KR100540280B1 - R502 and r22 substitute mixed refrigerant and refrigeration system using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증기 압축식 냉동기 또는 공조기에서 사용되는 R502와 R22를 대체하기 위한 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존층파괴와 지구온난화를 일으키지 않으면서 동시에 기존의 냉동시스템을 대체하지 않고 사용할 수 있도록 하는 프로필렌, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 디메틸에테르 및 이소부탄을 선택적으로 조합하여 구성되는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합냉매는 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 69중량%, R152a(1,1-디플루오로에탄) 1 내지 69중량%로 구성된다.The present invention relates to a mixed refrigerant for replacing R502 and R22 used in a vapor compression refrigerator or an air conditioner and a refrigeration system using the same, and more particularly, to replace an existing refrigeration system without causing ozone layer destruction and global warming. Propylene, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1-difluoroethane, dimethyl ether and isobutane which can be used without It is about. Mixed refrigerant according to a preferred embodiment of the present invention is 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 1 to 69% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), R152a (1,1-difluoro Roethane) 1 to 69% by weight.
Description
본 발명은 증기 압축식 냉동/공조기에서 냉매(Refrigerant, 이하 R이라 한다)로 사용할 수 있는 물질 즉 '프로필렌과 R134a 그리고 R152a와 디메틸에테르(이하 DME라 한다)와 이소부탄을 선택적으로 조합하여 구성된 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템'에 관한 것이며 좀더 구체적으로는 지금까지 저온용 냉동고 및 수송용 냉동기 등에 널리 사용되어 온 R502(이하 혹은 CFC502라 한다)와 가정용 에어컨, 상업용 공조기 등에 널리 사용되어 온 모노클로로플루오로메탄(CHClF2, 이하 R22 혹은 HCFC22라 한다)을 대체할 수 있는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 관한 것이다. CFC502는 48.8중량% 모노클로로플루오로메탄(이하 R22 혹은 HCFC22라 한다)과 51.2중량% 클로로펜타플루오루에탄(이하 R115 혹은 CFC115라 한다)을 혼합한 공비혼합냉매이다.The present invention is a mixture composed of an optional combination of a material that can be used as a refrigerant (referred to as R) in a vapor compression refrigeration / air conditioner, namely propylene, R134a, R152a, dimethyl ether (hereinafter referred to as DME) and isobutane. Refrigerant and refrigeration system using the same, and more specifically, monochloro fluoride, which has been widely used in low temperature freezers and transport refrigerators (hereinafter referred to as CFC502), and home air conditioners and commercial air conditioners. The present invention relates to a mixed refrigerant capable of replacing romethane (CHClF 2 , hereinafter R22 or HCFC22) and a refrigeration system using the same. CFC502 is an azeotropic mixed refrigerant comprising 48.8% by weight monochlorofluoromethane (hereinafter referred to as R22 or HCFC22) and 51.2% by weight chloropentafluoroethane (hereinafter referred to as R115 or CFC115).
지금까지는 냉동기, 에어컨, 열펌프 등의 냉매로서 메탄 또는 에탄에서 유도한 염화불화탄소(Chlorofluorocarbon, 이하 CFC라 한다)와 수소화염화불화탄소(Hydrochlorofluorocarbon, 이하 HCFC라 한다)가 주로 사용되어 왔으며 특히 저온용 냉동고, 수송용 냉동기, 슈퍼마켓 냉동기 등에는 비등점이 -45.4℃이고 분자 질량이 111.6㎏/k㏖인 CFC502가 가장 널리 사용되어 왔고 가정용 에어컨, 상업용 공조기 등에는 비등점이 -40.8℃이고 분자 질량이 86.47㎏/k㏖인 HCFC22가 가장 널리 사용되어 왔다.Until now, chlorofluorocarbons (hereinafter referred to as CFCs) and hydrochlorofluorocarbons (hereinafter referred to as CFCs) derived from methane or ethane have been mainly used as refrigerants for refrigerators, air conditioners, and heat pumps. CFC502, which has a boiling point of -45.4 ° C and a molecular mass of 111.6 kg / kmol, has been the most widely used in freezers, transport freezers, supermarket freezers, etc., and has a boiling point of -40.8 ° C and a molecular mass of 86.47 kg for household air conditioners and commercial air conditioners. HCFC22, / kmol, has been the most widely used.
