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JPH03152182A - 非引火性冷媒組成物 - Google Patents

非引火性冷媒組成物

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JPH03152182A
JPH03152182A JP2237278A JP23727890A JPH03152182A JP H03152182 A JPH03152182 A JP H03152182A JP 2237278 A JP2237278 A JP 2237278A JP 23727890 A JP23727890 A JP 23727890A JP H03152182 A JPH03152182 A JP H03152182A
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JP
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refrigerant
weight
propane
composition
flammable
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JP2237278A
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Stephen F Pearson
ステファン　フォービス　パーソン
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Star Refrigeration Ltd
Original Assignee
Star Refrigeration Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野Ｊ 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＄１類の冷媒は
、冷媒１２　（ＣＣＩＩ　２Ｆ２　）および冷媒５０２
　（Ｒ１１５（ＣＣＩＩ　Ｆ２　ＣＦｓ　）およびＲ２
２（ＣＨＣＱ　Ｆ２　）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ｌ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。ｆｋ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　
（ＣＨＣＱ　Ｆ２　）および冷媒１２５　（ＣＨＦｚ　
ＣＦ、）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　（ＣＨＦ２　ＣＦｊ　）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　（ＣＦ　３ＣＨ３）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、３種の異なる成分すなわち： （ｉ）クロロジフルオロメタン（Ｒ２２）およびペンタ
フルオロエタン（Ｒ１２５）から選択された冷媒からな
る主要成分； （１１）ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびオク
タフルオロプロパン（Ｒ２１８）から選択された冷媒お
よび； （１ｉｉ）プロパン； を非引火性となる比率で混合した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。
第２の９棟は、この組成物を冷媒として使用する冷凍方
法を提供する。
第３の態様は、こ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＝（ｉ）６５〜
９０重量％の主要成分； （ｉｉ）５〜２５重量％の冷媒；および（ｉｉｉ　）　
３〜１５重量％のプロパン；Ｒ２２、Ｒ１２５およびプ
ロパンからなる組成混合物は次の比率であることが好ま
しい：（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物は次の
比率であることが好ましい： （ｉ）Ｒ２２が８３〜９３重量： （ｉｉ）Ｒ２ｔ８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物は次
の比率であることが一般的である。
（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％。
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］ １　と 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フロート型軽量装宣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の二成分混
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。
等高線図で、製氷量の等高線を示したプリズムの声 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、−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。
２　ａ　　の゛ 新冷螺の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６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８１２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　（０，５ｍ’　
）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
こは膨張代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ＩＩＩＩＩ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Ｒ
２９０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の二成分混
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；１ｉし艙
４＋中 １８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１ａ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 ５・・・火花発生電極、 ６・・・透明プラスチック薄膜、 ７・・・膨張代プラスチックバッグ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）次の３種の異なる成分： （１）クロロジフルオロメタン（Ｒ２２）およびペンタ
    フルオロエタン（Ｒ１２５）から選択された冷媒からな
    る主要成分； （ｉｉ）ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびオク
    タフルオロプロパン（Ｒ２１８）から選択された冷媒；
    および （ｉｉｉ）プロパン； を非引火性となる比率で混合した混合物からなる冷凍装
    置用非引火性冷媒組成物。
  2. （２）前記組成物が非引火性となるように前記３成分が
    次の重量比率： （ｉ）主成分が６５〜９０重量％； （ｉｉ）冷媒が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. （３）クロロジフルオロメタン（Ｒ２２）、ペンタフル
    オロエタン（Ｒ１２５）およびプロパンの非引火性混合
    物からなる請求項１記載の組成物。
  4. （４）（ｉ）Ｒ２２が６５〜７５重量％； （ｉｉ）Ｒ１２５が１５〜２５重量％； 及び（ｉｉｉ）プロパンが５〜１５重量％； からなる請求項３記載の組成物。
  5. （５）クロロジフルオロメタン（Ｒ２２）、オクタフル
    オロプロパン（Ｒ２１８）およびプロパンの非引火性混
    合物からなる請求項１記載の組成物。
  6. （６）（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％； からなる請求項５記載の組成混合物。
  7. （７）ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）、オクタフル
    オロプロパン（Ｒ２１８）およびプロパンの非引火性混
    合物からなる請求項１記載の組成物。
  8. （８）（ｉ）Ｒ１２５が８０〜９０重量％；（ｉｉ）Ｒ
    ２１８が５〜１５重量％；及び （ｉｉｉ）プロパンが３〜１０重量％； からなる請求項７記載の組成物。
  9. （９）冷媒として請求項１〜８のいずれかに記載の組成
    混合物を使用した蒸気圧縮冷媒装置。
  10. （１０）請求項１ないし８のいずれかに記載の冷媒組成
    物を使用して蒸気圧縮冷凍を実施する方法。
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GB (1) GB2244492B (ja)
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