KR102181412B1 - 비가연성 친환경 냉매 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 냉매는 가정용 에어컨, 상업용 에어컨 및 후리져, 쇼케이스 등 기타 산업용 등에 사용하는 냉매에 관한 것으로서,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 프로필렌(C₃H6)15~35 부피부, 그리고 첨가제 핵사메틸 실리콘 오일 0.1 ~ 0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 프로필렌(C₃H6)10~25 부피부, 프로판(C₃H8)5~10 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1 ~ 0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 에탄(C2H6)3~5 부피부, 프로필렌(C₃H6)10~15 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85부피부, 에탄(C2H6)3~5부피부, 프로필렌(C₃H6)10~15 부피부, 프로판(C₃H8)3~5 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 부피부 로 조성되며, O.D.P(Ozone Depletion Potential)=0, G.W.P(Global Warming Potential)=3 이하인 비가연성 친 환경 혼합냉매에 관한 것이다.

Description

비가연성 친환경 냉매 {ENVIRONMENT-FRIENDLY, NON-FLAMMABLE REFRIGERANT MIXTURE}
본 발명의 냉매는 가정용 에어컨, 상업용 에어컨 및 후리져, 쇼케이스 등 기타 산업용 등에 사용하는 냉매에 관한 것으로서, 트리플루오르아이오도메탄(CF₃I), 프로피렌 (C₃H6), 프로판(C3H8), 에탄(C2H6)중 일종 이상을 혼합하고, 초음파를 이용하여 에멀션 상태로 만든 후 폴리머 결합에 의한 조성한 근 공비 비가연성 친환경 냉매에 관한 것이다.
현재 가정용 에어컨, 상업용 에어컨 및 후리져, 쇼케이스 등 기타 산업용 등에 사용 중인 냉매에는 HCFC(Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon), HFC (Hydro-Fluoro- Carbon), HFO(Hydro-Fluoro-Propene), HC(Hydrocarbon) 등이 있다. HFC 와 HCFC와 혼합한 냉매는 대기에 방출 시 화합물들이 쉽게 분해되지 않아 대기권으로 이동하여 오존과 결합하고 오존층 파괴하여 CFC와 HCFC 혼합냉매는 이미 몬트리올 협약에 따라 전 세계가 1996년에 사용을 금지하였고, HCFC는 2030년에 사용을 전면 금지하기로 협의하고 현재 사용량을 감축해나가고 있다.
이들 냉매를 대체하여 서로 다른 HFC와 HCFC혼합냉매를 사용해왔으나 이들 냉매 또한 지구 온난화지수가 높아 유럽을 중심으로 2017년부터 생산되는 모든 에어컨과 신규 냉동 시스템에는 사용을 금지하고 대신 HC냉매인 R-290냉매를 사용하고 있으나 가연성으로 인하여 사용이 제한적이다. 다른 한편으로는 최근 들어 HFO냉매나 HFO혼합냉매를 아니면 HFC-32에 CF3I등을 혼합하여 가연성 등급 A2L로 낮추어 사용하려는 시도를 하고 있다. 그러나 이 냉매 또한 G.W.P(Global Warming Potential)가 600 이상인 것뿐만 아니라 이들 냉매는 가격경쟁력이 없어 산업에 미치는 영향이 매우 커서 소비자들이 사용을 기피하고 있다.
몬트리올 의정서 혹은 교토협의, 파리 키갈리 협정에 의거하여 HCFC, HFC 는 가까운 시일 내에 사용전폐의 위기를 맞고 있으며, HC혼합냉매(Hydrocarbon blend) 는 가연성 때문에 ISO 817-2014-5-15의 규정과 미국의 SNAP(Significant New Alternative Policy)등에서 57g 이하로 사용을 제한한 상태이나 머지않아 상업용으로도 인정받을 수 있을 것으로 예상된다. 현재 냉매 연구가들의 관심은 비가연성 HC 혼합냉매에 있다. 그러나 적절한 혼합부피% 비율의 선택적으로 만들어진 근 공비 비가연성 혼합냉매(R-400계)는 아직 개발되지 않았으며, 아직도 지구 온난화 지수가 GWP=600 이상인 일반적인 혼합냉매는 개발되어 있으나 온도 구배가 커서 냉동시스템 안에서 불규칙적인 작동을 일으키는 문제가 있다.
