KR100668774B1

KR100668774B1 - Ｒ 22 대체 냉매

Info

Publication number: KR100668774B1
Application number: KR1020027004196A
Authority: KR
Inventors: 파월리차드; 풀존에드워드; 카퍼존드렉; 토마스제임스빅터
Original assignee: 알피엘 홀딩즈 리미티드
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2007-01-12
Also published as: CY1105316T1; NZ517895A; AP2002002470A0; OA12031A; NO20021462D0; DE60024842D1; CA2385876A1; CN1196761C; TR200201543T2; ATE312893T1; UA73526C2; DE60024842T2; EP1216284A1; CN1377397A; WO2001023493A1; HK1049856B; EP1216284B1; PL355288A1; HK1049856A1; CA2385876C

Abstract

1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HCFC 134a)을 포함하는 불화탄화수소 성분을 포함하는 냉매 조성물로서, 상기 조성물은 -5 내지 +70℃에서 끓는 포화 탄화수소 또는 그의 혼합물로부터 선택되는 첨가제를 더 포함한다.

Description

Ｒ 22 대체 냉매{Ｒ 22 replacement refrigerant}

본 발명은 냉매에 관한 것으로, 상세하게는 에어 컨디셔닝 시스템용 냉매에 관한 것이지만 여기에 한정되지는 않는다. 본 시스템은 특히 대기의 오존층에 악영향을 미치지 않는 냉매 조성물, 그리고 냉각 및 에어 컨디셔닝 시스템에 보통 사용되는 윤활유와 양립가능한, 현존하는 냉매에 첨가될 수 있는 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 냉각 및 에어 컨디셔닝 시스템을 개조하는 방법에 관한 것이다.

클로로플루오로카본(CFCs), 예를 들어, CFC 11 및 CFC 12는 낮은 독성을 갖는 안정한 물질이며, 냉각 및 에어 컨디셔닝 시스템에 사용될 때 위험성이 적은 동작 조건을 제공하는 비-인화성 물질이다. 이것들이 방출되면 성층권을 투과하여, 자외선의 피해로부터 환경을 보호하는 오존층을 공격하게 된다. 160 개국 이상이 가입한 국제 환경 조약인 몬트리올 조약(Montreal Protocol)은 협약된 예정표에 따라서 CFC의 단계적인 철수를 요구하고 있다. 현재 오존층에 역시 악영향을 미치는 하이드로클로로플루오로카본(HCFCs)도 여기에 포함된다.

R 22는 화학적 유체이며, 현재까지 냉각 및 에어 컨디셔닝 장치에 전세계적으로 사용되는 가장 주된 HCFC 냉매이다. R 22는 오존 붕괴 지수(Ozone Depletion Potential, ODP)가 CFC 11의 약 5%이다. CFC가 단계적으로 철수된 후, R 22의 염소 함량으로 인해 R 22는 부피 측면에서 가장 큰 오존 고갈 물질이 될 것이다. R 22는 또한 몬트리올 조약 하에서 단계적으로 폐기될 계획에 있는 대상이다. R 22는 일부 국가에서 신규 설비에의 사용이 금지되어 있다.

HCFC 22에 대한 대체물질은 오존을 고갈시키지 않아야 한다. 본 발명의 조성물은 염소원자를 포함하고 있지 않으며, 결과적으로 냉각 장치 내에서 작동 유체로서 R 22와 유사한 성능을 제공하면서도 오존층에 파괴 효과를 미치지 않을 것이다.

냉매 혼합물을 설명하기 위하여 특허 문헌에서는 다양한 용어들이 사용되고 있다. 그것들은 다음과 같이 정의될 수 있다:

비공비혼합물(zeotrope) : 특정 온도에서 기상 및 액상의 성분비가 다른 유체 혼합물.

온도 편차(temperature glide) : 만약 비공비 액체를 일정한 압력에서 증류시키면, 그것의 비점은 증가할 것이다. 증류의 시작부터 액상이 사라지는 시점까지의 끓는 점의 변화를 온도 편차라고 한다. 비공비혼합물의 포화 증기가 일정한 압력에서 응축될 때에도 편차가 관찰된다.

