KR20090059582A - The environmental refrigerant mixture for the open showcase refrigerator - Google Patents

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Abstract

A refrigerant mixture composition is provided to minimize design change of an existing refrigerator system using a R22 refrigerant and to ensure excellent volume refrigerating capacity and performance coefficient, and good steam pressure property. A refrigerant mixture composition comprises, based on the whole refrigerant composition, propane(C3H8) of 20-30 weight%, propylene(CH3-CH-CH2) of 35-45 weight%, and trifluoromethyl iodide(CF3I) of 20-30 weight% which are hydrocarbon-based coolant gas; and difluoromethane(CH2F2) of 5-10 weight% which is hydrofluorocarbon-based refrigerant gas. The refrigerant mixture composition has an ozone depletion index of 0 and a global warming potential of 70 or less compared with a freon-based refrigerant(R22, R407C).

Description

친환경 오픈 쇼케이스 혼합냉매 조성물 {The Environmental Refrigerant Mixture For The Open Showcase Refrigerator}Environmental Refrigerant Mixture For The Open Showcase Refrigerator

본 발명은 기존의 프레온계 냉매 R22(CHF2Cl)를 사용하는 냉동기 시스템의 설계변경을 최소화하고 냉매량 조정만으로 곧 바로(Drop-in) 적용하기 위하여 체적냉동능력 및 증기압특성이 우수하고, 냉동 사이클상의 증발 및 응축과정에서 온도구배를 최소화하여 냉매의 장기보관과 사용의 편리성을 도모하기 위한 근사 공비혼합물 특성을 갖으며, 탄화수소계 냉매가 가지고 있는 가연성을 개선하고, 지구 오존층파괴(O에)와 지구 온난화지수(GWP)에 대한 영향을 최소화하여 환경친화적인 특성을 갖는 영업용 오픈 쇼케이스 냉동기에 주로 사용되는 냉매 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 프레온계 혼합냉매 R22를 대체하기 위한 본 발명의 혼합냉매 조성물은 전체 냉매 조성물에 대해, 탄화수소계 냉매 가스인 20～30 중량%의 프로판(C3H8)과 35～45 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2), 그리고 25～30 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I), 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스인 5～10 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하여 이루어지는 혼합냉매 조성물에 관한 것이다The present invention is excellent in the volumetric freezing capacity and steam pressure characteristics to minimize the design change of the refrigeration system using the existing freon-based refrigerant R22 (CHF 2 Cl) and to immediately apply (Drop-in) only by adjusting the amount of refrigerant, the refrigeration cycle It minimizes temperature gradient during evaporation and condensation of bed, and has an approximate azeotrope to improve the long-term storage and ease of use of the refrigerant, and improves the flammability of hydrocarbon-based refrigerants. The present invention relates to a refrigerant composition mainly used in commercial open showcase refrigerators having environmentally friendly characteristics by minimizing the influence on the global warming index (GWP). More specifically, the mixed refrigerant composition of the present invention for replacing the freon mixed refrigerant R22 is 20-30% by weight of propane (C 3 H 8 ), which is a hydrocarbon-based refrigerant gas, and 35-45% by weight, based on the total refrigerant composition. Propylene (CH 3 -CH-CH 2 ), 25-30 wt% trifluoro methyliodine (CF 3 I), and 5-10 wt% difluoromethane as a hydrofluorocarbon refrigerant gas It relates to a mixed refrigerant composition containing (CH 2 F 2 )

냉동기 사이클(Cycle)은 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브, 드라이어, 오일(油) 분리기, 액(液）분리기 등으로 구성되어 있다. 냉동기는 열역학 제2법칙을 이용하여 압축기로 하여금 소정의 일을 수행시킴으로서 저열원(低熱源)에서 열을 흡수하여 온도가 높은 고열원(高熱源)으로 열을 이동하는 것을 목적으로 한다. 냉동 사이클에서 사용되고 있는 냉매는 증발기에서 저온(低溫）증발하여 주위의 열을 흡수하고, 압축기에서 고온(高溫), 고압(高壓)의 기체로 압축되며 응축기에서 다시 냉각되어 고압의 액상으로 상태변화한 것을 팽창밸브를 거치면서 감압되어 증발기내에서 증발함으로서 냉동기 사이클 내부를 순환하며 연속적으로 냉동작용을 한다．The refrigeration cycle consists of a compressor, a condenser, an evaporator, an expansion valve, a dryer, an oil separator, a liquid separator, etc. The refrigerator uses the second law of thermodynamics to cause the compressor to perform certain tasks. Its purpose is to absorb heat from a low heat source and transfer it to a high heat source, where the temperature is high. Is compressed by high-pressure and high-pressure gas in the compressor, cooled again in the condenser, and reduced to a high-pressure liquid state through a expansion valve to depressurize and evaporate in the evaporator, thereby circulating inside the freezer cycle. And freeze continuously.

이러한 냉매는 그 사용 온도에 따라서 크게 고온용, 중온용 및 저온용으로 구별되며, 저온용 냉매는 사용 온도의 범위가 약 -35 - -15℃이고, 중온용은 -15 - +5℃이고, 고온용은 -10 - +10℃ 정도이다. 냉매 R22(CHF2Cl)는 고온용 냉매의 대표적인 물질로서 우수한 열역학적 특성을 갖추고 있으며 안전하여 주로 산업 및 영업용 냉동기에 널리 사용되고 있다. 하지만 냉매 R22를 산업 및 영업용 냉동기와 같은 사용조건으로 적용할 때의 열역학적 특성을 보면 압축비가 커지면서 압축기 토출측 냉매가스 온도가 크게 증가하고, 지구오존층파괴 및 지구온난화지수가 커서 지구환경문제를 야기하는 단점을 가지고 있다. 따라서 냉매 R407C는 냉매 R22(CHF2Cl)의 이러한 단점을 보완하기 위하여 만들어진 프레온계 혼합냉매로서 R407C의 구체적인 조성비는 [R-32(CH2F2)/R-125(C2HF5)/R-134a (CF3-CH2F) = 23/25/52 중량%]와 같다. R407C 냉매 는 R22 대비 환경문제는 지구오존층 파괴지수는 일부 개선되었으나 지구온난화 문제점을 해결하지 못하고 있고, 성능 특성이 감소하고 사용과 취급이 불안정한 비공비혼합물 특성으로 인하여 산업 및 영업용 냉동기 등에 널리 보급되지 못하고 있는 실정이다.These refrigerants are classified into high temperature, medium temperature, and low temperature according to their use temperature. The low temperature refrigerant has a use temperature of about -35--15 ° C, and a medium temperature of -15-+ 5 ° C. High temperature use is about -10-+ 10 ° C. Refrigerant R22 (CHF 2 Cl) is a representative material of high-temperature refrigerant, has excellent thermodynamic properties, and is widely used in industrial and commercial refrigerators due to its safety. However, the thermodynamic characteristics of applying refrigerant R22 under the same conditions as industrial and commercial freezers show that the compression ratio increases, the refrigerant gas temperature on the compressor discharge side increases, and the global ozone layer destruction and global warming index cause global environmental problems. Have Therefore, the refrigerant R407C is a freon mixed refrigerant made to compensate for this disadvantage of the refrigerant R22 (CHF 2 Cl), and the specific composition ratio of the R407C is [R-32 (CH 2 F 2 ) / R-125 (C 2 HF 5 ) / R-134a (CF 3 -CH 2 F) = 23/25/52 wt%]. R407C refrigerant is not environmentally friendly compared to R22, but the global ozone depletion index has been improved, but it has not solved the problem of global warming. There is a situation.