국내등록특허공보 등록번호 제1009692560000 (2010.07.02.)호에는 에탄계인 1,1,-디플루오로에탄 (R-152a) 85~98 kg, 프로필렌 (R-1270) 0.3~3 kg, 프로판 (R-290) 1~5 kg,과 핵사 메틸 실리콘 오일을 0.1~0.5 kg,으로 조성되어 있으며, 오존층 파괴지수가 (ODP=0) 이며, 지구 온난화 지수가(GWP=117.5) 인 냉매조성물이 기술되어 있으며,
국내등록특허공보 등록번호 제1009764490000(2010.08.11)호에는 에탄계인 1,1-디플루오로에탄(R-152a)을 55~65kg, 트리플루오르메틸아이오드(CF3I)를 10~25kg, 프로필렌(R-1270)을 10~19 kg, 프로판(R-290)을 3~5kg, 에탄(R-170)을 2~5kg, 핵사 메틸 실리콘 오일은 0.1~1.5kg으로 조성되어 있으며, 오존층 파괴지수(ODP)가 0이며, 지구 온난화 지수(GWP)가 79인 냉매조성물이 공개되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제1009764480000(2010.08.11)호에는 탄화수소계인 프로판 (R-290) 50~56kg과 이소부탄(R-600a) 40~49kg을 기본으로 하고 노말 부탄 (R-600) 2~5kg과 프로필렌(R-1270) 1~3kg을 첨가하고 근 공비를 만들기 위하여 핵사 메틸 실리콘 오일을 첨가제로서 0.5~1kg을 첨가한 오존층 파괴지수(ODP)가 0이며, 지구 온난화 지수(GWP)가 3인 혼합냉매 조성물이 기재되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제1011393770000(2012.04.17)호에는 프로판(R-290) 80~99kg, 디메틸 에테르(R-E170) 1~20kg을 첨가하고 공비(Azeotropic Refrigerant Mixtures)를 만들기 위하여 핵사 메틸 실리콘 오일을 첨가제로서 0.5~1kg을 첨가한 오존층 파괴지수(ODP)가 0이며, 지구 온난화 지수(GWP)가 3인 냉매조성물이 공개되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제1009692570000(2010.07.02)호에는 에탄계인 1,1-디플루오로 에탄(R-152a) 85~98kg, 1,1,1,2-테트라 플로로 에탄(R-134a) 1~5kg, 프로필렌(R-1270) 0.5~5kg, 프로판(R-290) 1~5kg과 핵사 메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 kg으로 조성되어 있으며, 오존층 파괴지수(ODP)가 0이며, 지구 온난화 지수(GWP)가128.2인 냉매조성물이 공개되어 있음을 알 수 있다.
1. 국내등록특허공보 등록번호 제1009692560000(2010.08.11)호 2. 국내등록특허공보 등록번호 제1009764490000(2010.08.11)호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제1009764480000(2010.08.11)호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제1011393770000(2012.04.17)호 5. 국내등록특허공보 등록번호 제1009692570000(2010.07.02)호
잘 알려진 바와 같이 일반적으로 냉동기는 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기, 유수분리기 등으로 조성되어 냉동 사이클 동작을 수행하며, 이때 냉매는 증발기에서 팽창밸브를 통하여 분사되어 증발되면서 주위의 온도를 흡수하고(흡열반응), 증발된 냉매는 압축기에 의하여 압축되어 유수분리기를 거쳐 응축기로 보내져 응축(발열반응)된 다음, 수액기로 환수되는 냉동 사이클 작동을 반복하여 냉동하게 되어있다. 이때 사용되는 대표적인 냉매로는 적은 압력과 작은 온도차에서 응축과 기화가 잘되는 암모니아, 탄산가스, 염화불화탄소(이하 “CFC”계라 한다), 즉 불소를 포함한 탄소화합물로서 Freon계 가스 및 HFC (Hydro- Fluoro-Carbon)계 가스인 R-11(CCI3F), R-12(CCI2F2), R-13(CCIF3), R-22(CHCIF2), R-113(CCI2FCCI F2), R-114(CCLF2CCIF2), R-134a(C2H2F4), R-500(R12/R152a) 및 R-502(R22/R115)등이 사용되고 있다. (여기서 R은 냉매의 약자 Refrigerant에서 유래한 것임).
이들 냉매 중 암모니아는 냉매의 독성과 금속부식성, 조해성, 인체에 대한 유해성의 문제가 있으나 이를 해결한 프레온계 가스의 냉매는 냉동능력이 양호하고 독성과 폭발성, 금속 부식성 및 인체의 유해성이 전혀 없는 매우 우수한 냉매로 개발되어 사용되어왔다. 그러나 최근 CFC계의 냉매가 성층권의 오존(O3)을 파괴하는 사실이 판명되어 1996년부터 전폐되어 사용을 금지하고, 지구 온난화 현상을 유발하는 물질인 특정 프레온 R-11(CCI3F), R-12(CCI2F2), R-13(CCIF3), R-22(CHCIF2), R-113(CCI2FCCIF2), R-114 (CCI F2CCIF2), R-500(R12/R152a) 및 R-502(R22/R115)는 물론 HFC(Hydro- Fluoro-Carbon)계인 R-134a (C2H2F4)나 R-22(HCFC Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon)계 또한 사용규제 대상으로 되어 2017년부터 감축해나가고 있다.