그러나 최근에는 CFC와 HCFC에 의한 성층권 내 오존층 파괴가 중요한 지구환경문제로 대두되었고 이로 인해 성층권 오존을 파괴하는 CFC와 HCFC의 생산과 소비는 1987년에 만들어진 몬트리올 의정서에 의해 규제를 받고 있다. CFC502와 HCFC22는 오존파괴지수(Ozone depletion potential, 이하 ODP라 한다)가 각각 0.18과 0.05로 높아서 현재 선진국에서는 몬트리올 의정서에 의거하여 전폐되거나 전폐될 예정이며 따라서 전 세계 대부분의 국가가 오존파괴지수(ODP)가 0.0인 대체냉매를 사용하려 하고 있다.Recently, however, the destruction of the stratospheric ozone layer by CFCs and HCFCs has emerged as an important global environmental problem, and the production and consumption of stratospheric ozone-depleting CFCs and HCFCs is regulated by the Montreal Protocol, created in 1987. The CFC502 and HCFC22 have high Ozone Depletion Potential (ODP) of 0.18 and 0.05, respectively, so that in developed countries, they will be fully or fully pursuant to the Montreal Protocol. You are trying to use an alternative refrigerant with.
또 최근에는 오존층 파괴 문제뿐만 아니라 지구 온난화 문제도 급속도로 부상하기 시작했고 1997년의 교토 의정서는 지구온난화지수(Global warming potential, 이하 GWP라 한다)가 높은 HFC 냉매의 사용을 자제할 것을 강력히 권하고 있다. 이런 추세를 반영하여 유럽과 일본의 냉장고 제조 회사는 거의 대부분의 냉장고에 탄화수소인 이소부탄(이하 R600a라 한다)을 냉매로 쓰고 있으며 가정용 에어컨, 히트 펌프, 저온용 냉동고, 자동차 에어컨 등을 생산하는 업체들도 지구온난화지수(GWP)가 낮은 탄화수소 계열의 냉매를 사용하려 하고 있다.Recently, not only the ozone depletion problem but also the global warming problem has begun to emerge rapidly, and the 1997 Kyoto Protocol strongly recommends refusing to use HFC refrigerants with high global warming potential (GWP). . Reflecting this trend, European and Japanese refrigerator manufacturing companies use isobutane (hereinafter referred to as R600a) as a refrigerant in almost all refrigerators and produce household air conditioners, heat pumps, low temperature freezers and automobile air conditioners. Some are also trying to use hydrocarbon-based refrigerants with a low global warming index (GWP).
[표 1]은 몇몇 냉매의 환경 지수를 보여 준다. Table 1 shows the environmental indices of some refrigerants.
(*) ODP는 CFC11을 1.0으로 정해서 기준으로 삼은 것임.(*) ODP is based on CFC11 as 1.0.
(**) GWP는 100년 기준 이산화탄소를 1.0으로 정해서 기준으로 삼은 것임.(**) GWP is based on a 100-year carbon dioxide standard of 1.0.
[표 1]에서 볼 수 있듯이, 프로필렌, 프로판, 이소부탄, DME, 그리고 HFC152a 등은 오존층파괴지수(ODP)가 0.0이고 지구온난화지수(GWP)도 다른 냉매들에 비해 현저히 낮다. 바로 이런 특성으로 인해 현재 유럽 연합과 일본 그리고 아시아의 대부분 국가들이 ODP가 0.0이고 GWP가 기존의 CFC 냉매나 HFC 냉매보다 낮은 냉매들을 혼합하여 원하는 열역학적 특성을 얻고 또 동시에 효율 향상이나 기름과의 호환성 증대를 이루려 한다. 이런 점에서 프로필렌, 프로판, 이소부탄, DME, 그리고 HFC152a 등은 적격이라 할 수 있다.As shown in Table 1, propylene, propane, isobutane, DME, and HFC152a have an ozone depletion index (ODP) of 0.0 and a global warming index (GWP). This is why most countries in the European Union, Japan and Asia now mix refrigerants with an ODP of 0.0 and lower GWP than conventional CFC or HFC refrigerants to achieve the desired thermodynamic properties while at the same time improving efficiency or increasing oil compatibility. To achieve. In this sense, propylene, propane, isobutane, DME, and HFC152a are eligible.
