JPH0681834B2 - ペンタフルオロエタン；１，１，１―トリフルオロエタン；およびクロロジフルオロメタンの共沸混合物様組成物 - Google Patents
ペンタフルオロエタン；１，１，１―トリフルオロエタン；およびクロロジフルオロメタンの共沸混合物様組成物Info
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- JPH0681834B2 JPH0681834B2 JP2508821A JP50882190A JPH0681834B2 JP H0681834 B2 JPH0681834 B2 JP H0681834B2 JP 2508821 A JP2508821 A JP 2508821A JP 50882190 A JP50882190 A JP 50882190A JP H0681834 B2 JPH0681834 B2 JP H0681834B2
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- C11D7/504—Azeotropic mixtures containing halogenated solvents all solvents being halogenated hydrocarbons
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はペンタフルオロエタン;1,1,1−トリフルオロエ
タン；およびクロロジフルオロメタンの共沸混合物様混
合物、すなわち本質的に定沸点の混合物に関する。これ
らの混合物は加熱および冷却のための冷媒として有用で
ある。
タン；およびクロロジフルオロメタンの共沸混合物様混
合物、すなわち本質的に定沸点の混合物に関する。これ
らの混合物は加熱および冷却のための冷媒として有用で
ある。
関連出願に対するクロスリファレンス 共通に譲渡された米国特許第5,211,867号明細書はペン
タフルオロエタンと1,1,1−トリフルオロエタンとの共
沸混合物様混合物を開示している。
タフルオロエタンと1,1,1−トリフルオロエタンとの共
沸混合物様混合物を開示している。
発明の背景 フッ化炭素を基剤とする流体は、エアーコンディショニ
ングおよびヒートポンプの用途のような冷却（refriger
ation）用途に対して工業的に広範囲に及ぶ用途が発見
されている。
ングおよびヒートポンプの用途のような冷却（refriger
ation）用途に対して工業的に広範囲に及ぶ用途が発見
されている。
蒸気圧縮は冷却の一つの型である。その最も単純な形に
おいては、蒸気圧縮は低圧での熱吸収によって冷媒を液
相から気相に変え、次いで高められた圧力での熱の除去
によって気相から液相に変えることを含む。最初に、冷
媒を冷却されるべき物体と接触している蒸発器の中で気
化させる。蒸発器中の圧力は冷媒の沸点が冷却される物
体の温度より低くなるようにする。しかして、熱は物体
から冷媒に流れて気化をひきおこす。生成した蒸気をそ
の後、蒸発器内を低圧に保つためにコンプレッサーによ
って除く。蒸気の温度と圧力を次に、コンプレッサーで
機械的エネルギーを加えることによって上昇させる。こ
の高圧蒸気は次いで冷却媒体と熱交換をするコンデンサ
ーを通り、顕熱および潜熱が引き続く凝縮で除かれる。
熱い液体冷媒は次いで膨張弁に進み、再び循環できるよ
うになる。
おいては、蒸気圧縮は低圧での熱吸収によって冷媒を液
相から気相に変え、次いで高められた圧力での熱の除去
によって気相から液相に変えることを含む。最初に、冷
媒を冷却されるべき物体と接触している蒸発器の中で気
化させる。蒸発器中の圧力は冷媒の沸点が冷却される物
体の温度より低くなるようにする。しかして、熱は物体
から冷媒に流れて気化をひきおこす。生成した蒸気をそ
の後、蒸発器内を低圧に保つためにコンプレッサーによ
って除く。蒸気の温度と圧力を次に、コンプレッサーで
機械的エネルギーを加えることによって上昇させる。こ
の高圧蒸気は次いで冷却媒体と熱交換をするコンデンサ
ーを通り、顕熱および潜熱が引き続く凝縮で除かれる。
熱い液体冷媒は次いで膨張弁に進み、再び循環できるよ
うになる。
一方、冷却の本来の目的は低温でエネルギーを除去する
ことであり、他方ヒートポンプの本来の目的はより高い
温度でエネルギーを加えることである。ヒートポンプ
は、加熱に対してコンデンサーの操作が冷却蒸発器の操
作と相互交換されるから、可逆循環系であるとみなされ
る。
ことであり、他方ヒートポンプの本来の目的はより高い
温度でエネルギーを加えることである。ヒートポンプ
は、加熱に対してコンデンサーの操作が冷却蒸発器の操
作と相互交換されるから、可逆循環系であるとみなされ
る。
ある特定のクロロフルオロメタンおよびクロロフルオロ
エタンの誘導体は、それらの化学的および物理的性質の
独特な組合せによりエアーコンディショニングやヒート
ポンプの用途を含めて、冷却の用途に広く使われてき
た。
エタンの誘導体は、それらの化学的および物理的性質の
独特な組合せによりエアーコンディショニングやヒート
ポンプの用途を含めて、冷却の用途に広く使われてき
た。
蒸気圧縮系に利用される冷媒の大多数は単一成分の流体
か共沸混合物のどちらかである。単一成分の流体および
共沸混合物は、それらが等温および等圧性の蒸発および
凝縮を示すことから、定沸点であると特徴づけられる。
共沸混合物の冷媒としての使用はこの技術分野において
公知である。例えば、R.C.Downing著「フルオロカーボ
ン冷媒ハンドブック（FLUOROCARBON REFRIGERANTS HAND
BOOK）」（Prentice-Hall社、1988年）および米国特許
第2,101,993号および同第2,641,579号明細書を参照され
たい。
か共沸混合物のどちらかである。単一成分の流体および
共沸混合物は、それらが等温および等圧性の蒸発および
凝縮を示すことから、定沸点であると特徴づけられる。
共沸混合物の冷媒としての使用はこの技術分野において
公知である。例えば、R.C.Downing著「フルオロカーボ
ン冷媒ハンドブック（FLUOROCARBON REFRIGERANTS HAND
BOOK）」（Prentice-Hall社、1988年）および米国特許
第2,101,993号および同第2,641,579号明細書を参照され
たい。
Ｒ−502は、モロクロロジフルオロメタン（Ｒ−22）と
完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンである
クロロペンタフルオロエタン（Ｒ−115）から成る共沸
混合物である。Ｒ−502は低温冷却の用途に常習的に使
用されてきたもので、約−50.1゜Ｆ（−45.6℃）の沸点
を有する。
完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンである
クロロペンタフルオロエタン（Ｒ−115）から成る共沸
混合物である。Ｒ−502は低温冷却の用途に常習的に使
用されてきたもので、約−50.1゜Ｆ（−45.6℃）の沸点
を有する。
共沸混合物または共沸混合物様組成物は、それらが沸騰
で分留されたいために、強く望まれているものである。
この挙動は、これらの冷媒が使用される従来から述べら
れている蒸気圧縮装置の中で凝縮された物質が冷却また
は加熱目的に備えて生成されるので望ましいものであ
る。冷媒組成物が定沸点を示すさい、すなわち共沸混合
物様でないならば、蒸発および凝縮したとき分留および
分離（segregation）がおこり、望ましくない冷媒分配
が冷却または加熱をだめにするように作用することがあ
る。非共沸混合物は冷媒として例えば米国特許第4,303,
536号明細書に開示されているが、たとえ非共沸冷媒混
合物が改良された熱力学的性能を示す可能性がしばしば
文献の中で議論されてきたとしても、商業的用途に広い
範囲に及ぶ用途は見出されなかった。例えば、以下の文
献を参照されたい:T.Atwood著“NARBS−展望と問題
“［アメリカ機械技術者協会（American Society of Me
chanical Engineers）、冬期例会、報文86−WA/HT61,19
86年］およびW.D.Mclindenらの“蒸気圧縮サイクルにお
ける純粋のおよび混合冷媒の性能の比較方法”、Int.J.
