JPH08231945A - 作動流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オゾン破壊係数が０で、且つＲ２２と同等ま
たはそれ以上の冷媒特性を有し、Ｒ２２を用いた現行機
器をそのまま使用することが可能な作動流体を提供する
ものである。 【構成】 1,1,1-トリフルオロエタン５５ないし６５重
量％、残部が1,1-ジフルオロエタンであって、少なくと
も前記二種の成分を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷暖房運転や給湯・冷
凍などに供するヒートポンプ装置に使用され、且つオゾ
ン層を破壊する危険性のない作動流体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、室内空調に利用するヒートポンプ
装置において冷媒として広く使用されてきたフロン類
（以下、特定フロンと記す）は、燃性、爆発性、毒性が
なく、また、通常の状態では金属部を腐食することもな
いなど、極めて使用特性に優れている。

【０００３】しかし、化学的に極めて安定であるとして
広く使用されてきた特定フロンも、大気中に放出される
と成層圏に入り、紫外線によって分解されるまで極めて
長期間に渡って滞留し、紫外線を遮って地上の人間を含
む生物を保護しているオゾン層を破壊するとして、その
使用が国際的に制限されてきている。

【０００４】このため、最近では従来使用してきた特定
フロンの代替冷媒として、特定フロンに比べ成層圏オゾ
ン層破壊能力が低いクロロジフルオロメタン（ＣＨＣｌ
Ｆ2，以下、Ｒ２２と記す）が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そして、このＲ２２は
特定フロンの一種であるトリクロロフルオロメタン（Ｃ
Ｃｌ3Ｆ，以下、Ｒ１１と記す）の成層圏オゾン破壊能
力を１としたときの成層圏オゾン破壊能力を示すオゾン
破壊係数（以下、ＯＤＰと記す）が0.05と極めて小さく
特定フロンではないものの、冷凍・空調機器が広く普及
した現在では、将来的にＲ２２の使用量及び生産量が増
大することが予想され、Ｒ２２の成層圏オゾン層に与え
る影響も無視できないものとなる。

【０００６】このため、最近ではＯＤＰが０である分子
構造中に塩素を含まない複数のフロン類を混合させた作
動流体が種々提案されてきている。そして、特開平３−
１７０５８３号では、1,1,1-トリフルオロエタン（ＣＨ
3ＣＦ3）を８０重量％以下、1,1-ジフルオロエタン（Ｃ
Ｈ3ＣＨＦ2）を１５〜３５重量％、ペンタフルオロエタ
ン（ＣＨＦ2ＣＦ3）を８５重量％以下の組成範囲で混合
させ、Ｒ２２とほぼ同等の蒸気圧を有している作動流体
について提案されている。

【０００７】しかしながら、この特開平３−１７０５８
３号に記載の作動流体では、ヒートポンプ装置の性能を
示す冷媒特性のうち、蒸気圧、即ち、蒸発器及び凝縮器
での作動流体の吐出圧力以外の熱物性については何ら考
慮されておらず、このため、Ｒ２２を用いた現行機器を
そのまま使用することができず、機器を新たに交換しな
ければならない虞れがあった。

【０００８】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、ＯＤＰが０で、且つＲ２２と同等またはそれ
以上の冷媒特性を有し、Ｒ２２を用いた現行機器をその
まま使用することが可能な作動流体を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明の作動流体
は、1,1,1-トリフルオロエタン５５ないし６５重量％、
残部が1,1-ジフルオロエタンであって、少なくとも前記
二種の成分を含むものである。

【００１０】第２の発明の作動流体は、1,1-ジフルオロ
エタン４０ないし４５重量％、残部がペンタフルオロエ
タンであって、少なくとも前記二種の成分を含むもので
ある。

【００１１】第３の発明の作動流体は、1,1,1-トリフル
オロエタン６５重量％以下、1,1-ジフルオロエタン３５
ないし４５重量％、残部がペンタフルオロエタンであっ
て、1,1,1-トリフルオロエタン及び1,1-ジフルオロエタ
ンの重量％が添付の図８の実線で示す点Ａ（ 0,45）、
点Ｂ（55,45）、点Ｃ（65,35）及び点Ｄ（ 0,40）で囲
まれる範囲内であり、少なくとも前記三種の成分を含む
ものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、上記の各作動流体は、何れも
塩素を含まない成分で構成されており、オゾン破壊係数
が０であり、成層圏におけるオゾン層を破壊する虞れが
ない。

