KR101125006B1

KR101125006B1 - 신규한 근공비 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템

Info

Publication number: KR101125006B1
Application number: KR1020070121502A
Authority: KR
Inventors: 석 재 오; 낼슨 트래바
Original assignee: 낼슨 트래바; 석 재 오
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2012-03-27
Also published as: KR20090054692A

Abstract

　본 발명은 증기 압축식 냉동기 또는 공조기에서 사용되는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1,1,1,2테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 조합하여 구성되는 혼합냉매에 있어서, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 첨가하는 것인 혼합냉매 및 상기 냉매를 사용한 냉동 시스템에 관한 것이다.

Description

신규한 근공비 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템{Near Azeotropic Refrigerant Mixtures and refrigeration system using thereof}

본 발명은 저온용 냉동고 및 수송용 냉동기, 가정용 에어컨, 상업용 칠러 등에 널리 사용될 수 있는 혼합냉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 1,1,1,2테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 조합하여 구성되는 혼합냉매에 있어서, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 첨가하는 것인 혼합냉매 및 상기 혼합냉매를 사용한 냉동 시스템에 관한 것이다.

냉매(Refrigerant, 이하 'R')란 냉동사이클의 작동유체로서 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체로 열을 운반해 주는 매체를 총칭하는 것으로, 저렴하면서도 화학적으로 안정하며 효율이 좋은 염화불화탄소 (Chlorofluorocarbon, 이하 'CFC')와 수소화염화불화탄소(Hydrochlorofluorocarbon, 이하 'HCFC')가 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근에는 CFC와 HCFC에 의한 성층권 내 오존층 파괴가 중요한 지구환경문제로 대두되었고 이로 인해 성층권내 오존을 파괴하는 CFC와 HCFC의 생산과 사용은 1987년에 채택된 몬트리올 의정서에 의해 규제되고 있다. 따라서 전 세계 대부분의 국가가 오존파괴지수(ODP)가 0.0인 대체냉매를 사용하려 하고 있다.

어떤 물질이 기존 냉매의 대체냉매로 유용하려면 우선 기존 냉매와 유사한 성능계수(Coefficient of performance, COP)를 가져 기존의 냉매와 유사한 냉동효과를 나타내고, 또한 기존 냉매와 비슷한 증기압을 가져서 궁극적으로 비슷한 체적용량(Volumetric capacity, VC)을 제공해야, 제조업체가 압축기를 바꾸거나 크게 개조하지 않고도 냉동/공조기를 제작할 수 있어 유리하다. 그러나 순수 물질로 기존 냉매를 대체하는 경우에는, 대체냉매의 체적용량이 달라서 필연적으로 압축기를 바꾸거나 기존의 응축기나 증발기를 크게 개조하여야 하며, 또 기존 냉매와 비슷한 성능계수를 내기가 어렵다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법 중 하나가 혼합 냉매를 이용하는 것이다. 혼합냉매의 특성은 조성을 잘 배합하여 성능계수(COP)를 기존의 냉매와 비슷하게 하고 동시에 기존의 냉매와 비슷한 체적용량(VC)을 내게 하며, 이로써 압축기를 크게 개조할 필요가 없게 만들 수 있다는 것이다.

한편, 혼합냉매에는 등압상태에서 증발이나 응축이 일어날 때에 증발온도나 응축온도가 순수냉매처럼 일정한 공비혼합냉매(Azeotropes)와, 증발이 일어날 때 순수냉매와는 달리 증발온도가 올라가며 반대로 응축이 일어날 때에는 응축온도가 감소하는 비 공비 혼합냉매(Non Azeotropic Refrigerant Mixtures, NARMs)가 있다. 비 공비 혼합냉매만의 상기 특성은 ‘온도구배 현상’(gliding temperature phenomenon)이라 하고 증발이 시작되는 점과 끝나는 점간의 온도 차이는 ‘온도 구배차’(Gliding Temperature Difference, GTD)라고 하는데, 상기 GTD는 혼합냉매를 구성하는 순수물질의 종류와 그 조성에 따라 값이 크게 변한다.