냉매 R22가 지구 오존층 파괴와 지구 온난화의 주원인으로 판명됨에 따라 이러한 지구의 환경문제가 일부 국가에만 국한된 것이 아니라 전세계적인 문제라고 인식한 선진국들은 1987년 국제환경기구인 UNEP(United Nations Environment Programme)주관 하에 오존층 파괴 물질의 사용 및 생산을 금지하는 몬트리올 의정서를 제정하였다. 이후 오존층 파괴의 문제성이 예상보다 심각함에 따라 1990년 런던 개정 의정서, 1992년 코펜하겐 4차 회의, 1995년 방콕회의, 나이로비 실무자 회의 및 비엔나 회의 등을 통해 R115, R22 등의 오존층 파괴 물질에 대한 규제를 더욱 강화였다. 이러한 국제적 규제에 따라 이를 효과적으로 대체할 수 있는 대체 물질에 대한 연구가 진행되어져 왔으며, 그 예로는 R407C 냉매를 들 수 있다.As the refrigerant R22 proved to be the main cause of global ozone depletion and global warming, developed countries, which recognized that global environmental problems were not just limited to some countries, but were global, were developed in 1987 under the United Nations Environment Program (UNEP). The Montreal Protocol bans the use and production of destructive materials. Since the problem of ozone depletion was more serious than expected, regulations on ozone depleting substances such as R115 and R22 were regulated through the 1990 Amendment to London, the 4th Copenhagen 1992, the Bangkok Conference 1995, the Nairobi Practitioners Conference and the Vienna Conference. It was further strengthened. In line with these international regulations, research has been conducted on alternative materials that can effectively replace them, for example R407C refrigerants.

그러나 R407C 냉매는 성능특성이 감소하고 증발/응축과정의 온도구배가 3～5℃ 정도 발생하는 비공비혼합물이고, 지구 온난화지수가 1530(CO2=1, 100year) 정도로 커서 비환경친화적인 문제점이 있으며, 또한, 냉동기유로 일반적으로 사용되고 있는 광유와의 용해도가 낮아 냉동기유로 광유를 사용하지 못하고 특수 합성유인 에스터(Ester) 오일 또는 폴리알킬렌글리콜(PAG) 오일을 사용하여야 하는데 이 오일은 대기중에 노출시 수분을 무한정 흡수하여 냉동기의 치명적 손상을 야기하여 압축기 를 비롯한 냉동기 시스템 및 제조설비의 대대적인 보완 없이 곧바로 적용이 불가능하다. However, R407C refrigerants are non-azeotropic mixtures with reduced performance characteristics and a temperature gradient of 3 to 5 ° C in the evaporation / condensation process.The global warming index is around 1530 (CO 2 = 1, 100 years), which leads to uneco-friendly problems. In addition, it has low solubility with mineral oil, which is generally used as refrigeration oil, and cannot use mineral oil as a refrigeration oil, and special synthetic oils such as ester oil or polyalkylene glycol (PAG) oil should be used. Absorption of water indefinitely can cause catastrophic damage to the freezer, making it impossible to apply immediately without extensive refurbishment of compressors, refrigerator systems and manufacturing facilities.

앞에서 언급한 바와 같이 R22 냉매는 우수한 열역학적 특성에도 불구하고 지구 오존층파괴지수(ODP=0.05)와 지구 온난화지수(GWP=1500)가 높아 국제적 환경규제 물질로서 그 사용량을 엄격히 제한하고 있다.As mentioned above, R22 refrigerants have high global ozone depletion index (ODP = 0.05) and global warming index (GWP = 1500), despite their excellent thermodynamic properties.

한편 EU는 2011년부터 신형자동차 모델에 그리고 2017년부터는 모든 새차에 들어가는 HFC계 냉매의 전면 폐기와 지구온난화(GWP)지수 150이하의 대체품 교체를 규제하고 있는 등 국제적으로 친환경물질의 개발 및 적용에 박차를 가하고 있다.Meanwhile, the EU regulated the development and application of environmentally friendly materials internationally, including the regulation of the complete disposal of HFC-based refrigerants and replacement of replacement products with a global warming index (GWP) of less than 150 in all new cars starting in 2011. Spurring

오픈 쇼케이스 등 영업용 냉동기에 사용하는 R22를 대체하기 위한 냉매의 개발이 꾸준히 진행되어져 왔으며, 그 예로는 히드로플루오로카본계의 혼합 냉매인 R407C 및 R410A를 들 수 있다.Development of refrigerants to replace R22 used in commercial refrigerators such as open showcases has been steadily progressing, and examples thereof include mixed refrigerants R407C and R410A based on hydrofluorocarbons.

R407C는 3중 혼합냉매로서 R32(CH2F2)/R125(C2HF5)/R134a(CF3-CH2F)의 혼합비가 23/25/52 중량%로 구성된 비공비 혼합물이며, 체적냉동능력이 R22보다 감소하고, 응축 및 증발압력이 8.1% 정도 높아 성능계수가 저하되며, 비공비 혼합물 특성으로 인하여 증발 및 응축과정의 온도구배가 3～5℃정도 발생하고 냉동기에 주입시 물질의 상변화에 따라 같은 냉매량을 주입하여도 성능편차가 발생하게 된다. 또한 냉동기유와 용해도가 저하되어 광유를 사용하지 못하고 특수 합성유인 에스터(Ester) 오일 또는 폴리알킬렌글리콜(PAG) 오일을 사용하여야 하는데 이 오일은 대기중에 노출시 수분을 무한정 흡수하여 냉동기의 치명적 손상을 야기하여 압축기를 비롯한 냉동기 시스템 및 제조설비의 대대적인 보완 없이 곧바로 적용이 불가능하다. R407C is a triple mixed refrigerant, azeotropic mixture consisting of 23/25/52 wt% of the mixing ratio of R32 (CH 2 F 2 ) / R125 (C 2 HF 5 ) / R134a (CF 3 -CH 2 F), The freezing capacity is lower than that of R22, the condensation and evaporation pressure is about 8.1%, so the coefficient of performance is lowered. Even if the same amount of refrigerant is injected in accordance with the phase change, a performance deviation occurs. In addition, refrigeration oil and solubility are deteriorated, so mineral oil cannot be used, and special synthetic oils such as ester oil or polyalkylene glycol (PAG) oil should be used. It is not possible to apply it immediately without major supplement of refrigeration system and manufacturing equipment including compressor.

R32(CH2F2)/R125(C2HF5)의 혼합비가 50/50 중량%로 구성된 혼합냉매인 R410A는 증발 및 응축과정의 온도구배가 미세한 근사 공비혼합물이며, R22 냉매보다 체적냉동능력이 양호하다는 장점이 있다. 그러나, 응축 및 증발압력이 56%정도 상승되어 압축기를 비롯한 기존 냉동기 부품의 설계를 변경하지 않고는 곧 바로 냉매량 조정만으로 적용할 수 없다는 결정적인 단점이 있다. 또한 냉동기유와 용해도가 저하되어 광유를 사용하지 못하고 특수 합성유인 에스터(Ester) 오일 또는 폴리알킬렌글리콜(PAG) 오일을 사용하여야 하는데 이 오일은 대기중에 노출시 수분을 무한정 흡수하여 냉동기의 치명적 손상을 야기하여 압축기를 비롯한 냉동기 시스템 및 제조설비의 대대적인 보완 없이 곧바로 적용이 불가능하다. 또한 지구 온난화지수(GWP=1575)가 높아 환경문제를 완전하게 해결하지 못하는 문제점을 가지고 있다.R410A, a mixed refrigerant consisting of 50/50 wt% of R32 (CH 2 F 2 ) / R125 (C 2 HF 5 ), is an approximate azeotropic mixture with a fine temperature gradient in the evaporation and condensation process. This has the advantage of being good. However, the condensation and evaporation pressure is increased by about 56% has a crucial disadvantage that can not be applied directly by adjusting the amount of refrigerant immediately without changing the design of the existing refrigerator components, including the compressor. In addition, refrigeration oil and solubility are deteriorated, so mineral oil cannot be used, and special synthetic oils such as ester oil or polyalkylene glycol (PAG) oil should be used. It is not possible to apply it immediately without major supplement of refrigeration system and manufacturing equipment including compressor. In addition, the global warming index (GWP = 1575) has a problem that does not completely solve the environmental problems.

