KR20000059744A - 탄화수소계 비가연성 냉매 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

탄화수소계 비가연성 냉매 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 냉매는 자동차의 에어콘, 실내의 냉장고, 냉동기등에 사용하는 냉매에
관한 것으로 1) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67 ∼73부피%, 프로판(C3H8)27∼30부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.005 ∼0.06부피% 2) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67 ∼73부피%, 싸이클로 펜탄(C5H10) 25∼27부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피% 3) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 15.5∼16부피%, 프로판(C3H8) 11.6∼12.0부피%, 1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄(CF3CH2F) 57.5∼58.0부피%, DME((CH3)2O) 15.4∼16.0부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피% 4),트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 16.22∼17.0부피%, 싸이클로 펜탄(C5H10) 7.4∼7.5부피%, 1-트리플루오로- 2-모노플루오로에탄(CF3CH2F) 60.2∼60.3부피%, DME((CH3)2O) 16.1∼16.3부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%을 비율로 하여 고분자 첨가제의 성질과 콜로이드 현상을 이용하여 혼합, 제조한 환경친화적인 혼합냉매이다. 냉매 제조과정에 있어서 각화합물들의 무작위한 혼합부피% 선택과 기존의 혼합방식을 사용하면 각 성분들의 분리가 이루어져 냉동시스템 안에서 냉동능력(C.O.P)저하가 발생하며 냉동시스템의 수명이 현저히 줄어드는 현상이 있으며 혼합부피%비율 선택과 혼합기술을 도입하여야 이러한 문제를 보완할 수 있다. 이 냉매의 성질은 비가연성으로 실온에서 자연발화 및 폭발성이 없고, 우수한 C.O.P의 향상 및 냉동싸이클의 냉동기구의 개조없이 그대로 사용할 수 있으며 오존층 파괴 및 지구온난화의 문제로 되고 있는 CFC(Chloro-Fluoro-Carbon), HCFC(Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon) 그리고 가연성의 HC혼합(Hydrocarbon blend)냉매를 대체할 수 있게 한 것이다.

Description

탄화수소계 비가연성 냉매 조성물 및 그 제조방법 {Cooling composition for cans and perparation method thereof}
현재 사용중인 냉매에는 CFC(Chloro-Fluoro-Carbon), HCFC(Hydro-Chloro-
Fluoro-Carbon), HFC(Hydro-Fluoro-Carbon) 그리고 HC(Hydrocarbon)등이있다.
CFC,HFC 와 HCFC는 대기에 방출시 화합물들이 쉽게 분해되지 않아 대기권으로 이동하여 오존과 결합하고 오존층파괴와 지구온난화의 영향을 초래하며, HC는 오존층 파괴와 지구 온난화의 영향에는 작용하지 않지만 대기로 분출되면서 한정된 영역안에서 가연성의 냉매로 존재하므로 폭발의 위험성이 커 사용에 제한이 따른다. 몬트리올 의정서 혹은 교토협의에 의거하여CFC(Chloro-Fluoro-Carbon), HCFC(Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon), HFC(Hydro-Fluoro-Carbon)은 가까운 시일내에 사용전폐의 위기를 맞고 있으며 HC혼합냉매(Hydrocarbon blend)는 가연성 때문에 EPA등에서 사용여부를 결정하지 못하고 있는 상태이나 머지않아 상업용으로 인정받을 수 있을 것으로 판단되지만, 현재 냉매 연구가들의 관심은 비가연성 HC혼합냉매에 있다. 그러나 적절한 혼합부피% 비율의 선택으로 만들어진 비가연성 혼합냉매는 일반적인 혼합냉매와 마찬가지로 냉동시스템 안에서 불규칙적인 작동과 온도구배를 일으키는 문제가 있다. 이러한 문제점이란 압축장치, 응축장치, 증발장치등 각 장치부분에 정상작동온도를 내지 못하여 냉동시스템의 센서에 일정한 신호를 전달하지 못하고 수명을 단축시킨다. 따라서 냉매의 혼합방식은 시스템 안에서 아주 중요한 역할을 한다. 일반적인 냉매의 혼합방식은 교반에 의한 방식, 가열·교반 방식등이 있을 수 있으나 본발명의 혼합방식은 20kHz대의 초음파 Horn을 믹싱 탱크에 직접 투입하여 혼합함으로써 물질의 입자를 극소화 할 수 있고 더 우수한 콜로이드 현상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 비가연성의 성질을 갖는 혼합부피%비율의 선택과 혼합방법을 제공한 냉매이다. 혼합부피%비율의 선택은 다음과 같은 과정으로 진행시켰다. 트리플루오로아이오도메탄 5부피%를 시작으로 프로판을 점차적으로 첨가·혼합하고 첨가제를 넣은 다음 초음파로 혼합한 후 가연성 실험과 냉동시스템에 적용시켜 가연성 범위 및 냉동시스템 각 기능 부분의 성능실험을 하였다. 이러한 실험으로 얻은 부피%비율은 다음과 같다.