Refrig.10,318（1987）。HFC−125とHFC−143aの混合物
はRESEARCH DISCLOSURE 15402,1977年２月号に冷媒とし
ての実用性をもっと開示されているが、その開示はその
ような混合物が非共沸混合物、すなわち蒸発または凝縮
したとき分留されるであろうことを暗示しており、また
その混合物は可燃性であるために不都合であることがは
っきり述べられている。
で分留されたいために、強く望まれているものである。
この挙動は、これらの冷媒が使用される従来から述べら
れている蒸気圧縮装置の中で凝縮された物質が冷却また
は加熱目的に備えて生成されるので望ましいものであ
る。冷媒組成物が定沸点を示すさい、すなわち共沸混合
物様でないならば、蒸発および凝縮したとき分留および
分離（segregation）がおこり、望ましくない冷媒分配
が冷却または加熱をだめにするように作用することがあ
る。非共沸混合物は冷媒として例えば米国特許第4,303,
536号明細書に開示されているが、たとえ非共沸冷媒混
合物が改良された熱力学的性能を示す可能性がしばしば
文献の中で議論されてきたとしても、商業的用途に広い
範囲に及ぶ用途は見出されなかった。例えば、以下の文
献を参照されたい:T.Atwood著“NARBS−展望と問題
“［アメリカ機械技術者協会（American Society of Me
chanical Engineers）、冬期例会、報文86−WA/HT61,19
86年］およびW.D.Mclindenらの“蒸気圧縮サイクルにお
ける純粋のおよび混合冷媒の性能の比較方法”、Int.J.
Refrig.10,318（1987）。HFC−125とHFC−143aの混合物
はRESEARCH DISCLOSURE 15402,1977年２月号に冷媒とし
ての実用性をもっと開示されているが、その開示はその
ような混合物が非共沸混合物、すなわち蒸発または凝縮
したとき分留されるであろうことを暗示しており、また
その混合物は可燃性であるために不都合であることがは
っきり述べられている。
冷却サイクルの間に分留する非共沸混合物の使用はハー
ドウェアの変更を必要とするシステムにさらに複雑さも
導入する。非共沸冷媒の使用は、冷却装置に冷媒を充填
し、冷却装置として働かせるときに困難が更に加わるた
めに本来さけられていたものである。この状況は、も
し、システムにおいて偶然のもれが使用中または点検中
におこるならば更に複雑になる。このような混合物の組
成は、システムの圧力とシステムの性能に影響する変化
を起こす可能性がある。もし、非共沸混合物の１成分が
可燃性であれば、分留は組成を可能な不都合な結果を持
つ可燃性領域にシフトさせる可能性がある。
ドウェアの変更を必要とするシステムにさらに複雑さも
導入する。非共沸冷媒の使用は、冷却装置に冷媒を充填
し、冷却装置として働かせるときに困難が更に加わるた
めに本来さけられていたものである。この状況は、も
し、システムにおいて偶然のもれが使用中または点検中
におこるならば更に複雑になる。このような混合物の組
成は、システムの圧力とシステムの性能に影響する変化
を起こす可能性がある。もし、非共沸混合物の１成分が
可燃性であれば、分留は組成を可能な不都合な結果を持
つ可燃性領域にシフトさせる可能性がある。
米国特許第4,810,403号明細書には、３またはそれ以上
のハロカーボン成分のある特定の非共沸混合物はもとの
冷媒分量の50パーセントまでの気化損失の後でも実質的
に一定蒸気圧を維持していることが教示されている。言
い換えれば、その混合物はそれらが非共沸性であっても
ある程度の定沸点挙動を示すのである。
のハロカーボン成分のある特定の非共沸混合物はもとの
冷媒分量の50パーセントまでの気化損失の後でも実質的
に一定蒸気圧を維持していることが教示されている。言
い換えれば、その混合物はそれらが非共沸性であっても
ある程度の定沸点挙動を示すのである。
この技術分野においては、冷却およびヒートポンプの用
途に対して代替品となる新しいフルオロカーボン系の共
沸混合物様混合物が捜し続けられている。最近特に興味
をひくものは、現在使用されている完全にハロゲン化さ
れたクロロフルオロカーボン（CFC類）の環境上安全な
代替品であると考えられているフルオロカーボン系共沸
混合物様混合物である。前者は地球の保護オゾン層と関
連した環境問題をひきおこすと考えられている。
途に対して代替品となる新しいフルオロカーボン系の共
沸混合物様混合物が捜し続けられている。最近特に興味
をひくものは、現在使用されている完全にハロゲン化さ
れたクロロフルオロカーボン（CFC類）の環境上安全な
代替品であると考えられているフルオロカーボン系共沸
混合物様混合物である。前者は地球の保護オゾン層と関
連した環境問題をひきおこすと考えられている。
代わりの物質もまたCFC類に対して化学的安定性、低い
毒性、不燃性、および使用効率を含めて、独特の特性を
もたなければならない。後者の使用効率の特性は冷却お
よびエアーコンディショニングにおいて重要で、その場
合、特に、冷媒の熱力学的性能またはエネルギー効率に
おける損失は電気エネルギーに対する需要の増加に由来
する化石燃料使用量の増加によって環境に対して二次的
な影響をもたらす。さらに、理想的なCFC冷媒の代替品
はCFC冷媒と共に現在使用されている通常の蒸気圧縮技
術に対しては大きな技術上の変更を必要としないだろ
う。
毒性、不燃性、および使用効率を含めて、独特の特性を
もたなければならない。後者の使用効率の特性は冷却お
よびエアーコンディショニングにおいて重要で、その場
合、特に、冷媒の熱力学的性能またはエネルギー効率に
おける損失は電気エネルギーに対する需要の増加に由来
する化石燃料使用量の増加によって環境に対して二次的
な影響をもたらす。さらに、理想的なCFC冷媒の代替品
はCFC冷媒と共に現在使用されている通常の蒸気圧縮技
術に対しては大きな技術上の変更を必要としないだろ
う。
数学的モデルによれば、ペンタフルオロエタン（HFC−1
25）および1,1,1−トリフルオロエタン（HFC−143a）の