한편, 대한민국 특허등록번호 10-0255477에 의하면 탄화수소계 냉매 중에서 프로판과 싸이크로펜탄을 사용하며 탄화수소계 냉매의 가연성을 억제하고자 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I)를 혼합하고 상기 혼합물을 활성화시키기 위하여 실리콘 오일을 사용하는 기술이 제안되어 있다. 그러나 상기 특허에서 사용하고 있는 실리콘 오일은 항상 액체 상태로 존재하여 냉동기 사이클 내부를 순환함으로서 냉동기의 증발기 부분에서 냉동능력을 저하시키며, 특히 저온 저압상태를 유지하고 있는 증발기 부분에서 누적시 냉동기의 신뢰성에 치명적 영향을 주어 그 사용량을 엄격히 제한 하고 있다. 또한 냉매를 제조한 후 장기간 용기 내에 보관할 때 냉매와 분리되는 특성으로 인하여 용기로부터 실제 냉매를 사용할 때는 가연성 개선에 전혀 도움이 되지 않음을 예측할 수 있다.Meanwhile, according to Korean Patent Registration No. 10-0255477, propane and cyclopentane are used in a hydrocarbon refrigerant, and trifluoro methyl iodide (CF 3 I) is mixed and activated to suppress flammability of the hydrocarbon refrigerant. For this purpose, a technique using silicone oil has been proposed. However, the silicone oil used in the patent is always present in the liquid state and circulates inside the freezer cycle, thereby reducing the freezing capacity in the evaporator portion of the freezer. It has a fatal effect and strictly limits its usage. In addition, since the refrigerant is separated from the refrigerant when the refrigerant is stored in the container for a long period of time, it can be predicted that the actual use of the refrigerant from the container does not help to improve the flammability at all.

지금까지 제안된 대체냉매 물질을 사용하게 되면 냉동기 구성부품의 설계를 기본부터 변경할 필요가 있다. 이 설계변경은 막대한 비용이 들고 자원의 낭비가 된다. 냉매 R22를 사용한 기존의 산업 A;C 영업용 냉동기 등의 효과적 적용이 어려울 뿐만 아니라 이들의 생산설비의 변경에 소요되는 비용은 헤아리기 힘들 정도로 막대하다The use of alternative refrigerant materials proposed so far requires a change from design to design of the components of the refrigerator. This design change is costly and waste of resources. Not only is it difficult to effectively apply existing industrial A and C commercial refrigerators using refrigerant R22, but the cost of changing their production equipment is incredibly enormous.

EU는 2011년부터 신형자동차 모델에 그리고 2017년부터는 모든 새차에 들어가는 HFC계(R134a, R407C, R410A 등) 냉매의 전면 폐기와 지구온난화(GWP)지수 150이하의 대체품 교체를 규제하고 있는 등 국제적으로 친환경물질의 개발 및 적용에 박차를 가하고 있다.The European Union has regulated the disposition of new HFC-based (R134a, R407C, R410A, etc.) refrigerants for all new vehicles since 2011 and replacement of replacements with a global warming index (GWP) of 150 or less. It is accelerating the development and application of environmentally friendly materials.

본 발명의 목적은 R22 냉매를 사용하는 기존의 냉동기 시스템의 설계변경을 최소화하기 위해 냉매량 조절만으로 대체할 수 있고, 체적냉동능력 및 성능계수가 우수하고, 증기압 특성이 우수하며, 냉동기유를 비롯한 냉동기의 각종 구성부품과 신뢰성이 확보되고, 탄화수소계 냉매가 가지고 있는 가연성을 개선하며, EU등 국제적 규제에 대응할 수 있는 환경친화적인 물질을 개발하고, 증발 및 응축과정에서 온도구배 발생을 최소화한 근사공비혼합냉매 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention can be replaced by only controlling the amount of refrigerant to minimize the design change of the existing refrigerator system using the R22 refrigerant, excellent volumetric freezing capacity and performance coefficient, excellent steam pressure characteristics, refrigerators, including refrigerator oil Of components and reliability, improved flammability of hydrocarbon refrigerants, development of environmentally friendly materials to meet international regulations such as EU, and minimization of temperature gradients during evaporation and condensation. It is to provide a mixed refrigerant composition.

본 발명의 관점은 프레온계 냉매 R22를 대체하기 위하여 전체 냉매 조성물에 대해, 탄화수소계 냉매 가스인 20～30 중량%의 프로판(C3H8)과 35～45 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2), 그리고 25～30 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I), 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스인 5～10 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하는 혼합냉매 조성물을 제공함에 의해 성취될 수 있다. An aspect of the present invention is based on the total refrigerant composition to replace the freon-based refrigerant R22, 20-30% by weight of propane (C 3 H 8 ) and 35-45% by weight of propylene (CH 3 -CH) which is a hydrocarbon-based refrigerant gas -CH 2 ), 25-30% by weight of trifluoro methyliodine (CF 3 I), and 5-10% by weight of difluoromethane (CH 2 F 2 ), a hydrofluorocarbon refrigerant gas. It can be achieved by providing a mixed refrigerant composition containing.

본 발명은 오존층 파괴와 지구 온난화의 주범인 프레온계 냉매 R22의 대체물질로서, 환경친화적이며, 순수 탄화수소계 냉매가 가지고 있는 가연성을 개선하고, 성능 및 효율(COP), 신뢰성 특성을 개선하여 기존의 R22를 사용하는 냉동기의 시스템 설계 변경을 하지 않고 냉매량 조절만으로 곧 바로 적용 가능한 혼합냉매 조성물에 관한 것이다.The present invention is an alternative to Freon refrigerant R22, which is the main culprit of ozone layer destruction and global warming, which is environmentally friendly, improves flammability of pure hydrocarbon refrigerants, improves performance, efficiency (COP), and reliability characteristics. The present invention relates to a mixed refrigerant composition which can be directly applied by controlling the amount of refrigerant without changing the system design of a refrigerator using R22.

본 발명에 따른 R22 대체를 위한 혼합냉매 조성물은 탄화수소계에서 선택되는 냉매가스와, 히드로플루오로카본계에서 선택되는 냉매가스, 그리고 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I)를 함유하는 혼합물의 구성으로 해결된다.The mixed refrigerant composition for replacing R22 according to the present invention comprises a refrigerant gas selected from a hydrocarbon system, a refrigerant gas selected from a hydrofluorocarbon system, and a mixture containing trifluoromethyliodine (CF 3 I). Is solved.

프레온계 냉매 R22를 대체하기 위한 본 발명의 혼합냉매의 조성물은 전체 냉매 조성물에 대해, 탄화수소계 냉매 가스인 20～30 중량%의 프로판(C3H8)과 35～45 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2), 그리고 25～30 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I), 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스인 5～10 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유한다.The composition of the mixed refrigerant of the present invention for replacing the Freon refrigerant R22 is 20-30% by weight of propane (C 3 H 8 ), which is a hydrocarbon-based refrigerant gas, and 35-45% by weight of propylene (CH), based on the total refrigerant composition. 3 -CH-CH 2 ), 25-30% by weight of trifluoro methyliodine (CF 3 I), and 5-10% by weight of difluoromethane (CH 2 F, a hydrofluorocarbon refrigerant gas) 2 ).

본 발명의 구체예에 따르면, R22를 대체하기 위한 혼합냉매 조성물은 24～25 중량%의 프로판(C3H8)과 40～41 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2) 그리고 27～28 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I) 및 7～8 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하는 조성물이 가장 바람직한 결과를 제공하였다.According to an embodiment of the invention, the mixed refrigerant composition for replacing R22 is 24 to 25% by weight of propane (C 3 H 8 ) and 40 to 41% by weight of propylene (CH 3 -CH-CH 2 ) and 27 ~ Compositions containing 28 wt% trifluoro methyliodine (CF 3 I) and 7-8 wt% difluoromethane (CH 2 F 2 ) gave the most desirable results.

본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, R22 냉매를 대체하기 위해 상기에 제시된 본 발명의 혼합냉매 조성물은 냉매로서 가장 중요한 특성인 열역학적 성질[예를 들면, 기존의 R22C 냉매 대비 우수한 냉동능력과 높은 성능계수(COP) 특성]이 우수하였으며, 환경친화적(즉 오존층파괴지수=0, 지구온난화지수=70이하)임을 보여준다.According to another embodiment of the present invention, the mixed refrigerant composition of the present invention presented above to replace the R22 refrigerant has a thermodynamic property which is the most important characteristic as the refrigerant [for example, superior freezing capacity and higher performance than the conventional R22C refrigerant. The coefficient (COP) characteristic] is excellent and shows that it is environmentally friendly (ie ozone layer destruction index = 0, global warming index = 70 or less).

