KR930009250B1 - 작동유체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

작동유체

제 1 도-제 5 도는 실시예 1-5의 작동유체의 각각의 3원조성도.

본 발명은 냉장고, 열펌프등에 사용하는 복수이 할로겐화 탄화수소로 이루어진 작동유체에 관한 것이다. 종래, 냉장고, 열펌프등의 작동유체로서, 메탄 또는 에탄에서 유도된 할로겐화 탄화수소, 특히, 불소화할로카본류로 불려지는것이 사용되고 있어, 이들의 이용온도를 보면, 대략 0- 대략 50℃ 로 응축온도 및/또는 증발온도가 작용하고 있다. 이들중에서, 비정이 -29.8℃ 이 디클로로디플루오로메탄(CCl₂, R12)이 냉장고, 자동차용공기조절기 및 대규모 냉동시스템의 작동유체로서 널리 사용되고 있다.

최근, 불소화 할로카본에 의한 성층권내 오존층의 소모는 지구환경문제중의 하나로서 심각하게 논의되어, 완전히 할로겐화되어 있는, 오존소모 가능성이 높은 클로로플루오르카본류(CFC)의 사용량 및 생산이 몬트리올의 정서에 의해 크게 제한되고 있는 실정이며, 장래에, 이들의 사용 및 생산이 금지될 전망이다.

트리클로로플루오르메탄(CU₃F, R11)의 오존소모 가능성(이하, "ODP"라 한다)을 1이라고 정의 할때, R12의 ODP를 1.0이나 냉장고 및 공기조절기가 널리사용되고 있는 관계도 인간생활에 있어 R12의 사용 및 생산량의 절감은 심각한 영향을 주게되므로 ODP가 작고 R12의 대체물로서 사용할 수 있는 작동유체의 신속한 개발이 매우 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 성층권내 오존층에 대한 영향이 적고, R12용 대체물로서 사용할 수 있는 작동유체를 제공하는 것이다.

본 발명의 따르면, 트리플루오르메탄(CHF₃, R23) ; 과 클로로디플루오르메탄(CHClF₂, R22) ; 과 2개의 탄소원자, 1 또는 2의 수소원자, 0-2의 염소원자 및 나머지가 불소원자로 구성되며, 대기압하에서 비점이 -30℃ 이상인 적어도 하나의 할로겐화에탄(이하, "할로겐화에탄유도체"라 한다)으로 이루어지는 작동유체를 제공한다.

본 발명의 작동유체 성분들중에서, R23은 실질적으로 오존소모 가능성이 없어, 즉, ODP가 0으로, 분자구조에 염소원자를 함유하지 않는다. R22는 오존소모 가능성이 매우작아, 즉, 이것의 ODP는 단지 0.05일뿐으로 분자구조에 수소원자 및 염소원자를 둘다 지니고 있다. R23 및 R22는 R12와 함께 작동유체로서 널리 사용되고 있다.

할로겐화에탄유도체는 분자구조에 염소원자를 지니지 않는 불소화 할로카본류와 염소 및 수소원자를 지니는 분소화할로카본류를 포함하며, 실질적으로 오존소모 가능성이 매우작고, 가연성이 없으며, 독성이 낮다.

특히, 대기압하에서 비점이 -30℃ 이상인 할로겐화에탄유도체를 R23 및 R22와 혼합해서 사용하면, 본 발명의 작동유체는 R12와 비슷한 비점을 지니게 된다. 할로겐화에탄유도체중에서, 테트라플루오르에탄(C₂H₂F₄, ODP=0), 클로로테트라플루오르에탄(C₂HClF₄, ODP =0.02) 또는 디클로로트리플루오르에탄(C₂HCl₂F₄, ODP=0.02)가 바람직하다.

R23, R22 및 할로겐화에탄유도체의 중량비는 제도되는 작동유체의 특성 및/또는 할로겐화유도체의 종류에 의존하며, 통상 본 발명의 작동유체는 R23 1-80중량%, R22 1-90중량% 및 할로겐화에탄유도체 10-95중량%로 이루어진다.

바람직한 실시예로, 본 발명의 작동유체는 R23의 80중량% 이하(예를들면, 1-80중량%), R22의 90중량% 이하, 및 테트라플루오르에탄의 55-95중량% 또는 클로로테트라플루오르에탄의 40-95중량% 또는 클로로트리플루오르에탄의 10-95중량%로 총 100중량%가 되게 이루어진다.