ようなヒドロフルオロカーボンは大気化学に有害な影響
を及ぼさず、完全にハロゲン化された種に比べてオゾン
減少および所謂温室効果による地球温暖化に無視できる
ほどしか寄与しないことが証明されている。クロロジフ
ルオロメタン（HCFC−22）は分子構造中に塩素原子を含
んでいるけれども、水素原子も含んでおり、従ってその
空気中の寿命は完全にハロゲン化されたCFCよりもはる
かに短く、かつオゾン破壊能も著しく低い。
25）および1,1,1−トリフルオロエタン（HFC−143a）の
ようなヒドロフルオロカーボンは大気化学に有害な影響
を及ぼさず、完全にハロゲン化された種に比べてオゾン
減少および所謂温室効果による地球温暖化に無視できる
ほどしか寄与しないことが証明されている。クロロジフ
ルオロメタン（HCFC−22）は分子構造中に塩素原子を含
んでいるけれども、水素原子も含んでおり、従ってその
空気中の寿命は完全にハロゲン化されたCFCよりもはる
かに短く、かつオゾン破壊能も著しく低い。
HFC−143aはＲ−502と同じくらい効率がよく、冷却能に
適度な増加を与えるので、HFC−143aはＲ−502に代わる
よい冷媒であると考えられる。HFC−143aは約−53.7゜
Ｆ（−47.6℃）の沸点をもつ。しかし、HFC−143aの冷
媒として不利な点はその蒸気が可燃性であることであ
る。その結果、HFC−143aの運搬、取扱いおよび使用は
潜在的可燃性に基因して注意深く管理されなければなら
ない。
適度な増加を与えるので、HFC−143aはＲ−502に代わる
よい冷媒であると考えられる。HFC−143aは約−53.7゜
Ｆ（−47.6℃）の沸点をもつ。しかし、HFC−143aの冷
媒として不利な点はその蒸気が可燃性であることであ
る。その結果、HFC−143aの運搬、取扱いおよび使用は
潜在的可燃性に基因して注意深く管理されなければなら
ない。
HFC−125は不燃性であり、かつＲ−502と比べて冷却能
に適度な増加を与えるので、HFC−125はＲ−502に代わ
るよい冷媒だと考えられる。HFC−125は約−55.5゜Ｆ
（−48.5℃）の沸点をもつ。しかし、HFC−125の１つの
不利な点はその効率がＲ−502よりも約５％低いことで
ある。
に適度な増加を与えるので、HFC−125はＲ−502に代わ
るよい冷媒だと考えられる。HFC−125は約−55.5゜Ｆ
（−48.5℃）の沸点をもつ。しかし、HFC−125の１つの
不利な点はその効率がＲ−502よりも約５％低いことで
ある。
HCFC−22はほとんどの住宅エアーコンディショニング、
商業的軽設備のエアーコンディショニング、低温が必要
ないくつかの工業的設備、およびスーパーマーケットで
いくつかの中間および低温展示ケースにおいて使用され
る。HCFC−22は約−41.4゜Ｆ（−40.8℃）の沸点をも
つ。HCFC−22はＲ−502と比べて改良された性能係数（C
OP）をもたらすけれども、冷媒のコンプレッサー放熱温
度はＲ−502よりもHCFC−22の方がずっと大きい。この
技術分野では、極端なコンプレッサー放熱温度はコンプ
レッサーの信頼性に有害な影響を及ぼすことが知られて
いる。コンプレッサーの制作業者は放熱温度を225〜250
゜Ｆ（107−121℃）以下に保つようにすることを奨励し
ている。
商業的軽設備のエアーコンディショニング、低温が必要
ないくつかの工業的設備、およびスーパーマーケットで
いくつかの中間および低温展示ケースにおいて使用され
る。HCFC−22は約−41.4゜Ｆ（−40.8℃）の沸点をも
つ。HCFC−22はＲ−502と比べて改良された性能係数（C
OP）をもたらすけれども、冷媒のコンプレッサー放熱温
度はＲ−502よりもHCFC−22の方がずっと大きい。この
技術分野では、極端なコンプレッサー放熱温度はコンプ
レッサーの信頼性に有害な影響を及ぼすことが知られて
いる。コンプレッサーの制作業者は放熱温度を225〜250
゜Ｆ（107−121℃）以下に保つようにすることを奨励し
ている。
それ自体が低いオゾン減少能力をもち、完全にハロゲン
化されたCFC冷媒と比べて温室効果による地球温暖化に
無視できるほどしか寄与せず、不燃性であり、Ｒ−502
に匹敵するCOPおよび能力をもち、そして低いコンプレ
ッサー放熱温度をもつ冷媒が当技術分野で必要とされて
いる。
化されたCFC冷媒と比べて温室効果による地球温暖化に
無視できるほどしか寄与せず、不燃性であり、Ｒ−502
に匹敵するCOPおよび能力をもち、そして低いコンプレ
ッサー放熱温度をもつ冷媒が当技術分野で必要とされて
いる。
本発明の目的はペンタフルオロエタン;1,1,1−トリフル
オロエタン；およびクロロジフルオロエタンに基づく、
正常な冷却または加熱条件下では分留しない新規な共沸
混合物様組成物を提供することである。
オロエタン；およびクロロジフルオロエタンに基づく、
正常な冷却または加熱条件下では分留しない新規な共沸
混合物様組成物を提供することである。
本発明のもう１つの目的は前記の用途における使用に対
して新規な環境上許容しうる冷媒を提供することであ
る。
して新規な環境上許容しうる冷媒を提供することであ
る。
本発明の他の目的および利点は次の記述から明らかにな
るであろう。
るであろう。
発明の記述 本発明により、ペンタフルオロエタン;1,1,1−トリフル
オロエタン；およびクロロジフルオロエタンを含んで成
る新規な共沸混合物様組成物が発見された。この共沸混
合物様組成物は約13〜86重量パーセントのペンタフルオ
ロエタン；約７〜57重量パーセントの1,1,1−トリフル
オロエタン；および約７〜80重量パーセントのクロロジ
フルオロメタンから構成されており、70゜Ｆ（21.1℃）
で約167psia（1113kPa）±約10psia（67kPa）の蒸気圧
をもつ。これらの組成物はそれらが定沸点、すなわち組
成に対して本質的に一定の蒸気圧対組成および前記の組
成範囲にわたって本質的に同一の液体および蒸気の組成
を示す。これらの組成は“アメリカ加熱、冷却およびエ