본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 본 발명의 혼합냉매 조성물은 증기압(증발/응축압력) 특성이 기존의 R22와 거의 동등하여 R22 냉매를 사용하고 있는 기존 냉동 기의 설계를 변경하지 않고 냉매량 조절만으로 곧바로 적용(Drop-In)할 수 있음을 보여준다.According to another embodiment of the present invention, the mixed refrigerant composition of the present invention is the vapor pressure (evaporation / condensation pressure) characteristics are almost the same as the existing R22 refrigerant amount control without changing the design of the existing refrigerator using the R22 refrigerant It shows that it can be directly Drop-In.

본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 본 발명의 혼합냉매 조성물은 인화점이 탄화수소계 냉매인 프로판(R290) 대비 2배 이상 개선되어 냉동기 설치작업시 발생할 수 있는 안전성을 크게 개선할 수 있음을 보여준다.According to another embodiment of the present invention, the mixed refrigerant composition of the present invention shows that the flash point is more than two times improved compared to the propane (R290) hydrocarbon-based refrigerant can greatly improve the safety that can occur during the installation operation of the refrigerator.

본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 본 발명의 혼합 냉매 조성물은 증발/응축 과정의 온도구배가 발생을 최소화한 근사공비혼합물 특성을 갖추고 있음으로 인해 일반적인 비공비 혼합물에 의해 발생하는 냉매의 상변화(액상/기상)에 따른 증발기와 응축기의 압력이 계속적 변화 이로 인한 시스템의 불안정을 해결하여 제조현장에서 냉매의 유지관리를 용이하게 하였다.According to another embodiment of the present invention, the mixed refrigerant composition of the present invention has a near-azeotropic mixture characteristic that minimizes the occurrence of the temperature gradient of the evaporation / condensation process phase change of the refrigerant generated by the general azeotropic mixture The pressure of the evaporator and condenser due to the (liquid phase / gas phase) was continuously changed to solve the system instability, which facilitated the maintenance of the refrigerant at the manufacturing site.

본 발명에 따른 R22 냉매 대체를 위한 혼합냉매 조성물의 제조는 통상의 혼합냉매 조성물과 동일한 방식으로 진행되며, 구체적으로는 다음과 같다: 밀폐용기 내의 공기를 진공펌프를 이용하여 완전 진공상태로 하고, 이 밀폐용기 내에 트리플루오로 메틸아이오드와 탄화수소계 냉매가스 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스를 순차 또는 함께 주입하고, 소정의 시간동안 교반함에 의해 성취할 수 있다. 완성된 조성물은 밸브가 부착된 가스용기에 소정의 무게로 담아 출하한다. 상기 제조는 상온에서 실행할 수 있다.The preparation of the mixed refrigerant composition for the replacement of the R22 refrigerant according to the present invention proceeds in the same manner as the conventional mixed refrigerant composition, and is specifically as follows: the air in the sealed container is brought to a full vacuum state using a vacuum pump, In this sealed container, trifluoro methyl iodine, a hydrocarbon-based refrigerant gas and a hydrofluorocarbon-based refrigerant gas can be injected sequentially or together and agitated for a predetermined time. The finished composition is shipped in a predetermined weight in a gas container attached to the valve. The preparation can be carried out at room temperature.

상기한 본 발명의 혼합냉매 조성물은 성능계수가 높고 체적냉동능력이 우수하여 압축기, 응축기, 팽창밸브 증발기로 구성된 냉동기에 광범위하게 사용될 수 있다. 그리고 오일 분리기, 액분리기 등을 추가로 갖춘 냉동기에도 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 혼합냉매 조성물은 증기압특성이 R22와 유사하여 R22를 사용하는 기존의 냉동기 시스템의 설계변경을 최소화할 수 있으며, R22를 사용하는 왕복식, 회전식, 스크롤식 압축기 등 기존의 어떠한 압축기에도 시스템 변경 없이 적용할 수 있다는 장점이 있다.The mixed refrigerant composition of the present invention has a high coefficient of performance and excellent volumetric freezing capacity, and thus can be widely used in a refrigerator consisting of a compressor, a condenser, and an expansion valve evaporator. It can also be used in chillers with additional oil separators and liquid separators. In particular, the mixed refrigerant composition of the present invention can minimize the design change of the existing refrigerator system using R22 because the vapor pressure characteristics are similar to R22, any conventional compressor such as a reciprocating, rotary, scroll compressor using R22 This has the advantage that it can be applied without system change.

상기한 본 발명의 혼합냉매 조성물은 압축기 등의 마모를 방지하기 위한 냉동기유와 상용성이 우수하여. 국제표준화 기구ISO）에서 정한 규격품(ISO VG 10～50)에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합 냉동기유와 범용적으로 사용될 수 있다. 특히, 냉동기유로 가장 광범위하게 사용되어온 광유(Mineral oil)를 사용할 수 있다.The mixed refrigerant composition of the present invention is excellent in compatibility with refrigeration oil for preventing wear of the compressor and the like. It can be used universally with one or more blended refrigeration oils selected from standard products (ISO VG 10-50) as defined by the International Organization for Standardization (ISO). In particular, mineral oil, which has been most widely used as a refrigerator oil, may be used.

본 발명의 혼합 냉매 조성물은 냉동 사이클의 응축기에서 버리는 열량을 난방에 사용하는 히트펌프(Heat Pump）방식의 냉동기에도 적용 가능하다. 예를 들면, 실외에 있는 증발기에서 공기를 냉각시켜 실내에 있는 응축기에서 공기를 따뜻하게 하는, 즉 냉방과 난방이 모두 가능한 히트펌프식 에어컨 등에 적용할 수 있다.The mixed refrigerant composition of the present invention can also be applied to a heat pump type refrigerator in which heat generated by a condenser in a refrigeration cycle is used for heating, for example, a condenser in a room by cooling air in an outdoor evaporator. It can be applied to heat pump type air conditioner which warms air, that is, cooling and heating.

본 발명에 따른 혼합냉매를 이용할 경우 몬트리얼 의정서에 의하여 지구환경 파괴 물질로서 규제 받고 있는 R22 냉매를 대체하여 사용할 수 있으며, 기존의 R22를 사용하는 냉동기 시스템의 설계변경 없이 냉매량 조절만으로 곧 바로 적용 가능하다. 따라서 기존의 냉동기 생산 설비의 추가적 보완이 불필요함으로서 냉동기 제품의 제조원가 개선에도 효과가 크다. 한편 냉매로서의 기능을 요약하면 다음과 같다: (a）대기압 상태에서의 증발온도가 낮음. (b）응축 및 증발 압력이 기존냉매 대비 우수함. (c）증발잠열이 우수함. (d）응고점이 낮음. (e）체적 냉동능력이 우 수함. (f）임계온도가 높음. (g）광유 등 기존의 냉동기유와 상용성이 우수함. （h）점도가 작고 열전달 특성이 우수함. （i）전기 절연성이 우수하며 전기 절연물질을 침식시키지 않음. （j）환경 및 인체에 무해함. （j）순수탄화수소계 냉매 대비 인화점이 2배이상 개선되어 작업 안전성이 크게 강화됨.（k）기존의 냉매를 사용하는 냉동기에 설계변경 없이 냉매량 조정만으로 곧바로 적용가능 함.When using the mixed refrigerant according to the present invention can be used to replace the R22 refrigerant that is regulated as a global environmental destruction material according to the Montreal Protocol, it can be immediately applied only by adjusting the amount of refrigerant without changing the design of the conventional refrigeration system using R22 . Therefore, it is also effective to improve the manufacturing cost of the freezer product by eliminating the need for additional supplementation of the existing freezer production equipment. On the other hand, the function as a refrigerant can be summarized as follows: (a) Low evaporation temperature at atmospheric pressure (b) Excellent condensation and evaporation pressure compared to conventional refrigerants (c) Excellent latent heat of evaporation (d) Low freezing point (e) Excellent in volume freezing capacity (f) High critical temperature (g) Excellent compatibility with existing refrigeration oils such as mineral oil (h) Excellent viscosity and excellent heat transfer characteristics (i) Electrical insulation (J) Harmless to the environment and human body (j) The flash point is more than doubled compared to pure hydrocarbon refrigerants, which greatly enhances work safety. It can be applied immediately by adjusting the amount of refrigerant without changing the design of the freezer.