공비혼합물(azeotrope) : 특정 온도에서 기상 및 액상의 성분비가 같은 특정 성분비의 유체 혼합물. 엄격히 말하면, 예를 들어 증발기 조건 하에서 공비인 유체 혼합물은 응축기 조건 하에서도 공비일 수는 없다. 그러나 냉동에 관한 문헌에 서는 그 작동 범위 내의 어떠한 온도에서 상기 정의를 만족한다면 그 혼합물을 공비라고 설명할 수도 있다.

유사-공비혼합물(near-azeotrope) : 작은 온도 범위에 걸쳐서 끓으며, 작은 온도 편차를 갖는 블렌드.

개량 냉매 혼합물(retrofit refrigerant mixture) : 원래의 CFC 또는 HCFC 냉매를 완전히 대체하는데 사용되는 염소 비함유 혼합물.

희석제 냉매 혼합물(extender refrigerant mixture) : 수리하는 동안 유닛 내에 잔류하는 HCFC 냉매로 첨가되는 염소 비함유 혼합물로서, 누출량을 보충할 수 있도록 가득 채운 냉매.

밀폐형 압축기(hermetic compressor) : 압축기와 동일한 완전히 통일된 케이스 내에 전동기가 있는 압축기. 전동기는 압축기로 되돌아가는 냉매 증기에 의해 냉각된다. 전동기에 의해 발생되는 열은 응축기를 통하여 제거된다.

반-밀폐형 압축기(semi-hermetic compressor) : 밀폐형 압축기와 유사하지만, 주된 차이점은 케이스가 볼트 이음매를 갖고 있어서 개방하여 전동기 및 압축기를 수리할 수 있다는 것이다.

개방형 압축기(open compressor) : 압축기 케이스를 통과하는 구동 축을 통하여 외부 전동기에 의해 구동되는 압축기. 전동기 열은 응축기를 통해서가 아니라, 주위로 직접 분산된다. 이는 밀폐형 압축기보다 조금 더 효율적인 성능을 보이지만, 축의 밀폐 부분에서 냉매 누출이 일어난다.

본 명세서에서 언급된 백분율 및 비율은 다른 표시가 없는 한 중량 기준이 다. 백분율 및 비율은 전체 100%가 되도록 선택한다. HFC 및 HCFC 냉매 화합물은 이하, 대문자 R로 표시된다.

본 발명의 제 1 태양에 의하면, 냉매 조성물은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R 134a), 펜타플루오로에탄(R 125) 및 비점이 -5 내지 +70℃인 포화 탄화수소 또는 그 혼합물로부터 선택되는 첨가물을 포함하는데, 이 때 R 134a와 R 125의 중량비는:

R 125 50-80%

R 134a 50-20%

범위인 것을 특징으로 한다.

상기 조성물은 개량 냉매 혼합물로 사용될 수 있다. 상기 조성물은 또한 하기에서 논하여질 희석제로서 사용될 수도 있다. 상기 조성물은 반-밀폐 및 밀폐 시스템에서 사용될 수 있다.

R 134a와 R 125의 바람직한 중량비 범위는:

R 125 60-80%

R 134a 40-20%

더욱 바람직한 범위는:

R 125 60-78%

R 134a 40-22%

가장 바람직한 범위는:

R 125 64-76%

R 134a 36-24%이다.

이러한 범위는 밀폐 및 반-밀폐 시스템에 있어서 바람직하다. 상기 조성물은 또한 개방형 시스템에서 사용될 수도 있다. 개방형 시스템에서의 바람직한 중량비 범위는:

R 125 57-78%

R 134a 43-22%

더욱 바람직한 범위는:

R 125 63-76%

R 134a 37-24%이다.

개방형 시스템에서 사용되는 R 125의 비율은 10%까지일 수 있으며, 바람직하게는 밀폐 또는 반-밀폐 시스템에서보다 4 내지 5% 더 높을 수 있다.

본 발명의 제 1 태양에서는, 혼합물에 어떠한 다른 냉매도 포함될 수 없다. 제 2 태양에서는, R 22 희석제로서 사용하기에 적절하도록, 추가의 냉매 R 32가 첨가될 수 있다.