따라서, 최근에는 비공비 혼합냉매(Non Azeotropic Refrigerant Mixtures) 중에서 GTD가 약 3℃ 미만이 되는, 근공비 혼합냉매(Near Azeotropic Refrigerant Mixtures)를 개발하여 냉매로서 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있으며, 지난 몇 년간 CFC와 HCFC의 대체물로 여러 종류의 혼합냉매가 제안된바 있다. 그러나 그 중 몇몇은 몬트리올 의정서에서 사용을 금하는 HCFC를 구성 성분으로 가지고 있어 장기적인 관점에서 볼 때 적합한 대체물이라 할 수 없다.

예를 들어, 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. 그리고 얼라이드시그날 사 등에서는 R410A라는 2원 혼합냉매(50중량% R32 / 50중량% R125)를 개발하여 판매하고 있으나 이 냉매는 증기압이 기존의 HCFC보다 60% 정도 높아서 필수적으로 압축기를 개조해야 하고 시스템의 압력이 높으므로 응축기에 쓰이는 재질의 강도를 높여야 한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 오존층파괴지수(ODP)가 0이므로 성층권 내 오존층에 전혀 영향을 미치지 않으면서도 기 존의 순수 냉매처럼 사용할 수 있는 새로운 근공비성 혼합냉매 및 상기 혼합냉매를 사용한 냉동 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 1,1,1,2테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 조합하여 구성되는 혼합냉매에 있어서, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 첨가하는 것인 혼합냉매 및 상기 혼합냉매를 사용한 냉동 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어서, '혼합냉매'는 2가지 이상의 서로 다른 종류의 냉매가 조합된 것을 의미하며, 냉매 이외의 첨가제가 추가적으로 첨가된 것도 포함한다.

본 발명에 있어서, 'SC-47'은 1,1,1,2테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 조합한 것으로, 디에틸 실리콘 오일이 첨가된 것을 의미한다.

일반적으로 혼합 냉매는, 냉매 간의 끓는점(Boiling Point)이 서로 다르기 때문에 혼합이 잘 되지 않아 온도구배가 생기므로, 온도구배가 1℃ 이내인 근공비성 혼합 냉매를 개발하는데 어려움이 있다.

본 발명에서는 전술한 온도구배의 문제를 해결하기 위해, 디에틸 실리콘 오일을 본 발명자에 의해 선택되어 조합된 혼합냉매에 첨가제로 첨가함으로써, 상기 온도구배를 최소화한 근공비성 혼합 냉매를 얻을 수 있다.

상기 4가지의 냉매만 조합하면, 온도구배(GTD)가 7℃ 이상이 되어, 에어 컨디셔너의 플레이트 등에 얼음이 생겨 사용하는데 있어서 불편을 줄 수 있으나, 디 에틸 실리콘 오일을 첨가하면 온도구배가 1℃ 이내인 근공비성 혼합 냉매를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 혼합냉매는 본 발명자에 의해 선택된 4가지 냉매에 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 첨가하여 구성된다.

바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 0.1 내지 99.8 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 0.1 내지99.8 중량부, 디플로로메탄(R-32) 0.1 내지 99.8 중량부 및 프로필렌(R-1270) 0.1 내지 99.8 중량부로 구성되며, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 0.1 내지 99.8 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 50 내지 99.8 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 15 내지 99.8 중량부, 디플로로메탄(R-32) 18 내지 99.8 중량부 및 프로필렌(R-1270) 0.1 내지 10　중량부로 구성되며, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 0.1 내지 5 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 50 내지 80 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 15 내지 70 중량부, 디플로로메탄(R-32) 18 내지 65 중량부 및 프로필렌(R-1270) 0.1 내지 8　중량부로 구성되며, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 0.1 내지 3 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 50 내지 70 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 15 내지50 중량부, 디플로로메탄(R-32) 18 내지 60 중량부 및 프로필렌(R-1270) 0.1 내지 7　중량부로 구성되며, 첨가제로서 디에틸 실리 콘 오일을 0.1 내지 2 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 50 내지 60 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 15 내지40 중량부, 디플로로메탄(R-32) 18 내지 50 중량부 및 프로필렌(R-1270) 0.1 내지 6　중량부로 구성되며, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 0.1 내지 1 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