바람직한 실시예로, 본 발명의 작동유체는 R23의 65중량% 이하(예를들면, 1-65중량%), R22의 85중량% 이하(예를들면, 1-85중량%), 및 클로로테트라플루오르에탄의 65-95중량% 또는 클로로테트라플루오르에탄의 50-95중량% 또는 디클로로트리플루오르에탄의 15-90중량%로, 총 100중량%가 되게 이루어진다.

바람직한 실시예로, 본 발명의 작동유체는 R23의 25중량% 이하(예를들면, 1-25중량%), R22의 45중량% 이하(예를들면, 1-45중량%), 클로로테트라플루오르에탄의 55-95중량%의 이루어지며, 특히, 본 발명의 작동유체는 R23의 15중량% 이하(예를들면 1-15중량%), R22의 35중량% 이하(예를들면 1-35중량%) 및 테트라플루오르에탄의 65-95중량%로 이루어진다.

바람직한 실시예로, 본 발명의 작동유체는 R23의 35중량% 이하(예를들면, 1-35중량%), R22의 60중량% 이하(예를들면, 1-60중량%), 클로로테트라플루오르에탄의 40-95중량%의 이루어지며, 특히, 본 발명의 작동유체는 R23의 25중량% 이하(예를들면 1-25중량%), R22의 50중량% 이하 및 클로로테트라플루오르에탄의 50-95중량%로 이루어진다.

바람직한 실시예로, 본 발명의 작동유체는 R23의 80중량% 이하(예를들면, 1-80중량%), R22의 90중량% 이하(예를들면, 1-90중량%), 디클로로트리플루오르에탄의 10-95중량%의 이루어지며, 특히, 본 발명의 작동유체는 R23의 65중량% 이하(예를들면 1-65중량%), R22의 85중량% 이하 예를들면, 1-85중량% 및 디클로로트리플루오르에탄의 15-90중량%로 이루어진다.

본 발명의 작동유체는 실질적으로 오존소모 가능성이 없고(ODP=0), 분자 구조에 염소를 함유하지 않는 R23과, 오존소모 가능성이 매우낮고(ODP=0.05) 분자구조에 염소와 수소원자를 둘다 함유하는 R22 및, 실질적으로 오존소모 가능성이 없고(ODP =0), 분자구조에 염소원자를 함유하지 않거나, 오존소모 가능성이 매우 낮고 염소 및 수소원자를 둘다함유하며, 대기압하에서 비점이 -30℃ 이상인 적어도 하나의 할로겐화에탄유도체로 이루어지기 때문에, 성층권내 오존층에 미치는 영향이 R12보다 훨씬 적다.

특정조성범위로, 본 발명의 작동유체는 대략 0℃ -50℃ 사이의 온도범위에서 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니므로, R12용 대체물로서 현재사용되는 장치에 사용할수 있는 작동유체로서 적합하다.

본 발명의 작동유체는 ODP가 매우작은것으로 예견되며, 가연성이지 않고 독성이 낮다.

또한, 본 발명의 작동유체는 비공비성혼합물로, 응축 및 증발과정에 있어 온도변화를 지니므로, 열원에서의 온도차이가 감소하는 로렌쯔시이클을 조립할 경우에 R12보다 높은 성능계수(COP)가 기대된다.

R23의 낮은 임계온도( 25.7℃)와 높은 증기압을 지니기 때문에, 대략 0℃ 와 대략 50℃ 사이의 이용온도범위로 사용되는 냉장고 및 열펌프등에는 단독으로 사용할 수 없다. 본 발명에 따르면, R22을 작동유체로서 널리사용되는 R22 및 낮은 증기압, 낮은 ODP와 가연성이 없는 적어도 하나의 제 3 불소화카본으로 혼합함으로서, 혼합물의 증기압은 R12와 같고, ODP가 낮고 가연성이 없는 작동유체를 제공한다. 이것은 가연성을 지니는 R142b가 존재하는 미국특허 NO.4, 812,250에 개시되어 있는 바와같은 R23, R22 및 142b의 혼합물을 포함하지 않는다는 것을 의미한다.

[실시예 1]

제 1 도는 특정압력하 특정온도에서의 R23, R22 및 1,1,2,2-테트라플루오르에탄(R134)로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원 조성도를 삼각좌표에 표시한 것이다.

