in using them. In addition, the compressor discharge temperature of the mixed refrigerants of Examples 1 to 6 of the present invention is also similar to CFC502, so there is no problem to use.

본 발명예 1 내지 6의 모든 혼합냉매는 오존파괴지수(ODP)가 0.0으로서 전혀 오존층을 파괴시키지 않으므로 환경 보존 측면에서도 CFC502보다 훨씬 우수하다. 또 CFC502의 대체냉매인 R404A의 경우 지구 온난화 지수가 높아서 교토 의정서에 의거하여 규제를 받으므로 프로필렌과 프로판을 중심으로 혼합냉매를 만들면 HFC 사용량이 줄어들어 지구 온난화도 경감시킬 수 있다. All mixed refrigerants of Examples 1 to 6 of the present invention are much better than CFC502 in terms of environmental preservation because the ozone depletion index (ODP) is 0.0 and does not destroy the ozone layer at all. In addition, R404A, an alternative to CFC502, is regulated under the Kyoto Protocol due to its high global warming index. Therefore, the use of mixed refrigerants based on propylene and propane can reduce HFC usage and reduce global warming.

참고로 상기 기술한 본 발명예들의 조성을 벗어나는 다른 조성에서는 온도 구배가 너무 크든지, 용량과 효율이 너무 낮든지, 압축기 토출 온도가 너무 높아서 실제로 냉동/공조기에 적용하는 데 문제가 있으며, 이하에서는 이를 구체적으로 살펴본다. For reference, other compositions that deviate from the compositions of the present inventions described above, whether the temperature gradient is too large, the capacity and the efficiency are too low, or the compressor discharge temperature is too high, there is a problem in the actual application to the refrigeration / air conditioner, Look specifically.

[ 본 발명예 1, 2, 3 ][Inventive Examples 1, 2, 3]

본 발명예 1, 2, 3에서 보여지듯이, 혼합냉매에서 R125의 비율이 증가하면 온도구배가 증가하여 적절치 못하므로, R125는 30중량% 이하인 것이 바람직하다. R1270이 증가하면 체적용량이 증가하는 경향을 보이므로 혼합냉매가 기존 냉매와 유사한 체적용량을 갖기 위해서는 R1270은 20중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다. 본 발명예 1, 2에서 보여지듯이 R290이 증가하면 혼합냉매의 체적용량이 감소하므로, 혼합냉매가 적절한 체적용량을 갖기 위해서 R290은 60 내지 85중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.As shown in Examples 1, 2, and 3 of the present invention, when the ratio of R125 in the mixed refrigerant increases, the temperature gradient increases, which is not appropriate. Therefore, R125 is preferably 30% by weight or less. As R1270 increases, the volume capacity tends to increase. Therefore, in order for the mixed refrigerant to have a volume capacity similar to that of the existing refrigerant, it is preferable that R1270 does not exceed 20% by weight. As shown in Examples 1 and 2 of the present invention, when R290 increases, the volumetric capacity of the mixed refrigerant decreases, so that R290 is preferably in the range of 60 to 85% by weight in order for the mixed refrigerant to have an appropriate volumetric capacity.

즉 혼합냉매에서 R125는 30중량% 이하이어야 온도구배가 6.5이하로 될 수 있고, 특히 10중량% 이하이면 온도구배가 3도를 넘어서지 않는다. 그리고, R1270이 R290보다 증기압이 높기 때문에 R1270이 1 내지 20중량% 이고 R290이 60 내지 85중량%일 때에 기존 냉매와 체적용량이 유사해진다. That is, in the mixed refrigerant, R125 should be 30 wt% or less, so that the temperature gradient can be 6.5 or less. In particular, when 10 wt% or less, the temperature gradient does not exceed 3 degrees. In addition, since R1270 has a higher vapor pressure than R290, when R1270 is 1 to 20% by weight and R290 is 60 to 85% by weight, the volumetric capacity of the existing refrigerant is similar.

[ 본 발명예 4, 5, 6 ][Inventive Examples 4, 5, 6]

본 발명예 4, 5, 6에서 보여지듯이, 혼합냉매에서 R143a의 비율이 20중량%를 넘어서면 체적용량이 기존 냉매보다 커져서 압축기의 교체가 필요하므로, R143a는 20중량% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명예 4,5에서 1270의 조성비가 일정할 때 R143a의 비율이 5중량%에서 20중량%로 증가한 경우 체적용량이 805에서 927로 증가한 것에서도 확인된다. 또한 본 발명 예 4,6에서 R290의 조성비가 일정할 때 R143a의 비율이 10중량%에서 20중량%로 증가한 경우 체적용량이 884에서 927로 증가한 것에서도 확인된다.As shown in Examples 4, 5 and 6 of the present invention, when the ratio of R143a in the mixed refrigerant exceeds 20% by weight, the volumetric capacity is larger than that of the existing refrigerant, and thus the compressor needs to be replaced. Therefore, R143a is preferably 20% by weight or less. When the composition ratio of 1270 in Examples 4 and 5 of the present invention is constant, the ratio of R143a increased from 5% by weight to 20% by weight was also confirmed that the volumetric capacity increased from 805 to 927. In addition, when the composition ratio of R290 is constant in Examples 4 and 6 of the present invention, it is also confirmed that the volume capacity is increased from 884 to 927 when the ratio of R143a is increased from 10% by weight to 20% by weight.

