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JP2875616B2 - 非引火性冷媒組成物 - Google Patents

非引火性冷媒組成物

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JP2875616B2
JP2875616B2 JP2237278A JP23727890A JP2875616B2 JP 2875616 B2 JP2875616 B2 JP 2875616B2 JP 2237278 A JP2237278 A JP 2237278A JP 23727890 A JP23727890 A JP 23727890A JP 2875616 B2 JP2875616 B2 JP 2875616B2
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propane
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フォービス パーソン ステファン
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SUTAA REFUREJIREESHON Ltd
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Publication date
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  • Cold Air Circulating Systems And Constructional Details In Refrigerators (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、環境受容性を改善した冷凍装置用三成分冷
媒混合物に関する。
［従来技術とその問題点］ 冷凍装置において通常使用されてきた２種類の冷媒
は、冷媒12（CCl2F2）および冷媒502（R115（CClF2C
F3）およびR22（CHClF2）の共沸混合物）と呼ばれるク
ロロフルオロカーボン（CFC）のガスであった。しかし
ながら、冷媒12および502は環境破壊を起こすものと見
なされてきた。特に、極めて不活性なこれらのガスは地
上レベルにおいて冷凍系、エアロゾル、発泡包装などか
ら放出されて上部大気圏内に拡散する。これらのガスは
不活性であるので、ガスは成層圏に到達するまで分解す
ることなく存続し、成層圏でこれらのガスは紫外線によ
って破壊されて塩素原子を放出し、この塩素が成層圏オ
ゾン層破壊の触媒作用をする。最近、成層圏オゾン量の
減少に対する関心が高まり、この結果冷媒11および12の
ようなある種のCFC（クロロフルオロカーボン）の使用
禁止が提案されている。冷媒22（CHClF2）および冷媒12
5（CHF2CF3）のような他の冷媒は、これらはオゾン層へ
到達する前に大気圏の低い位置で自然に分解されるとい
う性質を有するので、環境的にはそれほど有害ではな
い。
冷媒12および502を環境受容性のより大きい代替物で
置換えるための努力がこれまでかなりなされてきてい
る。しかしながらこれらの新しい化学製品は現在のとこ
ろ一般的には利用可能ではなく、現在使用されている冷
媒よりもかなり高価であることが予想される。
冷媒22は環境受容性がより大きいが、これはたとえば
冷媒12に比較して高い圧縮指数を有する。このことは、
もし冷媒12が使用されたならば過大な吐出温度を発生し
ないような圧縮比においても吐出温度が過大に上昇する
ことを意味する。
冷媒125（CHF2CF3）はオゾン欠乏の危険性を有しな
い。しかしながらそれが商業的に利用可能になったのは
きわめて最近であり、これを単独で使用すると極めて高
価となる。
プロパン（R290）は、ある程度有用な熱力学特性を有
しているので、それの冷媒としての利用法が提案されて
きた。米国特許明細書第2511993号はプロパン（32重量
％）とR22との共沸混合物の冷媒としての利用を開示し
ている。しかしながら、プロパン自身または共沸混合物
中のプロパンは、空気と共に引火性混合物を形成して、
この混合物が冷媒の漏洩のときに安全災害を発生すると
いう欠点を有する。
日本国特開昭第63−105088号公報はプロパンとR22お
よびR143A（CF3CH3）との混合物を開示しているが、こ
れはおそらく引火性であろう。
引火性特性の評価は、CFCの性状および燃焼過程に及
ぼすその影響などを含む種々の因子に応じて、必ずしも
予想可能ではない。
［発明の概要］ 本発明の目的は、蒸気圧縮冷凍機用に必要な冷媒の総
合特性（たとえば圧力／温度関係、比熱比、蒸発潜熱、
圧縮比、音速、蒸気密度、熱伝達特性および水や油との
溶解特性など）を与え、しかも同時に環境受容性が改良
されかつ価格が合理的であるプロパンとCFC冷媒との非
引火性混合物を提供することである。
本発明の第１の態様は、次の３種の異なる成分の混合
物からなる冷凍装置用非引火性冷媒組成物を提供する： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