본 발명에 따른 R22 대체를 위한 혼합냉매 조성물은 탄화수소계에서 선택되는 냉매가스와, 히드로플루오로카본계에서 선택되는 냉매가스, 그리고 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I)를 함유하는 혼합물의 구성으로 해결된다.The mixed refrigerant composition for replacing R22 according to the present invention comprises a refrigerant gas selected from a hydrocarbon system, a refrigerant gas selected from a hydrofluorocarbon system, and a mixture containing trifluoromethyliodine (CF 3 I). Is solved.

프레온계 냉매 R22를 대체하기 위한 본 발명의 혼합냉매의 조성물은 전체 냉매 조성물에 대해, 탄화수소계 냉매 가스인 20～30 중량%의 프로판(C3H8)과 35～45 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2), 그리고 25～30 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I), 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스인 5～10 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유한다.The composition of the mixed refrigerant of the present invention for replacing the Freon refrigerant R22 is 20-30% by weight of propane (C 3 H 8 ), which is a hydrocarbon-based refrigerant gas, and 35-45% by weight of propylene (CH), based on the total refrigerant composition. 3 -CH-CH 2 ), 25-30% by weight of trifluoro methyliodine (CF 3 I), and 5-10% by weight of difluoromethane (CH 2 F, a hydrofluorocarbon refrigerant gas) 2 ).

본 발명의 구체예에 따르면, R22를 대체하기 위한 혼합냉매 조성물은 24～25 중량%의 프로판(C3H8)과 40～41 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2) 그리고 27～28 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I) 및 7～8 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하는 조성물이 가장 바람직한 결과를 제공하였다.According to an embodiment of the invention, the mixed refrigerant composition for replacing R22 is 24 to 25% by weight of propane (C 3 H 8 ) and 40 to 41% by weight of propylene (CH 3 -CH-CH 2 ) and 27 ~ Compositions containing 28 wt% trifluoro methyliodine (CF 3 I) and 7-8 wt% difluoromethane (CH 2 F 2 ) gave the most desirable results.

이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 보다 상세히 기술할 것이나, 이들 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but these examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example

실시예 1Example 1

아래의 조성을 갖는 R22 및 R407C 대체를 위한 혼합냉매 조성물을 다음에 기술된 방법으로 제조하였다.Mixed refrigerant compositions for replacing R22 and R407C having the following compositions were prepared by the methods described below.

프로판 (C3H8)Propane (C 3 H 8 ) 프로필렌 (CH3-CH-CH2)Propylene (CH 3 -CH-CH 2 ) 트리플루오로 메틸아이오드 (CF3I)Trifluoro methyliode (CF 3 I) 디플루오로메탄 (CH2F2)Difluoromethane (CH 2 F 2 ) 시편 1 (KR-20a)Psalm 1 (KR-20a) 25.025.0 40.040.0 27.027.0 8.08.0 시편 2 (KR-20b)Psalm 2 (KR-20b) 20.020.0 45.045.0 25.025.0 10.010.0 시편 3 (KR-20c)Psalm 3 (KR-20c) 30.030.0 35.035.0 25.025.0 10.010.0 시편 4 (KR-20d)Psalm 4 (KR-20d) 20.020.0 45.045.0 30.030.0 5.05.0 시편 5 (KR-20e)Psalm 5 (KR-20e) 30.030.0 35.035.0 30.030.0 5.05.0

실시예 2Example 2

실시예 1 에서 제조한 시편(단, 시편 1 ~ 5를 KR-20a ~ KR-20e로 명명)과, 비교의 목적하에, R22와 비교하여 비등점, 독성, 인화점, 열전달율, 증발잠열, 오존층 파괴지수 및 지수온난화지수를 포함하는 각종 냉매의 열역학적 성질을 측정하였으며, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.Boiling point, toxicity, flash point, heat transfer rate, latent heat of evaporation, ozone layer destruction index compared to the specimen prepared in Example 1 (Samples 1 to 5 are named KR-20a to KR-20e) and R22 for the purpose of comparison. And thermodynamic properties of the various refrigerants including the exponential warming index was measured, and the results are shown in Table 2 below.

여러가지 냉매의 열역학적 특성Thermodynamic Characteristics of Various Refrigerants 냉매 항목   Refrigerant item R22R22 R407CR407C R290R290 KR-20aKR-20a KR-20bKR-20b KR-20cKR-20c KR-20dKR-20d KR-20eKR-20e 화학식 Chemical formula CHF2ClCHF 2 Cl HFC- MixturesHFC- Mixtures C3H8 C 3 H 8 MixturesMixtures MixturesMixtures MixturesMixtures MixturesMixtures MixturesMixtures 분자량 Molecular Weight 86.586.5 95.295.2 44.144.1 84.984.9 81.981.9 82.182.1 89.189.1 89.389.3 비등점 () Boiling point () -40.8-40.8 -44.0-44.0 -42.1-42.1 -40.0-40.0 -40.7-40.7 -40.1-40.1 -39.2-39.2 -38.6-38.6 독성  toxicity NoneNone NoneNone NoneNone NoneNone NoneNone NoneNone NoneNone NoneNone 열전달율 (W/m.K) [at 0] Heat Transfer Rate (W / m.K) [at 0] 액상Liquid 0.0970.097 0.1030.103 0.1060.106 0.1080.108 0.1070.107 0.1100.110 0.1080.108 0.1080.108 기상weather 0.0100.010 0.0110.011 0.0160.016 0.0140.014 0.0140.014 0.0140.014 0.0140.014 0.0140.014 증발잠열(kJ/) [at 0] Latent heat of evaporation (kJ /) [at 0] 202.4 202.4 216.4216.4 374.5374.5 317.9317.9 324.8324.8 320.4320.4 313.0313.0 310.6310.6 냉동기유 Refrigerator oil MineralMineral EsterEster MineralMineral MineralMineral MineralMineral MineralMineral MineralMineral MineralMineral 인화점()flash point() NoneNone NoneNone 450450 10501050 950950 950950 11501150 11501150 오존층파괴지수 Ozone Depletion Index 0.050.05 00 00 00 00 00 00 00 지구온난화지수 (CO2=1, 100yr) Global Warming Index (CO 2 = 1, 100yr) 15001500 15301530 33 54.754.7 67.767.7 67.767.7 35.335.3 35.335.3

표 2에서 보면 R22는 오존층 파괴지수가 존재하고, 지구온난화 지수가 커서 환경규제대상 물질임을 알 수 있다. R407C는 오존층 파괴지수는 0이나 지구온난화 지수가 크고 냉동기유를 광유를 사용하지 못하고 특수한 합성유인 에스터(ESTER) 오일을 사용해야 함으로서 에스터 오일의 무한한 수분 흡수특성으로 인하여 이를 방지하기 위한 제조공정이 복잡하고, 에스터 오일 가격이 광유대비 2-3배 고가여서 이로인한 제조원가가 상승하는 문제점을 가지고 있다.     In Table 2, R22 has an ozone depletion index and a global warming index. R407C has zero ozone depletion index but high global warming index, and refrigeration oil does not use mineral oil and must use special synthetic oil, ester oil, which is complicated to prevent due to the infinite water absorption characteristics of ester oil. In addition, the price of ester oil is 2-3 times higher than that of mineral oil, resulting in an increase in manufacturing costs.

본 발명의 혼합냉매 조성물(KR-20series)은 프레온계 냉매(R22, R407C)에 대비하여 오존층파괴지수가 0이고 및 지구온난화지수가 70이하인 매우 우수한 환경친화적인 물질이다. 또한 열전달 특성과 증발잠열, 비등점 등의 특성이 우수하고, 인화점이 950℃ 이상으로서 순수한 탄화수소계 냉매 R290 대비 2배 이상 개선되어 작업의 안전성을 크게 강화하였으며, 분자량이 R22와 유사하여 냉매 사용량을 적절하게 조절하여 사용할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 혼합냉매 조성물은 R407C와 달리 냉동기유로 광유를 사용할 수 있어 원가절감이 가능함을 알 수 있다.The mixed refrigerant composition (KR-20series) of the present invention is an excellent environmentally friendly material having an ozone depletion index of 0 and a global warming index of 70 or less compared to freon refrigerants R22 and R407C. In addition, it has excellent heat transfer characteristics, latent heat of evaporation and boiling point, and has a flash point of more than 950 ° C, which is more than twice the improvement of pure hydrocarbon refrigerant R290, which greatly enhances the safety of operation. It can be seen that it can be adjusted to use. In addition, it can be seen that the mixed refrigerant composition, unlike R407C, can use mineral oil as a freezer oil, thereby reducing the cost.