또한, 바람직하게는 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a) 50 내지 60 중량부, 펜타플로로에탄(R-125) 15 내지 30 중량부, 디플로로메탄(R-32) 18 내지 25 중량부 및프로필렌(R-1270) 0.1 내지 5　중량부로 구성되며, 첨가제로서 0.1 내지 0.5 중량부 첨가하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 조성을 가지는 본 발명에 따른 혼합냉매는, 오존파괴지수(ODP)가 0이고, 증발 시 온도구배가 1℃ 이내인 근공비성 혼합냉매이므로 (실시예 2 참조), 기존의 순수 냉매처럼 사용할 수 있으며, 또 CFC나 HCFC의 성능계수(COP)와 체적용량(VC)에 근접한 값을 가지므로(표 1 참조), 냉동 시스템의 어떠한 부품도 바꿀 필요가 없어, 종래 사용되어오던 R-22 등의 대체냉매로서 유용하다.

상기와 같이,　본 발명에 따른 근공비성 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 사용하 였다. 프로그램의 정확도를 결정하는 중요 인자 중 하나는 냉매의 물성치이다. 본 프로그램에서는 미국, 일본 등에서 기준으로 삼고 있는 Carnahan-Starling-De Santis(CSD) 냉매 상태방정식을 이용하여 여러 냉매에 대해 기포가 생기는 기포점(Bubble Point)과 기체가 응축하여 이슬점을 만드는 이슬점(Dew Point)을 계산하고, 근공비성 4원 냉매의 온도구배선도를 만들었다. REFPROP으로 알려진 CSD 냉매 상태방정식은 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 사용하였다.

본 발명자는 대체 냉매의 오존파괴지수가(ODP)가 반드시 0이어야 하며 가능한 한 지구온난화지수(GWP)가 낮아야 한다는 판단 하에, 상기 프로그램을 이용하여, 1,1,1,2테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 조합하여 구성되는 혼합냉매에 있어서, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 상기 혼합물에 첨가하는 것인 혼합냉매를 개발하였다. 본 발명에 따른 혼합냉매는 오존층을 파괴할 염려가 없고, 온도구배(TG)가 1℃ 이내인 근공비성 혼합냉매이다(실시예 1, 2 참조).

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 의하면 혼합냉매를 구성하는 물질의 오존층파괴지수가 0이므로 냉매의 유출이 있거나 냉매를 폐기하는 경우에도 지구의 오존층파괴를 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 혼합냉매는 근공비를 이루는 혼합냉매이므로 상변화에 따른 조성의 변화가 없어, 순수 냉매를 사용하는 경우와 같이 냉동시스템을 안정적으로 사용할 수 있고, 냉매 유출시의 조성 분리 현상이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 혼합냉매를 사용하면 냉동/공조기의 열효율을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 윤활유인 PAG의 오일과 호환성이 좋다는 장점이 있다(실시예 2 참조).

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근공비성 혼합냉매에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정이 되는 것은 아니다.

실시예 1. 본 발명 냉매의 이론적 성능 및 R-22 대체냉매들의 성능비교(R-22, R-407C, R-410A, SC -47)

본 발명에 따른 혼합 냉매인 SC-47과 R-22 및 R-22 대체냉매들의 성능을 비교하였다.