어떤 물질이 기존 냉매의 대체냉매로 유용하려면 우선 기존 냉매와 유사한 성능계수(Coefficient of performance, 이하 COP라 한다)를 가져야 한다. 여기서 성능계수(COP)란 압축기에 가해진 일과 대비한 총 냉동효과를 의미하는 것으로서 COP가 클수록 냉동/공조기의 에너지 효율이 좋다. 또한 압축기를 크게 개조하지 않고 사용하려면 대체냉매가 기존 냉매와 비슷한 증기압을 가져서 궁극적으로 비슷한 체적용량(Volumetric capacity, 이하 VC라 한다)을 제공해야 한다. 여기서 체적용량(VC)이란 단위 체적 당 냉동 효과를 뜻하는데 이것은 압축기의 크기를 나타내는 인자로서 대개 증기압에 비례하고 단위는 kJ/㎥이다. 대체냉매가 기존 냉매와 비슷한 체적용량을 낸다면 제조업체는 압축기를 바꾸거나 크게 개조하지 않고도 냉동/공조기를 제작할 수 있어 매우 유리하다. 그러나 지금까지의 연구 결과 순수 물질로 기존 냉매를 대체하는 경우 대체냉매의 체적용량이 달라서 필연적으로 압축기를 바꾸거나 크게 개조해야 하며 또 기존 냉매와 비슷한 성능계수를 내기가 어렵다는 것이 밝혀졌다.In order for a material to be useful as an alternative to a conventional refrigerant, it must first have a coefficient of performance (COP) similar to that of a conventional refrigerant. The coefficient of performance (COP) refers to the total refrigeration effect compared to the work applied to the compressor, the larger the COP, the better the energy efficiency of the refrigeration / air conditioner. In addition, in order to use the compressor without major modifications, the alternative refrigerant must have a vapor pressure similar to that of the existing refrigerant and ultimately provide a similar volumetric capacity (VC). Here, the volumetric capacity (VC) refers to the refrigeration effect per unit volume, which is a factor indicating the size of the compressor, which is usually proportional to the vapor pressure and is in kJ / m 3. If the replacement refrigerant has a volume capacity similar to that of the existing refrigerant, it is very advantageous for manufacturers to build refrigeration / air conditioning without changing compressors or making major modifications. However, studies to date have shown that in case of replacing the existing refrigerant with pure material, the volume of the replacement refrigerant is different, so it is inevitable to change or largely modify the compressor, and it is difficult to obtain a similar coefficient of performance as the existing refrigerant.
이를 해결할 수 있는 방법 중 하나가 혼합냉매를 이용하는 것이다. 혼합냉매의 특성은 조성을 잘 배합해서 성능계수를 기존 냉매와 비슷하게 하고 동시에 기존 냉매와 비슷한 체적용량(VC)을 내게 하며 이로써 압축기를 크게 개조할 필요가 없게 만들 수 있다는 것이다. 이런 특성 때문에 지난 몇 년간 CFC502나 HCFC22의 대체물로 여러 혼합냉매가 제안된바 있으나 그것들 중 몇몇은 몬트리올 의정서에서 사용을 금하는 HCFC를 구성 성분으로 가지고 있어 장기적인 관점에서 볼 때 적합한 대체물이라 할 수 없다. One way to solve this is to use a mixed refrigerant. The characteristics of mixed refrigerants are that they can be formulated so that their coefficients of performance are similar to those of conventional refrigerants, while at the same time providing a volumetric capacity (VC) similar to conventional refrigerants, thereby eliminating the need for major modifications to the compressor. Due to these characteristics, several mixed refrigerants have been proposed as substitutes for CFC502 and HCFC22 in the past few years, but some of them have HCFCs which are prohibited from use in the Montreal Protocol, and thus are not suitable alternatives in the long term.
미국의 듀퐁 사는 오존층 붕괴를 일으키지 않는 R404A라는 3원 혼합냉매(44중량% R125 / 52중량% R143a / 4중량% R134a)를 개발했으나 이 냉매는 R502보다 에너지 효율이 낮으므로 지구 온난화의 간접 효과를 가속화시킬 우려가 있고 또 교토 의정서에서 사용을 제한하는 HFC만으로 구성되어 있어 장기적 관점에서 적합한 대체물이라 할 수 없다. 또 미국의 듀퐁 사 등이 개발한 R407C라는 3원 혼합냉매 (23중량% R32 / 25중량% R125 / 52중량% R134a)는 냉동 용량이 기존의 HCFC22와 비슷하지만 에너지 효율이 낮고 온도 구배가 7℃정도가 되어 시스템에 누출이 있을 경우 조성 분리 현상이 생기는 단점을 갖고 있다. 한편 얼라이드시그날 사 등에서는 R410A라는 2원 혼합냉매(50중량% R32 / 50중량% R125)를 개발하여 판매하고 있으나 이 냉매는 증기압이 기존의 HCFC22보다 60%정도 높아서 필수적으로 압축기를 개조해야 하고 시스템의 압력이 높으므로 응축기에 쓰이는 재질의 강도를 높여야 한다.Dupont of the United States has developed a three-way mixed refrigerant, R404A (44% by weight R125 / 52% by weight R143a / 4% by weight, R134a) that does not cause ozone decay, but this refrigerant is less energy efficient than R502, thus inducing the indirect effects of global warming. It is a suitable alternative in the long term because it consists only of HFCs that may be accelerated and limit the use in the Kyoto Protocol. In addition, the three-way mixed refrigerant R407C (23 wt% R32 / 25 wt% R125 / 52 wt% R134a), developed by DuPont, USA, has a freezing capacity similar to that of the conventional HCFC22, but its energy efficiency is low and the temperature gradient is 7 ° C. If the system is leaking to a degree, there is a disadvantage in that the composition is separated. Meanwhile, Allied Signal Co., Ltd. has developed and sold a binary mixture refrigerant (50% by weight R32 / 50% by weight R125) called R410A. However, this refrigerant has a vapor pressure of about 60% higher than the conventional HCFC22. Because of the high pressure, the strength of the material used in the condenser must be increased.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오존층파괴와 지구온난화를 일으키지 않는 물질인 프로필렌, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 디메틸에테르 및 이소부탄을 적절한 조성비로 조합하여 사용함으로써 기존 냉동시스템을 교체하거나 크게 개조하지 않고 직접 적용할 수 있도록 하는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is propylene, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1 which is a substance that does not cause ozone layer destruction and global warming -By using a combination of difluoroethane, dimethyl ether and isobutane in an appropriate composition ratio to provide a mixed refrigerant and a refrigeration system using the same to replace the existing refrigeration system directly or without significant modification.