アーコンディショニング技術者協会（American Society
of Heating、Refrigerating、and Air−Conditioning
Engineers:ASHRAE）”標準規格34で規定されているよう
なASTM Ｅ−681の方法を使用して周囲条件で空気中で
不燃性であることが確認された。
オロエタン；およびクロロジフルオロエタンを含んで成
る新規な共沸混合物様組成物が発見された。この共沸混
合物様組成物は約13〜86重量パーセントのペンタフルオ
ロエタン；約７〜57重量パーセントの1,1,1−トリフル
オロエタン；および約７〜80重量パーセントのクロロジ
フルオロメタンから構成されており、70゜Ｆ（21.1℃）
で約167psia（1113kPa）±約10psia（67kPa）の蒸気圧
をもつ。これらの組成物はそれらが定沸点、すなわち組
成に対して本質的に一定の蒸気圧対組成および前記の組
成範囲にわたって本質的に同一の液体および蒸気の組成
を示す。これらの組成は“アメリカ加熱、冷却およびエ
アーコンディショニング技術者協会（American Society
of Heating、Refrigerating、and Air−Conditioning
Engineers:ASHRAE）”標準規格34で規定されているよう
なASTM Ｅ−681の方法を使用して周囲条件で空気中で
不燃性であることが確認された。
本発明の１つの最も好ましい実施態様においては、本発
明の共沸混合物様組成物は約13〜86重量パーセントのペ
ンタフルオロエタン；約７〜55重量パーセントの1,1,1
−トリフルオロエタン；および約７〜80重量パーセント
のクロロジフルオロメタンを含んで成る。これらの組成
物は蒸発しても潜在的に可燃性組成の領域へ分離または
分留しない。
明の共沸混合物様組成物は約13〜86重量パーセントのペ
ンタフルオロエタン；約７〜55重量パーセントの1,1,1
−トリフルオロエタン；および約７〜80重量パーセント
のクロロジフルオロメタンを含んで成る。これらの組成
物は蒸発しても潜在的に可燃性組成の領域へ分離または
分留しない。
本発明はこれらの最も好ましい共沸混合物様組成物は約
167psia（1113kPa）±約5psia（33kPa）の蒸気圧をも
つ。
167psia（1113kPa）±約5psia（33kPa）の蒸気圧をも
つ。
本発明の組成物は、その液体混合物を蒸発させるとき、
本質的に一定の蒸気圧特性を示し、蒸発の間に組成に比
較的小さな変化しか示さないので、本組成物の性能は定
沸点の単一成分または共沸混合物の冷媒の性能によく似
ており、従って、蒸気圧縮サイクルにおいて有利であ
る。
本質的に一定の蒸気圧特性を示し、蒸発の間に組成に比
較的小さな変化しか示さないので、本組成物の性能は定
沸点の単一成分または共沸混合物の冷媒の性能によく似
ており、従って、蒸気圧縮サイクルにおいて有利であ
る。
ペンタフルオロエタン;1,1,1−トリフルオロエタン；お
よびクロロジフルオロメタンにより真性の共沸系が形成
されるとは考えられないけれども、“共沸混合物様”と
いう用語が本明細書では本発明の混合物に対して使用さ
れる。それは、特許請求された割合においてペンタフル
オロエタン;1,1,1−トリフルオロエタン；およびクロロ
ジフルオロメタンの組成物が定沸点または本質的に定沸
点のものであるからである。
よびクロロジフルオロメタンにより真性の共沸系が形成
されるとは考えられないけれども、“共沸混合物様”と
いう用語が本明細書では本発明の混合物に対して使用さ
れる。それは、特許請求された割合においてペンタフル
オロエタン;1,1,1−トリフルオロエタン；およびクロロ
ジフルオロメタンの組成物が定沸点または本質的に定沸
点のものであるからである。
これらの示された範囲内の全ての組成物のみならず、そ
の範囲を外れるある特定の組成物も、とりわく以下に定
義されるように、共沸混合物様である。
の範囲を外れるある特定の組成物も、とりわく以下に定
義されるように、共沸混合物様である。
基本的な原理から、流体の熱力学的状態は４つの変数：
圧力、温度、液体組成および蒸気組成、すなわちＰ−Ｔ
−Ｘ−Ｙによりそれぞれ定義される。共沸混合物は、述
べられたＰおよびＴにおいてＸおよびＹが等しいような
二つまたはそれ以上の成分の系の独特な特徴である。実
際には、これは混合物の成分を相変化の間に分離させる
ことができないことを意味する。それゆえ、このような
混合物は上述のように冷却および加熱の用途に有用なの
である。
圧力、温度、液体組成および蒸気組成、すなわちＰ−Ｔ
−Ｘ−Ｙによりそれぞれ定義される。共沸混合物は、述
べられたＰおよびＴにおいてＸおよびＹが等しいような
二つまたはそれ以上の成分の系の独特な特徴である。実
際には、これは混合物の成分を相変化の間に分離させる
ことができないことを意味する。それゆえ、このような
混合物は上述のように冷却および加熱の用途に有用なの
である。
本議論の目的には、共沸混合物様混合物は、その組成物
が共沸混合物のように挙動する、すなわち定沸点特性を
有し、または沸騰もしくは蒸発しても分留しない傾向を
もつことを意味するものとする。しかして、このような
組成物においては、沸騰または蒸発の間に形成された蒸
気の組成は、当初の液体の組成と同一または実質的に同
一である。従って、沸騰または蒸発の間に、その液体組
成は、仮に少し変化するとしても、最少または無視でき
る程度しか変化しない。これは沸騰または蒸発の間に、
液体組成が十分な程度変化する非共沸混合物様組成物と
は対照的な点である。
が共沸混合物のように挙動する、すなわち定沸点特性を
有し、または沸騰もしくは蒸発しても分留しない傾向を
もつことを意味するものとする。しかして、このような
組成物においては、沸騰または蒸発の間に形成された蒸
気の組成は、当初の液体の組成と同一または実質的に同
一である。従って、沸騰または蒸発の間に、その液体組
成は、仮に少し変化するとしても、最少または無視でき
る程度しか変化しない。これは沸騰または蒸発の間に、
液体組成が十分な程度変化する非共沸混合物様組成物と