媒クロロジフルオロメタン（R22）； （ii）冷媒ペンタフルオロエタン（R125）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
ン。
第２の態様は、次の３種の異なる成分の混合物からな
る冷凍装置用非引火性冷媒組成物を提供する： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
媒クロロジフルオロメタン（R22）； （ii）冷媒オクタフルオロプロパン（R218）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
ン。
第３の態様は、次の３種の異なる成分の混合物からな
る冷凍装置用非引火性冷媒組成物を提供する： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
媒ペンタフルオロエタン（R125）； （ii）冷媒オクタフルオロプロパン（R218）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
ン。
第４の態様は、上記第１〜３の態様の組成物を冷媒と
して使用する冷凍方法を提供する。
第５の態様は、上記第１〜３の態様の組成物を冷媒と
して使用した冷凍装置を提供する。
ガスは非引火性混合物を構成するような比率で使用さ
れる。このような混合物は共沸混合物（すなわち定沸点
混合物）を構成してもまたは構成しなくてもよい。
プロパンの効果は、前記組成物の圧縮指数を低下させ
ることである。CFC成分であるR22、R125およびR218が比
較的大きな割合で存在することが前記組成物を非引火性
とする。このようにして、種々のCFCの欠点およびプロ
パンの引火性は回避される。特にこの組成物は、圧縮指
数が低く、潤滑油との混和性が良好であり、かつモータ
冷却特性が良好な無毒性かつ非引火性冷媒を提供する。
この組成物は非引火性であるので、冷媒がたとえ大気
中に漏洩した場合でも、爆発性または引火性混合物が形
成されることはない。特に非引火性組成物とは、その組
成物が実際的な割合で空気と混合されたとき（たとえば
漏洩したとき）でも、引火性混合物が形成されないよう
なものである。
要するに、組成物が非引火性となるように成分比率が
次のような重量比率であることが好ましい： R22、R125およびプロパンからなる組成混合物は次の２
比率： （ｉ）R22が65〜90重量％； （ii）R125が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％；並びに （ｉ）R22が65〜75重量％； （ii）R125が15〜25重量％；および （iii）プロパンが５〜15重量％； R22、R218およびプロパンからなる組成混合物は次の２
比率： （ｉ）R22が65〜90重量％； （ii）R218が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％；並びに （ｉ）R22が83〜93重量％； （ii）R218が３〜９重量％；および （iii）プロパンが３〜９重量％； R125、R218およびプロパンからなる組成混合物は次の２
比率： （ｉ）R125が65〜90重量％； （ii）R218が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％；並びに （ｉ）R125が80〜90重量％； （ii）R218が５〜15重量％；および （iii）プロパンが３〜10重量％； であることが好ましい。
本発明の冷媒組成物は、装置または作動因子にほとん
ど修正を行うことなく、現在使用中の冷媒の代りに使用
可能であり、かつ許容可能な性能係数を提供する。
ここで本発明の実施態様を以下の実施例で説明しよ
う。
［実施例］ 実施例１（冷凍性能） 種々の冷媒および冷媒混合物を実際の作動条件下で試
験することを目的として冷媒試験装置が製作された。試
験装置は、HPフロート型軽量装置によって冷媒が供給さ
れる連続式製氷機からなる。冷媒は完全密閉型圧縮機に
より圧縮されかつ水冷式凝縮器内で凝縮された。製氷速
度、凝縮用水流量、圧縮機の吸込口および吐出口におけ
る圧力と冷媒温度および種々の点における水温を測定す
るための設備が設けられた。圧縮機の電力消費量および
圧縮機モータの巻線温度を測定するための設備も設けら
れた。試験結果すなわち、実施例１の冷媒性能データを
第１図ないし第７図に示す。
第１図は、R22、R290およびR218の三成分混合物に対
する24時間の正規化製氷量を示すグラフで、冷媒22、冷
媒290および冷媒218から可能な３種類の二成分混合物に
おいて各冷媒の成分を変化させたときの効果を示す。結
果は入口温度12℃の基準凝縮器に換算された（換算係数
＝±2.8kg/K）。
第２図は、R22、R290およびR218の種々の混合物に対
する製氷機能性のグラフで、第１図の３区分を組合せて
三角プリズムを形成したときに形成された面の図式表示
を示す。
第３図は、三成分冷媒混合物に対する製氷量の等高線
図で、製氷量の等高線を示したプリズムの頂面図であ
る。圧縮機の吐出温度およびモータ巻線温度に対しても
同様なプリズムを形成することができる。
第４図は、R22、R290およびR218の種々の混合物に対
