KR960015814B1

KR960015814B1 - 혼합 플루오로카본 냉매 및 그것의 제조방법

Info

Publication number: KR960015814B1
Application number: KR1019930000186A
Authority: KR
Inventors: 도시오 세이노; 마사노부 요시오까
Original assignee: 가부시끼가이샤 다이레이; 구리다 스스무
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2013-01-08
Also published as: CN1040765C; KR930019799A; ATE131855T1; CN1076215A; DE69206970T2; US6235215B1; EP0558823B1; JPH05306391A; CA2086474A1; DK0558823T3; CA2086474C; DE69206970D1; EP0558823A1; TW204364B; JP3359680B2; ES2083665T3

Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]

혼합 플루오로카본 냉매 및 그것의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 냉동기 및 기타 냉각 사이클에서 작동액 매체(working fluid media)로 사용되는 플루오로카본 냉매에 관한 것이다.

더 자세히, 본 발명은 염소 또는 브롬을 포함하지 않는 소위 "프레온 대체물(Freon(Fron)substitute)"에 관한 것이다.

여기서 공개된 프레온 대체물은 -30℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 얻을 수 있는 플루오로카본 냉매이다.

[관련분야의 설명]

지금까지 클로로플루오로카본(CFC)은 그 탁월한 성질때문에 예를들면 냉동기에 같은 다양한 냉각 사이클 중에서 작동액 매체로 광범위하게 사용되어 왔다. 그러나 CFC가 지구 오존층을 파괴할 수 있음이 최근 밝혀졌다.

따라서, 지구의 환경을 보전하기 위해 각국은 스스로의 규제 및 국제적 관례에 따른 규정에 따라 CFC를 포함하는 특정 프레온의 사용을 억제 또는/및 조절 하기 위한 규제 계획을 마련하였다.

특정 프레온의 조절과 함께 오존층을 파괴하는 치명적인 물질인 염소를 포함하지 않는 프레온 대체물을 제공하려는 연구 및 개발이 많은 대기업과 산업계에서 행해지고 있다.

더욱이 최근의 연구결과 특정프레온에 의한 오존층의 파괴는 즉각 해결되어야 할 매우 증대하고 심각한 문제로 인식되었고, 따라서 각국은 예정보다 일찍 마련한 규제안들을 실행하기 시작했다.

반면, 프레온502(CHClF₂및 C₂ClF₅의 공비혼합물) 및 프레온 13B1(CBrF₃)는 -30℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 얻는 것으로 알려졌다. 그러나 이들 프레온 양자 모두가 염소 또는 브롬을 포함하고 있어 사용될 수 없거나 규제계획에 들어있는 것이다.

증발온도(비점)이 -30℃ 또는 그 이하인 프레온 대체물(HFC)은 아직 개발되지 않았다.

[발명의 요약]

상기 언급한 기술적 배경에 관하여, 본 발명의 목적중 하나는 염소 또는 브롬을 포함하지 않으며 또한 -30℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 얻을 수 있는 신규의 냉매를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라 상기 목적은 프레온 134a(즉, 1, 1, 1, 2-테트라플루오로에탄 ; CH₂FCF₃) 및 프레온23(즉, 트리플루오로메탄 ; CHF₃)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합물플루오로카본 냉매에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 수소를 포함하지만 염소 또는 브롬이 없는 둘 또는 그 이상의 플루오로카본의 조합에 관한 주의깊고도 오랫동안의 연구결과이며, 그로써 -30℃ 또는 그 이하의 비점을 갖는 작동액 매체 프레온을 얻을 수 있게 된 것이다.

본 발명에 따른 플루오로카본 냉매는 상기 언급한 바와같이 2가지 형태의 플루오로카본 또는 프레온으로 이루어져 있다.

프레온 하나는 비점이 -26.3℃인 프레온 134a이고, 다른 프레온 하나는 비점이 -82.0℃인 프레온 23이며, 이들 프레온의 혼합물은 비 공비혼합물이다.

그러나, 프레온 134a 및 프레온 23의 비공비혼합물(non-azeotropic mixture)은 -30℃ 또는 그 이하의 비점(냉각온도)를 제공할 수 있음에 주의해야 한다.

여기에 사용된 "냉각온도"라는 용어는 냉동기 또는 기타 기계에서 전형적으로 발생하는 온도를 의미한다.

놀랍게도 그것의 상세한 메카니즘이 명확히 밝혀지지 않았음에도 불구하고, 프레온 134a를 아주 소량의 프레온 23과 혼합하는 경우라 할지라도 -30℃ 또는 그 이하의 비점을 언제나 얻을 수 있음이 알려졌다.

-40℃ 또는 그 이하의 비점을 얻어야 할때 본 발명에 다른 플루오로 카본 냉매는 바람직하게는 60 내지 95중량%의 프레온 134a와 5 내지 40중량%의 프레온 23을 포함한다.