R-22 냉매는 가정 및 산업용의 공조기에 널리 사용되고 있었으나 현재 그 사용이 규제되고 있어, 이를 대체하는 냉매의 개발이 진행되고 있다. 냉매가 지구환 경에 미치는 영향은 냉매자체의 영향뿐만 아니라 이 시스템이 작동되는데 사용되는 전력을 생산하는데 발생하는 이산화탄소의 영향도 고려되어야 하는데, 이를 나타내는 지수로 총 등가온난화지수(TEWI: total equivalent warming impact)를 사용한다.　 이 지수를 기준으로 보면 가정용 냉동공조기의 경우 냉매에 의한 직접적인 영향은 4%이며 간접적인 영향은 96%로 공조기의 효율이 냉매를 선정하는데 매우 중요하다.

한편, 프레온계열에서 R-22보다 성능이 우수한 순수냉매는 아직 개발되지 않았으며, 혼합냉매인 R-407C와 단일냉매와 비슷한 거동을 가진 고압냉매인 R-410A에 대한 연구가 현재 진행되고 있다.

하기의 [표 1]은 기존의 가정 및 산업용의 공조기에 널리 사용되고 있는 R-22 냉매와 대체 냉매의 성능을 비교한 결과를 나타내는 것이다. 이때, 본 발명에 따른 혼합 냉매 SC-47의 조성은 58%R134a/18%R125/19%R32/5%R1270로 하였다.

상기 열역학적 성능 비교에 있어서, 증발기 온도는 0℃, 응축기의 온도는 40℃로 하였고, 증발기출구와 응축기출구 에서의 과열도와 과냉도는 없는 것으로 하였으며, 압축기 입출구는 등엔트로피 과정으로 하였다. 도 3 내지 도6에는 상기 각 냉매의 압력-엔탈피선도를 표시하였다(도 3 내지 도 6 참조).

R-22 및 대체냉매의 냉동성능 비교

Item	R-22	R-407C	R-410A	SC-47
High pressure [bar]	15.34	17.37	24.16	15.59
Low pressure　 [bar]	4.981	4.56	7.96	4.64
Mass flow rate [kg/h]	89.57	92.62	89.28	88.75
Suction specific volume [㎥/kg]	0.04708	0.15264	0.03263	0.0045
Discharge specific volume[㎥/kg]	0.01703	0.01464	0.0116	0.03424
Suction volume flow rate [㎥/h]	4.217	4.875	2.913	5.045
Discharge volume flow rate [㎥/h]	1.525	1.356	1.036	1.786
Compression ratio	3.08	3.81	3.04	2.89
Compressor [kW]	0.6964	0.858	0.748	0.7165
Condenser [kJ/h],[kW]	16407　 4.558	16989 4.72	16592 4.61	16480 , 4.578
COP	5.544 (기준)	4.50 (81.1%)	5.163 (93.1%)	5.389 (97.2%)
GWP	1,700	1,700	2,000	1,471
TG(℃)	0	7	0.2	0

* COP: 성능계수(Coefficient of performance, 총 냉동효과/압축기에 가해진일)

* GWP: 지구온난화지수(Global warming potential)

상기 [표 1]을 통해, HFC계열의 냉매인 R-407C와 R-410A은 기존의 R-22보다 성능계수가 낮게 나타났으며, 유일하게 SC-47만이 R-22보다 5% 높은 효율을 나타냈음을 알 수 있다.

TEWI(전체등가온난화지수-1,475)를 기준으로 할 때, 냉매자체적인 영향보다는 성능이 중요하기 때문에, 대체냉매로는 SC-47이 가장 적합하다. 또한 압력비나 압축기 토출온도도 두 냉매가 거의 비슷함을 알 수 있다. 따라서 SC-47는 오존파괴지수(ODP)도 전혀 없고, GWP도 매우 낮으므로 단기적으로 R-407C의 보충용 냉매로 사용하는 데 문제가 없다.