は対照的な点である。
しかして、試験混合物が本発明の意味において“非共沸
混合物様”であるかどうかを決定する１つの方法はその
サンプルを、混合物をその個々の成分に分離すると思わ
れる条件（すなわち、分離能−棚段数）下で蒸留する方
法である。もし混合物が非共沸混合物または非共沸混合
物様であれば、その混合物は分留する、すなわち最初に
蒸留される最低沸点成分、次に留出する次に低い沸点を
持つ成分等々と様々な成分に分離する。もしその混合物
が共沸混合物様であるならば、その混合物の成分の全て
を含み、定沸点または単一物質のように挙動するある決
まった量の初留カットが得られる。この現象は、もしそ
の混合物が共沸混合物様でない、すなわち共沸混合物系
の一部でなければおこり得ない。
混合物様”であるかどうかを決定する１つの方法はその
サンプルを、混合物をその個々の成分に分離すると思わ
れる条件（すなわち、分離能−棚段数）下で蒸留する方
法である。もし混合物が非共沸混合物または非共沸混合
物様であれば、その混合物は分留する、すなわち最初に
蒸留される最低沸点成分、次に留出する次に低い沸点を
持つ成分等々と様々な成分に分離する。もしその混合物
が共沸混合物様であるならば、その混合物の成分の全て
を含み、定沸点または単一物質のように挙動するある決
まった量の初留カットが得られる。この現象は、もしそ
の混合物が共沸混合物様でない、すなわち共沸混合物系
の一部でなければおこり得ない。
共沸混合物様組成物の別の特徴は、上記のことから導び
かれることであるが、同じ成分を共沸混合物様、即ち定
沸点を示す色々な割合で含んでいる組成範囲が存在する
ということである。このような組成物を全て、本明細書
で使用されている共沸混合物様または定沸点という用語
で扱うものとする。１例として、所定の共沸混合物の組
成は、異なる色々な圧力において、組成物の沸点がそう
であるように、少なくともわずかに変化する。しかし
て、ＡおよびＢより成る共沸混合物は一定の関係を持つ
ものであるが、ただし組成が温度および／または圧力に
対して可変性のものである。この技術分野に精通してい
る者であれば容易に理解されるものであるが、共沸混合
物の沸点は圧力とともに変化する。
かれることであるが、同じ成分を共沸混合物様、即ち定
沸点を示す色々な割合で含んでいる組成範囲が存在する
ということである。このような組成物を全て、本明細書
で使用されている共沸混合物様または定沸点という用語
で扱うものとする。１例として、所定の共沸混合物の組
成は、異なる色々な圧力において、組成物の沸点がそう
であるように、少なくともわずかに変化する。しかし
て、ＡおよびＢより成る共沸混合物は一定の関係を持つ
ものであるが、ただし組成が温度および／または圧力に
対して可変性のものである。この技術分野に精通してい
る者であれば容易に理解されるものであるが、共沸混合
物の沸点は圧力とともに変化する。
本発明の組成物は、約0.004〜約0.040の範囲の相対オゾ
ン破壊の潜在能を有する。これは既知のCFC冷媒の相対
オゾン破壊の潜在能を上まわる著しい改善である。
ン破壊の潜在能を有する。これは既知のCFC冷媒の相対
オゾン破壊の潜在能を上まわる著しい改善である。
それゆえ、本発明は完全にハロゲン化されたCFC冷媒に
比べて低いオゾン破壊の潜在能をもち、温室効果による
地球温暖化にも無視できる程度の貢献しかしないもので
あり、かつ不燃性で、Ｒ−502に匹敵するCOPおよび能力
をもち、しかも低いコンプレッサー放熱温度をもつその
ような冷媒に対するこの技術分野の要求を満たすもので
ある。
比べて低いオゾン破壊の潜在能をもち、温室効果による
地球温暖化にも無視できる程度の貢献しかしないもので
あり、かつ不燃性で、Ｒ−502に匹敵するCOPおよび能力
をもち、しかも低いコンプレッサー放熱温度をもつその
ような冷媒に対するこの技術分野の要求を満たすもので
ある。
本発明の１つの方法の態様において、本発明の共沸混合
物様組成物は、共沸混合物様組成物を含む冷媒を凝縮さ
せ、その後冷媒されるべき物体の近くで冷媒を蒸発させ
ることを含み、冷却をもたらす方法に使用することがで
きる。
物様組成物は、共沸混合物様組成物を含む冷媒を凝縮さ
せ、その後冷媒されるべき物体の近くで冷媒を蒸発させ
ることを含み、冷却をもたらす方法に使用することがで
きる。
本発明のもう１つの方法の態様において、本発明の共沸
混合物様組成物は、共沸混合様組成物を含む冷媒を加熱
さるれべき物体の近くで凝縮させ、その後冷媒を蒸発さ
せることから成る、加熱をもたらす方法において使用す
ることができる。
混合物様組成物は、共沸混合様組成物を含む冷媒を加熱
さるれべき物体の近くで凝縮させ、その後冷媒を蒸発さ
せることから成る、加熱をもたらす方法において使用す
ることができる。
本発明の新規な共沸混合物様組成物のペンタフルオロエ
タン;1,1,1−トリフルオロエタン；およびクロロジフル
オロメタンは既知の物質である。好ましくは、この物質
は冷却もしくは加熱特性または系の定沸点特性に対して
有害な影響を導びかないように、十分に高い純度で使用
すべきである。
タン;1,1,1−トリフルオロエタン；およびクロロジフル
オロメタンは既知の物質である。好ましくは、この物質
は冷却もしくは加熱特性または系の定沸点特性に対して
有害な影響を導びかないように、十分に高い純度で使用
すべきである。
本発明の組成物は新しい共沸混合物様組成物を形成する
ように追加の成分を含み得ることを理解すべきである。
そのような組成物も全て、その組成物が定沸点または本
質的に定沸点であり、かつ本明細書で記述されている本
質的な成分を全て含んでいるかぎり本発明の範囲内にあ
ると考えられる。
ように追加の成分を含み得ることを理解すべきである。
そのような組成物も全て、その組成物が定沸点または本
質的に定沸点であり、かつ本明細書で記述されている本
質的な成分を全て含んでいるかぎり本発明の範囲内にあ
ると考えられる。
本発明を次の非限定的な実施例により更に詳細に説明す
る。
る。
実施例１ 本実施例はHFC−125、HFC−143a、およびHCFC−22の種