상기한 본 발명의 목적은 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 69중량%, R152a(1,1-디플루오로에탄) 1 내지 69중량%로 구성된 혼합냉매에 의해 달성될 수 있다.The object of the present invention described above is 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 1 to 69% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), R152a (1, 1-difluoroethane) can be achieved by a mixed refrigerant consisting of 1 to 69% by weight.
상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 40중량%, R152a(1,1-디플루오로에탄) 20 내지 30중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 1 to 40% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), R152a (1, 1-difluoroethane) preferably from 20 to 30% by weight.
또한 상기한 본 발명의 목적은 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 80중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 69중량%, RE170(디메틸에테르) 1 내지 69중량%로 구성된 혼합냉매에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention described above is 30 to 80% by weight of R1270 (propylene), 1 to 69% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), RE170 (dimethyl) Ether) can also be achieved by a mixed refrigerant consisting of 1 to 69% by weight.
상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 50중량%, RE170(디메틸에테르) 20 내지 40중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 1 to 50% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) and RE170 (dimethyl ether) in a mixed refrigerant for refrigeration / air conditioner It is preferably composed of 20 to 40% by weight.
상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 50 내지 80중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 20중량%, RE170(디메틸에테르) 1 내지 30중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 50 to 80% by weight of R1270 (propylene), 1 to 20% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) and RE170 (dimethyl ether) in a mixed refrigerant for refrigeration / air conditioner ) Is preferably composed of 1 to 30% by weight.
또한 상기한 본 발명의 목적은 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 1 내지 69중량%, R600a(이소부탄) 1 내지 69중량%로 구성된 혼합냉매에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, the object of the present invention described above is 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 1 to 69% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), R600a (iso) in a mixed refrigerant for refrigeration / air conditioner Butane) can also be achieved by a mixed refrigerant consisting of 1 to 69% by weight.
상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 30 내지 70중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 10 내지 60중량%, R600a(이소부탄) 1 내지 20중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 30 to 70% by weight of R1270 (propylene), 10 to 60% by weight of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) and R600a (isobutane) in a mixed refrigerant for a refrigerator / air conditioner ) 1 to 20% by weight is preferable.
상기 목적을 달성하기 위해, 냉동/공조기용 혼합냉매에 있어서 R1270(프로필렌) 40 내지 60중량%, R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 35 내지 50중량%, R600a(이소부탄) 1 내지 10중량%로 구성되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, 40 to 60 wt% of R1270 (propylene), 35 to 50 wt% of R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) and R600a (isobutane) in a mixed refrigerant for refrigeration / air conditioner ) Is preferably composed of 1 to 10% by weight.
또한 상기한 본 발명의 목적은 상기 열거한 혼합냉매들 중의 어느 하나를 사용한 냉동/공조기에 의해서도 달성될 수 있다.The above object of the present invention can also be achieved by a freezer / air conditioner using any of the above listed mixed refrigerants.
본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 R502와 R22 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings it will be described in detail with respect to the configuration of the mixed refrigerant for R502 and R22 and the refrigeration system using the same according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 증기 압축식 냉동/공조기에서 냉매(Refrigerant, 이하 R이라 한다)로 사용할 수 있는 물질 즉 '프로필렌과 R134a 그리고 R152a와 디메틸에테르(이하 DME라 한다)와 이소부탄을 선택적으로 조합하여 구성되는 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템'에 관한 것이며 좀더 구체적으로는 지금까지 저온용 냉동고 및 수송용 냉동기 등에 널리 사용되어 온 R502(이하 혹은 CFC502라 한다)와 가정용 에어컨, 상업용 공조기 등에 널리 사용되어 온 모노클로로플루오로메탄(CHClF2, 이하 R22 혹은 HCFC22라 한다)을 대체할 수 있는 혼합냉매 및 냉동시스템에 관한 것이다.The present invention is composed of a material which can be used as a refrigerant (referred to as R) in a vapor compression refrigeration / air conditioner, namely, 'propylene, R134a, R152a, dimethyl ether (hereinafter referred to as DME) and isobutane. Mixed refrigerant and a refrigeration system using the same. More specifically, R502 (hereinafter referred to as CFC502), which has been widely used in low temperature freezers and transport freezers, and monochloro chloride, which has been widely used in domestic air conditioners and commercial air conditioners, A mixed refrigerant and refrigeration system can be substituted for fluoromethane (CHClF 2 , hereinafter referred to as R22 or HCFC22).