바람직한 탄화수소 첨가물은 2-메틸프로판, 2,2-디메틸프로판, 부탄, 펜탄, 2-메틸부탄, 시클로펜탄, 헥산, 2-메틸펜탄, 3-메틸펜탄, 2,2-디메틸부탄, 및 메틸시클로펜탄으로 구성된 군으로부터 선택된다. 탄화수소 첨가물은 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위의 끓는 점을 갖는다. n-펜탄, 시클로펜탄, 이소-펜탄 및 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. n-펜탄, 이소펜탄 또는 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 상업적으로 입수가능한 포화 탄화수소 혼합물은 Phillips Petroleum International NV 사의 시클로펜탄 시판용 등급, Exxon Chemical 사의 Norpar^P5 S n-펜탄 및 Shell Chemicals 사의 이소-펜탄 Q1111로부터 입수가능하다.

펜탄 및 부탄 성분의 상대적 비율은 둘을 합해서 조성물의 0.2 내지 5%가 되도록, 바람직하게는 2 내지 4%, 더욱 바람직하게는 3 내지 4%가 되도록 선택할 수 있다. 전체 합하여 5%의 탄화수소를 함유하는 조성물 내에서, 0.2 내지 2%의 양의 펜탄, 바람직하게는 이소펜탄이 4.8 내지 3%에 해당하는 양의 부탄과 함께 사용될 수 있다. 5% 미만의 탄화수소, 바람직하게는 1 내지 4%의 탄화수소를 갖는 조성물 내에서, 누출되는 탄화수소량 증가를 최소화하기 위하여, 비교적 큰 비율의 부탄:펜탄이 채용될 수 있다. 그러므로 인화가능성 위험이 줄어든다.

본 발명의 제 2 태양에 따르면, 냉매 희석제 혼합물은 본 발명의 제 1 태양에 따른 조성물을 포함한다.

본 발명의 제 3 태양에 따르면, 냉매 조성물은 R 22와 함께 본 발명의 제 1 태양에 따른 조성물을 포함한다.

본 발명은 또한 냉매로서 R 22를 포함하는 냉동 및 에어 컨디셔닝 시스템을 개조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 시스템의 냉매에 본 발명의 제 2 태양에 따른 조성물을 첨가하는 단계를 포함한다.

냉매 시스템 내에 사용되는 용적형 압축기(positive displacement compressor), 즉 왕복 또는 회전 압축기는, 배출 밸브를 통하여 냉매 증기와 함께 내뿜어지는 크랭크 케이스로부터의 소량의 윤활유를 흡입한다. 압축기 윤활을 유지하기 위하여, 이러한 오일은 냉매 스트림에 의하여 떠밀려서 회로를 순환한 뒤 크랭크 케이스로 되돌아와야 한다. CFC 및 HCFC 냉매는 탄화수소 오일과 혼합가능하고, 따라서 회로를 따라서 오일을 운반한다. 그러나 HFC 냉매와 탄화수소 윤활유는 상호간의 용해도가 낮아서, 효과적인 오일 회수가 일어나지 않는다. 문제는, 낮은 온도로 인하여 오일의 점도가 증가되어 관 벽을 따라서 오일이 운반되는 것을 방해하는 증발기 내에서 특히 심각하다. CFC 및 HCFC의 경우는 충분한 냉매가 오일 내에 남아서 점도를 감소시키고 오일 회수가 일어날 수 있도록 한다.

HFC를 탄화수소 윤활유와 함께 사용할 경우에는, 다음의 특성을 갖는 탄화수소 유체를 시스템 내로 도입함으로써 도움이 될 수 있다:

(a) 점도를 감소시킬 수 있도록, 증발기 온도에서 윤활유에 대한 충분한 용해도; 및

(b) 압축기 크랭크 케이스 내의 고온 윤활유로부터의 증류를 가능하게 하는 충분한 휘발성.

탄화수소는 이러한 요구를 만족한다.

본 발명에 따른 냉매 조성물은 몇몇 이점을 제공한다. R 125는 방염 특성을 갖는다. R 125가 존재하면 냉매 혼합물의 인화성이 억제된다. 보다 높은 HFC 함량은, 보다 많은 n-펜탄이 혼합물 내에 첨가되어 종래의 윤활유, 예를 들어 광물 오일 및 알킬 벤젠 오일에 대한 혼합물의 용해도 특성을 개선시킬 수 있게 한다.

본 발명은 오존 비파괴, 낮은 배출 온도 및 높은 용량 등, R 22에 비하여 많은 이점을 제공할 수 있다.

본 발명은 우수한 탄화수소 오일 회수, 밀폐형 압축기 내에서의 보다 우수한 전동기 냉각, 보다 낮은 배출 온도 및 보다 낮은 배출 압력 등, HFC 대체용매 R407C에 비하여 많은 이점을 제공할 수 있다.