【００１３】また、上記の各作動流体は、冷媒としての
成績係数が4.8以上、冷凍効果が150kJ/kg以上、圧縮機
からの吐出圧力が1300〜1700kPa、蒸発器及び凝縮器を
通過する前後の作動流体の温度差が５℃以下となり、前
記Ｒ２２と同等またはそれ以上の冷媒特性を有し、Ｒ２
２を用いた現行機器をそのまま使用することができる。
更に、蒸発器または凝縮器を通過する前後の作動流体の
温度差が小さいので、熱交換効率の低下や蒸発器への霜
の付着などを引き起こす虞れもない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面に沿って
詳述する。図１は、本発明の作動流体を試験したヒート
ポンプ装置であって、循環路中に圧縮機１、凝縮器２、
減圧器３及び蒸発器４を順に設けて形成した冷凍サイク
ル内に、作動流体を循環させている。

【００１５】冷凍システム内での作動流体の流れを、図
１および図２を用いて説明する。ここで、図２は、上記
冷凍サイクルのモリエル線図を示しており、縦軸に圧
力、横軸にエンタルピーをとっている。尚、図中、ｘは
冷媒の気相状態、液相状態および気液２相状態の境界を
示す曲線であり、頂点ｙより右側の曲線部分は飽和蒸気
線を示し、頂点ｙより左側の曲線部分は飽和液線を示し
ている。

【００１６】そして、上記の飽和蒸気線の右側の領域で
は冷媒は過熱蒸気であり、飽和蒸気線の左側の領域では
冷媒は湿り蒸気となっている。また、上記の飽和液線の
左側の領域では冷媒は液体状態であり、飽和液線の右側
の領域では冷媒は湿り蒸気となっている。

【００１７】よって、蒸発器４から送り込まれた低圧の
ガス状冷媒を、圧縮機１により圧縮することによって高
温高圧のガス状冷媒に変換して（図中ａ−ｂ間）、凝縮
器２へ高温高圧に圧縮されたガス状冷媒を送り込んでい
る。

【００１８】そして、圧縮機１から送り込まれた高温高
圧のガス状冷媒を、凝縮器２において空気または水等で
冷却することによって、高温高圧のガス状冷媒から熱を
奪い、ガス状冷媒を液化させて（図中ｂ−ｃ間）、減圧
器３へ高圧の液状冷媒を送り込んでいる。

【００１９】高圧の液状冷媒は、減圧器３により高温高
圧の液状冷媒を減圧して、蒸発しやすい低温低圧の液状
冷媒に変換される（図中ｃ−ｄ間）。そして、減圧器３
から送り込まれた低温の液状冷媒が、蒸発器４内を通過
する間に周囲から熱を奪うことによって蒸発し、低圧の
ガス状冷媒が圧縮機１内に再び送り込まれる。

【００２０】以上の冷凍サイクルが繰り返すことによっ
て、凝縮器２で放熱を行い、蒸発器４で吸熱により冷凍
を行う。次に、上記構成の冷凍システムを用い、1,1,1-
トリフルオロエタン（以下、Ｒ１４３ａと記す）、1,1-
ジフルオロエタン（以下、Ｒ１５２ａと記す）及びペン
タフルオロエタン（以下、Ｒ１２５と記す）を混合させ
た本発明の作動流体の各成分の重量％を１％づつ変化さ
せ、ヒートポンプ装置の性能を示す５つの熱物性（成績
係数、冷凍効果、吐出圧力、蒸発前後の冷媒温度差及び
凝縮前後の冷媒温度差）を夫々測定し、冷媒としてＲ２
２を用いた場合の各熱物性値と比較した。その結果につ
いて以下に説明する。