㉮ 실험 1) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67∼73부피%, 프로판(C3H8) 27∼30부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%의 혼합비율을 사용.
㉯ 실험 2) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67∼73부피%, 싸이클로 페탄(C5H10)
25∼27부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%의 혼합비율을 사용
㉰ 실험 3) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 15∼16부피%, 프로판(C3H8) 11.6∼
12.0부피%, 1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄(CF3CH2F) 57.5∼58.0부피%, DME((CH3)2O) 15.4∼16.0부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%의 혼합비율을 사용
㉱ 실험 4) 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 16.22∼17.0부피%, 싸이클로 페탄(C5H10) 7.4∼7.5부피%, 1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄(CF3CH2F) 60.2∼
60.3부피%, DME((CH3)2O) 16.1∼16.3부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%의 혼합비율을 사용.
첨가제 0.05∼0.06부피%는 초음파 혼합시 콜로이드 현상을 유도하는데 사용되어지는 양이다. 첨가제를 이 범위 이상을 사용하면 엉김현상이 일어나고 이하를 사용하면 콜로이드 현상이 발생하지 않는다. 이것은 아르곤 레이저(파장:514.15mm)에 의한 산란실험으로 확인할 수 있었으며 실험 결과를 표 1에 나타내었다. 이러한 현상이 나타나는 것은 일반적인 혼합방식을 사용한 냉매가 콜로이드상태로 되지 않았기 때문이고 본 발명의 냉매가 산란현상이 보이는 것은 혼합 후 콜로이드 상태로 존재하기 때문이다. 또 본 발명의 혼합방법과 일반적인 혼합방법으로 냉매를 제조하여 냉동시스템 안에서 작동시켰을 때 그 각 부위의 물리적 실험결과 값을 비교하면 표 2-1, 표 2-2, 표 2-3, 표 3-1, 표 3-2, 표 3-3, 표 4-1, 표 4-2, 표 4-3, 표 5-1, 표 5-2, 표 5-3과 같다. 표 2-1, 표 2-2, 표 2-3, 표 3-1, 표 3-2, 표 3-3, 표 4-1, 표 4-2, 표 4-3, 표 5-1, 표 5-2, 표 5-3의 실험값들은 ASHRAE LBP(냉장고) 조건을 취하여 측정한 값들이다. 기존의 혼합방법(교반에 의한 방식)을 선택하였을 때 응축부, 압축부의 온도구배가 많이 생겼지만 본 발명의 혼합방법을 선택하였을 때 온도구배가 발생하지 않았다. 이러한 결과로해서 본 발명의 냉매는 비가연성이며 냉동시스템에서 안정한 상태로 존재할 수 있는 것이다. 즉 준공비 혼합물이라 할 수 있다. 비가연성의 냉매확인은 ASTM E-681시험 규격하에서 실시하였고 이들 실험 자료 결과는 표 6에 기술하였다.
