KR930010515B1 - 작동유체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

작동유체

제1도~6도는 실시예 1~6의 작동유체의 3원조성도.

본 발명은 공기조절기 및 열펌프등에 사용하는 복수의 할로겐화 탄화수소로 이루어진 작동유체에 관한 것이다.

지금까지, 공기조절기 및 열펌프상에 있어서의 작동유체로서는 메탄 또는 에탄에서 유도한 할로겐화탄화수소, 특히 불소화할로카본류로 불리는 것이 사용되고 있으며, 이들의 이용온도를 보면, 응축온도 및/또는 증발온도가 대략 0~대략 50℃로 작용하고 있다. 이들 중에서, 비점이 ~40.8℃인 클로로디플루오르메탄(CHCIF, R22)이 건물용 공기조절기 및 대규모 냉동시스템에서의 작동유체로서 널리 사용되고 있다.

최근, 불소화할로카본에 의한 성층권내 오존층의 소모는 지구환경문제중의 하나로서 심각하게 논의되어, 완전히 할로겐화되어 있는, 오존소모가능성이 높은 클로로플루오르카본류(CFC)의사용량 및 생산이 몬트리올의 정서에 의해 크게 제한되고 있는 실정이며, 장래에 이들의 사용 및 생산이 금지될 전망이다.

트리클로로플루오르메탄(CCl₃F, R11)의 오존소모가능성(이하, ＂ODP＂라 한다)을 1이라고 정의할 경우, R22의 ODP는 0.05이며, 비록 R22가 CFC는 아니라고 할지라도 공기조절기 및 열펌프가 널리 사용되고 있는 관계로 장래, 인간생활에 있어 R22는 중대한 영향을 미칠 것으로 기대되어 그 생산 및 사용이 증가되리라고 예견되므로, 작은 ODP를 지니고 R22의 대체물로서 사용할 수 있는 작동유체의 신속한 개발이 매우 요망되고 있다.

본 발명의 목적은 성층권내에 있어 오존층에 미치는 영향이 적고 R22의 대체물로서 사용할 수 있는 작동 유체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 디플루오르에탄(C₂H₄F₂)과, 하나 또는 둘의 탄소원자, 수소원자 및 불소원자로 이루어지는 메탄유도체 및 에탄유도체로 이루어지는 군에서 선택된, 대기압하에서 비점이 ~40℃이하인 적어도 2개의 불소화탄화수소(이하, ＂불소화 메탄 또는 에탄유도체＂라 한다)로 이루어지는 작동유체를 제공한다.

본 발명의 작동유체의 성분중에서, 디플루오르에탄은 실질적으로 오존소모가능성이 없어, 즉 이것의 ODP는 실질적으로 0이며, 이것은 분자구조에 염소원자를 함유하지 않는다.

불소화메탄 또는 에탄유도체는 분자구조에 염소원자를 지니지 않기 때문에 실질적으로 오존소모가능성은 없다.

불소화메탄 또는 에탄유도체들중에서, 트리플루오르메탄(CHF ODP=0), 디플루오르메탄(CH₂F₂, ODP=0), 펜타플루오즈에탄(C₂HF₅, ODP=0) 트리플루오르에탄(C₂H₃F₂, ODP=0)이 바람직하다.

본 발명의 작동유체는 실질적으로 오존소모가능성이 없는 ( ODP=0)디플루오르에탄과, 분자구조에 염소원자를 함유하지 않고 실질적으로 오존소모가능성이 없는 비점이 ~40℃이하인 불소화메탄 또는 에탄유도체로 이루어지기 때문에 성층권내 오존층에 대한 영향이 R22보다 훨씬 적다.

특정 조성범위로, 본 발명의 작동유체는 대략 0℃~ 대략 50℃ 사이의 온도범위에서 R22와 실질적으로 동일한 증기압을 지녀, R22용 대체물로서 현재 사용되는 장치에 사용할 수 있는 작동유체로서 적합하다.

본 발명의 작동유체는 매우 작은 ODP를 지녀, 즉 실질적으로 0의 값을 지닐 것으로 기대된다.