이들 냉매 중 R-134a는 주로 자동차용 에어컨, 가정용 전기냉장고 등의 비교적 소형냉동기에 사용되고 있으며, R-22(“HCFC”계 라고 한다)는 R-134a에 비하여 용적 당 냉동능력이 크므로 중대형의 압축기에 사용되어 가정용 및 산업용 에어컨 등에 사용되고 있다.
이“HCFC”계 Freon R-113(CCI2FCCIF2), R-114(CCIF2CCIF2)는 주로 터보 냉동기에 사용되고 있고, 예를 들면, R-115 및 R-22를 혼합하여 공비 혼합냉매 R-502로 하여 저온용의 냉매로서 사용되고 있다.
또 프레온 냉매에 공기와 수분이 섞이면 불화수소산이 발생되어 압축기와 파이프 등에 부식을 일으키는 결점이 있다. 이 때문에 silica gel 등의 건조제를 이용한 방법으로 종래의 프레온 냉동기는 수분을 제거하는 방식을 채택하지 않으면 안되었다. 또한 냉동기에는 압축기 등을 기계적 마모로부터 보호하기 위하여 윤활유로 냉동유가 사용되고 있는 바 이 냉동유는 저온에서도 윤활성을 잃지 않고 냉매와 안정적으로 공유할 수 있는 것을 구해야 한다.
프레온 계 냉매의 경우, 냉동유는 어느 온도까지 냉동유와 냉매가 녹아서 합쳐진다. 프레온계 냉매의 경우, 냉동유가 압축기로부터 도출되어 기내를 순환하여 크랭크 케이스 속으로 돌아오도록 설계되고 자동 운전될 수 있도록 되어있다. 다량의 냉동유를 필요로 하는 압축기를 사용한 것이나, 냉매 배관의 거리가 긴 것의 경우에는 유분리(oil separator)가 사용되기도 한다.
프레온 이외의 냉매로서 탄화수소계인 이소부탄, 프로판 등이 제한되고 있으나 가연성 및 폭발성이 있어 이에 대한 안전장치가 필요하고 기존의 가정용 냉장고 및 자동차 에어컨 등의 프레온 냉동기에 사용하려면 별도의 설계가 이루어져야 한다. 즉, 이 냉매 압축기의 능력 등의 기본 설계로부터 변경을 요하기 때문에 설계 변경과 새로운 생산시설의 교체는 막대한 비용이 들어 원가 상승 요인과 자원소비가 된다. 더욱이 냉매를 사용한 기존의 자동차 에어컨 및 냉장고 등의 폐기뿐 아니라 변경의 비용이 추가되어 비경제적이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하고자 국내등록특허번호 제1009692560000 (2010.07.02.)호 및 국내등록 특허번호 제1009692570000(2010.07.02.) 호냉매조성물을 개량한 것이며, 가정용 에어컨, 상업용 에어컨 및 후리져, 쇼케이스 등 기타 산업용 등에 사용하는 냉매에 관한 것으로, 트리플루오르아이오도메탄(CF₃I), 프로피렌 (C3H6), 프로판(C3H8), 에탄(C2H6)중 일종 이상을 혼합하고, 초음파를 이용하여 에멀션 상태로 만든 후 폴리머 결합에 의한 조성한 근 공비 비가연성 친환경 냉매에 관한 것이다.
비가연성이므로 사용자에게 안전하게 사용할 수 있고, 혼합 냉매이지만 첨가제를 이용하여 온도구배(Temperature Grade)를 최소화 한 기존의 냉동 싸이클 HCFC-22, R-410A, R-407C 등의 냉매를 사용한 냉동기구 등을 개조하거나 변경하지 않고도 Drop-in 타입으로 사용이 가능한 비가연성 친환경 냉매에 관한 것이며, 본 발명은 상기와 같은 기술적 배경에서 다음의 사항을 달성할 수 있게 한 것이다.
냉매 제조과정에 있어서 각 혼합물들의 혼합부피% 선택과 기존의 일반적인 혼합방식을 사용하여 혼합하면 각 성분들이 증기압에 따라 분리가 이루어져 냉동시스템 안에서 냉동능력(C.O.P)저하 되거나 온도구배가 발생하여 냉동시스템의 수명이 현저히 줄어드는 현상이 있으며 특별히 첨가제로 인한 내마모성과 내열성 윤활성으로 인하여 압축기의 소음특성이 40~50dB(decibel)정도로 급격하게 줄어든다.