표1. 아르곤 레이져(파장:514.15mm)에 의한 산란실험 및 육안확인 결과
실 험 투 과 도 (%) 육 안 확 인
일반적 방법 본 발명의 방법 일반적 방법 본 발명의 방법
실 험 1 0.98 0.35 투 명 불 투 명
실 험 2 0.99 0.31 투 명 불 투 명
실 험 3 0.97 0.27 투 명 불 투 명
실 험 4 0.98 0.38 투 명 불 투 명
표 2-1. 응축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉮ 실험 1)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Cond. MID temp.(℃) 54.4 54.4
Cond. MID press. (KPa) 2104 2110
Liquid P. (KPa) 2139 2110
Vapor p.(KPa) 2070 2110
Inlet (Vapor) T.(℃) 56.77 54.4
Outlet (Liquid) T.(℃) 50.4 54.4
△t condensation 6.37 0
표 2-2. 증발기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉮ 실험 1)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Evap. MID temp.(℃) -23.3 -23.3
Evap. MID press. (KPa) 258.4 256.5
Liquid P. (KPa) 246.6 256.5
Vapor p.(KPa) 270.2 256.5
Inlet (L+V) T.(℃) -25.42 -24.24
Outlet (Vapor) T.(℃) -21.18 -24.24
△t Evaporation 4.24 0
표 2-3. 압축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉮ 실험 1)
실 험 값 일반적인 혼합냉매 본 발명의 혼합방법
Pressure ratio 8.14 9.89
Discharge temp.(℃) 110.5 108.7
ρ1(suc.Denity) (Kg/m3) 7.757 8.01
Volumetric Cap. (Kcal/m3) 108.6 110.8
△h(evap.) Cap (Kcal/Kg) 64.54 66.72
C.O.P (w/w) 2.95 3.04
표 3-1. 응축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉯ 실험 2)
실 험 값 일반적인 혼합냉매 본 발명의 혼합방법
Cond. MID temp.(℃)
Cond. MID press. (KPa)
Liquid P. (KPa)
Vapor p.(KPa)
Inlet (Vapor) T.(℃)
Outlet (Liquid) T.(℃)
△t condensation
표 3-2. 증발기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉯ 실험 2)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Evap. MID temp.(℃) -23.3 -23.3
Evap. MID press. (KPa) 255.4 257.5
Liquid P. (KPa) 245.6 257.5
Vapor p.(KPa) 265.3 257.5
Inlet (L+V) T.(℃) -24.42 -24.5
Outlet (Vapor) T.(℃) -20.17 -24.5
△t Evaporation 4.25 0
표 3-3. 압축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉯ 실험 2)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Pressure ratio 8.18 9.77
Discharge temp.(℃) 111.5 106.7
ρ1(suc.Denity) (Kg/m3) 7.67 8.11
Volumetric Cap. (Kcal/m3) 107.6 111.8
△h(evap.) Cap (Kcal/Kg) 65.55 67.72
C.O.P (w/w) 2.85 3.14
표 4-1. 응축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉰ 실험 3)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Cond. MID temp.(℃) 54.4 54.4
Cond. MID press. (KPa) 2108 2112
Liquid P. (KPa) 2141 2112
Vapor p.(KPa) 2075 2112
Inlet (Vapor) T.(℃) 55.71 54.4
Outlet (Liquid) T.(℃) 50.3 54.4
△t condensation 5.41 0
표 4-2. 증발기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉰ 실험 2)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Evap. MID temp.(℃) -23.3 -23.3
Evap. MID press. (KPa) 254.3 258.5
Liquid P. (KPa) 246.7 258.5
Vapor p.(KPa) 272.2 258.5
Inlet (L+V) T.(℃) -25.71 -24.54
Outlet (Vapor) T.(℃) -22.11 -24.54
△t Evaporation 3.60 0
표 4-3. 압축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉰ 실험 2)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Pressure ratio 8.17 9.15