실시예 3Example 3

R22 대체냉매로 제시한 본 발명의 혼합냉매 조성물이 여러 가지 냉매와 비교하여 산업 및 영업용 냉동기 등의 사용조건에서 R22 및 R407C를 곧바로 대체 적용할 수 있는지 검토하기 위하여 체적냉동능력, 성능계수, 응축 및 증발압력, 압축비, 온도구배, 토출 개스 온도 등의 이론 사이클 특성 해석을 수행하였다. 이론 사이클 특성 해석을 위한 표준 조건은 ASHRAE HBP 표준조건으로서 도 1 에 제시된 응축온도, 증발온도, 과냉각 온도, 과열 개스 온도, 압축기 주위온도에 의하여 설정된다.Volumetric freezing capacity, performance factor, condensation and Theoretical cycle characteristics analysis such as evaporation pressure, compression ratio, temperature gradient, and discharge gas temperature were performed. Standard conditions for theoretical cycle characteristics analysis are set by the condensation temperature, evaporation temperature, supercooling temperature, superheated gas temperature, and compressor ambient temperature as shown in FIG. 1 as ASHRAE HBP standard conditions.

이론 사이클 특성 해석을 위해 사용한 냉매 물성치 계산 프로그램은 기존 냉매의 경우 미국 냉동공조학회의 냉매물성 프로그램(NIST REFPROP 5.1)을 이용하였고, 본 발명의 새로운 혼합냉매(KR-20Series)의 열역학적 성질을 계산하기 위하여 평형 실험 장치를 이용한 포화 온도-압력 특성을 측정하고, 실험 데이터와 계산값의 오차가 최소가 되도록 온도에 따른 새로운 상호 작용계수를 도입하여 이 상호 작용계수와 CSD (Carnahan/Starling/DeSantis) 상태 방정식 및 열역학적 관계식들을 이용하여 첨가제가 혼합된 본 발명의 혼합냉매의 물성치를 계산할 수 있는 프로그램을 개발하여 이용하였다.The refrigerant properties calculation program used for the theoretical cycle characteristics analysis was used for the refrigerant refrigerant program of the Korean Society of Refrigerating and Air Conditioning (NIST REFPROP 5.1), and to calculate the thermodynamic properties of the new mixed refrigerant (KR-20Series) of the present invention. In order to measure the saturation temperature-pressure characteristics using the equilibrium test apparatus, a new interaction coefficient according to the temperature is introduced to minimize the error between the experimental data and the calculated value. A program that can calculate the physical properties of the mixed refrigerant of the present invention in which additives are mixed using equations and thermodynamic relations was developed and used.

압축기의 체적효율 100%를 기준으로 위에서 언급한 프로그램을 이용하여 중량비 혼합비율에 따른 해석 결과를 표 3에 제시하였다.Based on the 100% volumetric efficiency of the compressor, the analysis results according to the weight ratio mixing ratio are presented in Table 3 using the above-mentioned program.

ASHRAE HBP 조건에서 해석한 냉매 조성물의 이론 사이클 해석결과Theoretical cycle analysis result of refrigerant composition analyzed under ASHRAE HBP condition R22R22 R407CR407C R290R290 KR-20aKR-20a KR-20bKR-20b KR-20cKR-20c KR-20dKR-20d KR-20eKR-20e 응축온도Condensation temperature ()() 54.4 54.4 54.454.4 54.454.4 54.454.4 54.454.4 54.454.4 54.454.4 54.454.4 응축압력()Condensing pressure ()() 21412141 23162316 18831883 22332233 22372237 22242224 22222222 22302230 응축 온도구배Condensation Temperature Gradient ()() 00 4.544.54 00 0.850.85 0.900.90 0.780.78 0.800.80 0.920.92 증발온도Evaporation temperature ()() 7.27.2 7.27.2 7.27.2 7.27.2 7.27.2 7.27.2 7.27.2 7.27.2 증발압력()Evaporation pressure () ()() 621.8621.8 635635 587.5587.5 676.9676.9 679.2679.2 672.2672.2 673.5673.5 676.3676.3 증발 온도구배Evaporation Temperature Gradient ()() 00 4.84.8 00 0.500.50 0.600.60 0.700.70 0.650.65 0.770.77 압축비()Compression Ratio () 3.443.44 3.673.67 3.213.21 3.293.29 3.293.29 3.303.30 3.293.29 3.293.29 토출온도Discharge temperature ()() 100.9100.9 94.294.2 83.883.8 88.188.1 87.387.3 88.888.8 87.687.6 87.387.3 체적냉동능력Volume freezing capacity (kJ/)(kJ /) 3908.03908.0 4063.14063.1 3420.53420.5 4098.34098.3 4107.44107.4 4104.24104.2 4073.14073.1 4069.24069.2 증발잠열Latent heat of evaporation (kJ/)(kJ /) 169.4169.4 174.8174.8 307.6307.6 259.1259.1 265.5265.5 262.0262.0 248.0248.0 244.5244.5 성능계수Coefficient of performance (w/w)(w / w) 4.804.80 4.764.76 4.914.91 4.964.96 4.994.99 4.974.97 4.904.90 4.854.85

상기 표 3을 살펴보면, R22 대체냉매로서 검토되고 있는 R407C 냉매의 경우 체적냉동능력은 R22 대비 양호하나 증발 및 응축압력 특성이 상승되고, 증발 및 응축과정의 온도구배가 3～5℃정도로 발생하는 비공비혼합물 특성을 나타냄을 보여준다. 한편, 본 발명의 혼합냉매 조성물(KR-20 series)은 R22 대비 체적냉동능력이 우수하고, 증발 및 응축압력, 압축비 특성이 R22와 유사하며, 증발 및 응축과정의 온도구배가 1.0℃ 이하로 발생하는 매우 우수한 근사 공비혼합물 특성을 보여준다. 냉동기유로서 광유를 사용할 수 있어 원가절감 효과와 더불어 압축비가 작고 응축압력 특성이 매우 우수하며, 성능계수 특성이 양호하여 냉동기 소비전력을 크게 개선할 수 있다. 또한 체적냉동능력이 우수하고 광유 적용이 가능하여 냉매량 조정만으로 기존의 R22 및 R407C 냉동기 시스템의 설계변경 없이 곧바로 적용이 가능하다.Referring to Table 3, in the case of the R407C refrigerant being considered as an R22 alternative refrigerant, the volume freezing capacity is better than that of R22, but the evaporation and condensation pressure characteristics are increased, and the temperature gradient of the evaporation and condensation process is about 3 to 5 ° C. It demonstrates non-mixture properties. On the other hand, the mixed refrigerant composition of the present invention (KR-20 series) is excellent in volumetric freezing capacity compared to R22, the evaporation and condensation pressure, compression ratio characteristics are similar to R22, the temperature gradient of the evaporation and condensation process occurs below 1.0 ℃ Shows very good approximate azeotrope properties. Mineral oil can be used as refrigeration oil, cost reduction effect, small compression ratio, excellent condensation pressure characteristics, good coefficient of performance characteristics, can greatly improve the power consumption of the refrigerator. In addition, the volume freezing capacity is excellent and mineral oil can be applied, so it can be applied immediately without changing the design of the existing R22 and R407C refrigeration systems by adjusting the amount of refrigerant.

실시예 4Example 4

한국산업규격(KS B 6365-1987)에 준하여 2차 냉매 열량계법을 이용하여 제작한 열량계 실험 장치를 사용하여, 압축기를 이용한 여러 가지 냉매의 성능 및 증발/응축과정의 온도구배 그리고 압축기 토출개스 온도를 측정하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.Using the calorimeter test apparatus manufactured using the second refrigerant calorimetry method according to the Korean Industrial Standard (KS B 6365-1987), the performance of various refrigerants using the compressor, the temperature gradient of the evaporation / condensation process, and the compressor discharge gas temperature Was measured, and the results are shown in Table 4.