이 냉매의 특성은 비가연성이므로 사용자에게 안전하게 사용할 수 있고, 기존의 냉동 싸이클 HCFC-22, HCFC-410A 등의 냉매를 사용한 냉동기구 등을 개조하거나 변경하지 않고도 Drop-in 타입으로 사용이 가능하다는 것이다.
본 발명은 일반적인 자동차 에어컨, 가정용 냉장고, 냉동기 등의 냉동 기구에 기술적 설계 변화 없이 종래의 CFC계, HFC계, HFO계 냉매를 대체 상용이 가능하고 비 연소, 비폭발성의 안전성과 압축기 등의 금속의 부식이 없고 냉동시스템에서도 안정하며 인체에 유해성이 전혀 없는 새로운 친환경 비가연성 냉매를 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 냉매는 가정용 에어컨, 상업용 에어컨 및 후리져, 쇼케이스 등 기타 산업용 등에 사용하는 냉매에 관한 것으로서,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 프로필렌(C₃H6)15~35 부피부, 그리고 첨가제 핵사메틸 실리콘 오일 0.1 ~ 0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 프로필렌(C₃H6)10~25 부피부, 프로판(C₃H8)5~10 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1 ~ 0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85 부피부, 에탄(C2H6)3~5 부피부, 프로필렌(C₃H6)10~15 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 부피부 로 조성되거나,
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85부피부, 에탄(C2H6)3~5부피부, 프로필렌(C₃H6)10~15 부피부, 프로판(C₃H8)3~5 부피부, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 부피부 로 조성되며, O.D.P(Ozone Depletion Potential)=0, G.W.P(Global Warming Potential)=3 이하인 비가연성 친 환경 혼합냉매에 관한 것이다.
첫째, 본 발명은 트리플루오로아이오도메탄(CF₃I) 그리고 가연성의 HC혼합(Hydro carbon blend)냉매를 고분자 첨가제를 혼합한 친환경 비가연성 냉매를 냉동시스템에 안정적으로 사용할 수 있도록 제공하는데 있다.
둘째, Freon계, HFC계, HFO계 냉매를 사용하는 냉동기의 구조를 설계변경 없이 DROP-IN 타입으로 사용할 수 있는 친환경 비가연성 냉매를 제공하는데 있다.
셋째, 신체 및 지구환경에 무해한 친환경 비가연성 냉매를 제공하는데 있다.
넷째, 냉동시스템 안에서 작동 시 안정된 혼합냉매를 유지할 수 있는 친환경 비가연성 냉매를 제공하는데 있다.
본 발명은 비가연성의 성질을 갖는 혼합 부피% 비율의 선택과 혼합방법을 제공한 냉매이다. 혼합부피% 비율의 선택은 다음과 같은 과정으로 진행시켰다.
실시예 1
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)75 ℓ, 프로필렌(R1270;C₃H6)25ℓ, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1 ℓ를 혼합하여 비가연성 친환경 냉매를 제조하였다.
실시예 2
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)76ℓ,프로필렌(R290;C₃H6)19ℓ,프로판(C₃H8)
5ℓ,핵사메틸 실리콘 오일 0.1ℓ를 혼합하여 비가연성 친환경 냉매를 제조하였다.
실시예 3
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)75ℓ, 에탄(C2H6)3ℓ, 프로필렌(R290;C₃H6)
22ℓ,핵사메틸 실리콘 오일 0.1ℓ를 혼합하여 비가연성 친환경 냉매를 제조하였다.
실시예 4
트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)77ℓ, 에탄(C2H6)3ℓ, 프로필렌(R290;C₃H6)17ℓ, 프로판(C₃H8)3ℓ, 핵사메틸 실리콘 오일 0.1ℓ를 혼합하여 비가연성 친환경 냉매를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 본 발명인 비 가연성 친환경 냉매에 관하여 가연성 실험과 냉동시스템에 적용시켜 각 기능 부분의 성능실험을 아래와 같이 하였다.
앞에서 첨가제 핵사메틸 실리콘 오일의 역할을 설명한 것과 같이 첨가제 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5 부피부는 초음파 혼합 시 콜로이드 현상을 유도하는데 사용 되어지는 양이다. 첨가제를 이 범위 이상을 사용하면 엉김현상이 일어나고 이하를 사용하면 콜로이드 현상이 발생하지 않는다.
이것은 아르곤 레이저 (파장:514.15㎜)에 의한 산란실험으로 확인할 수 있었으며, 본 발명의 혼합방법과 일반적인 혼합방법의 NIST Refprop 9.1(National Institute of Standards and Technology)프로그램으로 냉매를 제조하였을 때의 온도 구배(Temperature Gradient)를 표 1. 에 나타내었다.