삼각좌표에 있어서, 맨위정점으로 부터 반시계방향으로, 가장낮은 비점을 지니는 화합물로부터 가장높은 비점을 지니는 화합물까지로 각정점에 단일 화합물을 표시하였다. 삼각좌표상의 한점에서, 3개 화합물의 조성(중량비)을 상기점과 반대쪽 사이의 간격은 상기 반대쪽을 향하는 정점에 표시되어 있는 화합물의 비율에 대응한다.

제 1 도에서, 라인1은 2.116kg/C㎡G 압력하 0℃ 에서의 혼합물의 상평형라인으로, 이들 온도 및 압력은 R12의 포화상태에 대응한다.

상평형라인 1( 0℃ 에서 R12에 대응)의 상부쪽은 포화증기라인이고, 하부쪽 포화액체라인이다. 이들 2개라인사이의 영역에서, 혼합물은 상평형 상태이다. 라인 2는 11.37Kg/C㎡G 압력하 50℃ 에서의 혼합물의 상평형라인이며 이들 온도 및 압력은 R12의 포화상태에 대응한다.

R23 단독으로만 사용될 경우, 50℃ 에서 임계온도를 초과하게되나, 혼합물은 포화상태이므로 대략 0℃ 와 대략 50℃ 사이의 이용온도범위를 지니는 냉장고 또는 열펌프에 사용할 수가 있다.

제 1 도로부터 알수있듯이, 혼합물은 R23의 대략 0-25중량%, R22의 대략 0-45중량% 및 R134의 대략 55-95%로 이루어지는 것이 대략 0℃와 대략 50℃ 사이의 온도범위로 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하며, 더우기, R23의 대략 0-15중량%, R22의 대략 0-35중량% 및 R134의 대략 65-95중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃ 와 50℃ 사이의 모든 이용온도에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하다.

제 1 도의 점 A1-F1에서의 작동유체의 조성 및 ODP를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

점 A1,B1 및 C1은 상평형라인 2(50℃ 에서 R12에 대응)의 포화증기라인 위에 존재하고, 점 F1은 상평형라인 2의 포화액체라인 위에 존재하며, 더우기, 이를 모두는 상평형라인 1(0℃에서 R12에 대응)의 포화증기라인과 포화액체라인 사이의 영역에 존재하므로, 혼합물은 R12의 포화상태에 대응하는 2.116Kg/C㎡G 압력하 0℃ 에서의 상평형상태이다.

점 D1 및 E1은 상평형라인 1 (0℃ 에서 R12에 대응)의 포화액체라인과 상평형라인 2(50℃ 에서 R12에 대응)의 포화증기라인과 포화액체라인 사이의 영역에 존재하기 때문에, 혼합물은 R12의 평형상태에 대응하는 11.373Kg/C㎡G 압력하 50℃ 에서의 상평형상태이다.

또한, 표 1의 조성을 지니는 작용유체는 0℃와 50℃에서 R12의 포화증기압조건하의 포화상태 또는 상평형 상테이므로, 대략 0℃와 대략 50℃ 사이의 이용온도 범위에서 작동유체는 상기 온도에서 R12의 포화증기압하에 작동될 경우에 R12와 실질적으로 같은 응축 및 증발온도를 지닌다.

상기와 같이, 상평형라인 1(0℃ 에서 R12에 대응) 또는 2(50℃ 에서 R12에 대응)상의 조성을 지니는 혼합물에 대해 설명하였으나, 또한 점 A1-F1 내부영역의 조성을 지니는 작동유체 즉 R12의 포화상태에 대응하는 2.116Kg/C㎡G 압력하 0℃와 11.373Kg/C㎡G 압력하 50℃에서의 상평형상태를 실현하는 조성을 지니는 작동유체를 상기와 마찬가지의 방식으로 작동시킬 경유, R12와 실질적으로 동일한 응축 및 증발온도를 대략 0℃와 대략 50℃ 사이의 이용온도 범위내로 성취할수 있게 된다.