々の３成分混合物が最小限の分別しか受けず、蒸気露出
の間じゅう本質的に一定の蒸気圧を維持することを示す
ものである。
々の３成分混合物が最小限の分別しか受けず、蒸気露出
の間じゅう本質的に一定の蒸気圧を維持することを示す
ものである。
以下の表１において開始液Ａ（SLA）および開始液Ｂ（S
LB）と表示される２種類の混合物を磁気駆動攪拌機およ
び±0.2％まで正確な０〜300psia（０〜200kPa）の圧力
変換器を備えたおおよそ150cm3の容器中で重量測定して
調製した。この容器を70゜Ｆ（21.1℃）±0.05゜Ｆ（0.
03℃）に制御された恒温浴中に浸漬した。容器に混合物
おおよそ100gを仕込んだ。蒸気を最初の仕込み物の約80
％が消散するまでこの容器から放散された。蒸気試料を
実験の間種々の段階で分析するために採集し、標準ガス
クロマトグラフィー技術によって分析した。蒸気圧デー
タを試料を採集した時と同じ時間に記録した。蒸気圧お
よび組成データを表１に示す。表１中、LPAは液体残留
物Ａであり、LRBは液体残留物Ｂである。
LB）と表示される２種類の混合物を磁気駆動攪拌機およ
び±0.2％まで正確な０〜300psia（０〜200kPa）の圧力
変換器を備えたおおよそ150cm3の容器中で重量測定して
調製した。この容器を70゜Ｆ（21.1℃）±0.05゜Ｆ（0.
03℃）に制御された恒温浴中に浸漬した。容器に混合物
おおよそ100gを仕込んだ。蒸気を最初の仕込み物の約80
％が消散するまでこの容器から放散された。蒸気試料を
実験の間種々の段階で分析するために採集し、標準ガス
クロマトグラフィー技術によって分析した。蒸気圧デー
タを試料を採集した時と同じ時間に記録した。蒸気圧お
よび組成データを表１に示す。表１中、LPAは液体残留
物Ａであり、LRBは液体残留物Ｂである。
これらのデータは、蒸気圧は±３％以内で本質的に一定
であり、組成にほんのわずかな変化しか生じず、その際
最初の仕込み物の80％が消耗されたことを証明してい
る。
であり、組成にほんのわずかな変化しか生じず、その際
最初の仕込み物の80％が消耗されたことを証明してい
る。
実施例２ 本実施例はある一定のHFC−125/HFC−143a/HCFC−22混
合物が空気中で蒸気火炎限界を示さない、すなわち不燃
性であることを示すものである。
合物が空気中で蒸気火炎限界を示さない、すなわち不燃
性であることを示すものである。
燃焼性測定をASHRAE標準規格34によって修正されたASTM
E−681法を使用して行なった。簡単に言えば、この方
法は５リットルの球状ガラス容器中で合計圧力１気圧
（101kPa）までのフッ化炭化水素／空気ガス混合物を調
製し、混合物を均質な組成を確保するために磁気駆動プ
ロペラで攪拌し、次いで点火源として電気的に点火され
るようにされた台所用マッチを使用して混合物に点火さ
せようとするものである。不燃性を示さない組成範囲を
HFC−125中のHFC−143aの最高、不燃性組成、次いでHCF
C−22中のHFC−143aの最高、不燃性組成を最初に測定す
ることにより調べた。次に、HFC−125とHCFC−22の50/5
0容積比混合物中のHFC−143aの最高、不燃性組成を測定
した。これらの組成を表２に示す。
E−681法を使用して行なった。簡単に言えば、この方
法は５リットルの球状ガラス容器中で合計圧力１気圧
（101kPa）までのフッ化炭化水素／空気ガス混合物を調
製し、混合物を均質な組成を確保するために磁気駆動プ
ロペラで攪拌し、次いで点火源として電気的に点火され
るようにされた台所用マッチを使用して混合物に点火さ
せようとするものである。不燃性を示さない組成範囲を
HFC−125中のHFC−143aの最高、不燃性組成、次いでHCF
C−22中のHFC−143aの最高、不燃性組成を最初に測定す
ることにより調べた。次に、HFC−125とHCFC−22の50/5
0容積比混合物中のHFC−143aの最高、不燃性組成を測定
した。これらの組成を表２に示す。
標準３成分ダイアフラムにこれらの３点を外挿すること
によって３成分HFC−125、HFC−143a、およびHCFC−22
混合物中のHFC−143aの最高、不燃性組成を求めること
が可能である。このプロットは３成分蒸気混合物がHFC
−143aを約57重量％以上含まない限りASTM E−681法に
よって不燃性であることを示した。
によって３成分HFC−125、HFC−143a、およびHCFC−22
混合物中のHFC−143aの最高、不燃性組成を求めること
が可能である。このプロットは３成分蒸気混合物がHFC
−143aを約57重量％以上含まない限りASTM E−681法に
よって不燃性であることを示した。
この３成分ダイアグラムを用いて、蒸発するにつれて混
合物の蒸気相組成が変化する様子を描く分離曲線をプロ
ットした。これらの曲線は理想的気−液平衡計算を使用
して評価するか、または上記実施例１で得られた実際の
実験データを使用した。実施例１はこの特定混合物中の
分離の効果は比較的小さいことを示した。そのような分
離実験および計算は、HFC−143aを約55重量％以上含有
しない、３成分HFC−125、HFC−143aおよびHCFC−22の
液体混合物は燃焼性組成範囲に達する範囲までは分別し
ないことを示した。
合物の蒸気相組成が変化する様子を描く分離曲線をプロ
ットした。これらの曲線は理想的気−液平衡計算を使用
して評価するか、または上記実施例１で得られた実際の
実験データを使用した。実施例１はこの特定混合物中の
分離の効果は比較的小さいことを示した。そのような分
離実験および計算は、HFC−143aを約55重量％以上含有
しない、３成分HFC−125、HFC−143aおよびHCFC−22の
液体混合物は燃焼性組成範囲に達する範囲までは分別し
ないことを示した。
実施例３ 本実施例は定沸点HFC−125/HFC−143a/HCFC−22混合物
がある一定の冷却サイクルで一般に使用される他の冷媒
と比較した時に特定の利点を有することを示すものであ
る。