본 발명의 목적은 오존파괴지수(ODP)가 0.0이므로 성층권 내 오존층에 전혀 영향을 미치지 않으며 지구온난화지수 또한 기존의 다른 대체냉매보다 낮고 동시에 기존의 압축기를 크게 개조하지 않고도 CFC502와 HCFC22의 대체냉매로 사용할 수 있는 혼합냉매 및 냉동시스템을 제공하는 것이다.The object of the present invention is that since the ODP is 0.0, it does not affect the ozone layer in the stratosphere at all, and the global warming index is also lower than that of other conventional refrigerants, and at the same time, it is an alternative refrigerant of CFC502 and HCFC22 without greatly modifying the existing compressor. It is to provide a mixed refrigerant and refrigeration system that can be used.
좀더 구체적으로 본 발명은 R1270(프로필렌, Propylene)과 R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 그리고 R152a(1,1-디플루오로에탄)와 RE170(디메틸에테르, DME)과 R600a(이소부탄, Iso-butane)을 선택적으로 조합하여 구성되는 혼합냉매 및 냉동시스템에 관한 것이다. 본 발명에서 제안하는 대체 혼합냉매는 오존파괴지수(ODP)가 0.0이고 기존의 다른 대체냉매에 비해 지구온난화지수(GWP)가 낮으며 또 CFC502나 HCFC22의 성능계수(COP)와 체적용량(VC)에 근접한 값을 낸다.More specifically, the present invention relates to R1270 (propylene, propylene) and R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) and R152a (1,1-difluoroethane) and RE170 (dimethyl ether, DME) and R600a. (Iso-butane, Iso-butane) relates to a mixed refrigerant and refrigeration system consisting of a selective combination. The alternative mixed refrigerant proposed in the present invention has an ozone depletion index (ODP) of 0.0 and a lower global warming index (GWP) than other alternative refrigerants, and the coefficient of performance (COP) and volume capacity (VC) of CFC502 or HCFC22. Yields a value close to
도 1은 본 발명에서 사용한 일반적인 냉동/공조기의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉동/공조기는 일반적으로 증발기, 응축기, 압축기, 팽창 밸브 등을 포함하여 구성된다. 1 is a block diagram of a general refrigeration / air conditioner used in the present invention. As shown in FIG. 1, the refrigeration / air conditioner generally comprises an evaporator, a condenser, a compressor, an expansion valve, and the like.
대체 혼합냉매를 개발하기 위하여 본 발명자는 냉동/공조기의 성능을 모사하는 미국 표준 연구소(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 CYCLE-D 프로그램을 사용하였다. 프로그램을 통해 냉동/공조기를 구성하는 요소들 예를 들어 열교환기 및 압축기 등에 대한 열역학 및 열전달 해석을 수행하였고 최종적으로 이 모든 것을 조합하여 사용했다. 프로그램의 정확도를 결정하는 중요 인자 중 하나는 냉매의 물성치이다. 본 프로그램에서는 미국, 일본 등에서 기준으로 삼고 있는 Carnahan-Starling-De Santis(CSD) 상태 방정식을 사용하여 모든 냉매의 물성치를 계산했다. REFPROP으로 알려진 CSD 상태 방정식은 미국 표준 연구소(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 것으로 정확성 및 적용성이 이미 입증되어 전 세계 냉동/공조 관련 유수 기업, 연구소, 대학에서 가장 널리 사용되는 프로그램이다. 이번에 만든 혼합냉매 및 냉동/공조기의 개발 및 실행을 위한 입력 데이터로는 가능한 한 실제 데이터를 사용했다.To develop an alternative mixed refrigerant, the inventors used the CYCLE-D program developed by the National Institute of Standards and Technology, which simulates the performance of a refrigeration / air conditioner. The program conducted thermodynamic and heat transfer analyzes of the components that make up the refrigeration / air conditioner, such as heat exchangers and compressors, and finally used them all in combination. One of the important factors that determine the accuracy of the program is the properties of the refrigerant. In this program, the properties of all refrigerants were calculated using the Carnahan-Starling-De Santis (CSD) state equation, which is the standard in the United States and Japan. The CSD state equation, known as REFPROP, was developed by the National Institute of Standards and Technology and is the most widely used program in leading refrigeration and air conditioning companies, laboratories, and universities worldwide for its proven accuracy and applicability. The actual data was used as input data for the development and execution of the mixed refrigerant and refrigeration / air conditioner.