본 발명예 5, 6에서 보여지듯이, 혼합냉매에서 R143a의 비율이 거의 유사한 상태에서 R1270의 비율이 10중량%에서 20중량%로 증가한 경우 체적용량이 805에서 884로 증가하므로 R1270의 증가는 체적용량의 증가를 가져온다. 따라서 R1270의 조성비율은 20중량%를 넘지 않아야 혼합냉매의 체적용량이 기존 냉매의 그것과 유사하게 된다.As shown in Examples 5 and 6 of the present invention, when the ratio of R1270 is increased from 10% to 20% by weight in a state where the ratio of R143a is almost the same in the mixed refrigerant, the volumetric capacity increases from 805 to 884, so that the increase in R1270 is the volumetric capacity. Brings an increase. Therefore, the composition ratio of R1270 should not exceed 20% by weight so that the volumetric capacity of the mixed refrigerant is similar to that of the existing refrigerant.

본 발명의 명세서 전체에 걸쳐 사용된 용어인 냉동시스템은 냉동기/공조기의 의미로 사용되는 것으로서 특별히 구분하지 않은 이상 양자는 동일한 의미로 사용된 것임에 유의할 필요가 있다.It is to be noted that the term "refrigeration system" used throughout the specification of the present invention is used in the meaning of a refrigerator / air conditioner, unless otherwise specified, that both are used in the same meaning.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 R502 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 의하면 혼합냉매를 구성하는 물질로서 오존층파괴지수가 0.0이고 지구온난화지수가 매우 작은 프로필렌, 프로판, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1-트리플루오로에탄을 사용하므로 냉매의 유출이 있거나 냉매를 폐기하는 경우에도 지구의 오존층파괴와 지구온난화를 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.According to a mixed refrigerant for R502 and a refrigeration system using the same according to a preferred embodiment of the present invention having the above-described configuration, propylene, propane and pentafluor as a material constituting the mixed refrigerant have an ozone depletion index of 0.0 and a very small global warming index. Because of the use of loethane and 1,1,1-trifluoroethane, there is a remarkable effect of preventing the global ozone layer destruction and global warming even when the refrigerant is leaked or disposed of.

또한, 본 발명에 따른 혼합냉매는 프로필렌, 프로판, 펜타플루오로에탄 및 1,1,1-트리플루오로에탄을 적절한 조성으로 혼합하여 혼합냉매의 증기압이나 체적용량이 기존 사용되던 냉매인 R502 냉매와 유사하도록 하였기 때문에 압축기를 교체하거나 기존 냉동시스템을 개조하지 않고 직접 적용할 수 있으므로 시간적 경제적 비용이 감소되는 효과가 있다.In addition, the mixed refrigerant according to the present invention is a mixture of propylene, propane, pentafluoroethane and 1,1,1-trifluoroethane in an appropriate composition by mixing the refrigerant and the vapor pressure or volumetric capacity of the refrigerant refrigerant R502 refrigerant Since it is similar, it can be applied directly without replacing the compressor or modifying the existing refrigeration system, thereby reducing the time and economic cost.

본 발명의 혼합냉매는 적절한 조성의 혼합에 의해 온도구배가 매우 작게되므로 냉매의 상변화에 따른 냉매압력의 변동이 거의 없어서 냉동시스템을 안정적으로 사용할 수 있고, 냉매 유출시의 조성 분리 현상이 방지되는 효과가 있다. In the mixed refrigerant of the present invention, since the temperature gradient is very small by mixing the proper composition, there is almost no change in the refrigerant pressure due to the phase change of the refrigerant, so that the refrigeration system can be used stably, and the separation of the composition during the outflow of the refrigerant is prevented. It works.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

도 1은 본 발명에서 사용한 일반적인 냉동/공조기의 구성도이다.1 is a block diagram of a general refrigeration / air conditioner used in the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

Qc: 응축기에서의 열 흐름 방향(냉매→공기)Qc: direction of heat flow in the condenser (from refrigerant to air)

Qe: 증발기에서 열 흐름 방향(공기→냉매)Qe: Heat flow direction from the evaporator (air to refrigerant)

TS1: 증발기 공기 입구온도, TS7: 증발기 공기 출구온도TS1: evaporator air inlet temperature, TS7: evaporator air outlet temperature

TS3: 응축기 공기 출구온도, TS6: 응축기 공기 입구온도TS3: condenser air outlet temperature, TS6: condenser air inlet temperature

Evaporator: 증발기, Compressor: 압축기Evaporator: Compressor: Compressor

Condenser: 응축기, Expansion Valve: 팽창밸브Condenser: Condenser, Expansion Valve: Expansion Valve

Claims (3)

냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 1 내지 98중량%, R290(프로판) 1 내지 98중량% 및 R143a(1,1,1-트리플루오로에탄) 1 내지 20중량%로 구성된 혼합냉매.Mixed refrigerant for refrigeration / air conditioner consisting of 1 to 98% by weight of R1270 (propylene), 1 to 98% by weight of R290 (propane) and 1 to 20% by weight of R143a (1,1,1-trifluoroethane) . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, R1270은 1 내지 20중량%, R290은 70 내지 90 중량% 및 R143a는 1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 혼합냉매.R1270 is 1 to 20% by weight, R290 is 70 to 90% by weight and R143a is a mixed refrigerant, characterized in that 1 to 20% by weight. 삭제delete
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