がある一定の冷却サイクルで一般に使用される他の冷媒
と比較した時に特定の利点を有することを示すものであ
る。
特定操作条件における冷媒の理論的性能は標準冷却サイ
クル分析技術〔たとえば、R.C.Downing著、FLUOROCARBO
N REFRIGERATS HANDBOOK、第３章（Prentice-Hall社、1
988年）を参照されたい〕を使用して冷媒の熱力学的性
質から評価することができる。性能係数（COP）は一般
に容認された基準であり、冷媒の蒸発または凝縮を伴う
特定の加熱または冷却サイクルにおける冷媒の相対的な
熱力学的効率を表わすのに特に有用である。冷却工学に
おいて、この用語は蒸気の圧縮において圧縮機によって
加えられるエネルギーに対する有効冷却の比率を表わ
す。冷媒の能力は冷媒の体積効率を表わす。圧縮機技師
に対して、この値は冷媒の所定の体積流速についての熱
の量を汲み出す圧縮機の能力を表わす。言い換えれば、
特定の圧縮機について言えば、より高い能力を持つ冷媒
はより大きな冷却または加熱力を出すことになる。
クル分析技術〔たとえば、R.C.Downing著、FLUOROCARBO
N REFRIGERATS HANDBOOK、第３章（Prentice-Hall社、1
988年）を参照されたい〕を使用して冷媒の熱力学的性
質から評価することができる。性能係数（COP）は一般
に容認された基準であり、冷媒の蒸発または凝縮を伴う
特定の加熱または冷却サイクルにおける冷媒の相対的な
熱力学的効率を表わすのに特に有用である。冷却工学に
おいて、この用語は蒸気の圧縮において圧縮機によって
加えられるエネルギーに対する有効冷却の比率を表わ
す。冷媒の能力は冷媒の体積効率を表わす。圧縮機技師
に対して、この値は冷媒の所定の体積流速についての熱
の量を汲み出す圧縮機の能力を表わす。言い換えれば、
特定の圧縮機について言えば、より高い能力を持つ冷媒
はより大きな冷却または加熱力を出すことになる。
本発明者等は凝縮器温度が一般に100゜Ｆ（37.8℃）で
あり、蒸発器温度が一般に−40〜−10゜Ｆ（−40〜−2
3.3℃）である低温冷却サイクルに対する媒質について
この型の計算を行った。本発明者等はさらに等エントロ
ピー圧縮および圧縮器入口温度65゜Ｆ（18.3℃）と言う
仮定を設けた。このような計算はHFC−125、HFC−143
a、およびHCFC−22の種々の組合わせに対してのみなら
ず、Ｒ−502に対しても行なった。表３は凝集器および
蒸発器の温度範囲にわたってＲ−502の値に対する種々
の混合物のCOPおよびそれらの能力を示すものである。
表３中、＊はCOPおよび能力がＲ−502と比較して得られ
た値であることを意味する。表３中、パートＡおよびＢ
の凝縮器温度は100゜Ｆ（37.8℃）であり、パートＡの
蒸発器温度は−10゜Ｆ（−23.3℃）であり、パートＢの
蒸発器温度は−40゜Ｆ（−40℃）であった。
あり、蒸発器温度が一般に−40〜−10゜Ｆ（−40〜−2
3.3℃）である低温冷却サイクルに対する媒質について
この型の計算を行った。本発明者等はさらに等エントロ
ピー圧縮および圧縮器入口温度65゜Ｆ（18.3℃）と言う
仮定を設けた。このような計算はHFC−125、HFC−143
a、およびHCFC−22の種々の組合わせに対してのみなら
ず、Ｒ−502に対しても行なった。表３は凝集器および
蒸発器の温度範囲にわたってＲ−502の値に対する種々
の混合物のCOPおよびそれらの能力を示すものである。
表３中、＊はCOPおよび能力がＲ−502と比較して得られ
た値であることを意味する。表３中、パートＡおよびＢ
の凝縮器温度は100゜Ｆ（37.8℃）であり、パートＡの
蒸発器温度は−10゜Ｆ（−23.3℃）であり、パートＢの
蒸発器温度は−40゜Ｆ（−40℃）であった。
表４より高い凝集温度のために系がずっと大きい応力下
にある場合の同様のデータを示すものであるが、ただし
140゜Ｆ（60℃）の凝縮器温度についてのデータであ
る。蒸発器温度は−10゜Ｆ（−23.3℃）であった。表４
中、＊はCOPおよび能力はＲ−502と比較して得られた値
であることを意味する。
にある場合の同様のデータを示すものであるが、ただし
140゜Ｆ（60℃）の凝縮器温度についてのデータであ
る。蒸発器温度は−10゜Ｆ（−23.3℃）であった。表４
中、＊はCOPおよび能力はＲ−502と比較して得られた値
であることを意味する。
表３および表４は同サイクル条件化での、３成分冷媒、
即ちHFC−125/HFC143a/HCFC−22に対するデータを包含
する。先に検討したように、それぞれ個々の成分にはＲ
−502と比較したときいくつかの問題がある。表３はＲ
−502と同様のCOPおよび能力を有する本発明の範囲内に
入る混合物の例を示す。混合物の計算された放出温度は
許容範囲内にある。この３成分混合物は分離が最少限に
抑えられることに加えて、単一成分系冷媒の潜在的な欠
点を克服している。言い換えると、HFC−143aとは違っ
て、本発明の混合物は不燃性であり;HFC−125と比較す
ると、本発明の混合物は表３および表４に示されたよう
にＲ−502に匹敵するCOPを有し;HCFC−22と比較する
と、本発明の混合物は表３および表４に示されたように
HCFC−22より低い放出温度を有している。
即ちHFC−125/HFC143a/HCFC−22に対するデータを包含
する。先に検討したように、それぞれ個々の成分にはＲ
−502と比較したときいくつかの問題がある。表３はＲ
−502と同様のCOPおよび能力を有する本発明の範囲内に
入る混合物の例を示す。混合物の計算された放出温度は
許容範囲内にある。この３成分混合物は分離が最少限に
抑えられることに加えて、単一成分系冷媒の潜在的な欠
点を克服している。言い換えると、HFC−143aとは違っ
て、本発明の混合物は不燃性であり;HFC−125と比較す
ると、本発明の混合物は表３および表４に示されたよう
にＲ−502に匹敵するCOPを有し;HCFC−22と比較する
と、本発明の混合物は表３および表４に示されたように