본 발명자는 냉동/공조기용 대체냉매의 오존파괴지수(ODP)가 반드시 0.0이어야 하며 가능한 한 지구온난화지수(GWP)가 낮아야 한다는 판단 하에 R1270(프로필렌, Propylene)과 R134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 그리고 R152a(1,1-디플루오로에탄)와 RE170(디메틸에테르, DME)과 R600a(이소부탄, Iso-butane)을 선택적으로 조합하여 구성함으로써 기존 냉매를 대체할 수 있게 하였다.The inventors have determined that the ozone depletion index (ODP) of the alternative refrigerant for refrigeration / air conditioners must be 0.0 and the global warming potential (GWP) should be as low as possible. R1270 (propylene, propylene) and R134a (1,1,1,2 Tetrafluoroethane) and R152a (1,1-difluoroethane), RE170 (dimethyl ether, DME), and R600a (isobutane, Iso-butane) can be optionally combined to replace existing refrigerants. It was.
[표 2]는 기존의 CFC502를 사용하는 냉동/공조기의 사용 조건을 적용하여 전산해석 프로그램을 통해 계산한 본 발명에 따른 혼합냉매의 성능지수들을 기존 냉매의 성능지수들과 비교한 결과들을 나타낸 것이고, [표 3]은 기존의 HCFC22를 사용하는 냉동/공조기의 사용 조건을 적용하여 전산해석 프로그램을 통해 계산한 본 발명에 따른 혼합냉매의 성능지수들을 기존 냉매의 성능지수들과 비교한 결과들을 나타낸 것이다. [Table 2] shows the results of comparing the performance index of the mixed refrigerant according to the present invention with the performance index of the existing refrigerant calculated by the computerized analysis program by applying the conditions of the refrigeration / air conditioner using the existing CFC502 , [Table 3] shows the results of comparing the performance index of the mixed refrigerant according to the present invention with the performance index of the conventional refrigerant calculated by the computerized analysis program applying the conditions of use of the refrigeration / air conditioner using the existing HCFC22 will be.
COP : 성능계수(Coefficient of performance, 총 냉동효과/압축기에 가해진일)COP: coefficient of performance (Coefficient of performance, total refrigeration effect / day applied to the compressor)
VC : 체적용량(Volumetric capacity)VC: Volumetric capacity
GTD : 온도구배(Gliding temperature difference)GTD: Grading temperature difference
Tdis : 압축기 토출온도(Compressor discharge temperature)T dis : Compressor discharge temperature
COPdiff: CFC502 대비(표 2), HCFC22 대비(표 3) 성능계수 차이COP diff : Performance factor difference compared to CFC502 (Table 2) and HCFC22 (Table 3)
VCdiff : CFC502 대비(표 2), HCFC22 대비(표 3) 체적용량 차이VC diff : Volume difference between CFC502 (Table 2) and HCFC22 (Table 3)
[표 2] 및 [표 3]을 통해 본 발명예 1 내지 19의 냉매들이 기존의 CFC502나 R404A 혹은 HCFC22나 R407C에 비해 성능계수가 높거나 비슷하며 체적용량이 비슷함을 알 수 있다. 또 이 혼합냉매들의 온도구배는 현재 상용화되고 있는 혼합냉매의 온도구배인 7℃ 정도이거나 대개 그 이하이므로 사용하는 데 문제가 없다. 또한 본 발명예 1 내지 19 냉매들의 압축기 토출 온도 역시 CFC502나 HCFC22와 비슷하므로 사용하는데 문제가 없다.Tables 2 and 3 show that the refrigerants of Examples 1 to 19 of the present invention have higher or similar performance coefficients and similar volume capacities than conventional CFC502 or R404A or HCFC22 or R407C. In addition, since the temperature gradient of the mixed refrigerants is about 7 ° C. or less, which is the temperature gradient of the mixed refrigerants currently commercialized, there is no problem in using them. In addition, the compressor discharge temperature of the refrigerant examples 1 to 19 of the present invention is also similar to CFC502 or HCFC22, there is no problem to use.
본 발명예 1 내지 19의 모든 냉매는 오존파괴지수(ODP)가 0.0으로서 전혀 오존층을 파괴시키지 않으므로 환경 보존 측면에서도 CFC502나 HCFC22보다 훨씬 우수하다. 또 CFC502와 HCFC22의 대체냉매인 R404A나 R407C의 경우 지구 온난화 지수가 높아서 교토 의정서에 의거하여 규제를 받으므로 프로필렌과 또 지구 온난화 지수가 낮은 다른 냉매들을 중심으로 혼합냉매를 만들면 HFC 사용량이 줄어들어 지구 온난화도 경감시킬 수 있다.Since all the refrigerants of Examples 1 to 19 of the present invention have an ozone depletion index (ODP) of 0.0 and do not destroy the ozone layer at all, they are much superior to CFC502 and HCFC22 in terms of environmental preservation. In the case of R404A or R407C, which are alternative refrigerants for CFC502 and HCFC22, they are regulated under the Kyoto Protocol due to their high global warming index. You can also reduce.