표2. 는 ASHRAE HBP 조건을 취하여 한국의 L사 가정용 에어컨의 성능(COP)측정한 성능 실험값들이다. 기존의 혼합방법(교반에 의한 방식)을 선택하였을 때 응축부, 압축부의 온도구배가 많이 생겼지만 본 발명의 혼합방법을 선택하였을 때 온도구배가 발생하지 않았음을 알 수 있었다. 이러한 결과로 해서 본 발명의 냉매는 비가연성이며 냉동시스템에서 안정한 근 공비 냉매임을 알 수 있는 것이다.
또 가연성 실험을 위하여 ASTM E 681 또는 ISO 817 2014 의 규격에 따라 가연성 실험한 결과를 표 3 에 나타내었다. 따라서 본 발명의 냉매는 비 가연선 근 공비 혼합냉매임을 알 수 있게 되었다.
표4. 는 CF3I를 기본으로 한 비가연성 혼합냉매와의 냉동 오일 과의 호환성을 검증하기 위하고 에어컨 압축기의 내구성을 실험하기 위해 D사의 모델-BHRB51H 510 리터 급 가정용 냉장고를 과부하실험(HEAVY LOAD LIFE TEST)을 실시한 결과이다.
표 1. 아르곤 레이저(파장:514.15㎜)에 의한 혼합 방법과 일반적인 혼합방법과의 온도 구배(Temperature Gradient)
실 험 혼합비율(부피부) 본 발명의 혼합방법으로 혼합한 온도구배 NIST Refprop 9.1 프로그램으로 혼합한 온도구배
실시예 1 CF3I/R290(75/25) 0.07℃ 3.9℃
실시예 2 CF3I/R1270/R290(76/19/4) 0.09℃ 3.6℃
실시예 3 CF3I/R170/R/1270/(75/3/22) 0.11℃ 3.1℃
실시예 4 CF3I/R170/R1270/R290(77/3/17/3) 0.05℃ 4.2℃
상기 표에서 혼합비율은 부피부이며, 실시예 1내지 실시예 4는 핵사메틸 실리콘 오일은 각각 동일 부피부가 포함되므로 기재하지 않기로 하였다
표 2. ASHRAE HBP 조건을 취하여 한국L사의 가정용 에어컨의 성능(COP)측정한 성능 실험 결과이다.
냉매 R-22 실시예1
CF3I/R1270		 실시예2
CF3I/R1270
/R290		 실시예3
CF3I/R170
/R1270		 실시예4
CF3I/R170
/R1270/R290
혼합비 100 75/25 75/19/5 75/3/22 77/3/17/3
분자량 86 102 100 101 100
주입량(g) 840 950 1000 1050 900 950 1000 900 950 1000 950 1000 1050
냉기온도(C) 12.8 12.7 12.1 10.6 17.9 14.4 12.4 17.9 14.4 12.4 14.4 12.7 13.4
소비전력(W) 1,56 1,67 1.67 1.86 1.53 1.70 1.76 1.534 1.71 1.75 1.78 1.57 1.73
토출압력(bar) 16.8 10.8 11.3 12.9 9.2 11.3 11.7 9.2 11.3 11.7 10.5 10.9 11.4
증발기 입구온도(C) 26.8 70.7 63.9 73.8 72.4 67.4 53.6 72.4 67.4 55.6 65.3 55.5 59.2
증발기 출구온도(C) 15.1 15.0 15.0 15.0 16.2 11.6 12.5 16.2 11.6 11.5 11.9 11.7 11.4
외기온도(C) 38.2 38.3 38.5 38.7 38.5 38.9 38.3 38.5 38.9 38.3 38.5 38.1 38.1
상기 표에서 혼합비율은 부피부이며, 실시예 1내지 실시예 4는 핵사메틸 실리콘 오일은 각각 동일 부피부가 포함되므로 기재하지 않기로 하였다
본 발명의 냉매가 근 공비임을 나타내기 위하여 Fractionation Testing(조성분리 시험)을 실시하였다.
본 실험에서는 미국의 표준연구소에서 개발한 REFLEAK 프로그램을 사용하여 worst case formulation composition (최악의 조성)을 결정하였다. REFLEAK은 위에서 설명한 REFPROP 9.1 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 1가지 온도조건 하에서 조성 분리 해석을 수행해야 한다.
90% 충전시(CHARGING) : 25.0℃
조성 분리 해석을 하기 위해서는 조성에 대해 다음과 같은 정의를 내려야 한다.
충전 조성 (CHARGING COMPOSITION) : 처음에 혼합(MIXTURE)해서 판매되는 냉매의 조성 최악 충진 조성: 배합시 오차( range)가 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 정하고 실험 하였다.
이 같은 정의에 따라 본 발명의 냉매에 있어서 충진 조성과 최악 충진 조성은 다음과 같이 결정된다.