Discharge temp.(℃) 113.5 105.7
ρ1(suc.Denity) (Kg/m3) 7.987 8.18
Volumetric Cap. (Kcal/m3) 105.8 112.9
△h(evap.) Cap (Kcal/Kg) 62.11 66.91
C.O.P (w/w) 2.85 3.14
표 5-1. 응축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉱ 실험 3)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Cond. MID temp.(℃) 54.4 54.4
Cond. MID press. (KPa) 2112 2112
Liquid P. (KPa) 2141 2112
Vapor p.(KPa) 2075 2112
Inlet (Vapor) T.(℃) 55.57 54.2
Outlet (Liquid) T.(℃) 51.5 54.2
△t condensation 4.07 0
표 5-2. 증발기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉱ 실험 4)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Evap. MID temp.(℃) -23.3 -23.3
Evap. MID press. (KPa) 260.4 257.5
Liquid P. (KPa) 245.6 257.5
Vapor p.(KPa) 271.2 257.5
Inlet (L+V) T.(℃) -25.32 -24.24
Outlet (Vapor) T.(℃) -21.05 -24.24
△t Evaporation 4.27 0
표 5-3. 압축기에서 일반적인 혼합방법에 의하여 제조된 냉매와 본 발명의 혼합방법에 의하여 제조된 냉매의 실험결과 비교표 ㉱ 실험 3)
실 험 값 일반적인 혼합방법 본 발명의 혼합방법
Pressure ratio 8.11 9.91
Discharge temp.(℃) 11315 101.5
ρ1(suc.Denity) (Kg/m3) 7.86 8.23
Volumetric Cap. (Kcal/m3) 107.5 111.4
△h(evap.) Cap (Kcal/Kg) 60.23 67.17
C.O.P (w/w) 2.76 3.33
표 6. 가연성 실험 결과
실 험 가 연 성 실 험
일반적 혼합방법 본 발명의 혼합방법
하한치 상한치 하한치 상한치
실험 1 8.1∼8.3 25.1∼25.3 11.2∼11.8 21.3∼21.5
실험 2 3.3∼3.5 22.2∼22.3 12.3∼12.5 23.5∼23.7
실험 3 2.4∼2.8 21.5∼21.7 13.5∼13.7 24.9∼25.1
실험 4 4.5∼4.7 22.1∼22.3 12.7∼12.9 24.5∼24.7
또 본발명의 혼합방법을 사용한 냉매의 성능 및 효율 평가 시험, 냉동시스템 신뢰성 평가시험 그리고 MATERIAL COMPATIBILITY 시험을 하였고 이들의 시험값을 표 7, 표 8-1, 표 8-2, 표 8-3, 표 9-1, 표 9-2에 기술하였다.
표 7. 성능 및 효율 평가 시험(CALORIMETER TEST RESULT)
1)TEST CINDITIONS: ASHRAE L.B.P.(-23.3℃ / 54.4℃)
COND.TEMP.(℃) COND.PRESS.(atm) EVAP.TEMP.(℃) EVAP.PRESS.(atg)
실 험 1 54.4 12.68 -23.3 0.319
실 험 2 54.4 12.68 -23.3 0.319
실 험 3 54.4 12.68 -23.3 0.319
실 험 4 54.4 12.68 -23.3 0.319
2)TEST RESULT
CAOA.(kcal/hr) INPUT(W) C.O.P.(W/W) CURRENT(A) COND./EVAP.TEMP.GLIDE DIS.TEMP(℃)
실 험 1 724.86 605.95 1.41 2.81 6.3 /4.3 54.4
실 험 2 735.54 611.47 1.47 2.78 6.1 / 4.5 54.4
실 험 3 739.27 601.45 1.49 2.63 6.2 /4.2 54.4
실 험 4 741.18 607.37 1.51 3.01 5.8 /4.2 54.4
표 8-1. HEAVY LOAD LIFE TEST RESULT
1)TEST CONDITIONS: (NECCHI, AMERICOLD, TOSHIBA SPEC.)
SUC. PRESS. : 1 Kgf/cm2
DIS. PRESS. : 25∼30 Kgf/cm2
RUNNING TIME : 1,000 HR
COMPRESSOR : 3GS(No.32)
COMP. CASE TEMP. : 100±5℃
2)TEST RESULT
실 험 1 실 험 2 실 험 3 실 험 4
SUC. VALVE GOOD GOOD GOOD GOOD
DIS. VALVE ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
DEL. MUFF. ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
PISTON GOOD GOOD GOOD GOOD
BLICK GOOD GOOD GOOD GOOD
REF.OIL COLOR* L0.5 L0.5 L0.5 L0.5
TAN(mgKOH/g)0.01이하 0.0854 0.0743 0.0811 0.0773
WATWE(PPM)20이하 2 5 4 2
L/SHELL ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
*〈COLOR〉 L0.5 : 아주 엷은 담황색
표 8-2. CAPILIARY BLOCKAGE TEST RESULT
1) TEST CINDITIONS: (G.E SPEC.)