참고로 상기 기술한 본 발명예들의 조성을 벗어나는 다른 조성에서는 온도 구배가 너무 크든지, 용량과 효율이 너무 낮든지, 압축기 토출 온도가 너무 높아서 실제로 냉동/공조기에 적용하는 데 문제가 있으며, 이하에서는 이를 구체적으로 살펴본다. For reference, other compositions that deviate from the compositions of the present inventions described above, whether the temperature gradient is too large, the capacity and the efficiency are too low, or the compressor discharge temperature is too high, there is a problem in the actual application to the refrigeration / air conditioner, Look specifically.
[ 본 발명예 1, 2, 3, 4, 12, 13, 14, 15 ][Inventive Examples 1, 2, 3, 4, 12, 13, 14, 15]
본 발명예 1, 2, 3, 4, 12, 13, 14, 15에서 보여지듯이, R1270이 30중량% 이내로 사용되면 온도구배가 너무 커져서 부적합하며, R1270이 70중량%를 넘게 포함하면 체적용량이 너무 커서 부적합하다. R134a가 증가할수록 체적용량이 감소하며, 따라서 체적용량이 너무 작아지는 것을 방지하기 위해 R134a는 40중량% 이내로 포함되는 것이 좋다. R152a는 R1270 및 R134a보다 증기압이 작은 물질로서 R152a가 30중량% 이상으로 포함되면 혼합냉매의 체적용량이 너무 작아지고 온도구배도 너무 커지게 되며 반대로 R152a가 20중량%보다 적게 포함되면 R1270 및 R134a가 차지하는 비율이 높아지므로 체적용량이 너무 커서 부적합하다.As shown in Examples 1, 2, 3, 4, 12, 13, 14, and 15, when R1270 is used within 30% by weight, the temperature gradient becomes too large and unsuitable, and when R1270 contains more than 70% by weight, the volumetric capacity is Too large and inappropriate As R134a increases, the volume capacity decreases. Therefore, in order to prevent the volume capacity from becoming too small, R134a is preferably included within 40% by weight. R152a is a substance having a lower vapor pressure than R1270 and R134a. If R152a is contained in an amount of 30 wt% or more, the volumetric capacity of the mixed refrigerant becomes too small and the temperature gradient becomes too large. As the proportion is high, the volumetric capacity is too large to be suitable.
[ 본 발명예 5, 6, 7 ][Inventive Examples 5, 6, 7]
본 발명예 5, 6, 7에서 보여지듯이, R1270이 30중량%보다 적게 포함되면 체적용량이 너무 작아지고 온도구배는 너무 커진다. 반대로 R1270이 70중량% 이상이 되면 체적용량이 너무 커지므로 적절치 않다. R134a가 50중량% 이상이거나 또는 RE170이 40중량% 이상이면 체적용량이 너무 작아져서 바람직하지 않으므로, R134a는 50중량% 이하로 포함되고 RE170은 40중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다. 또한 RE170과 R134a가 차지하는 비율이 작아질수록 R1270이 포함되는 비율이 증가하므로 RE170 또는 R134a는 20중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다.As shown in Examples 5, 6 and 7 of the present invention, when R1270 is included in less than 30% by weight, the volume capacity becomes too small and the temperature gradient becomes too large. On the contrary, when R1270 is 70% by weight or more, the volume capacity becomes too large, which is not appropriate. If R134a is 50% by weight or more, or RE170 is 40% by weight or more, the volume capacity is too small, which is not preferable. Therefore, R134a is preferably contained in 50% by weight or less and RE170 in 40% by weight or less. In addition, as the ratio of RE170 and R134a decreases, the ratio of R1270 is increased, so that RE170 or R134a is preferably included in an amount of 20% by weight or more.
[ 본 발명예 8, 9, 10, 11 ][Inventive Examples 8, 9, 10, 11]
본 발명예 8, 9, 10, 11에서 보여지듯이, R1270이 70중량% 이상이면 혼합냉매의 체적용량이 너무 크게 되고 반대로 R1270이 30중량% 이하이면 체적용량이 너무 작아지게 된다. R600a는 증기압이 매우 낮은 물질이므로 20중량% 이상으로 포함되면 온도구배가 너무 커져서 부적합하다.As shown in Examples 8, 9, 10, and 11 of the present invention, when R1270 is 70% by weight or more, the volumetric capacity of the mixed refrigerant is too large. On the contrary, when R1270 is 30% by weight or less, the volumetric capacity is too small. R600a is a material with a very low vapor pressure, so if it is included in more than 20% by weight, the temperature gradient becomes too large and unsuitable.