본 발명은 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

밀폐형 또는 반밀폐형 시스템에서 R22에 대한 개량 대체물로서의 적합성을 평가하기 위하여 다섯가지 R125/R134a/펜탄 조성물의 성능을 표준 냉각 순환 분석 기술을 사용하여 평가하였다. 분석에 사용된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들로 선택하였다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

R125/R134a 블렌드의 총중량을 기준으로 4중량%의 펜탄이 존재하였다. 계산을 용이하게 하기 위하여 이와 같은 소량의 펜탄을 제거하였다.

하기 냉매 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

1. 44% R125 : 56% R134a를 포함하는 조성물

2. 56% R125 : 44% R134a를 포함하는 조성물

3. 64% R125 : 36% R134a를 포함하는 조성물

4. 76% R125 : 24% R134a를 포함하는 조성물

5. 80% R125 : 20% R134a를 포함하는 조성물

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

전달된 냉각 용량(delivered cooling duty) 10kW

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열(superheating) 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉(subcooling) 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

액체 라인 / 흡입 라인 열교환기

효율 0.3

압축기

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력(parasitic power)

내부 팬 0.3kW

외부 팬 0.4kW

조절기 0.1kW

이러한 구동조건을 사용하는 에어 컨디셔닝 유닛에서 성능을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타낸다. R22의 성능 비교도 함께 나타낸다.

모든 조성물은 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 이와 같은 측면에서는 우수하다. 그러나 조성물 5는 배출 압력이 R22의 경우보다 크고, 그 차이가 2 bar 이상이므로 바람직하지 않다. 조성물 1은 냉매 용량이 R22가 갖는 용량의 90% 미만이 므로 허용가능하지 않다. 조성물 2, 3 및 4의 전체적인 성능은 위에서 설정한 기준을 만족시키므로 본 발명의 요구 조건을 충족시킨다.

실시예 2

개방형 시스템에서 R22에 대한 개량 대체물로서의 적합성을 평가하기 위하여 다섯가지 R125/R134a/펜탄 조성물의 성능을 표준 냉각 순환 분석 기술을 사용하여 평가하였다. 분석에 사용된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들로 선택하였다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

R125/R134a 블렌드의 총중량을 기준으로 4중량%의 펜탄이 존재하였다. 계산을 용이하게 하기 위하여 이와 같은 소량의 펜탄을 삭제하였다.

하기 냉매 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

1. 44% R125 : 56% R134a를 포함하는 조성물

2. 56% R125 : 44% R134a를 포함하는 조성물

3. 64% R125 : 36% R134a를 포함하는 조성물

4. 76% R125 : 24% R134a를 포함하는 조성물

5. 80% R125 : 20% R134a를 포함하는 조성물

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

냉각 용량 10kW

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

액체 라인 / 흡입 라인 열교환기

효율 0.3

압축기

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력

내부 팬 0.3kW

외부 팬 0.4kW

조절기 0.1kW

이들 구동조건을 사용하는 에어 컨디셔닝 유닛에서 성능을 분석한 결과를 하기 표 2에 나타낸다. R22의 성능 비교도 함께 나타낸다.

모든 조성물은 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 이와 같은 측면에서는 우수하다. 그러나 조성물 5는 배출 압력이 R22의 경우보다 크며, 그 차이가 2 bar 이상이므로 허용가능하지 않다. 조성물 1 및 2는 냉매 용량이 R22가 갖는 용량의 90% 미만이므로 허용가능하지 않다. 조성물 3 및 4의 전체적인 성능은 위에서 설정한 기준을 만족시키므로 본 발명의 요구 조건을 충족시킨다.

실시예 3

액체 라인 / 흡입 라인 열교환기를 구비하지 않은 밀폐형 또는 반밀폐형 시스템에서 R22에 대한 개량 대체물로서의 적합성을 평가하기 위하여 다섯가지 R125/R134a/펜탄 조성물의 성능을 표준 냉각 순환 분석 기술을 사용하여 평가하였다. 분석에 사용된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들로 선택하였다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

하기 냉매 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

1. 44% R125 : 56% R134a를 포함하는 조성물

2. 56% R125 : 44% R134a를 포함하는 조성물

3. 64% R125 : 36% R134a를 포함하는 조성물

4. 76% R125 : 24% R134a를 포함하는 조성물

5. 80% R125 : 20% R134a를 포함하는 조성물

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

냉각 용량 10kW

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

압축기

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력

내부 팬 0.47kW

외부 팬 0.26kW

조절기 0.1kW

이들 구동조건을 사용하는 에어 컨디셔닝 유닛에서 성능을 분석한 결과를 하기 표 3에 나타낸다. R22의 성능 비교도 함께 나타낸다.