상업용 냉동기 고온용(HBP) 조건에서 열량계를 이용한 혼합냉매 조성물의 성능실험 결과Performance Test Results of Mixed Refrigerant Compositions Using a Calorimeter under Commercial Refrigerator High Temperature (HBP) Conditions 항목 냉매       Item refrigerant 냉동능력 (㎉/hr)Freezing capacity (㎉ / hr) 소비입력 (W)Consumption input (W) 성능계수 (W/W)Coefficient of performance (W / W) 전류 (A)Current (A) 증발/응축 온도구배(℃)Evaporation / Condensation Temperature Gradient (℃) 비 고Remarks R22 R22 1405.01405.0 535.0535.0 3.0503.050 2.482.48 0/00/0 압축기 44B056IV1 냉동기유 SUNISO 4GSCompressor 44B056IV1 Refrigerator oil SUNISO 4GS R407CR407C 1395.81395.8 555.0555.0 2.9212.921 2.602.60 4.8/4.64.8 / 4.6 R290R290 1233.01233.0 463.7463.7 3.0903.090 2.352.35 0/00/0 KR-20aKR-20a 1453.51453.5 528.7528.7 3.1893.189 2.402.40 0.5/0.30.5 / 0.3 KR-20bKR-20b 1460.11460.1 527.5527.5 3.2163.216 2.432.43 0.5/0.30.5 / 0.3 KR-20cKR-20c 1472.01472.0 528.4528.4 3.2373.237 2.432.43 0.5/0.30.5 / 0.3 KR-20dKR-20d 1437.01437.0 526.5526.5 3.1713.171 2.402.40 0.5/0.30.5 / 0.3 KR-20eKR-20e 1432.01432.0 532.2532.2 3.1273.127 2.382.38 0.5/0.30.5 / 0.3

표 4에서 보는 바와 같이, R407C는 냉동능력이 저하되고 증기압 특성이 높아 이로 인한 소비입력의 증가로 고온용 사용조건에서 성능계수가 크게 저하되어 에너지 절감이 불가능한 물질임을 알 수 있으며, 증발 응축과정의 온도구배가 3℃～5℃ 수준으로 매우 크게 발생하는 비공비혼합물 특성을 보이고, 히드로플루오로카본계 냉매의 혼합물질로 구성되어 있어 냉동기유와의 상용성 확보를 위하여 에스터계 특수 오일을 사용하여 실험을 수행하여야만 하였다. 이는 R22 냉동기 시스템을 곧바로 R407C로 냉매량 조절만으로 곧바로(DROP-IN) 적용할 수 없음을 보여준다. R290은 냉동능력이 현저히 저하되어 R22를 냉매량 조절만으로 대체하기가 불가능하다As shown in Table 4, R407C has a low refrigeration capacity and high vapor pressure characteristics, which leads to an increase in consumption input, which leads to a significant decrease in performance coefficient under high temperature operating conditions. It shows the characteristics of non-azeotropic mixture which occurs very largely at the temperature gradient of 3 ℃ ~ 5 ℃. It is composed of a mixture of hydrofluorocarbon refrigerants and special ester oil is used to secure compatibility with the refrigeration oil. The experiment had to be performed. This shows that the R22 refrigeration system cannot be directly applied (DROP-IN) by controlling the amount of refrigerant directly to R407C. R290's refrigeration capacity is significantly lowered, making it impossible to replace R22 with only refrigerant

R22 대체를 위한 본 발명의 혼합냉매 조성물인 KR-20 series 냉매는 R22 및 R407C 대비 증발 및 응축압력 압축비 특성이 매우 양호하며, R22 및 R407C 대비 냉동능력 및 성능계수 특성이 우수한 품질 특성을 나타내었으며, 증발/응축 과정에서의 온도구배 실험 결과를 보면, 온도구배가 0.5℃～0.3℃ 수준으로서 단일냉매와 유사한 매우 우수한 근사 공비혼합물 특성을 나타내었다. 즉 전체적으로 냉동능력이 우수하고 특히 성능계수가 크게 향상되어 소비전력을 절감할 수 있는 근사 공비혼합물 특성을 나타내는 본 발명의 혼합냉매 조성물은 기존의 R22 및 R407C 냉동기 시스템에 곧 바로 적용할 수 있는 조건을 갖추고 있음을 알 수 있다.KR-20 series refrigerant of the mixed refrigerant composition of the present invention to replace R22 has a very good evaporation and condensation pressure compression ratio characteristics compared to R22 and R407C, and exhibited better quality characteristics than those of R22 and R407C. The results of the temperature gradient experiment in the evaporation / condensation process showed that the temperature gradient was 0.5 ℃ ~ 0.3 ℃, which showed very good approximate azeotropic mixture characteristics similar to the single refrigerant. That is, the mixed refrigerant composition of the present invention, which exhibits an approximate azeotrope mixture characteristic, which is excellent in overall refrigerating ability and in particular, has a greatly improved performance coefficient, thereby reducing power consumption, can be directly applied to existing R22 and R407C refrigerator systems. It can be seen that.

실시예 5Example 5

본 발명의 혼합냉매 조성물 KR-20 Series를 적용한 냉동기 시스템의 신뢰성 검증을 위하여 냉동기의 핵심 부품인 압축기를 이용하여 신뢰성 평가 실험을 수행하였다. 이 실험은 미국 G.E사의 신뢰성 시험규격에 준한 과부하 마찰실험을 실시하였고 실험 장치는 일체형 응축/증발기, 송풍기, 팽창밸브와 모세관, 타이머, 수명 장치의 압력제어를 위한 기기로 구성된다. 이 실험 장치는 압축기의 흡입 및 토출압력 그리고 압축기 케이스 온도제어를 통하여 짧은 시간내에 가혹한 실험 조건을 만들어 압축기의 신뢰성을 판정하기 위하여 제작되었다. 흡입 및 토출압력 제어는 주로 팽창밸브와 모세관을 이용한 냉매의 유량을 조절함으로서 이루어지고, 일체형 응축/증발기의 표면 온도를 감지하여 송풍기의 회전속도를 추가적으로 제어함으로서 보다 정밀한 압력제어가 이루어지도록 하였다. 이 실험 장치의 크기를 최소화하기 위하여 증발기와 응축기를 일체화하였으며, 압축기 케이스의 온도제어는 송풍기를 이용하였다. 제한된 시간동안 압축기를 운전한 후 압축기를 분해하기 전에 냉동유를 비이커에 채집하여 전산가(total acid number), 수분, 색상을 분석한다. 최종적으로 압축기를 분해하여 신뢰성에 미치는 요소인 구동부의 마모상태, 유기자재의 유연성, 중량 및 크기변화 등을 평가하였다.In order to verify the reliability of the refrigerator system to which the mixed refrigerant composition KR-20 Series of the present invention is applied, a reliability evaluation experiment was performed using a compressor, which is a core part of the refrigerator. This experiment was carried out overload friction test according to the reliability test standard of G.E of USA. The test equipment consists of the integrated condenser / evaporator, blower, expansion valve and capillary, timer, and life control device. This experimental device was manufactured to determine the reliability of the compressor by making harsh experimental conditions in a short time through the suction and discharge pressure of the compressor and the compressor case temperature control. Intake and discharge pressure control is mainly made by adjusting the flow rate of the refrigerant using the expansion valve and the capillary tube, and by controlling the rotational speed of the blower by sensing the surface temperature of the integrated condenser / evaporator to achieve more precise pressure control. In order to minimize the size of the experimental device, the evaporator and condenser were integrated, and the temperature control of the compressor case was performed using a blower. After operating the compressor for a limited period of time, before disassembling the compressor, the frozen oil is collected in a beaker to analyze the total acid number, moisture, and color. Finally, the wear condition of the driving part, flexibility of organic materials, weight and size change were evaluated.