する圧縮機吐出温度のグラフで、これらの混合物の圧縮
機吐出温度への影響を示し、この図から、主要成分であ
るR22にR218およびR290を加えると有利な効果が得られ
ることがわかる。
第５図は、三成分冷媒混合物に対する圧縮機吐出温度
の等高線図で、R22、R290およびR218の三成分冷媒混合
物に対する圧縮機吐出温度を示すプリズムの頂面図であ
る。
第６図は、R22、R290およびR218の種々の混合物に対
するモータ巻線温度のグラフで、一例として使用された
冷媒混合物における種々の冷媒比率のモータ巻線温度へ
の影響を表わすプリズムの三次元表示図を示す。この図
から、R218およびR290を少し加えると、この試験条件下
においてモータ巻線温度に大きな影響が現れることかが
わかる。
第７図は、三成分冷媒混合物に対するモータ巻線温度
の等高線図で、巻線温度の等高線を示すプリズムの頂面
図である。
実施例２（可燃性の測定） 新冷媒の３成分を非引火性となる比率に混合すること
が本発明の目的である。種々の冷媒混合物の引火性を試
験するために装置が製作された。この装置は第８図に示
すように、0.001kgの精度の電子式秤量機２上に配置さ
れた３種類の冷媒シリンダ３に装着された３つの冷媒接
続部を備えたメタルボックス１（0.5m3）からなる。メ
タルボックス１は、２つの面に剛性のパースペックス
（商標Perspex）窓を有し、かつ第３の面に開口を有す
るが、この開口は透明なプラスチック薄膜６で被覆され
ている。ボックス１の頂面には穴が開けられ、そこは膨
脹式プラスチックバッグ７でシールされている。ボック
ス１は、適切な混合を確実に行うための小型ファン４
と、混合物が引火性である場合に、その混合物を発火す
るための火花を発生するための一対の電極５とを含んで
いる。混合物が引火性である場合には、該混合物を発火
するのに十分なエネルギーが火花内に確実に存在するよ
うに、約12mm長さの火花を形成するために11,000Vの変
圧器が使用された。引火性試験の間、冷媒はボックス１
内の空気に所定の比率を保持して加えられた。試験の開
始時にはボックス１の頂面のバッグ７は膨脹していなか
った。冷媒がボックス１に加えられたとき、バッグ７は
次第に膨脹してきた。試験は、ボックス１から顕著な漏
洩を発生させるような顕著な内部圧力が形成される前に
終了された。各試験の各段階においては、まずR22が加
えられ、次にR218が加えられ、そして最後に引火性のプ
ロパンが加えられた。装置内で混合を行わせるために約
30秒経過後に２、３秒間火花が発生させられた。もし発
火しなかったならば、ボックス１内の空気中にさらに冷
媒を加えることによって所定比率の冷媒混合物の濃度が
増大され、この操作はバッグ７が一杯にふくらむように
なるまで継続された。これらの引火性試験の結果は一致
性がありかつ再現性があった。試験は純プロパンと空気
との混合物でも同様に行われた。純プロパンは、文献に
記載の下限発火点の値よりわずかに低い比率においても
発火させることがわかった。これはおそらく、火花エネ
ルギーが極めて高いこと、および試験ボックスの寸法が
大きいので壁からの冷却効果が小さいことによるもので
あろうと考えられた。報告されている大抵の引火性試験
は、比較的小さな容器でかつ低エネルギーのスパークで
行われているようである。たとえば、R22が86％、R218
が７％およびR290が７％の混合物は、空気中の濃度が高
いときには引火することがわかった。R22が88％、R218
が６％およびR290が６％の混合物は、人間が占有する空
間内のR22の災害許容量の約５倍以下のいかなる条件下
でも引火を引起すことはなかった。
冷凍試験設備および引火性試験設備における試験結果
は、R218およびR290を含む非引火性冷媒混合物は、モー
タ巻線温度の低下、圧縮機吐出温度の低下および冷凍能
力の上昇に極めて有益な効果をもたらすことを示した。
【図面の簡単な説明】
第１図は、R22、R290およびR218の三成分混合物に対す
る24時間の正規化製氷量を示すグラフ； 第２（ａ）図は、R22、R290およびR218の種々の混合物
に対する製氷機性能の立体グラフ； 第２（ｂ）図は、第２（ａ）図の頂面グラフ； 第３図は、三成分冷媒混合物に対する製氷量の等高線
図； 第４（ａ）図は、R22、R290およびR218の種々の混合物
に対する圧縮機吐出温度の立体グラフ； 第４（ｂ）図は、第４（ａ）図の頂面グラフ； 第５図は、三成分冷媒混合物に対する圧縮機吐出温度の
等高線図； 第６（ａ）図は、R22、R290およびR218の種々の混合物
に対するモータ巻線温度の立体グラフ； 第６（ｂ）図は、第６（ａ）図の頂面グラフ； 第７図は、三成分冷媒混合物に対するモータ巻線温度の
等高線図；および 第８図は、実施例２に記載の引火性試験に使用された試