모든 조성물은 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 이와 같은 측면에서는 우수하다. 그러나 조성물 5는 배출 압력이 R22의 경우보다 크며, 그 차이가 2 bar 이상이므로 바람직하지 않다. 조성물 1 및 2는 냉매 용량이 R22가 갖는 용량의 90% 미만이므로 허용가능하지 않다. 조성물 3 및 4의 전체적인 성능은 위에서 설정한 기준을 만족시키므로 본 발명의 요구 조건을 충족시킨다.

실시예 4

밀폐형 또는 반밀폐형 시스템에서 R22에 대한 희석제로서의 적합성을 평가하 기 위하여 두가지 R125/R134a/펜탄 조성물의 성능을 표준 냉각 순환 분석 기술을 사용하여 평가하였다. 분석에 사용된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들로 선택하였다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

하기 R22 희석제 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

1. 64% R125 : 36% R134a를 포함하는 조성물

2. 44% R125 : 56% R134a를 포함하는 조성물

상기 희석제에 의해 R22를 연속적으로 희석하여 얻어지는 유닛 성능 상에 미치는 영향을 알아보기 위하여, R22의 질량비가 1.0에서 0.0으로 감소하는 냉매 조성물에 대하여 상기 순환계를 분석하였다. 결과를 하기 표 4a 및 4b에 요약 정리하였다. 매끄러운 곡선으로 연결된 계산된 포인트와 함께 키 파라미터를 도 1에 도시하였다.

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

냉각 용량 10kW

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

액체 라인

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력

내부 팬 0.3kW

외부 팬 0.4kW

조절기 0.1kW

모든 조성물은 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 이와 같은 측면에서는 우수하다.

조성물 1은 전체 희석 범위에 걸쳐 R22가 갖는 냉각 용량의 90% 이상을 제공한다. 45% 이상의 R22를 포함하는 블렌드는 R22와 동일하거나 그 이상의 용량을 갖는다. 상기 COP(시스템)는 전체 희석 범위에 걸쳐 R22 경우의 2% 이내이다. 그러므 로 이와 같은 조성물은 본 발명의 요구 조건을 만족시킨다.

조성물 2는 20% 이하의 R22를 포함하는 블렌드에 대하여 R22가 갖는 냉각 용량의 90% 이상을 제공한다. 상기 COP(시스템)는 전체 희석 범위에 걸쳐 R22의 경우와 본질적으로 동일하다. 그러므로 이와 같은 조성물은 20% 이하의 R22를 포함하는 블렌드에 대하여 본 발명의 요구조건을 충족시킨다.

실시예 5

밀폐형 또는 반밀폐형 시스템에서 R22에 대한 희석제로서의 적합성을 평가하기 위하여 두가지 R32/R134a/펜탄 조성물의 성능을 표준 냉각 순환 분석 기술을 사용하여 평가하였다. 분석에 사용된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들로 선택하였다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

R32/R134a 블렌드의 총중량을 기준으로 4중량%의 펜탄이 존재하였다. 계산을 용이하게 하기 위하여 이와 같은 소량의 펜탄을 제거하였다.

하기 R22 희석제 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

44중량% R125, 56중량% R134a를 포함하는 조성물.

상기 희석제를 가득 채움으로써 R22를 연속적으로 희석하여 얻어지는 유닛 성능 상에 미치는 영향을 알아보기 위하여, R22의 질량비가 1.0에서 0.0으로 감소하는 냉매 조성물에 대하여 상기 순환계를 분석하였다. 결과를 하기 표 5에 나타내고, 그 결과를 매끄러운 곡선으로 연결된 계산된 포인트와 함께 도 2에 도시하였 다.