과부하 마찰실험은 주로 압축기의 구동부의 마찰 마모 상태를 검증하기 위하여 수행하였는데, 그 실험 결과는 표 5와 같다. 본 발명의 탄화수소계 혼합냉매 조성물 KR-20 Series는 특히 냉동유로서 광유[Mineral oil(상품명, 4GSD-T)]와의 과부하 실험결과 전산가가 작아 매우 우수한 특성을 보이며, 밸브 및 기계 구동 마찰부의 마모 특성이 R22 및 R407C 대비 동등 수준의 양호한 결과를 보였다.The overload friction test was mainly performed to verify the frictional wear state of the drive part of the compressor, and the test results are shown in Table 5. The hydrocarbon mixed refrigerant composition KR-20 Series of the present invention exhibits very excellent characteristics due to the low computational value as a result of overload experiments with mineral oils, particularly as refrigeration oils, and wear characteristics of valves and mechanical driving friction parts. The results were equally good compared to R22 and R407C.

G.E 신뢰성 시험조건에서 수행한 혼합냉매 조성물의 신뢰성 실험결과Reliability test results of mixed refrigerant composition under G.E reliability test conditions 냉매 압축기 오일 항목Refrigerant compressor oil items R22R22 R407CR407C KR-20aKR-20a KR-20bKR-20b KR-20cKR-20c KR-20dKR-20d KR-20eKR-20e 44B44B 44B44B Mineral (4GSD-T)Mineral (4GSD-T) Mineral (4GSD-T)Mineral (4GSD-T) WearWear NONO NONO NONO NONO NONO NONO NONO Ref. Oil Ref. Oil Color (ASTM)Color (ASTM) L1.0 L1.0 L1.5 L1.5 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 L1.0 TAN(0.1) (KOH/g)TAN (0.1) (KOH / g) 0.070.07 0.150.15 0.030.03 0.040.04 0.030.03 0.040.04 0.050.05 Water (20ppm)Water (20ppm) 22 1010 1One 1One 1One 1One 1One

실시예 6Example 6

본 발명의 혼합냉매(KR-20 Series)에 대하여 온도에 따른 포화압력을 측정하기 위하여 평형 실험장치를 이용하였다. 이 실험장치는 크게 평형장치, 냉매 회수용 탱크, 평형 장치의 온도제어를 위한 기기로 구성된다. 평형장치는 다시 평형 쉘과 마그네틱 펌프로 구성되어 있다. 평형 셀은 셀 내부를 관찰할 수 있도록 사이트 글라스(sight glass)를 부착하였고, 마그네틱 펌프는 혼합냉매의 평형이 쉽게 이루어지도록 기체와 액체 냉매를 순환시키는 역할을 한다. 평형 셀과 마그네틱 펌프는 항온조에 설치되어 있으며, 항온조의 온도는 외부 온도제어 장치에 의하여 조절된다. 항온조 내부의 열전달 매체로는 실리콘 오일이 사용되었다. 평형 실험을 위하여 먼저 항온조의 온도를 설정하고, 진공 펌프를 이용하여 사이클 내부를 진공(1 ×10-5 torr) 시킨다. 진공이 얻어지고 항온조의 온도가 설정되면 혼합냉매를 액체 상태로 평형셀 체적의 1/3 정도가 되도록 주입한다. 냉매가 주입된 후 마그네틱 펌프를 작동시켜 혼합 및 상평형이 잘 이루어지도록 한다. 냉매 주입 후 상평형이 이루어지면 온도 및 압력센서를 이용하여 온도에 따른 포화압력을 측정한다.The equilibrium experiment apparatus was used to measure the saturation pressure according to the temperature of the mixed refrigerant of the present invention (KR-20 Series). This experimental device is largely composed of a balancer, a tank for recovering refrigerant, and a device for temperature control of the balancer. The balancer is again composed of a balance shell and a magnetic pump. The equilibrium cell has a sight glass attached to the inside of the cell, and the magnetic pump serves to circulate the gas and the liquid refrigerant to easily balance the mixed refrigerant. The balance cell and the magnetic pump are installed in a thermostat, and the thermostat temperature is controlled by an external temperature control device. Silicone oil was used as the heat transfer medium in the thermostat. For equilibrium experiments, the temperature of the thermostat is set first, and the inside of the cycle is vacuumed (1 × 10 −5 torr) using a vacuum pump. When the vacuum is obtained and the temperature of the thermostat is set, the mixed refrigerant is injected into the liquid state to be about one third of the equilibrium cell volume. After the refrigerant is injected, the magnetic pump is operated to ensure good mixing and phase equilibrium. When phase equilibrium is achieved after refrigerant injection, measure the saturation pressure according to temperature using temperature and pressure sensor.

상기 평형 실험장치를 사용하여 온도 -40℃～60℃ 범위에 걸쳐서 여러 가지 냉매와 비교하여 온도에 따른 포화압력을 측정하였으며, 그 결과를 표 6에 나타내었다. 아래의 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 혼합냉매 KR-20 Series 냉매는 R22 및 R407C 대비 전반적으로 매우 양호한 압력특성을 보였으며, 이는 냉동기 적용시 압축기 소비입력 개선에 따른 냉동기 시스템 에너지 소비절감으로 나타날 수 있음을 알 수 있다.The equilibrium test apparatus was used to measure the saturation pressure according to temperature compared to various refrigerants over a temperature range of -40 ° C. to 60 ° C., and the results are shown in Table 6. As can be seen in Table 6 below, the mixed refrigerant KR-20 Series refrigerant of the present invention showed a very good pressure characteristic in general compared to R22 and R407C, which is the energy consumption of the refrigerator system according to the improvement of the compressor consumption input when applying the refrigerator. It can be seen that the savings.

혼합냉매 조성물의 포화온도-압력 측정 실험값Experimental value of saturation temperature-pressure measurement of mixed refrigerant composition 냉매 온도()      Refrigerant temperature () 압력 ()pressure () R22R22 R407CR407C KR-20aKR-20a KR-20bKR-20b KR-20cKR-20c KR-20dKR-20d KR-20eKR-20e 6060 24342434 2618.52618.5 25342534 25452545 25352535 25112511 25032503 5555 21812181 23482348 29932993 23062306 22992299 22712271 22602260 5050 19481948 20912091 20592059 20722072 20612061 20392039 20232023 4545 17341734 18551855 18441844 18571857 18461846 18251825 18161816 4040 15381538 16391639 16451645 16591659 16471647 16251625 16151615 00 497.7497.7 514.3514.3 568568 580580 575575 563563 558558 -20-20 245245 248248 292.0292.0 298298 295295 285285 280280 -25-25 201201 203203 241.0241.0 247247 243243 238238 233233 -30-30 164164 164164 200.0200.0 203203 202202 195195 192192 -35-35 132132 131131 162.0162.0 165165 162162 155155 152152 -40-40 105105 104104 130130 134134 132132 125125 122122

도 1은 혼합냉매에 관한 해석 및 측정조건을 압력-엔탈피 선도를 이용하여 도시한 것이다.Figure 1 shows the analysis and measurement conditions for the mixed refrigerant using a pressure-enthalpy diagram.

ASHRAE HBP 조건ASHRAE HBP condition

Claims (2)

전체 냉매 조성물에 대해, 탄화수소계 냉매 가스인 20～30 중량%의 프로판(C3H8)과 35～45 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2), 그리고 25～30 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I), 그리고 히드로플루오로카본계 냉매 가스인 5～10 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하여 이루어지는 혼합냉매 조성물20-30% by weight of propane (C 3 H 8 ), 35-45% by weight of propylene (CH 3 -CH-CH 2 ) and 25-30% by weight of the hydrocarbon refrigerant gas Mixed refrigerant composition comprising fluoro methyl iodide (CF 3 I) and 5-10% by weight of difluoromethane (CH 2 F 2 ), a hydrofluorocarbon refrigerant gas 제1항에 있어서, 상기 냉매 조성물이 24～25 중량%의 프로판(C3H8)과 40～41 중량%의 프로필렌(CH3-CH-CH2) 그리고 27～28 중량%의 트리플루오로 메틸아이오드(CF3I) 및 7～8 중량%의 디플루오로메탄(CH2F2)을 함유하는 것을 특징으로 하는 혼합냉매 조성물.The method of claim 1 wherein the refrigerant composition is 24 to 25% by weight of propane (C 3 H 8 ), 40 to 41% by weight of propylene (CH 3 -CH-CH 2 ) and 27 to 28% by weight of trifluoro A mixed refrigerant composition comprising methyl iodine (CF 3 I) and 7-8% by weight of difluoromethane (CH 2 F 2 ).
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