験装置を示す略斜視図。 １……メタルボックス、２……電子式秤量機 ３……冷媒シリンダ、４……小型ファン、 ５……火花発生電極、 ６……透明プラスチック薄膜、 ７……膨脹式プラスチックバッグ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−168785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−105088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−90581（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C09K 5/04 ＣＡ（ＳＴＮ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】次の３種の異なる成分の混合物からなる冷
    凍装置用非引火性冷媒組成物： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
    媒クロロジフルオロメタン（R22）； （ii）冷媒ペンタフルオロエタン（R125）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
    ン。
  2. 【請求項２】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R22が65〜90重量％； （ii）R125が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％； で存在する請求項１記載の組成物。
  3. 【請求項３】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R22が65〜75重量％； （ii）R125が15〜25重量％；および （iii）プロパンが５〜15重量％； である請求項１記載の組成物。
  4. 【請求項４】次の３種の異なる成分の混合物からなる冷
    凍装置用非引火性冷媒組成物： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
    媒クロロジフルオロメタン（R22）； （ii）冷媒オクタフルオロプロパン（R218）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
    ン。
  5. 【請求項５】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R22が65〜90重量％； （ii）R218が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％； で存在する請求項４記載の組成物。
  6. 【請求項６】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R22が83〜93重量％； （ii）R218が３〜９重量％；および （iii）プロパンが３〜９重量％； である請求項４記載の組成物。
  7. 【請求項７】次の３種の異なる成分の混合物からなる冷
    凍装置用非引火性冷媒組成物： （ｉ）該混合物を非引火性にするだけの大きな比率の冷
    媒ペンタフルオロエタン（R125）； （ii）冷媒オクタフルオロプロパン（R218）；および （iii）該混合物を非引火性にするだけの比率のプロパ
    ン。
  8. 【請求項８】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R125が65〜90重量％； （ii）R218が５〜25重量％；および （iii）プロパンが３〜15重量％； で存在する請求項７記載の組成物。
  9. 【請求項９】前記３成分が非引火性となるように次の重
    量比率： （ｉ）R125が80〜90重量％； （ii）R218が５〜15重量％；および （iii）プロパンが３〜10重量％； である請求項７記載の組成物。
  10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の組成物
    を冷媒として使用した蒸気圧縮冷媒装置。
  11. 【請求項１１】請求項１〜９のいずれかに記載の組成物
    を冷媒として使用して蒸気圧縮冷凍を実施する方法。
JP2237278A 1989-09-12 1990-09-10 非引火性冷媒組成物 Expired - Lifetime JP2875616B2 (ja)

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GB9001149.5 1990-01-18
PCT/GB1991/000439 WO1992016596A1 (en) 1989-09-12 1991-03-22 Three-component refrigerant
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BR (1) BR9107298A (ja)
CA (1) CA2104798A1 (ja)
DE (2) DE419042T1 (ja)
DK (1) DK0419042T4 (ja)
ES (1) ES2062388T5 (ja)
GB (1) GB2244492B (ja)
GR (1) GR3029522T3 (ja)
RU (1) RU2090588C1 (ja)
WO (1) WO1992016596A1 (ja)

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