최악의 충전 조성 : 1) 74부피부CF3I/26부피부 R1270
2) 75부피부CF3I/20부피부 R1270/5부피부 R290
3) 74부피부CF3I/4부피부 R/170/22부피부 R290
4) 76부피부CF3I/4부피부 R170/17부피부 R1270/3부피부 R290
상기 조건에서 핵사메틸 실리콘 오일은 각각 동일량이 포함되므로 기재하지 않기로 하였다.
이런 조건들을 정한 뒤 REFPROP 9.1프로그램을 이용하여 최악의 누출 조성을 결정하였다. REFLEAK 프로그램은 15% 충진의 경우 아무런 온도 조건 없이 최악의 누출 조성을 계산했지만 90% 충진의 경우 25.0℃ 의 온도에서 90% 충진 미만에서 조성 분리 실험을 하였다.
표 3. 은 실시예 1 조성의 최악 충진 조성에서 기체와 액체가 새어 10%씩 누출 하였을 때의 남아 있는 조성 비율을,
표 4. 는 실시예 2 조성의 최악 충진 조성에서 기체와 액체가 새어 10%씩 누출 하였을 때의 남아 있는 조성 비율을,
표 5. 는 실시예 3 조성의 최악 충진 조성에서 기체와 액체가 새어 10%씩 누출 하였을 때의 남아 있는 조성 비율을,
표 6. 은 실시예 4 조성의 최악 충진 조성에서 기체와 액체가 새어 10%씩 누출 하였을 때의 남아 있는 조성 비율을,
표 3 비가연성 친환경 냉매 실시예 1을 25℃에 기체 및 액체 냉매를 10%씩 방출한 후 남은 냉매를 가스크로마토그라피(Gas Chromatograph) 에서 분석한 조성비
최초온도 (℃) 25
최초 퍼센트 60% fill
최초 조성물 조성비 75.0/25.0
각각의 조성물
Every Composition		 누출(Leakage)(%) 잔여조성물(Composition(부피부)
10 75.1242/25.8758
20 74.2484/25.7516
30 74.3726/25.6274
40 74.4968/25.5032
50 74.6210/25.3790
60 74.7494/25.2548
70 74.8694/25.1306
80 74.9936/25.0064
90 75.1178/24.8822
상기 표 3의 조성물의 최초 조성물과 각각의 조성물 중 잔여조성물(부피부)의 기재에 있어서, 실시예 1의 조성물의 트리플루오로아이오드메탄(CF3I), 프로필렌(R1270)의 명칭은 삭제한 채 성분의 부피부를 순서대로 기재하였고, 핵사메틸 실리콘오일은 기재하지 않았다.
표 4. 비가연성 친환경 냉매 실시예 2를 25℃에 기체 및 액체 냉매를 10%씩 방출한 후 남은 냉매를 가스크로마토그라피(Gas Chromatograph) 에서 분석한 조성비
최초온도(Starting temperature) (℃) 25
최초퍼센트(Starting percent) 60% fill
최초조성물 (Starting composition) 76.0/19.0/5.0
각각의 조성물
Every Composition		 누출(Leakage)(%) 잔여조성물(Composition)(부피부)
10 76.9968/19.9812/5.0220
20 76.0896/19.8700/5.0404
30 76.1569/19.8021/5.0410
40 76.1726/19.7019/5.1255
50 76.0020/19.9961/5.0019
60 76.1358/19.7516/5.1126
70 76.0722/19.8846/5.0432
80 76.2482/19.5549/5.1969
90 76.3082/19.4110/5.2808
표 3의 조성물의 최초 조성물과 각각의 조성물 중 잔여조성물(부피부)의 기재에 있어서, 실시예 1의 조성물의 트리플루오로아이오드메탄(CF3I), 프로필렌(R290). 프로판(R290)의 명칭은 삭제한 채 성분의 부피부를 순서대로 기재하였고, 핵사메틸 실리콘오일은 기재하지 않았다.
표 5. 비가연성 친환경 냉매 실시예 3을 25℃에 기체 및 액체 냉매를 10%씩 방출한 후 남은 냉매를 가스크로마토그라피(Gas Chromatograph) 에서 분석한 조성비
최초온도(Starting temperature) (℃) 25
최초퍼센트(Starting percent) 60% fill
최초조성물 (Starting composition) 75.0/3.0/22.0
각각의 조성물
Every Composition		 누출(Leakage)(%) 잔여조성물(Composition)(부피부)
10 75.9968/3.9812/22.0220
20 75.0896/3.8700/22.0404
30 75.1569/3.8021/22.0410
40 75.1726/3.7019/22.1255
50 75.0020/3.9961/22.0019
60 75.1358/3.7516/22.1126
70 75.0722/3.8846/22.0432
80 75.2482/3.5549/22.1969
90 75.3082/3.4110/22.2808
상기 표 5 의 조성물의 최초조성물과 각각의 조성물의 조성물(부피부)의 기재에 있어서, 실시예 3의 조성성분인 트리플루오로아이오드메탄(CF3I), 프로필렌(R1270), 프로탄(C3H8)의 명칭은 삭제한 채 성분의 부피부를 순서대로 기재하였고, 핵사메틸 실리콘오일은 기재하지 않았다.