CONDENSING TEMP. : 54.4℃
CAPILLARY OUTLET TEMP : -29℃↓
MOTOR WINDING TEMP. : 140℃
COMP. CASE TEMP. : 110℃
RUNNING TIME : 4 Weeks (672 HR)
COMPRESSOR : K 사
REF. OIL : FREOL S-22T (JAPAN ENERGY)
CAPI.-TUBE : Φ0.75 ｘ 2.12 METER
DRYER : ＸH-5 (R-12 전용)
2) TEST RESULT
REFITEM 실 험 1 실 험 2 실 험 3 실 험 4
SUC. VALVE GOOD GOOD GOOD GOOD
DIS. VALVE ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
DEL. MUFF. ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
PISTON GOOD GOOD GOOD GOOD
BLICK GOOD GOOD GOOD GOOD
REF.OIL COLOR* L1.5 L1.5 L1.5 L1.5
TAN(mgKOH/g)0.01이하 0.0456 0.0517 0.0531 0.0472
WATWE(PPM)20이하 0 1 1 0
L/SHELL ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
CAPILLARYSTATE FLOW CHANGERATE 45% 5.0% 2.0% 3.5%
INLET TUBE GOOD GOOD GOOD GOOD
OUTLET TUBE GOOD GOOD GOOD GOOD
* 〈COLOR〉 L1.5 : 황색, L3.0 밤색
표 8-3. RAPID ＆ ON-OFF CYDLE LIFE TEST RESULT
1) RAPID CYCLE TEST CINDITIONS : (G.E SPEC.)
SUC. PRESS. : 1.0 ± 0.5 kgf/cm2
DIS. PRESS. : 23 ± 2 kgf/cm2
ON-TIME : 15 sec
OFF-TIME : 15 sec
COMP CASE Temｐ. : 90±5℃
RUNNING TIME : 1000hr
COMPRESSOR : D 사
REF.OIL : FREOL S-22T (JAPAN ENERGY)
2) ON-OFF TEST CONDITIONS : (AMERICOLD SPEC.)
SUC. PRESS. : 1.0 ± 0.5 kgf/cm2
DIS. PRESS. : 23 ± 2 kgf/cm2
ON-TIME : 15 min
OFF-TIME : 15 min
COMP CASE Temｐ. : 90±5℃
RUNNING TIME : 1000hr
COMPRESSOR : D 사
REF.OIL : FREOL S-22T (JAPAN ENERGY)
3) TEST RESULT
R E F. ITEM 실험 1 실험 2 실험 3 실험 4
SUC. VALVE GOOD GOOD GOOD GOOD
DIS. VALVE ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
DEL. MUFF. ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
PISTON GOOD GOOD GOOD GOOD
BLICK GOOD GOOD GOOD GOOD
REF.OIL COLOR* RAPI D L 1.0 L 1.0 L 1.0 L 1.0
ON-OFFCYDLE L 1.0 L 1.0 L 1.0 L 1.0
TAN(mgKOH/g)0.01이하 RAPI D 0.0505 0.0512 0.0521 0.0587
ON-OFFCYDLE 0.0499 0.0518 0..0497 0.0562
WATWE(PPM)20이하 RAPI D 16.3 16..5 17.1 14.5
ON-OFFCYDLE 15.3 14.3 15.1 14.1
L/SHELL ASS'Y GOOD GOOD GOOD GOOD
* 〈COLOR〉 L1.0 : 담황색
표 9-1.. AUTOCLAVE TEST RESULT
1) TEST CONDI TI ONS : (JAPAN ENERGY, SUNOIL CO. SPEC.)
REF. : OI L ＝ 50 : 50 ｗt %
TEMPERATURE : 130 ℃
PERI OD : 15 Days
REFERENCE :I ni ti al Ci nditi on : materi al ＋ oil (800cc) ＋ ref..(5kgf/cm2) Setting
Equiliibrium Condition : Temｐerature : 195 ℃
Pressure : 18 ∼ 20 kgf/cm2
2) TEST RESULT
TEST REF.. I TEM BEFORETEST A F T E R T E S T
실 험 1 실 험 2 실 험 3 실 험 4
VALVE PLATE (GFP-3) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
DEL VALVE(SANDVI CK) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
VALVE STOP(SHP-1) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
VALVE RI VET GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
SUC. VALVE (SANDVI CK) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
DIS.-PIPE (D/W) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
SUC. ＆ PRO.-PIPE(CU) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
PI STON (SWRCH-10A) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
BI C END METAL(SWCH-15A) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
STEEL BALL (SUＪ -2) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
ROD (SWCH-12A) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
BUFFER RI NG (PTFE) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
BLOCK (GC25) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
ROTOR(AL) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
STATOR (SI - STEL) GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
H- TERMI NAR GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
REF.-OI L(FREOLS22T) COLOR* L0.5 L0.5 L0.5 L0.5 L0.5
TAN(mgKOH/g) 0.10↓ 0.09 0.08 0.09 0.08
WATWE(PPM) 20.0↓ 18.8 21.1 19.5 19.9
* 〈COLOR〉 L0.5 : 아주 엷은 담황색.