HCFC−22より低い放出温度を有している。
このより高い冷却温度において、HCFC−22の過度に大き
い放出温度およびHFC−125とHFC−143aの性能の低下は
より一層明白になっているのである。しかし、表４に示
されるデータはＲ−502に匹敵する性能および放出温度
を示す、本発明の範囲内の３成分組成物を処方すること
が可能であることを証明している。
い放出温度およびHFC−125とHFC−143aの性能の低下は
より一層明白になっているのである。しかし、表４に示
されるデータはＲ−502に匹敵する性能および放出温度
を示す、本発明の範囲内の３成分組成物を処方すること
が可能であることを証明している。
以上、本発明を詳細に、そして好ましい態様を参照して
説明したが、本発明には添付請求の範囲に定義される本
発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の改変および変更
が可能であることは明らかであろう。
説明したが、本発明には添付請求の範囲に定義される本
発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の改変および変更
が可能であることは明らかであろう。
フロントページの続き (72)発明者 ランド，アール・エイ・イー アメリカ合衆国ニューヨーク州14224，ウ エスト・セネカ，リザーヴ・ロード 404
Claims (1)
- 【請求項１】ペンタフルオロエタン約13〜約86重量％;
1,1,1−トリフルオロエタン約７〜約57重量％；及びク
ロロジフルオロメタン約７〜約80重量％から成る、70゜
Ｆにおいて約167psia±約10psiaの蒸気圧を有する共沸
混合物様組成物。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US372,576 | 1989-06-28 | ||
| US07/372,576 US4943388A (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Azeotrope-like compositions of pentafluoroethane; 1,1,1-trifluoroethane; and chlorodifluoromethane |
| PCT/US1990/003033 WO1991000323A1 (en) | 1989-06-28 | 1990-05-31 | Azeotrope-like compositions of pentafluoroethane; 1,1,1-trifluoroethane; and chlorodifluoromethane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04502484A JPH04502484A (ja) | 1992-05-07 |
| JPH0681834B2 true JPH0681834B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=23468752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2508821A Expired - Fee Related JPH0681834B2 (ja) | 1989-06-28 | 1990-05-31 | ペンタフルオロエタン；１，１，１―トリフルオロエタン；およびクロロジフルオロメタンの共沸混合物様組成物 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4943388A (ja) |
| EP (1) | EP0479815B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0681834B2 (ja) |
| AT (1) | ATE116353T1 (ja) |
| CA (1) | CA2057863C (ja) |
| DE (1) | DE69015635T2 (ja) |
| ES (1) | ES2066207T3 (ja) |
| WO (1) | WO1991000323A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5211867A (en) * | 1989-06-28 | 1993-05-18 | Allied-Signal Inc. | Azeotrope-like compositions of pentafluoroethane and 1,1,1-trifluoroethane |
| GB2244492B (en) * | 1989-09-12 | 1993-08-04 | Star Refrigeration | Three-component refrigerant mixture |
| CA2148854C (en) * | 1990-07-26 | 2003-03-18 | Donald Bernard Bivens | Near-azeotropic blends for use as refrigerants |
| US5277834A (en) * | 1990-07-26 | 1994-01-11 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Near-azeotropic blends for use as refrigerants |
| US5185094A (en) * | 1990-12-17 | 1993-02-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Constant boiling compositions of pentafluoroethane, difluoromethane, and tetrafluoroethane |
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