【００２１】Ｒ２２における各熱物性値を表１に示し、
Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ及びＲ１２５の混合比に対する
各熱物性値の測定結果の一部を表２に示す。尚、表１な
いし表２の値は蒸発温度−５℃、凝縮温度４０℃の場合
の値であり、この蒸発温度及び凝縮温度は、一般にヒー
トポンプ装置が使用される利用温度範囲が−５〜４０℃
であることに基づいて設定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】ここで、成績係数（以下、ＣＯＰと記す）
とは、得られた冷凍効果を示す仕事量（図２に示す蒸発
過程（ｄ〜ａ）のエンタルピーの変化量）と、冷凍を得
るために費やした仕事量（図２に示す圧縮過程（ａ〜
ｂ）のエンタルピーの変化量）の比（（Ｈa−Ｈd）／
（Ｈb−Ｈa））であって、ＣＯＰが大きいほど冷凍シス
テムのエネルギー効率が良い。

【００２５】冷凍効果（以下、Ｈiと記す）とは、１kg
の冷媒液が蒸発器４で蒸気に変化するときに吸収する熱
量（図２に示す蒸発過程（ｄ〜ａ）のエンタルピーの変
化量）（Ｈa−Ｈd）であり、このＨiが大きいほど冷凍
システムにおける吸熱量が大きい。

【００２６】吐出圧力（以下、Ｐcond）とは、図１の圧
縮機１から作動流体が吐出されるときの圧力である。蒸
発前後の冷媒温度差（以下、Ｔvと記す）とは、図１の
蒸発器４を通過する前後の作動流体の温度の差であり、
この差が大きくなると冷凍システムに霜が付く可能性が
あると共に、熱交換効率が低下する。

【００２７】凝縮前後の冷媒温度差（以下、Ｔcと記
す）とは、図１の凝縮器２を通過する前後の作動流体の
温度の差であり、この差が大きくなると冷凍システムの
熱交換効率が低下する。

【００２８】冷凍システムでは、このＣＯＰ、Ｈi、Ｐc
ond、Ｔv及びＴcは、共に作動流体として適しているか
否かの判断基準であり、特にＣＯＰ、Ｈi及びＰcondは
冷凍システムを構成する上で特に重要な判断基準とな
る。また、Ｔv、Ｔcは共に５℃以下であれば冷凍システ
ムへの上記熱交換効率の低下や蒸発器４への霜の付着な
どは特に問題とならない。

【００２９】次に、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ及びＲ１２
５を混合させた本発明の作動流体について、図３ないし
図８に示す図面に基づいて説明する。図３ないし図８は
すべて、縦軸にＲ１５２ａ、横軸にＲ１４３ａを夫々重
量％で示しており、残部はＲ１２５が占めている。

【００３０】図３は、前記作動流体のＣＯＰを示したも
のであり、Ｒ２２のＣＯＰ値（＝4.8）を許容下限と
し、これを満たしている部分を領域(ａ)で示す。尚、図
中の数字はＣＯＰ値を表しており、図中の線は等値線を
表している。

【００３１】図４は、前記作動流体のＨiを示したもの
である。Ｒ２２のＨi値は（＝155kJ/kg）であるので、
本実施例ではＨiの許容下限を150kJ/kgとし、これを満
たしている部分を領域(ｂ)で示す。尚、図中の数字はＨ
i値を表しており、図中の線は等値線を表している。

【００３２】図５は、前記作動流体のＰcondを示したも
のである。本実施例では、Ｒ２２のＰcond値は1537kPa
であるが、若干の余裕を考慮してＰcondの許容範囲を13
00kPa〜1700kPaとし、これを満たしている部分を領域
(ｃ)で示す。尚、図中の数字はＰcond値を表しており、
図中の線は等値線を表している。

【００３３】図６は、前記作動流体のＴvを示したもの
である。Ｒ２２は単一組成の冷媒であるのでＴvは０℃
である。本実施例では、Ｔvの許容上限を５℃とし、こ
れを満たしている部分を領域(ｄ)で示す。

【００３４】図７は、前記作動流体のＴcを示したもの
である。Ｒ２２のＴcはＴvと同様に単一組成の冷媒であ
るので０℃である。本実施例では、Ｔcの許容上限を５
℃とし、これを満たしている部分を領域(ｅ)で示す。