실시예 2. 조성분리 시험

본 발명의 냉매가 근공비임을 나타내기 위하여 조성분리 시험을 실시하였다. 본 실험에서는 미국의 표준연구소에서 개발한 REFLEAK 프로그램을 사용하여 최악의 조성을 결정하였다. REFLEAK은 위에서 설명한 REFPROP 프로그램을 사용하여 기체 상태나 액체 상태로 누출이 있을 경우 최악의 조성을 결정해 주는 프로그램이다.

UL2182 기준은 몇몇 온도 조건 하에서 용기 내에 액체 냉매가 90% 충전되었을 경우와 15% 충전되었을 경우에 대해 조성 분리 해석을 통해 최악의 조건을 결정할 것을 요구하고 있다. 그래서 본 발명의 냉매의 경우 다음과 같은 3가지 온도조건 하에서 조성 분리 해석을 수행하였다.

90% 충전시 : -18.28℃, 25.0℃, 54.4℃

15% 충전시 : -18.28℃, 25.0℃, 60.0℃

조성 분리 해석을 하기 위해서는 조성에 대해 다음과 같은 정의를 내렸다.

충진 조성 : 처음에 배합해서 판매되는 냉매의 조성

최악 충진 조성 : 배합시 오차가 있을 수밖에 없으므로 가연성 냉매가 가장 많이 배합된 조성. 냉매 배합 기계의 오차에 따라 다르며 충진 조성보다 가연성 냉매의 양이 보통 1% 정도 많은 것을 최악 충진 조성으로 정하였다.

상기와 같은 정의에 따라, 본 발명의 냉매에 있어서 충진 조성과 최악 충진 조성은 다음과 같이 결정하였다(디에틸 실리콘 오일은 각각 0.1%씩 첨가되었으며, 표 2, 표 3의 조성 비율에는 별도로 나타내지 않았다).

충전 조성 : 58%R134a/18%R125/19%R32/5%R1270(SC-47)

최악 충전 조성 : 58%R134a/18%R125/18%R32/6%R1270

상기 조건들을 정한 뒤, 위에서 정한 온도에서 프로그램을 돌려 최악 누출 조성을 결정하였다. REFLEAK 프로그램은 15% 충진의 경우 아무 문제없이 최악 누출 조성을 계산했지만, 90% 충진의 경우 25℃와 -18.28℃에서는 자체내의 수렴 판정 문제로 인해 최악 누출 조성을 계산할 수 없었는데, 이런 경우에는 90% 충진 미만에서 해를 구한 뒤 외삽법에 의해 값을 구해도 되는 것으로 알려져 있다.

SC-47의 조성충전 조성 : 58%R134a/18%R125/19%R32/5%R1270(SC-47)이다. 본 발명 냉매의 경우 R-1270만이 가연성을 띠고 있으므로 최악 충진 조성 냉매의 최악 누출 조성은 R-1270의 양이 가장 많은 경우에 생겼다. 왜냐하면 증기가 누출될 때 -18.28℃에서 액체상의 R-1270의 조성이 약 6%이기 때문이다.

[표 2]는 SC-47 의 기체 및 액체 냉매의 최악 조건의 조성을 나타낸 것이고, [표 3]은 SC-47 냉매 조성물의 기체와 액체가 새어 15%남아 있을 경우의 조성 비율을 나타낸 것이다.

SC-47 기체 및 액체 냉매의 최악 조건의 조성

Test temperature	Vapor leaking	Liquid leaking
-18.28℃(60% fill)	Case (1) (L) 0.3101/0.2856/0.3985/0.5552 (V)0.1967/0.1933/0.2605/0.3587	Case (2) (L)57.6899/17.7144/17.6015/5.4448 (V)57.8033/17.8067/17.7395/5.6413
25℃(85% fill)	Case (3) (L) 0.3405/0.3383/0.4629/0.6382 (V) 0.2466/0.2614/0.3835/0.4630	Case (4) (L)57.6595/17.6617/17.5371/5.3618 (V)57.7534/17.7386/17.6165/5.5370
54.4℃(90% fill)	Case (5) (L) 0.3823/0.5226/0.6237/0.7605 (V) 0.3098/0.5176/0.6623/0.6229	Case (6) (L)57.6177/17.4774/17.3763/5.2395 (V)57.6902/17.4824/17.3377/5.3771