상기 언급한 바와 같이 프레온 134a는 -40℃ 또는 그 이하의 비점을 얻기 위해 냉매의 60 내지 95중량%의 비로 혼합, 사용되는 것이 바람직하다.

그 혼합비율이 95중량%를 초과하는 경우, 즉 프레온 23의 양이 5중량% 미만으로 사용되는 경우에는 -40℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 안정하게 얻기는 어렵다.

그리고, 프레온 23의 혼합비율이 40중량%를 초과하는 경우, 즉 프레온 134a의 양이 60중량% 미만으로 사용되는 경우에는 냉동기 또는 압축기의 배출압력이 과도하게 증가할 수 있다. 압력증가에 기인하는 이런 문제를 피하기 위해서는 특수하게 설계된 압축기를 사용하는 것이 필요하다. 예컨대, 압력의 과도한 증가없이 -45℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 얻고싶다면, 프레온 134a를 80±5중량%로, 프레온 23은 20±5중량%로 조합하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 76±2중량%의 프레온 134a가 24±2중량%의 프레온 23과 조합되었을때 최상의 결과가 얻어질 것이다.

본 발명의 혼합 플루오로 카본 냉매는 냉각온도를 저하시키고 또한 배출압력의 증가를 저하시키기 위하여, 포화 탄화수소 및 불포화 카본화수소, 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 최소한 하나의 첨가제를 포함할 수 있다.

여기에서 첨가제로 사용되는 포화탄화수소는 C_nH_2n+2식으로 일반적으로 나타내어지며, 이 식에서 n은 정수를 나타내며, 그 전형적 예에는 메탄 및 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 이소펜탄이 포함된다. 바람직하게 이소펜탄을 첨가제로 사용한다.

더욱이, 다이 야꾸힌 고오교오 가부시끼가이샤로부터 입수 가능한 상표명 "SDG "의 고분자량 탄화수소를 여기에서 냉매의 첨가제로 사용한다면 매우 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이다.

여기에서 사용되는 불포화 탄화수소는 C_nH_2n식으로 일반적으로 나타내어지며, 이 식에서 n은 상기 정의한 바와같고, 그 전형적 예에는 에틸렌 및 프로필렌, 부틸렌, 펜텐이 포함된다. 바람직하게는 펜텐을 사용한다.

여기에서 사용된 방향족 탄화수소의 예를들면, 벤젠 및 톨루엔, 에틸벤젠이다.

이들 탄화수소 첨가제는 프레온 134a와 프레온 23의 혼화성(mixability)를 증가시키고, 나아가 결과 냉매의 비점을 낮추고, 또한 기계에 부하되는 온도도 낮춘다.

이 탄화수소첨가제는 냉매 혼합물 또는 냉동기 오일의 양자 또는 돌중의 하나에 첨가될 수 있다. 냉동기 오일에 이들 첨가제를 첨가하면 오일 중 첨가제의 높은 용해도 때문에 슬러지 형성을 예방할수 있고, 따라서 장기간동안 냉각기를 안정하게 운전할 수 있게 된다.

또한 오일의 재순환도 향상됨이 발견되었다.

냉동기 오일에 첨가될때 첨가제의 양은 오일의 양에 대해 바람직하게 1 내지 30중량%, 더 바람직하게는 3 내지 30중량%이다.

1중량% 미만의 양은 냉동기 오일에 유리한 효과를 주기에는 충분하지 않으며, 또한 냉동기 냉동능력에 중요한 변화를 유발하지도 않는다.

이와 대조적으로 첨가제의 양이 30중량%를 초과할때는 압축속도 및 냉각능력 모두가 감소되는 경향이 있다. 작동예를 언급하며 본 발명을 더 설명하려고 한다.

여기의 프레온 134a 및 프레온 23은 각각 하기의 물리적 성질을 가지고 있으며, 그 성질로부터 명백한 것과 같이 본 발명의 신규의 냉매 완전히 다른 2가지 플루오로카본의 혼합물이다.

[표 1]

[실시예 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G 및 1H :]

프레온 134a 및 프레온 23을 중량%에 근거하여 서로 다른 비율로 혼합하여 혼합플루오로카본 냉매를 제조하였다.

혼합 냉매를 도입하고 냉동기/압축기 Dunfoss 생산품, 모델 F-14L에 밀폐한후, 전형적인 방법에 따라 냉동기를 작동시켰다.

실험결과가 또한 포함되어 있는 하기 표(표2)중에 설명된 항목에 관해 실험을 하였다.

예컨대, 각 실시예에서 냉매의 총량이 220g이었고, 냉동기 오일은 600cc의 양이 첨가 되었다.

[표 2]

표 2에 기록된 결과는 -30℃ 이하의 냉각온도가 각 혼합비에서 얻어질 수 있음을 나타낸다. 혼합 냉매중에 사용된 프레온 134a의 양이 감소하면 배출압력이 증가할 수 있으므로, 60중량% 이하로 프레온 134a을 사용하는 것은 피해야 한다.