또한, 본 발명의 작동유체는 비공비성 혼합믈로 응축 및 증발과정에 있어 온도변화도를 지니므로, 열원에서의 온도차이가 감소하는 로렌쯔 사이클을 조립할 경우에 R22보다 높은 성능계수( CDP)가 기대된다.

오존소모가능성을 지니는 불소화할로카본류는 그의 ODP가 클 경우에 지구온도상승가능성(이하 ＂GWP＂라 한다)이 커지는 경향이 있으나, 본 발명의 작동유체는 상기의 3개의 기본성분들로 이루어지므로, 이것의 GWP는 실질적으로 R22와 같거나 또는 R22보다 작다. 따라서, 본 발명의 작동유체는 지구온도상승 가능성에 미치는 영향이 적다.

본 발명을 실시예를 통해 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 트리플루오르메탄(R22), 디플루오르메탄(R32) 및 1,1~디플루오르에탄(R152a)로 이루어지는 혼합물의 특정압력하 특정온도에서의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌표에 표시한 것이다.

3각좌표에 있어서, 맨위정점에서부터 반시계방향으로, 가장 낮은 비점을 지니는 화합물로부터 가장 높은 비점을 지니는 화합물까지로 각 정점에 단일화합물을 표시하였다. 3각좌표상의 한점에서 3개화합물의 조성(중량비)을 상기 점과 반대쪽 사이의 간격비율로 표시하며, 상기 점과 반대쪽 사이의 간격은 상기 반대쪽을 향하는 정점에 표시되어 있는 화합물의 비율에 대응한다.

제1도에서, 라인 1은 4.044kg/cm²G압력하 0℃에서의 혼합물의 상평형라인이다. 이들 온도 및 압력은 R22의 포화상태에 상당한다. 상평형라인 1(0℃에서 R22에 대응한다)의 상부쪽은 포화증기라인이고 하부쪽은 포화액체라인이다. 이들 2개 라인사이의 영역에서 혼합물은 상평형상태이다. 라인 2는 18.782kg/cm²G 압력하 50℃에서 혼합물의 상평형라인이며, 이들 온도 및 압력은 R22의 포화상태에 대응한다.

R23 단독으로만 사용될 경우는 50℃에서 임계온도를 초과하게 되나 혼합물은 포화상태를 지니므로 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위를 지니는 공기조절기 또는 열펌프에 사용할 수가 있다.

제1도로부터 알 수 있듯이, R23의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), R32의 대략 0~60중량%(예를 들면, 대략 1~60중량%) 및 R152a의 대략 40~90중량%로 이루어지는 혼합물이 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위에서 R22와 실질적으로 동일한 증기압을 지니기 때문에 바람직하며, 더욱이 R23의 대략 0~40중량%(예를 들면, 1~40중량%), R32의 대략 0~50중량%(예를 들면, 1~50중량%), 및 R152a의 대략 50~85중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃와 50℃사이의 모든 이용온도에서 R22와 실질적으로 동일한 증기압을 지니기 때문에 더욱 바람직하다.

제1도의 점 A1~F1에서 작동유체의 조성을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

점 A1,B1 및 C1은 상평형라인 2(50℃에서 R22에 대응)의 포화증기라인위에 존재하며, 점 D1,E1 및 F1은 상평형라인 2의 포화액체라인위에 존재한다. 더욱이 이들 모두는 상평형라인 1(0℃에서 R22에 대응)의 포화증기라인과 포화액체라인 사이의 영역에 존재하므로, 혼합물은 R22의 포화상태에 상당하는 4.044kg/cm²G의 압력하 0℃에서의 상평형상태이다.

또한, 표 1의 조성을 지니는 작동유체는 0℃와 50℃에서 R22의 포화증기압조건하에서 포화상태 또는 상평형상태이므로, 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위에서, 작동유체는 상기 온도에서 R22의 포화증기압하에 작동할 경우에 R22와 실질적으로 동일한 응축 및 증발온도를 지닌다.