SC-47 냉매 조성물의 기체와 액체가 새어 15%남아 있을 경우의 조성 비율

Test temperature	Vapor leaking	Liquid leaking
-18.28℃(60% fill)	Case (7) (L) 0.3101/0.2856/0.3985/0.5552 (V)0.1967/0.1933/0.2605/0.3587	Case (8) (L)8.3899/2.4144/2.3015/0.3448 (V)8.5033/2.5067/2.4395/0.5413
25℃(85% fill)	Case (9) (L) 0.3405/0.3383/0.4629/0.6382 (V) 0.2466/0.2614/0.3835/0.4630	Case (10) (L) 8.3595/2.3617/2.2371/0.2618 　　　　(V)8.4534/2.4386/2.3165/0.4370
54.4℃(90% fill)	Case (11) (L) 0.3823/0.5226/0.6237/0.7605 (V) 0.3098/0.5176/0.6623/0.6229	Case (12) (L) 8.3177/2.1774/2.0763/0.1395 (V) 8.3902/2.1824/2.0377/0.2771

또한 하기의 [표 4]는 60% 충진시 -18.28℃에서 액체 누출시, [표5]는 60% 충진시 -18.28℃에서 기체 누출시 조성이 어떻게 변하는지 나타낸 것이고, 이를 그래프로 나타낸 것이 도 7과 도 8이다. 이를 통해, 15% 충진시 증기가 누출될 때, -18.28℃에서 액체상의 R-1270의 조성이 4.3448%가 되어 최악 누출 조성에 가까이 이름을 알 수 있다(도 7, 도 8 참조).　

또한, 외삽법을 이용하여 90% 충진시 -18.28℃에서 최악 누출 조성을 계산하였는데, -18.28℃에서 충진량이 15%에서 60%로 변할 때 R-1270조성의 변화는 1.8448%였다. 이를 통해, 충진량이 60%에서 90%로 변할 때는 R-1270 조성의 변화가 0.2413% 정도가 될 것으로 추정할 수 있다. 그러므로 -18.28℃에서 90% 충진된 경우, 가연성 냉매 R-1270의 조성은 4.3448+0.2413=4.5861%가 될 것이므로, 본 냉매의 경우 최악 충진 조성에서 발생할 수 있는 최악 누출 조성은 90%R32/6%R1270가 된다고 결론지을 수 있다.

[표 4]는 SC-47 의 최악 조성으로, 60% 충진시, -18.28℃에서 액체누출시의 조성 변화를 나타낸 것이고, [표 5]은 SC-47의 최악 조성으로, 60% 충진시, -18.28℃에서 기체누출시의 조성 변화를 나타낸 것이다.

58%R134a/18%R125/18%R32/6%R1270의 최악 조성으로, 60% 충진시 -18.28℃에서 액체 누출시의 조성 변화

Starting temperature (℃)		-18.28
Starting percent		60% fill
Starting composition		58.0/18.0/18.0/6.0
Every Composition	Leakage(%)	Composition(%)
	10	51.8899/15.9144/15.8015/4.8448
	20	46.0899/14.1144/14.0015/4.2448
	30	40.2899/12.3144/12.2015/3.6448
	40	34.4899/10.5144/10.4015/3.0448
	50	28.6899/8.7144/8.6015/2.4448
	60	22.8899/6.9144/6.8015/1.8448
	70	17.0899/5.1144/5.0015/1.2448
	80	11.2899/3.3144/3.2015/0.6488
	90	5.4899/1.5144/1.4015/0.0448
	99	0.2699/0.0/0.0/0.0

