KR19990067212A - 냉매 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (A)1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 (B)n-펜탄을 포함하는 유사공비 조성물에 관한다. 또한 유사공비 조성물을 포함하는 열 전달 장치가 기술되어 있다.

Description

냉매 조성물
본 발명은 냉매 조성물 및 냉장 및 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 열전달 장치내에서의 이러한 조성물의 용도에 관한다. 본 발명은 특히 현재 디클로로디플루오로메탄(R-12)에 의하여 만족되고 있는 자동 에어 컨디셔닝 용품 및 냉장 용품에 사용할 수 있는 냉매 조성물에 관한다.
냉장고, 냉동고, 열 펌프 및 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 기계적 압축 형태의 열 전달 장치는 널리 공지되어 있다. 이러한 장치에서, 적당한 비점을 갖는 냉매는 저압에서 증발하여 주위의 열 전달 유체로부터 열을 빼앗는다. 이후 이렇게 얻어진 증기는 압축되어 응축기를 통과하는데 여기서 응축되어 또다른 열 전달 유체로 열을 방출한다. 이후 응축물은 팽창 밸브를 통하여 증발기로 되돌아오고 이렇게 하여 회로를 완성하게 된다. 증기를 압축하고 액체를 펌핑하는데 요구되는 기계적인 에너지는 전기 모터 또는 내부 연소 엔진에 의하여 제공될 수 있을 것이다.
적당한 비점 및 높은 증발 잠열을 갖는 외에 냉매로서 바람직한 특성에는 낮은 독성, 난연성, 비부식성, 높은 안정성 및 불쾌한 냄새가 없을 것이 포함된다.
지금까지, 열 전달 장치는 트리클로로플루오로메탄(냉매 R-11), 디클로로디플루오로메탄(냉매 R-12), 클로로디플루오로메탄(냉매 R-22), 클로로디플루오로메탄 및 클로로펜타플루오로에탄(냉매 R-115)의 공비 혼합물(냄매 R-502)과 같은 완전히 및 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본 냉매를 사용하는 경향이 었다. 특히 냉매 R-12는 자동 에어 컨디셔닝 및 가정용 냉장 시스템에서 널리 사용되어 왔다.
그러나, 완전히 및 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본은 지구 보호 오존층 파괴에 관련되어 왔으므로 그 결과 이의 사용 및 생산은 국제 조약에 의하여 제한되어 왔다.
본 발명이 관여하는 형태의 열 전달 장치는 본질적으로 폐쇄 시스템이므로 장치의 조작시 또는 유지 절차시 누수로 인하여 냉매가 대기로 손실될 수 있다. 따라서, 완전히 또는 부분적으로 할로겐화된 클로로플루오로카본 냉매를 오존 고갈 잠재성이 낮거나 없는 물질로 대체하는 것이 중요하다.
현재 사용하고 있는 몇몇 클로로플루오로카본 냉매 대체물은 이미 개발되어 왔다. 이들 대체 냉매는 선택된 하이드로클루오로카본, 즉 구조내에 탄소, 수소 및 플루오르 원자만을 함유하는 화합물을 포함하는 경향이 있다. 따라서, 냉매 R-12는 일반적으로 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a)으로 대체되고 있다.
열 전달 장치에서, 냉매는 윤활제를 또한 포함하는 작동 유체 조성물의 일부를 구성한다. 윤활제는 냉매와 함께 장치 주위를 순환하여 압축기를 계속적으로 윤활시킨다. 냉매 존재시 양호한 윤활성을 가지는 외에, 윤활제의 바람직한 특성에는 양호한 가수분해 안정성 및 양호한 열적 안정성이 포함된다. 또한, 윤활제를 압축기로 되돌리기 위하여 윤활제는 냉매와 상용성이어야 하는데 실제로 이것은 윤활제 및 냉매가 어느 정도의 상호 가용성을 가져야 함, 즉 윤활제 및 냉매가 최소한 부분적으로 서로에 가용성이어야 함을 의미한다.