상기와 같이, 상평형라인 2(50℃에서 R22에 대응)상의 조성을 지니는 혼합물에 대해 설명하였으나, 또한, 점 A1~F1 내부영역의 조성을 지니는 작동유체, 즉 R22의 포화상태에 상당하는, 4.044kg/cm²G 압력하 0℃와 18.782kg/cm²G 압력하 50℃에서 상평형상태를 실현하는 조성을 지니는 작동유체를 상기와 마찬가지의 방식으로 작동시킬 경우, R22와 실질적으로 동일한 음축 및 증발온도를 대략 0℃와 50℃사이의 이용온도 범위내로 성취할 수 있게 된다.

따라서, 제1도로부터 트리플루오르메탄의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), 디플로오르메탄의 대략 0~60중량%(예를 들면, 대략 1~60중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 40~90중량%로 이루어지는 혼합물이, 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위에서 R22와 실질적으로 동일한 증기압을 지니므로 바람직하고, 더욱이 트리플루오르메탄의 대략 0~40중량%(예를 들면, 대략 1~40중량%), 디플르오르메탄의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 50~85중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃와 50℃사이의 모든 이용온도에서 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니므로 더욱 바람직하다.

실시예 1의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 기대되므로 R22용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 2]

제2도는 특정압력하 특정온도에서 R23, 펜타플루오르에탄(R125) 및 R152a로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌표에 표시한 것이다.

제2도의 점 A1~F1에서의 작동유체의 조성을 표 2에 나타내었다.

[표 2]

이 경우, 트리플루오르메탄의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), 펜타플로오르메탄의 대략 0~85중량%(예를 들면, 대략 1~85중량%), 및 디플루오르에탄의 대략 15~90중량%로 이루어진 혼합물이 바람직하며, 더욱이 트리플루오르메탄의 대략 0~40중량%(예를 들면, 대략 1~40중량%), 펜타플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 20~85중량%로 이루어지는 혼합물이 더욱 바람직하다.

실시예 2의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 예견되므로 R22용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 3]

제3도는 특정압력하 특정온도에서 R23, 1,1,1~트리플루오르에탄(R143a) 및 R152a로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌표에 표시한 것이다.

제3도의 점 A1~F1에서 작동유체의 조성을 표 3에 나타내었다.

[표 3]

이 경우, 트리플루오르에탄의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를들면, 대략 1~80중량%), 및 디플루오르에탄의 대략 20~90중량%로 이루어지는 혼합물이 바람직하며, 더욱이 트리플루오르메탄의 대략 0~40중량%(예를 들면, 대략 1~40중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~80중량(예를 들면, 대략 1~80중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 20~85중량%로 이루어지는 혼합물이 더욱 바람직하다.

실시예 3의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 기대되므로 R22용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 4]

제4도는 특정압력하의 특정온도에서 R32,R125 및 R152a로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌표에 표시한 것이다.

제4도에서 라인 1은 4.044kg/cm²G 압력하 0℃에서의 혼합물의 상평형라인이다. 이들 온도 및 압력은 R22의 포화상태에 상당한다. 상평형라인 1(0℃에서 R22에 대응)의 상부쪽은 포화증기라인이며 하부쪽은 포화액체라인이다. 이들 2개라인 사이의 영역에서 혼합물은 상평형상태이며, 라인 2는 18.782kg/cm²G 압력하 50℃에서 혼합물의 상평형라인으로 이들 온도 및 압력은 R22의 포화상태에 상당한다.

제4도로부터 알 수 있는 바와 같이, R32의 대략 0~60중량%(예를 들면, 대략 1~60중량%), R125의 대략 0~85중량%(예를 들면, 대략 1~85중량%) 및 R152a의 대략 15~65중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃ 대략 50℃사이의 이용온도 범위에서 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니기 때문에 바람직하며, 더욱이 R32의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), R125의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%)와 R152a의 대략 20~65중량%로 이루어지는 혼합물이 0℃와 50℃사이의 모든 이용온도에서 R22와 실질적으로 동일한 증기압을 지니므로 바람직하다.

제4도의 점 A1~F1에서 작동유체의 조성을 표 4에 나타내었다.