따라서, 제 1 도로부터 알수있듯이, 작동유체는 대략 0-25중량%의 R23, 대략 0-45중량%의 R22 및 대략 55-95중량%의 테트라플루오르에탄으로 이루어지는 것이 대략 0℃ -대략 50℃ 사이의 이용온도 범위에서 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하며, 더우기 R23의 대략 0-15중량%, R22의 대략 0-35중량% 및 테트라플루오르에탄의 대략 65-95중량%로 이루어지는 작동유체가 0℃-50℃ 사이의 모든 이용온도 범위에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 더욱 바람직하다. 본 실시예의 작동유체는 0-0.02의 ODP를 지닐것으로 예견되어 R12에 대한 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 2]

제 2 도는 특정압력하 특정온도에서의 R23, R22 및 2-클로로-1,1,1,2-테트라플루오르에탄(R124)로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원 조성도를 삼각좌표에 표시한 것으로,제 2 도에서, 라인 1은 2.1216Kg/C㎡G 압력하 0℃ 에서의 혼합물의 상평형라인이며, 라인 2는 11.373Kg/C㎡G 압력하 50℃ 에서의 혼합물의 상평형라인이다.

제 2 도로부터 알수있듯이, 혼합물은 R23의 대략 0-35중량%, R22의 대략 0-60중량% 및 R124의 대략 40-95중량%로 이루어지는 것이 대략 0℃ 와 대략 50℃ 사이의 온도범위에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하고, 더우기, 혼합물이 R23의 대략 0-20중량%, R22의 대략 0-45중량% 및 R124의 대략 55-95중량%로 이루어지는 것이 0℃와 50℃ 사이의 모든 이용온도에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하다.

제 2 도의 점 A1-F1에서의 작동유체의 조성 및 ODP를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

표 2의 조성을 지니는 작동유체는 0℃ 와 50℃ 에서 R12의 포화증기압조건하에서 포화상태 또는 상평형상태이므로, 대략 0℃와 대략 50℃ 사이의 이용온도 범위에서 작동유체는 상기 온도에서 R12의 포화증기압하에 작동할 경우 R12와 실질적으로 같은 응축 및 증발온도를 지닌다.

[실시예 3]

제 3 도는 특정압력하 특정온도에서 R23, R22 및 2-클로로-1, 1, 2, 2-테트라플루오르에탄(R124a)로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원 조성도를 삼각좌표에 표시한 것이다.

제 3 도의 점 A1-F1에서의 작동유체의 조성 및 ODP를 표 3에 나타내었다.

[표 3]

이 경우, 혼합물은 R23의 대략 0-35중량%, R22의 대략 0-60중량% 및 R124a의 대략 40-95중량%로 이루어지는 것이 바람직하고, 더우기, R23의 대략 0-25중량%, R22의 대략 0-50중량% 및 R124a의 대략 50-95중량%로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

제 2 도 및 3 도로부터 알수있는 바와같이, 혼합물은 R23의 대략 0-35중량%, R22의 대략 0-60중량% 및 클로로테트라플루오르에탄의 대략 40-95중량%로 이루어지는 것이 바람직하며, R23의 대략 0-20중량%, R22의 대략 0-50중량% 및 클로로테트라플루오르에탄의 대략 50-95중량%로 이루어지는 혼합물이 더욱 바람직하다.

본 실시예의 작동유체는 0.02-0.04의 ODP를 지닐것으로 예견되므로 이들은 12용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 4]

제 4 도는 특정압력하 특정온도에서 R23, R22 및 2, 2-디클로로-1, 1, 1-트리플루오르에탄(R123)으로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원 조성도를 삼각좌표에 표시한 것으로, 제 4 도에서, 라인 1은 2,116Kg/C²G 압력하 0℃ 에서의 혼합물의 상평형라인이며, 라인 2는 11.373Kg/C㎡G 압력하 50℃ 에서의 혼합물의 상평형라인이다.

제 4 도로부터 알수있듯이, 혼합물은 R23의 대략 0-80중량%, R22의 대략 0-90중량% 및 R123의 대략 10-95중량%로 이루어지는 것이 대략 0℃ 와 대략 50℃ 사이의 온도범위에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하고, 더우기, 혼합물이 R23의 대략 0-65중량%, R22의대략 0-85중량% 및 R123의 대략 15-90중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃ 와 50℃ 사이의 모든 이용온도에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 더욱 바람직하다.

제 4 도의 점 A1-F1에서의 작동유체의 조성 및 ODP를 표 4에 나타내었다.

[표 4]

표 4의 조성을 지니는 작동유체는 0℃ 와 50℃ 에서 R12의 포화증기압 조건하에서 포화상태 또는 상평형 상태이므로, 대략 0℃ 와 대략 50℃ 사이의 이용온도 범위에서 작동유체는 상기 온도에서 R12의 포화증기압하에 작동할 경우 R12와 실질적으로 같은 응축 및 증발온도를 지닌다.