58%R134a/18%R125/18%R32/6%R1270의 최악 조성으로, 60% 충진시 -18.28℃에서 기체 누출시의 조성 변화

Starting temperature (℃)		-18.28
Starting percent		60% fill
Starting composition		58.0/18.0/18.0/6.0
Every Composition	Leakage(%)	Composition(%)
	10	52.0033/16.0067/15.9395/5.0413
	20	46.2033/14.2067/14.1395/4.4413
	30	40.4033/12.4067/12.3395/3.8413
	40	34.6033/10.6067/10.5395/3.2413
	50	28.8033/8.8067/8.7395/2.6413
	60	23.0033/7.0067/6.9395/2.0413
	70	17.2033/5.2067/5.1395/1.4413
	80	11.4033/3.4067/3.3395/0.8413
	90	5.6033/1.6067/1.5359/0.2413
	99	0.3833/0.0/0.0/0.0

근공비성 혼합 냉매의 경우에는 누출시, 혼합냉매를 구성하는 각각의 냉매가 같은 비율로 누출되지만, 비공비 혼합냉매의 경우에는 끓는 온도가 가장 낮은 것부터 누출되어, 누출 후에는 끓는 온도가 가장 높은 것만 남게 되는데, 본 발명에 의한 냉매는 누출시, 혼합 냉매를 구성하는 각 냉매가 같은 비율로 누출되었음을 확인 할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 최악 조건의 조성 시험, 냉매 누출 시험을 통해, 본 발명에 의한 냉매(SC-47)가 근공비성 냉매임을 알 수 있다(표 2, 표 3 참조).

도 1은 본 발명에서 사용한 일반적인 냉동/공조기의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

Qc: 응축기에서의 열 흐름 방향(냉매→공기)

Qe: 증발기에서 열 흐름 방향(공기→냉매)

TS1: 증발기 공기 입구온도 TS7: 증발기 공기 출구온도

TS3: 응축기 공기 출구온도 TS6: 응축기 공기 입구온도

Evaporator: 증발기 Compressor: 압축기

Condenser: 응축기 Expansion Valve: 팽창밸브

도 2는 에어컨의 냉동 사이클을 T-s 선도로 나타낸 것이다.

도 3은 R-22의 압력-엔탈피선도를 나타낸 것이다.

도 4는 R-407C의 압력-엔탈피선도를 나타낸 것이다.

도 5는 R-410A의 압력-엔탈피선도를 나타낸 것이다.

도 6은 SC-47의 압력-엔탈피선도를 나타낸 것이다.

도 7은 58%R134a/18%R125/18%R32/6%R1270의 최악 조성으로, 60% 충진시 -18.28℃에서 액체 누출시 조성의 변화를 나타낸 것이다.

도 8은 58%R134a/18%R125/18%R32/6%R1270의 최악 조성으로, 60% 충진시 -18.28℃에서 기체 누출시 조성의 변화를 나타낸 것이다.

Claims

1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a), 펜타플로로에탄(R-125), 디플로로메탄(R-32) 및 프로필렌(R-1270)을 혼합하여 구성되는 4원 혼합냉매에 있어서, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일을 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 0.1~99.8: 0.1~99.8: 0.1~99.8: 0.1~99.8이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~99.8 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 50~99.8: 15~99.8: 18~99.8: 0.1~10이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~5 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 50~80: 15~70: 18~65: 0.1~8이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~3 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 50~70: 15~50: 18~60: 0.1~7이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~2 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 50~60: 15~40: 18~50: 0.1~6이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~1 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라트리플로로에탄(R-134a): 펜타플로로에탄(R-125): 디플로로메탄(R-32): 프로필렌(R-1270)의 중량비는 50~60: 15~30: 18~25: 0.1~5이고, 첨가제로서 디에틸 실리콘 오일이 0.1~0.5 중량부 첨가하는 것인 4원 혼합냉매.

제1항에 있어서, 상기 혼합냉매는 증발 시 온도구배가 1℃ 이내인 것이 특징인 4원 혼합냉매.

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 혼합냉매를 사용한 냉동시스템.