[표 4]

점 A1,B1 및 C1은 상평형라인 2(50℃에서 R22에 대응)의 포화증기라인에 존재하며, 점 D1 및 E1은 상평형라인 2의 포화액체라인위에 존재한다. 더욱기 이들 모두는 상평형라인 1(0℃에서 R22에 대응)의 포화증기라인과 포화엑체라인 사이의 영역에 존재하므로, 혼합물은 R22의 포화상태에 상당하는 4.044kg/cm²G 압력하 0℃에서의 상평형상태이다.

또한, 점 F1은 상평형라인 1(0℃에서 R22에 대응)의 포화액체라인과, 상평형라인 2(50℃에서 R22에 대응)의 포화증기라인과 포화액체라인 사이의 영역에 존재하므로, 혼합믈은 R22의 포화상태에 상당하는 18.782kg/cm²G 압력하 50℃에서의 상평형상태이다.

또한, 표 4의 조성을 지니는 작동유체는 0℃와 50℃에서 R22의 포화증기압 조건하에서 포화상태 또는 상평형상태이므로, 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도범위에서, 작동유체는 상기 온도에서 R22의 포화증기압하에 작동할 경우에 R22와 실질적으로 동일한 응축 및 증발온도를 지닌다.

상기와 같이, 상평형라인 1 또는 2(0℃ 또는 50℃에서 각각의 R22에 대응하는) 상의 조성을 지니는 혼합물에 대해 설명하였으나, 또한 점 A1~F1 내부영역의 조성을 지니는 작동유체, 즉 R22의 포화상태에 상당하는 4.044kg/cm²G 압력하 0℃와 18.782kg/cm²G 압력하 50℃에서 상평형상태를 실현하는 조성을 지니는 작동유체를 상기와 마찬가지의 방식으로 작동시킬 경우, R22와 실질적으로 동일한 응축 및 증발온도를 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위내에서 성취할 수 있게 된다.

따라서, 제4도로부터 디플루오르메탄의 대략 0~60중량%(예를 들면, 대략 1~60중량%), 펜타플루오르에탄의 대략 0~85중량%(예를 들면, 대략 1~85중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 15~65중량%로 이루어지는 혼합물이 대략 0℃와 대략 50℃사이의 이용온도 범위에서 R22와 살질적으로 동일한 증기압을 지니므로 바람직하고, 더욱이 디플루오르메탄의 대략 0~50중량%(예를 들면, 대략 1~50중량%), 펜타플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 20~65%로 이루어지는 혼합물이 0℃와 50℃사이의 모든 이용온도에서 R22와 실질적으로 같은 증기압을 지니므로 더욱 바람직하다.

실시예 4의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 기대되므로 R22용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 5]

제5도는 특정압력과 특정온도에서 R32, R143a 및 R152a로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌포에 표시한 것이다.

제5도의 점 A1~F1에서의 작동유체의 조성을 표 5에 나타내었다.

[표 5]

이 경우, 디플루오르메탄의 대략 0~60중량(예를 들면, 대략 1~60중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~85중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 20~65중량%로 이루어지는 혼합물이 바람직하며, 더욱이 디플루오르에탄의 대략 0~50중량(예를 들면, 대략 1~50중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%), 디플루오르에탄의 대략 20~65중량%로 이루어진 혼합물이 더욱 바람직하다.

실시예 5의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 예견되므로 R22용 대체 작동유체로서 매우 유망하다.

[실시예 6]

제6도는 특정압력하의 특정온도에서 R125, R143a 및 R152a로 이루어지는 혼합물의 평형상태를 나타내는 3원조성도를 3각좌표에 표시한 것이다.

제6도의 점 A1~F1에서 작동유체의 조성을 표 6에 나타내었다.

[표 6]

이 경우, 펜타플푸오르에탄의 대략 0~85중량%(예를 들면, 대략 1~85중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~80중량% 및 디플루오르에탄의 대략 15~35중량%로 이루어지는 혼합물이 바람직하며, 더우기 펜타플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%), 트리플루오르에탄의 대략 0~80중량%(예를 들면, 대략 1~80중량%) 및 디플루오르에탄의 대략 20~30중량%로 이루어지는 혼합물이 더욱 바람직하다.