둘 이상의 혼합물에 비가연성의 혼합부피%비율을 선택하고 여기에 고분자 첨가제 의 도입과 초음파 혼합기술을 적용시켜 냉동시스템 안에서 화합물들을 콜로이드 상태로 만들어 환경친화적이고 안정된 냉매를 제조한다.
본 발명은 자동차의 에어콘, 실내의 냉장고, 냉동기 등에 사용되는 비가연성 냉매 제조 및 혼합기술이다. 이 비가연성 냉매 제조 및 혼합기술은 냉동시스템 안에서 혼합물들이 안정적으로 작동할 수 있게 할 수 있다.
일반적으로 잘 알려진 바와 같이, 냉동기는 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브,
증발기, 유수분리기등으로 조성되어 냉동싸이클 동작을 수행하며, 이 때 냉매는 증발기에서 팽창변을 통하여 분사되어 증발되면서 주입의 온도를 흡수하고(흡열반응)
증발된 냉매는 압축기에 의하여 압축되어 유수분리기를 거쳐 응축기로 보내져 응축
(발열반응)된 다음 수액기로 환수되는 냉동싸이클작동을 반복하여 냉동하게 되어있다. 이때 사용되는 대표적인 냉매로는 적은 압력과 작은 온도차에서 응축과 기화가 잘되는 암모니아, 탄산가스, 염화불화탄소(이하 "CFC"계라 한다), 즉 불소를 포함한 탄소화합물로서 Freon계 가스 및 HFC(Hydro-Fluoro-Carbon)계 가스인 R-11(CCl3F), R-12(DDl2F2),R-13(CClF3), R-22(CHClF2), R-113(CCl2FCClF2), R-114(CCLF2CClF2),R-500(R12/R152a), 및 R-502(R22/R115)등이 사용되고 있다(여기서 R은 냉매의 약자 Refrigerant에서 유래한 것임). 암모니아 냉매의 독성과 금속부식성, 조해성, 인체에 대한 유해성의 문제를 해결한 프레한계 가스의 냉매는 냉동능력이 양호하고 독성과 폭발성, 금속 부식성 및 인체의 유해성이 전혀 없는 매우 우수한 냉매이다. 그러나 최근 CFC계의 냉매가 성층권의 오존(O3)을 파괴하는 사실이 판명되었고 또한 지구온난화 현상을 야기하는 물질이 특정 프레온인 R-11(CCl3F), R-12(DDl2F2),R-13(CClF3), R-22(CHClF2), R-113(CCl2FCClF2), R-114(CCLF2CClF2),R-500(R12/R152a), 및 R-502(R22/R115)는 물론HFC(Hydro-
-Fluoro-Carbon)계인 R-134a(C2H2F4)나 HCFC(Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon)계는 사용규제 대상으로 되어 있거나 향후 규제의 움직임이 예상된다. R-12는 주로 자동차 에어콘, 가정용 전기 냉장고 등의 비교적 소형냉동기에 사용되고 있다. R-22("HCFC"계 라고 한다)는 R-12에 비하여 용적당 냉동능력이 크므로 중대형의 압축기에 사용되고 있다. 이"HCFC"계 Freo R-113(CCl2FCClF2), R-114(CCLF2CClF2)는 주로 터보냉동기에 사용되고 있고 예를 들면, R-115 및 R-22를 혼합하여 공비 혼합냉매 R-502로 하여 저온용의 냉매로서 사용되고 있다. 상기 프레온과 더불어 R-22도 Euroｐe이나 Greenｐeace 회의에서 사용규제를 제의 중에 있으며 모든 Freon 및