표 6. 비가연성 친환경 냉매 실시예 4를 25℃에 기체 및 액체 냉매를 10%씩 방출한 후 남은 냉매를 가스크로마토그라피(Gas Chromatograph) 에서 분석한 조성비
최초온도(Starting temperature) (℃) 25
최초퍼센트(Starting percent) 60% fill
최초조성물 (Starting composition) 77.0/3.0/17.0/3.0
각각의 조성물
Every Composition		 누출(Leakage)(%) 잔여조성물(Composition)(부피부)
10 77.9874/3.9512/17.0402/3.0215
20 77.0104/3.8891/17.0911/3.0094
30 77.0520/3.8162/17.0556/3.0762
40 77.0102/3.5654/17.3720/3.0524
50 77.1541/3.7460/17.2025/3.8974
60 77.1624/3.8328/17.1594/3.8454
70 77.1988/3.5990/17.1690/3.0332
80 77.2351/3.5235/17.2881/3.9533
90 77.1810/3.5514/17.1722/3.0954
상기 표 6의 조성물의 최초 조성물과 각각의 조성물의 조성물(부피부)의 기재에 있어서, 실시예 4의 조성성분인 트리플루오로아이오드메탄(CF3I),에탄(R170), 프로필렌(R1270), 프로판(R290)의 명칭은 삭제한 채 성분의 부피부를 순서대로 기재하였고, 핵사메틸 실리콘오일은 기재하지 않았다.
표 7. ASTM E 681 또는 ISO 817 2014 의 규격에 따라 23℃에서의 가연성 실험한 결과
실험 가 연 성 실 험
일반적 혼합방법 본 발명의 혼합방법
하한치 상한치 하한치 상한치
실시예1 3.8 20.1
실시예2 3.8 19.5
실시예3 4.0 18.0
실시예4 4.0 20.2
그러므로 본 냉매의 경우 최악 충진 조성에서 발생할 수 있는 최악 누출 조성은 가장 가연성이 많은 조성의 경우에도 비 가연성의 조성인 CF3I가 같은 비율로 남아 있는 것으로 보아 근 공비 냉매이고 비 가연성 냉매임을 알 수 있다.
또 CF3I를 혼합한 냉매는 냉동 오일과의 호환성 및 수분이 50ppm이상 들어 있을 최악의 조건에서 냉동 장치에 사용되는 자재 적합성을 보기위하여 과부하실험 (HEAVY LOAD LIFE TEST)을 하여 그 결과를 표 8 에 나타내었고, 표 9 에 모세관 막힘 실험(CAPILLARY BLOCKAGE TEST)을, 표 10 에서 반복적인 순간 운전-정지실험(RAPID & ON-OFF CYCLE LIFE TEST) 결과를 나타내었다.
표 8 과부하실험(HEAVY LOAD LIFE TEST RESULT)
1) 실험조건 : 니케이, 아메리콜드, 도시바 규격
흡입압력 : 1 Kgf/㎠
토출압력 : 25~30 Kgf/㎠
운전시간 : 1,000HR
압축기 : D 사의 R-134a용
압축케이스온도 : 100±5℃
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
흡입밸브 GOOD GOOD GOOD GOOD
토출밸브 조립품 GOOD GOOD GOOD GOOD
순환소음기 조립품 GOOD GOOD GOOD GOOD
피스톤 GOOD GOOD GOOD GOOD
블록(BLOCK) GOOD GOOD GOOD GOOD
PAG-
105 OIL		 색상(COLOR) L0.5 L0.5 L0.5 L0.5
TAN(mgKOH/g)0.10이하 0.0754 0.0733 0.0741 0.0723
수분 (PPM)20이하 2 3 3 2
L/SHELL ASS’Y GOOD GOOD GOOD GOOD
2)실험결과
색상<COLOR> L0.5 : 아주 엷은 담황색
표 9. 모세관 막힘 실험결과(CAPILLARY BLOCKAGE TEST RESULT)
1) 실험조건 TEST CONDITIONS :（G.E 규격)
응축온도(CONDENSING TEMP) : 54.4℃
모세관유출구온도 (CAPILLARY OUTLET TEMP) : -29℃
모터바람온도(MOTOR WINDING TEMP) : 140℃
압축기 케이스 온도 (COMP. CASE TEMP) : 110℃
운전시간(RUNNING TIME) : 4주 (672 시간)
압축기(COMPRESSOR) : D 사
냉동오일(REF. OI)L : FREOL S-22T (일본에너지)
캡-튜브(CAP-TUBE) : 직경 0.75m × 2.12 m
건조기(DRYER) : XH-5 (R-134a 전용)
2) 실험결과