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

액체 라인 / 흡입 라인 열 교환기

효율 0.3

압축기

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력

내부 팬 0.3kW

외부 팬 0.4kW

조절기 0.1kW

모든 조성물은 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 본 발명의 요구조건을 만족시킨다. 상기 COP(시스템)는 전체 희석 범위에 걸쳐 R22의 경우와 필수적으로 동일하다. 상기 냉매의 냉각 용량은 전체 희석 범위에 걸쳐 R22가 갖는 냉각 용량의 98% 이상이다. 20% 이하의 R22의 희석에 대하여, 상기 용량은 R22의 경우와 같거나 그 이상이다. 상기 배출 압력은 전체 희석 범위에 걸쳐 R22보다 크며 그 차이는 0.5bar 미만이다.

이와 같은 구동 조건을 사용하는 에어-컨디셔닝 유닛의 성능을 분석한 결과를 표 5에 나타낸다.

그러므로 R32/R134a 30/70은 본 발명의 요구조건을 만족시킨다.

실시예 6

밀폐형 또는 반밀폐형 시스템에서 R22에 대한 희석제로서의 적합성을 평가하기 위하여 R32/R125/R134a/펜탄을 표준 냉각 순환 분석 기술 프로그램을 사용하여 평가하였다. 분석을 위해 선택된 구동 조건은 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용되는 통상적인 조건들이다. 상기 블렌드가 비공비혼합물이므로 증발기 및 응축기에서 온도 편차의 중간점을 선택하여 상기 순환계의 온도 한계를 정의하였다. 또한 동일한 온도를 사용하여 R22에 대한 성능 데이타를 제공하였다.

R32/R134a 블렌드의 총중량을 기준으로 4중량%의 펜탄이 존재하였다.

계산을 용이하게 하기 위하여 이와 같은 소량의 펜탄을 제거하였다.

하기 R22 희석제 조성물을 순환 분석에 사용하였다:

23중량% R32, 25중량% R125 및 52중량% R134a를 포함하는 조성물.

상기 희석제를 가득 채움으로써 R22를 연속적으로 희석하여 얻어지는 유닛 성능 상에 미치는 영향을 알아보기 위하여, R22의 질량비가 1.0에서 0.0으로 감소하는 냉매 조성물에 대하여 상기 순환계를 분석하였다. 결과를 표 6에 나타내고, 그 결과를 매끄러운 곡선으로 연결된 계산된 포인트와 함께 도 3에 도시하였다.

하기 순환 조건을 분석에 사용하였다:

증발기

중간점 유체 증발 온도 7.0℃

과열 5.0℃

흡입 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

응축기

중간점 유체 응축 온도 45.0℃

과냉 5.0℃

배출 라인 압력 강하 (포화 온도에서) 1.5℃

액체 라인 / 흡입 라인 열 교환기

효율 0.3

압축기

전동기 효율 0.85

압축기 등엔트로피 효율 0.7

압축기 부피 효율 0.82

기생 전력

내부 팬 0.3kW

외부 팬 0.4kW

조절기 0.1kW

이와 같은 구동 조건을 사용하는 에어-컨디셔닝 유닛의 성능을 분석한 결과를 하기 표 6에 나타낸다.

상기 희석제를 포함하는 모든 블렌드는 R22보다 낮은 배출 온도를 가지므로 본 발명의 요구조건을 충족시킨다. 상기 COP(시스템)는 전체 희석범위에 걸쳐 R22 경우의 98% 이상이다. 상기 냉매의 냉각 용량은 전체 희석범위에 걸쳐 R22보다 크다. 배출압력은 전체 희석 범위에 걸쳐 R22보다 크며 그 차이는 2.0bar 이하이다.

그러므로 30/70 비율의 R32/R134a는 본 발명의 요구조건을 충족시킨다.

실시예 7

시판중인 히트 펌프 분야에서 R 125, R 134a 및 탄화수소 혼합물을 포함하는 냉매 조성물을, 명목상의 냉각 용량이 56,000 btu이고 명목상의 가열 용량이 56,000 btu인 5톤 루프탑 히트 펌프(Comfort Aire model PHEC-60-1a)를 사용하여 시험하였다. 오일 관찰용 유리를 밀폐형 압축기 상에 설치하고, 온도 센서를 삽입 및 배출 라인과 액체 라인 상에 설치하였다. 흡입 및 배출 게이지도 설치하였다.