지금까지 열 전달 장치는 윤활제로서 미네랄 오일을 사용하는 경향이었다. 미네랄 오일과 클로로플루오로카본의 양호한 가용성으로 인하여 미네랄 오일은 클로로플루오로카본과 함께 열 전달 정치를 순환할 수 있어서 압축기의 효과적인 윤활을 확실하게 한다. 그러나, 불행하게도 대체 냉매는 현재 사용되는 클로로플루오로카본에 대하여 상이한 가용 특성을 가지는 경향이 있으며 미네랄 오일에 충분히 가용성이지 않아서 윤활제로서 클로로플루오로카본을 사용할 수 없는 경향이 있다.
따라서, 요구되는 오존 파괴 가능성이 적거나 없는 여러 가지 대체 냉매를 찾는 문제뿐만 아니라 많은 경우 대체 냉매로 만족한 성능을 갖는 윤활제를 개발하는 문제로 인하여 클로로플루오로카본 냉매를 대체시킬 필요는 산업상 매우 실제적인 어려움을 가지고 있다.
본 발명은 현재 냉매 R-12를 사용하고 있는 자동 에어 컨디셔닝 용품 및 냉장 용품에서 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠형 윤활제와 함께 사용할 수 있는 오존 파괴 가능성이 없는 화합물들의 혼합물을 포함하는 냉매 조성물을 제공한다.
본 발명은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a) 및 n-펜탄을 포함하는 자동 에어 컨디셔닝 시스템 및 가정용 냉장 시스템과 같은 열 전달 장치에서 사용하기 위한 유사공비 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 n-펜탄을 포함하는 유사공비 냉매 조성물이 함유되어 있는, 증발기, 응축기, 압축기 및 팽창 벨브를 포함하는 냉장 또는 에어 컨디셔닝 시스템과 같은 열 전달 장치를 제공한다. 본 발명 조성물은 특히 가정용 냉장 시스템 및 자동 에어 컨디셔닝 시스템에서 사용할 수 있을 것이다.
본 발명의 유사공비 조성물은 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 n-펜탄을 포함한다. n-펜탄은 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠 윤활제내에 용해시킬 수 있는데 이러한 특성으로써 본 발명 조성물은 이러한 윤활제를 열 전달 장치 주위로 운반하고 압축기로 되돌릴 수 있게 될 것이다. 따라서, 냉매로서 본 발명 조성물을 사용하는 열 전달 장치는 압축기를 윤활시키기 위하여 미네랄 오일 또는 알킬 벤젠을 베이스로 하는 비싸지 않은 윤활제를 사용할 수 있을 것이다.
공비 조성물이란 냉매 업계에 널리 공지되어 있으며 일정한 비등 행동을 보이고 비등 또는 증발시 구성 성분들로 분별 또는 분리되지 않는 둘 이상의 성분을 포함하는 조성물을 일컫는 말이다. 따라서, 공비 냉매를 사용할 경우, 냉장 싸이클시 만나게 되는 액상 및 기상은 동일한 또는 실질적으로 동일한 조성을 가지는 경향이 있다. 본원에서 사용되는 유사공비 조성물이란 비등시 현저한 정도로 분별되지 않으며 일정한 비등 거동 또는 본질적으로 일정한 비등 거동을 보이는 실제 공비조성물과 같이 행동하는 조성물을 말한다. 따라서, 유사공비 조성물과 관련하여 냉장 싸이클시 만나게 되는 액상 및 기상은 또한 동일한 조성을 가지는 경향일 것이다.
본 발명의 유사공비 조성물은 바람직하게는 95.0-99.9 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 0.1-5.0 중량%의 n-펜탄을 포함할 것이다. 특히 바람직한 조성물은 자동 에어 컨디셔닝 시스템 및 가정용 냉장 시스템에서 일반적으로 만나게 되는 온도 및 압력, 즉 -40 - +45℃의 온도 및 0.5-12 bar(0.5x105- 12x105N/m2)의 압력에서 유사 공비 거동을 보이는, 97.0-99.8 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 0.2-3.0 중량%의 n-펜탄을 포함하는 것들이다.