적용부품 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
흡입밸브(SUC. VALVE) GOOD GOOD GOOD GOOD
토출밸브조립품(DIS. VALVE ASS’Y) GOOD GOOD GOOD GOOD
순환 소음기 조립품(DEL. MUFF. ASS’Y) GOOD GOOD GOOD GOOD
피스톤(PISTON) GOOD GOOD GOOD GOOD
블록(BLOCK) GOOD GOOD GOOD GOOD
냉동오일
(REF. OIL)		 색상(COLOR) L1.5 L1.5 L1.5 L1.5
TAN(mgKOH/g)0.10 이하 0.0366 0.0457 0.0422 0.0453
수분(PPM)20 이하 0 1 1 0
L/SHELL ASS’Y GOOD GOOD GOOD GOOD
CAPILLARY
WAITE		 FLOW CHANGEABLE 3.3% 3.0% 2.0% 3.5%
INLET TUBE GOOD GOOD GOOD GOOD
OUTLET TUBE GOOD GOOD GOOD GOOD
색상 L1.5 : 황색, L3.0 밤색
표 10.반복적인 순간 운전-정지 실험(RAPID & ON-OFF CYCLE LIFE TEST RESULT)
1) 반복적인 순간 운전-정지 실험조건 :（G.E 규격)
흡입압력(SUC. PRESS) : 1.0 ± 0.5kgf/㎠
토출압력(DIS. PRESS) : 23 ± 2 kgf/㎠
작동시간(ON-TIME) : 15 sec
정지시간(OFF-TIME) : 15 sec
압축케이스온도(COMP CASE TEMP) : 90 ± 5℃
운전시간(RUNNING TIME) : 1,000hr
압축기(COMPRESSOR) : D사
냉동오일(REF. OIL) : FREOL S-22T (일본에너지)
2) 운전-정지 실험조건 : 아메리콜드 규격(AMERICOLD SPEC.)
흡입압력(SUC. PRESS) : 1.0 ± 0.5kgf/㎠
토출압력(DIS. PRESS) : 23 ± 2 kgf/㎠
작동시간 : 15 min
정지시간 : 15 min
압축케이스온도 : 90 ± 5℃
운전시간(RUNNING TIME) : 1,000hr
압축기(COMPRESSOR) : D사
냉동오일(REF. OIL) : FREOL S-22T (일본에너지)
3) 실험결과
적용부품 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4
흡입밸브 GOOD GOOD GOOD GOOD
토출밸브조립품(DIS. VALVE ASS’Y) GOOD GOOD GOOD GOOD
순환소음기 조립품(DEL. MUFF. ASS’Y) GOOD GOOD GOOD GOOD
피스톤(PISTON) GOOD GOOD GOOD GOOD
블록(BLOCK) GOOD GOOD GOOD GOOD
냉동오일REF. OIL 색상 RAPI D L1.0 L1.0 L1.0 L1.0
ON-OFFCYCLE L1.0 L1.0 L1.0 L1.0
TAN(mgKOH/g)
0.10 이하		 RAPI D 0.0405 0.0522 0.0521 0.0431
ON-OFFCYCLE 0.0439 0.0548 0.0493 0.0374
수분(PPM)
20이하		 RAPI D 16.3 16.5 17.1 16.4
ON-OFFCYCLE 15.3 14.3 15.1 15.6
L/SHELL ASS’Y GOOD GOOD GOOD GOOD
색상(COLOR) L1.0 : 담황색

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 비가연성 친환경 혼합 냉매에 있어서,
    트리플루오로아이오도메탄(CF₃I) 65~85부피부, 에탄(C2H6), 프로필렌(C₃H6) 24.5~35부피부, 프로판(C3H8) 4~7부피부 및 첨가제 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5부피부를 혼합하여 초음파를 이용, 에멀죤화한 후 Drop-in 타입으로 사용이 가능한 비가연성 친환경 혼합냉매.
  4. 비가연성 친환경 혼합 냉매에 있어서,
    트리플루오로아이오도메탄(CF₃I)65~85부피부, 에탄(C2H6)3~5부피부, 프로필렌(C₃H6) 10~15 부피부, 프로판(C₃H8)3~5 부피부 및 핵사메틸 실리콘 오일 0.1~0.5부피부를 혼합하여 초음파를 이용, 에멀죤화한 후 Drop-in 타입으로 사용이 가능한 비가연성 친환경 혼합냉매.
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