상기 시스템을 R 22와 함께 냉각 및 가열 모드 모두에서 구동하여 하기 데이 터를 기록하였다: 전압, 전류량, 흡입 압력, 흡입 온도, 배출 압력, 배출 온도, 액체 라인 온도, 증발기 온도, 주위 온도, 오일 레벨 및 재활용 공기 온도. 상기 R 22 투입량을 회수한 후, 하기 조성의 블렌드 1 내지 6으로 연속적으로 교체하였다.

	R-125	R-134a	펜탄	이소펜탄	부탄
블렌드 #1	64%	34%	2%
블렌드 #2	70%	28%	2%
블렌드 #3	55%	43%	2%
블렌드 #4	60.5%	37.5%	2%
블렌드 #5	45%	52%		1%	2%
블렌드 #6	55%	42%		1%	2%

채용된 모든 블렌드에 대하여 오일 회수량이 R 22 구동 레벨과 유사하다는 사실이 관찰되었으며, 이를 통해 펜탄 및 이소펜탄/부탄 첨가물이 적절한 오일 회수량을 제공하였음을 알 수 있다. 일부 블렌드는 증발기의 동결을 방지하기 위하여 20% 이하의 냉매 첨가를 필요로 하였다. 채용된 조성물에 따라 용량이 달라짐을 발견하였다. 모든 블렌드에서 에너지 소비량은 일반적으로 낮았다. 60.5% R 125를 초과하는 블렌드에 대해서는 배출압력이 평균적으로 다소 높았으며, 60.5% 이하의 R 125를 포함하는 블렌드에 대해서는 낮았다. 흡입 압력 및 배출 온도는 사용된 모든 블렌드에 있어서 낮았다. 증발기 출력부에서 측정된 과열도(superheat)는 R 22보다 훨씬 더 높고, 상기 증발기의 맞은 편의 온도 차이는 냉각 모드에서 일반적으로 더 높고, 가열 모드에서 낮았다. 펜탄 및 이소펜탄/부탄 첨가물이 필요한 오일 회수량을 제공함이 관찰되었다. 블렌드 #3, 5 및 6은 R 22 구동 온도 및 압력과 밀접한 유사성을 제공하였다.

Claims

1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R 134a), 펜타플루오로에탄(R 125) 및 비점이 -5 내지 +70℃인 포화 탄화수소 또는 그 혼합물로부터 선택되는 첨가물로 구성되는 냉매 조성물로서, R 134a와 R 125의 비율은:

R 125 50-80 중량부

R 134a 50-20 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 비율이:

R 125 60-80 중량부

R 134a 40-20 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 2 항에 있어서, 상기 비율이:

R 125 60-78 중량부

R 134a 40-22 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 3 항에 있어서, 상기 비율이:

R 125 64-76 중량부

R 134a 36-24 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 비율이:

R 125 57-78 중량부

R 134a 43-22 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 5 항에 있어서, 상기 비율이:

R 125 63-76 중량부

R 134a 37-24 중량부

범위인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, 탄화수소 첨가물은 2-메틸프로판, 2,2-디메틸프로판, 부탄, 펜탄, 2-메틸부탄, 시클로펜탄, 헥산, 2-메틸펜탄, 3-메틸펜탄, 2,2-디메틸부탄, 메틸시클로펜탄 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, 탄화수소 첨가물은 20 내지 40℃ 범위의 끓는 점을 갖는 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 8 항에 있어서, 탄화수소 첨가물은 n-펜탄, 시클로펜탄, 이소-펜탄 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 9 항에 있어서, 탄화수소 첨가물은 n-펜탄인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 10 항에 있어서, 탄화수소 첨가물은 부탄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 11 항에 있어서, 펜탄:부탄의 중량비는 1:3 내지 1:8인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 11 항에 있어서, 펜탄:부탄의 중량비는 1:5인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, 탄화수소 첨가물의 양은 10 중량부 이하인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 14 항에 있어서, 탄화수소 첨가물의 양은 1 내지 8 중량부인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 15 항에 있어서, 탄화수소 첨가물의 양은 2 내지 4 중량부인 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항에 있어서, R 22 부분과 조합된 것을 특징으로 하는 냉매 조성물.

제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 냉매 조성물을 포함하는 냉매 희석제 혼합물.

냉매로서 R 22를 포함하는 냉동기 또는 에어 컨디셔닝 시스템을 개조하는 방법으로서, 제 18 항에 기재된 냉매 희석제를 시스템의 냉매에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.