Freon을 포함하는 공비혼합냉매의 사용을 제제하려고 하는 실정이다. Freon 은 Freon액에 물이 주입되면 물이 Freon에 약간 밖에 녹지 않으므로 Freon액 속에 물방울이 되어 이 물방울이 얼음이 되고 이 얼음알갱이로 인하여 팽창밸브가 막히어 냉매가 통하지 않게 되므로 냉동능력을 저하시키는 등의 고장이 생길 수도 있다. 이 때문에 Freon 냉동장치에서는 수분 침투가 금물이며, 냉매 충진전에 진공 건조작업을 완전하게 하여야 하는 것이다. 또 프레온 냉매에 공기와 수분이 섞이면 불화수소산이 발생되어 압축기와 파이프 등에 부식을 일으키는 결점이 있다. 이 때문에 silica gel등의 건조제를 이용한 방법으로 종래의 프레온 냉동기는 수분을 제거하는 방식을 채택하지 않으면 않되었다. 또한 냉동기에는 압축기등을 기계적 마모로 부터 보호하기 위하여 윤활유로 냉동유가 사용되고 있는바 이 냉동유는 저온에서도 윤활성을 잃지 않고 냉매와 안정적으로 공유 할 수 있는 것을 구해야 한다. 프레온 계 냉매의 경우, 냉동유는 어느 온도까지 냉동유와 냉매가 녹아서 합쳐진다. 프레온 계 냉매에서는 냉동유가 압축기로부터 도출되어 계내를 순환하여 크랭크 케이스 속으로 돌아 오도록 설계되고 자동운전 될 수 있도록 되어있다. 다량의 냉동유를 필요로 하는 압축기를 사용한 것이나, 냉매 배관의 거리가 긴 것 경우에는 유분리(oil seｐarator)가 사용되고 있다. 암모니아 냉매를 사용한 냉동기의 경우에도 냉동유와 암모니아가 서로 녹아져 있기 때문에 유분리기가 설치되어 있다. 프레온 이외의 냉매로서 탄화수소계인 이소부탄, 프로판 등이 제한되고 있으나 가연성 및 폭발성이 있어 이에 대한 안전장치가 필요하고 기존의 가정용 냉장고 및 자동차 에어컨등의 프레온 냉동기에 사용하려면 별도의 설계가 이루어져야 한다. 즉, 이냉매 압축기의 능력 등의 기본 설계로부터 변경을 요하기 때문에 설계 변경과 새로운 생산시설의 교체는 막대한 비용이 들어 코스트 상승요인과 자원소비가 된다. 더욱이 냉매를 사용한 기존의 자동차의 에어콘 및 냉장고등의 폐기뿐 아니라 변경의 비용이 추가되어 비경제적이다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경에서 다음의 사항을 달성할 수 있게 한 것이다. 첫째, 본 발명은 CFC(Chloro-Fluoro-Carbon), HFC(Hydro-Fluoro-Carbon), HCFC(Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon) 그리고 가연성의 HC혼합(Hydrocarbon blend)냉매를 고분자 첨가제와 초음파혼합을 시켜 냉동시스템에 안정적으로 사용할 수 있는 냉매를 제공하는데 있다. 둘째, Freon계 냉매를 사용하는 냉동기의 구조를 설계변경없이 DROP-IN 타입으로 사용할 수 있는 냉매를 제공하는데 있다. 셋째 신체 및 지구환경에 무해한 냉매를 제공하는데 있다. 넷째, 냉동시스템 안에서 작동시 안정된 혼합냉매를 유지 할 수 있는 냉매를 제공하는데 있다.
표 10에 각 화합물드의 혼합비율(실시예)과 표11에 혼합기기 도면을 나타내었다. 냉매 조성물의 혼합에 있어서 가각의 봄베로 부터 수분과 공기를 탈기시킨 혼합기가 내설된 혼합 용기에 파이프와 압력계를 이용하여 상온에서 주입하면서 초음파 혼합기를 이용 균질로 혼합하고 혼합된 냉매 조성물에 폴리머 첨가제를 넣고 별도의 밸브가 부착된 가스 봄베로 충진하여 규정된 용기에 담아 출하한다.