【００３５】上記図３ないし図７に示す実験結果に基づ
き、ＣＯＰ、Ｈi及びＰcondが上記許容範囲にあるＲ１
４３ａとＲ１５２ａの成分比は、図８の実線部分で示す
点Ａ（ 0,45）、点Ｂ（55,45）、点Ｃ（65,35）及び点
Ｄ（ 0,40）で囲まれる範囲(ｆ)であって、残部がＲ１
２５である、少なくともＲ１５２ａにＲ１４３ａ若しく
はＲ１２５のいずれかの成分を含む二種の成分、若しく
はＲ１４３ａ、Ｒ１５２ａ及びＲ１２５の三種の成分か
ら構成されるものである。この作動流体では、ＯＤＰが
０であると共に、ＣＯＰ及びＨiがＲ２２と同等または
それ以上の冷媒特性を有し、且つＰcondがＲ２２と同程
度の冷媒特性を有する。更に、上記範囲(ｆ)ではＴv及
びＴcが５℃以下となり、熱交換効率の低下や蒸発器へ
の霜の付着などを引き起こす虞れがない。

【００３６】尚、上記実施例では作動流体として、Ｒ１
５２ａにＲ１４３ａ若しくはＲ１２５のいずれかの成分
を含む二種の成分、若しくはＲ１４３ａ、Ｒ１５２ａ及
びＲ１２５の三種の成分のみから構成される場合につい
て説明したが、これら以外に潤滑油、腐食防止剤等を混
入させても構わない。

【００３７】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、作動流体
をオゾン破壊係数が０である1,1-ジフルオロエタンにペ
ンタフルオロエタン若しくは1,1,1-トリフルオロエタン
を含む二種の成分、又は1,1,1-トリフルオロエタン、1,
1-ジフルオロエタン及びペンタフルオロエタンの三種の
成分を主成分として構成しているので、その使用量が増
大しても成層圏のオゾン層を破壊するということがな
く、冷媒等として好適に利用することができる。

【００３８】また、本発明の作動流体は、冷媒としての
成績係数が4.8以上、冷凍効果が150kJ/kg以上、圧縮機
からの吐出圧力が1300〜1700kPa、蒸発器及び凝縮器を
通過する前後の作動流体の温度差が５℃以下となり、従
来の機器の利用温度においてＲ２２と同等またはそれ以
上の冷媒特性を有するので、Ｒ２２よりも高い成績係数
及び冷凍効果を期待できると共に、Ｒ２２の代替として
現行機器をそのまま使用することができ、機器を新たに
交換する必要はない。更に、蒸発器または凝縮器を通過
する前後の作動流体の温度差が小さいので、熱交換効率
の低下や蒸発器への霜の付着などを引き起こす虞れもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作動流体を試験したヒートポンプ装置
の構成図である。

【図２】作動流体の冷凍サイクル内におけるモリエル線
図である。

【図３】本発明の作動流体の成績係数（ＣＯＰ）を示し
た図である。

【図４】本発明の作動流体の冷凍効果（Ｈi）を示した
図である。

【図５】本発明の作動流体の吐出圧力（Ｐcond）を示し
た図である。

【図６】本発明の作動流体の蒸発前後の冷媒温度差（Ｔ
v）を示した図である。

【図７】本発明の作動流体の凝縮前後の冷媒温度差（Ｔ
c）を示した図である。

【図８】本発明の作動流体の望ましい成分比の範囲を示
した図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 減圧器 ４ 蒸発器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名迫 賢二 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】1,1,1-トリフルオロエタン５５ないし６５
   重量％、残部が1,1-ジフルオロエタンであって、少なく
   とも前記二種の成分を含む作動流体。
2. 【請求項２】1,1-ジフルオロエタン４０ないし４５重量
   ％、残部がペンタフルオロエタンであって、少なくとも
   前記二種の成分を含む作動流体。
3. 【請求項３】1,1,1-トリフルオロエタン６５重量％以
   下、1,1-ジフルオロエタン３５ないし４５重量％、残部
   がペンタフルオロエタンであって、 1,1,1-トリフルオロエタン及び1,1-ジフルオロエタンの
   重量％が添付の図８の実線で示す点Ａ（ 0,45）、点Ｂ
   （55,45）、点Ｃ（65,35）及び点Ｄ（ 0,40）で囲まれ
   る範囲内であり、少なくとも前記三種の成分を含む作動
   流体。