본 발명 유사공비 조성물은 조성물을 응축시킨 다음 공기 또는 물과 같은 냉각될 열 전달 유체와의 열 교환 관계에서 이것을 증발시키는 것을 포함하는 방법으로써 자동 에어 컨디셔닝 시스템 및 가정용 냉장 시스템과 같은 열 전달 장치에서 의도하는 냉각을 제공하기 위하여 사용할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명 유사공비 조성물은 냉매 R-12용 대체물로서 사용할 수 있을 것이다. 본 발명 조성물은 또한 특정 비율의 냉매 R-12 및 1,1-디플루오로에탄(R-152a)의 혼합물인 냉매 R-500용 대체물로서 사용할 수 있을 것이다.
이제 본 발명은 다음 실시예를 참고로하여 예시될 것이며 이에 한정하려는 의도는 아니다.
실시예 1
1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 n-펜탄의 유사공비 배합물의 존재를 테스트하기 위하여 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(여기서는 R-134a) 및 n-펜탄에 대해서 열역학적 연구를 하였다. R-134a 및 n-펜탄을 여러 가지 양으로 함유하는 일련의 조성물의 증기/액체 평형(VLE) 거동을 먼저 측정하였다. 이후 이렇게 측정된 VLE 테이타를 순수한 R-134a 및 n-펜탄의 공지된 특성과 함께 사용하여 배합물의 이상성으로부터의 편차를 특징화하는 여러가지 상호 작용 파라미터를 측정하기 위하여 측정 VLE 데이터에 맞도록 개질된 R-134a 및 n-펜탄 배합물을 위한 Huron-Vidal(MHV-2) 상태 방정식을 개발하였다. 이후 이렇게 얻어진 상태 방정식을 사용하여 -20 - +30℃ 범위의 여러 가지 상이한 온도에서 혹종의 R-134a 및 n-펜탄의 유사공비 배합물의 존재 및 조성을 더 근사하게 측정하였다. 이것은 본질적으로 동일한 액체 및 증기 조성이 얻어질 때까지 조사될 각 온도에서 R-134a 및 n-펜탄 배합물의 증기압 및 조성을 변화시킴으로써 얻어졌다. 결과를 표1에 나타내었다. 표1에 구체화한 각 온도에서, 본질적으로 동일한 액체 및 기체 조성(즉 몰%로 첫 십진법 위치까지)이 얻어지는 R-134a 및 n-펜탄 배합물의 증기압 및 조성을 기록하였다.
온도(℃) 압력(Bar) R-134a/n-펜탄 배합물의 조성
몰% 중량%
-20.00 1.36 96.1/3.9 97.2/2.8
0.00 2.96 96.7/3.3 97.6/2.4
20.00 5.70 98.4/1.6 98.9/1.1
30.00 7.66 99.6/0.4 99.7/0.3

Claims (11)

1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a) 및 n-펜탄을 포함하는 유사공비 조성물.
제1항에 있어서, 95.0-99.9 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 0.1-5.0 중량%의 n-펜탄을 포함하는 유사공비 조성물.
제2항에 있어서, 97.0-99.8 중량%의 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 및 0.2-3.0 중량%의 n-펜탄을 포함하는 유사공비 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자동 에어 컨디셔닝 시스템 및 가정용 냉장 시스템에서 마주치게 되는 온도 및 압력에서 유사공비 조성물 거동을 보이는 유사공비 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, -40 - +45℃의 온도 및 0.5-12 bar(0.5x105- 12x105N/m2)의 압력에서 유사공비 조성물 거동을 보이는 유사공비 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물을 응축시킨 다음 냉각시킬 열 전달 유체와의 열 교환 관계에서 이것을 증발시키는 것을 포함하는 냉각 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물을 응축시킨 다음 냉각시킬 열 전달 유체와의 열 교환 관계에서 이것을 증발시키는 것을 포함하는, 자동 에어 컨디셔닝 시스템 및 가정용 냉장 시스템에서의 냉각 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물이 함유되어 있는, 증발기, 응축기, 압축기 및 팽창밸브를 포함하는 열 전달 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물이 함유되어 있는, 증발기, 응축기, 압축기 및 팽창밸브를 포함하는 에어 컨디셔닝 시스템 또는 냉장 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물이 함유되어 있는, 증발기, 응축기, 압축기 및 팽창밸브를 포함하는 자동 에어 컨디셔닝 시스템 또는 가정용 냉장 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유사공비 조성물의 냉매 R-12 대체물로서의 용도.
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