[실시예 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G 및 2H :]

프레온 134a 및 프레온 23을 다른 혼합비로 혼합한 것 및 표 3에 나타낸 바와같이 이소펜탄을 냉각기 오일에 첨가제로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1A 내지 1H의 방법을 되풀이 하였다.

예컨대 냉매의 양은 220g이고, 냉동기 오일의 양은 600cc이다.

실험결과를 하기 표(표3)에 요약하였다.

[표 3]

표 3에 기록된 결과는 이소펜탄의 첨가결과로 냉각온도가 더 낮아졌고, 동시에 실시예 1A 내지 1E의 결과와 비교하여 배출압력이 낮아졌음을 나타낸다.

이는 비록 프레온 23이 상대적으로 증가된 양으로 사용된 경우라도 이소펜탄을 첨가하여 배출압력의 상승을 피할 수 있음을 증명하는 것이다.

실시예 2E 및 2F에서 각각의 냉동기 오일은 점성도의 감소때문에 약화(weaken)되었다.

[실시예 3A, 3B, 3C, 3D, 3E :]

각 실시예에서 사용된 혼합냉매를 프레온 134a와 프레온 23을 중량%에 근거하여 서로 다른 비율로 76 : 24(실시예 3A 및 3B), 95 : 5(실시예 3C) 및 76 : 24(실시예 3D 및 3E)로 혼합하여 제조하고, 하기 열거된 바와같은 첨가제를 냉동기 오일에 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1A 내지 1D의 방법을 되풀이하였다.

* 방향족 탄화수소

* 불포화 탄화수소

예컨대 실시예 3A 및 3B는 프레온 134a와 프레온 23의 최적 혼합비때의 결과를 확인하려는 것이고, 실시예 3C는 프레온 23의 하한(lower limit)량을 확인하려는 것이며, 실시예 3D 및 3E는 오일에 각각 방향족 탄화수소첨가제 및 불포화 탄화수소 첨가제를 첨가했을 때의 결과를 확인하려는 것이다.

실험결과를 하기표(표 4)에 요약하였다.

[표 4]

표 4에 기록된 결과는 실시예 3A 및 3B에서 배출압력이 낮은 수준으로 유지되는 한편, -55℃에 근접한 냉각온도를 얻을 수 있음을 가리킨다.

실시예 3C의 결과는 비록 프레온 23이 단지 5중량%의 혼합비로 사용되더라도 -40℃의 냉각온도를 얻을 수 있음을 증명한다.

더욱이, 실시예 3D 및 3E의 결과는 냉각기 오일에 방향족 탄화수소 또는 불포화탄화수소를 첨가제로 사용한때, 유사한 결과를 얻을 수 있음을 증명한다.

[실시예 4A, 4B, 4C 및 4D :]

각 실시예에서 사용된 혼합냉매를 프레온 134a와 프레온 23을 중량%에 근거하여 76 : 24의 비율로 혼합하여 제조하고, 각 실시예에서 하기 열거한 첨가제의 조합을 냉각기오일에 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1A 내지 1H의 방법을 되풀이하였다.

여기서 : A는 이소펜탄, B는 펜텐, C는 에틸벤젠을 나타낸다.

실험결과를 하기표 (표5)에 요약하였다.

[표 5]

표 5에 기록된 결과는 2개 또는 그 이상의 첨가제를 조합 사용하여 -50℃ 또는 그 이하의 냉각온도를 얻을 수 있음을 나타낸다.

상기 설명에서 인식될 바와같이, 본 발명에 따른 혼합 플루오로카본 냉매는 오존층 파괴의 문제를 유발하지 않으며 또한 냉동기의 온도를 -30℃ 또는 그 이하로 저하시킬 수 있다.

Claims

-51℃ 이하의 냉각온도를 얻기 위하여 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 60 내지 95중량% 및 트리플루오로메탄 5 내지 40중량%로 이루어지며, 혼합물의 1.4 내지 50.7중량%의 양으로 이소펜탄을 더 포함하는 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합냉매.
제1항에 있어서, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 75 내지 85중량% 및 트리플루오로메탄 15 내지 25중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합냉매.
제2항에 있어서, 상기 이소펜탄이 상기 혼합물의 약 7중량% 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 혼합냉매.
제3항에 있어서, 상기 이소펜탄이 상기 혼합물의 약 14중량% 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 혼합냉매.
-51℃ 이하의 냉각온도를 얻기 위하여 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 60 내지 90중량%, 트리플루오로메탄 5 내지 40중량%, 및 혼합물의 1.4 내지 50.7중량%의 양으로 존재하는 이소펜탄으로 이루어지는 혼합냉매를 냉동기에 첨가하는 것으로 이루어진 냉각방법.
제5항에 있어서, 상기 혼합냉매는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 75 내지 85중량% 및 트리플루오로메탄 15 내지 25중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각방법.