[ 본 발명예 16, 17 ][Inventive Examples 16 and 17]
본 발명예 16, 17에서 보여지듯이, R134a 및 RE170이 차지하는 비율이 너무 커지면 온도구배가 너무 커지고 동시에 체적용량이 너무 작아지게 된다. 따라서 R134a와 RE170이 함께 차지하는 조성비율은 50중량% 이하인 것이 바람직하며, 특히 RE170이 증가하면 체적용량이 급격히 감소하므로 RE170은 30중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다.As shown in Examples 16 and 17 of the present invention, if the ratio of R134a and RE170 becomes too large, the temperature gradient becomes too large and at the same time the volume capacity becomes too small. Therefore, the composition ratio of R134a and RE170 together is preferably 50% by weight or less. Particularly, as the volume of RE170 increases, the volumetric capacity decreases rapidly, and therefore RE170 preferably does not exceed 30% by weight.
[ 본 발명예 18, 19 ][Inventive Examples 18 and 19]
본 발명예 18, 19에서 보여지듯이, R1270이 적게 포함되면 온도구배가 급격히 감소하게 되므로, R1270은 40중량% 이상으로 포함되어야 한다. 한편 R1270이 증가하면 성능계수가 감소하므로 적절한 성능계수를 유지하기 위해 R1270은 60중량% 이하인 것이 바람직하다. R600a는 10중량% 이상이면 온도구배가 너무 커지고 체적용량이 너무 작아지게 되어 적절치 못하다.As shown in Examples 18 and 19 of the present invention, since the temperature gradient is drastically reduced when R1270 is included in a small amount, R1270 should be included in an amount of 40% by weight or more. On the other hand, as R1270 increases, the coefficient of performance decreases, so that R1270 is preferably 60% by weight or less in order to maintain an appropriate coefficient of performance. If R600a is more than 10% by weight, the temperature gradient becomes too large and the volume capacity becomes too small, which is not appropriate.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 R502와 R22 대체용 혼합냉매 및 이를 사용한 냉동시스템에 의하면 혼합냉매를 구성하는 물질로서 오존층파괴지수가 0.0이고 지구온난화지수가 매우 작은 프로필렌, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 디메틸에테르 및 이소부탄을 사용하므로 냉매의 유출이 있거나 냉매를 폐기하는 경우에도 지구의 오존층파괴와 지구온난화를 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다. According to the mixed refrigerant for R502 and R22 and the refrigeration system using the same according to the preferred embodiment of the present invention having the above-described configuration, the material constituting the mixed refrigerant is ozone layer destruction index of 0.0 and very low global warming index of propylene, 1, Since 1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1-difluoroethane, dimethyl ether and isobutane are used, it is possible to prevent the destruction of the earth's ozone layer and global warming even when the refrigerant is leaked or discarded. There is a significant effect.
또한 본 발명에 따른 혼합냉매는 프로필렌, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1-디플루오로에탄, 디메틸에테르 및 이소부탄을 적절한 조성으로 혼합하여 혼합냉매의 증기압이나 체적용량이 기존 사용되던 냉매인 R502 또는 R22 냉매와 유사하도록 하였기 때문에 압축기를 교체하거나 기존 냉동시스템을 개조하지 않고 직접 적용할 수 있으므로 시간적 경제적 비용이 감소되는 효과가 있다.In addition, the mixed refrigerant according to the present invention is a mixture of propylene, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, 1,1-difluoroethane, dimethyl ether and isobutane by mixing in a suitable composition vapor pressure or volumetric capacity of the mixed refrigerant Since it is similar to the existing refrigerant R502 or R22 refrigerant can be applied directly without replacing the compressor or modify the existing refrigeration system, there is an effect that the time and cost is reduced.
본 발명의 혼합냉매는 적절한 조성의 혼합에 의해 온도구배가 매우 작게되므로 냉매의 상변화에 따른 냉매압력의 변동이 거의 없어서 냉동시스템을 안정적으로 사용할 수 있고, 냉매 유출시의 조성 분리 현상이 방지되는 효과가 있다.In the mixed refrigerant of the present invention, since the temperature gradient is very small by mixing the proper composition, there is almost no change in the refrigerant pressure due to the phase change of the refrigerant, so that the refrigeration system can be used stably, and the separation of the composition during the outflow of the refrigerant is prevented. It works.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.
도 1은 본 발명에서 사용한 일반적인 냉동/공조기의 구성도이다.1 is a block diagram of a general refrigeration / air conditioner used in the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
Qc: 응축기에서의 열 흐름 방향(냉매→공기)Qc: direction of heat flow in the condenser (from refrigerant to air)
Qe: 증발기에서 열 흐름 방향(공기→냉매)Qe: Heat flow direction from the evaporator (air to refrigerant)
TS1: 증발기 공기 입구온도, TS7: 증발기 공기 출구온도TS1: evaporator air inlet temperature, TS7: evaporator air outlet temperature
TS3: 응축기 공기 출구온도, TS6: 응축기 공기 입구온도TS3: condenser air outlet temperature, TS6: condenser air inlet temperature
Evaporator: 증발기, Compressor: 압축기Evaporator: Compressor: Compressor
Condenser: 응축기, Expansion Valve: 팽창밸브Condenser: Condenser, Expansion Valve: Expansion Valve
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