표 10. 본 발명의 화합물과 혼합부피%비율(실시예)
화 합 물 부피비(%) 화 합 물 부피비(%)
트리플루오로아이오도메탄 68.855 트리플루오로아이오도메탄 65.71
프 로 판 27.0 프 로 판 29.0
DME((CH3)2O) 4.40 DME((CH3)2O) 5.23
첨 가 제 0.05 첨 가 제 0.06
화 합 물 부피비(%) 화 합 물 부피비(%)
트리플루오로아이오도메탄 15.5 트리플루오로아이오도메탄 16.24
프 로 판 11.5 싸이크로펜탄 7.1
1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄 57.5 1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄 60.2
D M E 15.45 D M E 16.4
첨 가 제 0.05 첨 가 제 0.06
표 11. 혼합기기 도면
1. Feed Pumｐ : 원료주입 및 제조냉매 배출
2. A,B Tank : 원료 Blank Tank
3. ⓣ Tank : Heating Water Tank (간접가열 System)
4. Heating Coil : 전열 Heating
5. Blending System : 초음파 내장 System
6. CT-02 : Cooling Tank (Water Cooling System)
7. Circulation : 냉각 탱크 이동시 Pumｐ
8. C Tank : Miｘing Tank
9. Miｘing Tank : Imｐeller 내장 System
10. T-03 : 예비 Water Tank
본 발명의 냉매 조성물을 상온에서 기체인 트리플루오르아이오도메탄(CF3I), 프로판(C3H8), DME((CH3)2O), 싸이크로 펜탄(C5H10) 그리고 1-트리플루오로-2-모노플루오로에탄(CF3CH2F) 중 이종 이상을 혼합하고 초음파를 이용하여 에멀션 상태로 만든 후 폴리머 결합에 의한 냉매 조성물로 조성한 준공비 물질이기 때문에 일반적인 자동차 에어콘, 가정의 전기 냉장고, 냉매기 등의 냉동기구의 기술적 설계 변화없이 종래의 CFC계 냉매를 대체 상용이 가능하고 비연소 , 비폭발성의 안전성과 압축기구 등의 금속의 부식이 없고 냉동시스템에서도 안정하며 인체에 유해성이 전혀 없는 새로운 냉매로서 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된 냉동기에 사용되는 냉매에 있어서 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67 ∼ 73 부피%, 프로판(C3H8) 27 ∼30부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%를 초음파를 사용·혼합하여 에멀션으로 만든 후 폴리머 첨가제에 의하여 콜로이드화 되는 것을 특징으로 한 냉매
  2. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된 냉동기에 사용되는 냉매에 있어서 상온, 대기압에서 기체인 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 67 ∼ 73 부피%, 싸이클로 펜탄(C5H10) 25 ∼27 부피%, DME((CH3)2O) 5∼7부피% 그리고 첨가제 0.05 ∼0.06부피%를 초음파를 사용·혼합하여 에멀션으로 만든 후 폴리머 첨가제에 의하여 콜로이드화 되는 것을 특성으로 한 냉매.
  3. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된 냉동기에 사용되는 냉매에 있어서 상온, 대기압에서 기체인 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 15.5 ∼ 16.0 부피%, 프로판 (C3H8) 11.6 ∼12.0부피%, 1-트리플루오로-2-트리플루오로에탄(
    CF3CH2F) 57.5 ∼58.0부피%, DME((CH3)2O) 15.4∼16.0부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%를 초음파를 사용·혼합하여 에멀션으로 만든 후 폴리머 첨가제에 의하여 콜로이드화 되는 것을 특성으로 한 냉매.
  4. 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 16.22 ∼ 17.0 부피%, 싸이클로 펜탄(C5H10) 7.4 ∼7.5 부피%,1-트리플루오로-2-트리플루오로에탄(CF3CH2F) 60.2 ∼ 60.3부피%, DME((CH3)2O) 16.1∼16.3부피% 그리고 첨가제 0.05∼0.06부피%를 초음파를 사용·혼합하여 에멀션으로 만든 후 폴리머 첨가제에 의하여 콜로이드화 되는 것을 특성으로 한 냉매.
  5. 제1항에 있어서 트리플루오로아이오도메탄(CF3I) 30부피%, 프로판 (C3H8) 40부피%,
    알코올 10부피%, 싸이클로 펜탄(C5H10) 1.5부피% 및 이메틸폴리실록산 0.01부피%를
    초음파를 사용·혼합하여 에멀션으로 만든 후 폴리머 첨가제에 의하여 콜로이드화 되는 것을 특성으로 한 냉매.
  6. 혼합에 있어서 초음파를 사용하여 조성물간의 에멀션 현상을 만들어 폴리머 첨가제를 도입하여 콜로이드화를 유도하여 생성된 냉매 조성물.
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