실시예 6의 작동유체는 0의 ODP를 지닐 것으로 예견되므로 R22용 대체작동유체로서 매우 유망하다.

상기 실시예들의 결과로부터, 본 발명의 작동유체는 디플루오르에탄의 15~90중량%와; 50중량%이하의 트리플루오르메탄, 60중량%이하의 디플루오르메탄, 85중량%이하의 펜타플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2개의 불소화메탄 또는 에탄유도체로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 본 발명의 작동유체는 20~85중량%의 디플루오르메탄과; 40중량%이하의 트리플루오르메탄, 50중량%이하의 디플루오르메탄, 80중량%이하의 펜타플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르메탄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2개의 불소화메탄 또는 에탄유도체로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 실시예에 있어서, 혼합물은 구조이성질체를 함유하는 4개이상의 불소화할로카본류와 혼합시킬 수도 있으나 3개의 불소화할로카본류를 함유하고 있으며, 이런 경우 혼합물은 제1성분으로서 디플루오르에탄과 제2성분 및 제3성분으로서 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 펜타플루오르메탄 및 트리플루오르메탄으로 이루어지는 군에서 선택된 2개의 불소화된 할로카본류로 이루어지는 것이 바람직하다.

Claims (17)

1. 디플루오르에탄과; 하나 또는 둘의 탄소원자, 수소원자 및 불소원자로 이루어지는 메탄유도체 및 에탄유도체로 이루어지는 군에서 선택되며, 대기압하에서의 비점이 ~40℃이하인 적어도 2개의 불소화탄화수소로 이루어지는 작동유체.
2. 제1항에 있어서, 15~90중량%의 디플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 불소화탄화수소는 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 펜타플루오르에탄 및 트리플루오르에탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 작동유체.
4. 제1항에 있어서, 15~90중량%의 디플루오르에탄과; 50중량%이하의 트리플루오르메탄, 60중량%이하의 디플루오르메탄, 85중량%이하의 펜타플루오르에탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2개의 불소화 탄화수소로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
5. 제1항에 있어서, 20~85중량%의 디플루오르에탄과; 40중량%이하의 트리플루오르메탄, 50중량%이하의 디플루오르메탄, 80중량%이하의 펜타플루오르에탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2개의 불소화 탄화수소로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
6. 제1항에 있어서, 40~90중량%의 디플루오르에탄; 50중량%이하의 트리플루오르메탄 및 60중량%이하의 디플루오르메탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
7. 제6항에 있어서, 50~85중량%의 디플루오르에탄, 40중량%이하의 트리플루오르메탄 및 50중량%이하의 디플루오르메탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
8. 제1항에 있어서, 15~90중량%의 디플루오르에탄, 50중량%이하의 트리플루오르메탄 및 85중량%이하의 펜타플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
9. 제8항에 있어서, 20~85중량%의 디플루오르에탄, 40중량%이하의 트리플루오르메탄 및 80중량%이하의 펜타플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
10. 제1항에 있어서, 20~90중량%의 디플루오르에탄, 50중량%이하의 트리플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
11. 제10항에 있어서, 20~85중량%의 디플루오르에탄, 40중량%이하의 트리플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
12. 제1항에 있어서, 15~65중량%의 디플루오르에탄, 60중량%이하의 디플루오르메탄 및 85중량%이하의 펜타플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
13. 제12항에 있어서, 20~65중량%의 디플루오르에탄, 50중량%이하의 디플루오르메탄 및 80중량%이하의 펜타플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
14. 제1항에 있어서, 20~65중량%의 디플루오르에탄, 60중량%이하의 디플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
15. 제14항에 있어서, 20~55중량%의 디플루오르에탄, 50중량%이하의 디플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
16. 제1항에 있어서, 15~35중량%의 디플루오르에탄, 85중량%이하의 펜타플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.
17. 제16항에 있어서, 20~30중량%의 디플루오르에탄, 80중량%이하의 펜타플루오르메탄 및 80중량%이하의 트리플루오르에탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체.