[실시예 5]

제 5 도는 특정압력하 특정온도에서의 R23, R22 및 1,2-디클로로트리플루오르에탄( R123a)로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원 조성도를 삼각좌표에 표시한 것이다.

제 5 도의 점 A1-F1에서의 작동유체의 조성과 ODP를 표 5에 나타내었다.

[표 5]

이 경우, 혼합물은 R23의 대략 0-80중량%, R22의 대략 0-90중량% 및 R123a의 대략 10-95중량%로 이루어지는 것이 바람직하고, 더우기, 혼합물은 R23의 대략 0-65중량%, R22의 대략 0-85중량% 및 R123a의 대략 15-90중량%로 이루어지는 것이 0℃ 와 50℃ 사이의 모든 이용온도에서 R12와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 더욱 바람직하다.

제 4 도 및 5 도로부터 알수있는 바와같이, 혼합물은 R23의 대략 0-80중량%, R22의 대략 0-90중량% 및 디클로로트리플루오르에탄의 대략 10-90중량%로 이루어지는 것이 바람직하며, 더우기, R23의 대략 0-65중량%, R22의 대략 0-85중량% 및 디클로로트리플루오르에탄의 대략 15-90중량%로 이루어지는 혼합물이 더욱 바람직하다.

본 실시예의 작동유체는 0.01-0.04의 ODP를 지닐것으로 예견되므로 이들은 R12용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

상기 결과로부터, 혼합물은 R23의 80중량% 이하, R22의 90중량%이하, 및 테트라플루오르에탄의 55-95중량% 또는 클로로테트라플루오르에탄의 40-95중량% 또는 클로로테트라플루오르에탄의 50-95중량% 또는 디클로로트리플루오르에탄의 15-95중량%로 이루어지는 것이 더욱바람직하다.

상기 실시예에서 혼합물을 구조이성질체를 포함하는 4개 이상의 불소화 할로겐카본류와 혼합시킬수도 있으나, 3개의 불소화 할로카본류를 함유한다.

Claims (10)

1. 트리플루오르에탄 ; 클로로디플루오르메탄 ; 과, 2개의 탄소원자, 1 또는 2의 수소원자, 0-2 의염소원자 및 나머지가 불소원자로 구성되며, 대기압하에서 비점이 -30℃ 이상인 적어도 하나의 할로겐화에탄으로 이루어진 작동유체.
2. 제 1 항에 있어서, 1-80중량%의 트리플루오르메탄, 1-90중량%의 클로로디플루오르메탄 및 10-90중량%의 할로겐화에탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 작동유체.
3. 제 1 항에 있어서, 80중량% 이하의 트리플루오르메탄, 90중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 55-95중량%의 테트라플루오르에탄 또는 40-95중량%의 클로로테트라플루오르에탄 또는 10-95중량%의 디클로로트리플루오르에탄으로 이루어져 총 100중량%를 이루어지는 것을 특징으로 하는 작동유체.
4. 제 2 항에 있어서, 65중량% 이하의 트리플루오르에탄, 85중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 65-95중량%의 테트라플루오르에탄 또는, 50-95중량%의 클로로테트라플루오르에탄 또는, 15-90중량%의 디클로로트리플루오르에탄으로이루어져 총 100중량%를 이루는 것을 특징으로 하는 작동유체.
5. 제 1 항에 있어서, 25중량% 이하의 트리플루오르에탄, 45중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 55-95중량%의 테트라플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
6. 제 5 항에 있어서, 15중량% 이하의 트리플루오르메탄, 35중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 65-95중량%의 테트라플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
7. 제 1 항에 있어서, 35중량% 이하의 트리플루오르메탄, 60중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 40-95중량%의 클로로테트라플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
8. 제 7 항에 있어서, 25중량% 이하의 트리플루오르메탄, 50중량% 이하의 클로디플루오르메탄 및 50-95중량%의 클로로테트라플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
9. 제 1 항에 있어서, 80중량% 이하의 트리플루오르메탄, 90중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 10-95중량%의 디클로로트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
10. 제 9 항에 있어서, 65중량% 이하의 트리플루오르메탄, 85중량% 이하의 클로로디플루오르메탄 및 15-90중량%의 디클로로트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.