(57)【要約】【課題】冷媒としてプロパン、ｎ−ブタン、イソブタンとを混合し、オゾン層を破壊しない、地球温暖化係数の極めて小さい安全で毒性のない優れた性能を有する冷媒を提供する。【解決手段】プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、５０〜５８重量％のプロパン、２９．５〜３３．５重量％のｎ−ブタン、１０〜１４．５重量％のイソブタンの三元系混合媒体を含有するカーエアコン用冷媒組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、５０〜５８重量％のプロパン、２９．５〜３３．５重量％のｎ−ブタン、１０〜１４．５重量％のイソブタンの三元系混合媒体を含有するカーエアコン用冷媒組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の冷媒組成物をカーエアコンに使用する方法。
【請求項３】
カーエアコンの凝縮器出口において前記混合媒体を完全に液化させることができる圧力を圧縮器にかけることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にカーエアコンに使用される、プロパン、ｎ−ブタン及びイソブタンを含有する冷媒組成物に関る。
【背景技術】
【０００２】
これまでフロン（ＣＦＣクロロフルオロカーボン、ＨＣＦＣハイドロクロロフルオロカーボン）は優れた冷媒能力を有するので全世界でカーエアコン等用の冷媒として広く使用されてきた。しかしながら、現在、フロンは塩素を含んでいるのでオゾン層を破壊するということから、１９９６年、日本及び欧米先進国において特定フロンのうちＣＦＣの生産が全廃された。その同じ特定フロンであるＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）も２００４年以降順次生産が規制され、ヨーロッパでは２０１０年までに、その他の先進国でも２０２０年までに全廃されることになっている。
【０００３】
また、上記特定フロンに替わる代替フロン（ＨＦＣハイドロフルオロカーボン、ＰＦＣ，ＳＰ６）は、オゾン層破壊係数ゼロ、低毒性、不燃、満足できる特性、性能を有するものの、鉱油との非相溶性、潤滑性の劣化という課題を有している。特に、この代替フロンは、オゾン層を破壊しないものの地球温暖化係数が非常に高いことから、現在具体的な規制がなく、業界の自主行動に任されているものの、近い将来その使用が廃止または大きく規制されることになるであろう。
【０００４】
最近、開発が進められている、二酸化炭素、アンモニア、水及び空気などの自然系冷媒もオゾン層破壊係数ゼロ、温暖化係数ほぼゼロの特徴を有するものの、安全性、性能、利便性などにそれぞれ難点がある。すなわち、二酸化炭素は不燃・低毒性であるものの低効率・超高圧（１２ＭＰａ）である。アンモニアはＨＦＣと同等効率を有するが、毒性、刺激臭、銅との不適合性がある。水・空気は不燃・無毒であるものの極めて低効率である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、オゾン層破壊の危険性がなく、地球温暖化に及ぼす悪影響が小さく、毒性のない冷媒組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、５０〜５８重量％、好ましくは５４〜５８重量％のプロパン、２９．５〜３３．５重量％のｎ−ブタン、１０〜１４．５重量％のイソブタンの三元系混合媒体を含有するカーエアコン用冷媒組成物に関る。これにより、オゾン層を破壊することのない、地球温暖化係数が極めて小さく（ＧＷＰが約３）毒性がなく、優れた冷房能力を有する冷媒を提供することができる。
【０００７】
更に、本発明は、プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、５０〜５８重量％のプロパン、２９．５〜３３．５重量％のｎ−ブタン、１０〜１４．５重量％のイソブタンの三元系混合媒体を冷凍機の凝縮器出口において完全に液化させることができる圧力を圧縮器にかけることにより、当該混合媒体を含有する冷媒組成物を好適にカーエアコンに使用する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施態様について詳細に説明する。
【０００９】
冷房システムの原理は、物質（冷媒）が気化する時、周辺媒体から熱エネルギーを奪う潜熱と周辺媒体との連続的な熱交換に基づいている。また、冷媒の蒸発温度は圧力に依存するため、圧力を下げれば蒸発温度も低下するので、より低い温度が得られる。
【００１０】
一方、暖房／給湯システムの原理は、冷媒の蒸発により周辺から熱を奪い、更に圧縮された高温の気体となるため、水や空気等との連続的な熱交換により成し遂げられる。
【００１１】
このような冷房／暖房システムの原理に基づく冷房・暖房／給湯システムは、冷媒の蒸発から圧縮の連続的なプロセスを行えるシステムとして、圧縮器、凝縮器、膨張弁、蒸発器及びこれらの機器を冷媒が循環するパイプから構成されたサイクル（冷房−暖房基準サイクル）システムである。このサイクルシステムの非限定的な例を図１に示す。これら機器の役割を以下に示す。
【００１２】
・ＥＱ１圧縮器：蒸発器で気体となった冷たい冷媒を吸引圧縮して高温高圧気体とする。
・ＥＱ２凝縮器：圧縮器から吐出された高温高圧気体媒体を水や空気（外気）で冷やして凝縮させ、液体とする（暖房／給湯用）。
・ＥＱ３膨張弁：高温高圧の液体冷媒を膨張させ低温低圧の冷媒とする。
・ＥＱ４蒸発器：膨張弁の出口で低温低圧の冷媒を周辺気体と接触させてその熱を奪うことで蒸発・気化させ、気体とする（冷房用）。
【００１３】
実際に冷媒の冷房／暖房／給湯能力を評価するためには、上述の基準サイクルを数値モデル化し、汎用の数値ケミカルプロセスシミュレーターを用いて、公知の方法（例えば、宮良等の「非共沸混合冷媒ヒートポンプサイクルの性能に及ぼす熱交換器の伝熱特性の影響」日本冷凍協会論文集第７巻、第１号、６５−７３頁、1990年等を参照）により、その能力を解析・評価することができる。汎用の数値ケミカルプロセスシミュレーターは多種多様な成分の熱力学物性のデータベースを内蔵し、さまざまなシステムの機械工学的機能に対応した化学成分相互の平衡熱力学計算を行う。
【００１４】
数値シミュレーションでは、冷媒が循環する圧縮器、循環器、膨張弁、蒸発器を構成するシステムを各々数値化し、圧縮器出口圧力（以下、「圧縮圧力」と略記する）（Ｐ１）、凝縮器出口温度（Ｔ２）、蒸発器温度（Ｔ３）及び冷媒組成物成分の濃度をパラメーターとし、冷房／暖房／給湯能力を成績係数（ＣＯＰ）として評価する。
【００１５】
冷房の成績係数＝冷房の蒸発器での総吸収熱量÷圧縮器動力量
暖房／給湯の成績係数＝冷媒の凝縮器での総排熱量÷圧縮器動力
【００１６】
本発明の冷媒組成物は、カーエアコンに好適に使用される。また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ１３４ａ等の既存の冷媒が使用されているカーエアコンに原則的にそのまま使用することができる。しかしながら、本発明の冷媒組成物が三元系混合媒体を含むという特徴から、一元系の冷媒組成物では見られない特有の挙動を示す。即ち、圧縮圧力が所定の値より小さいと、混合媒体は凝縮器出口において完全に液化されない状態にあり、そのためにカーエアコンのレシーバータンクでガス体を取除くための負荷がかかり、更にＣＯＰそのものが低下することとなる。また、圧縮圧力が更に低いと、凝縮器出口温度において全く液化されず、全量ガス状態にあり、冷房効果が全く働かなくなる。従って、凝縮器出口において三元系混合媒体を完全に液化する圧縮圧力条件下で本発明の冷媒組成物を好適に使用することができる。
【００１７】
ここで、凝縮器出口において三元系混合媒体を完全に液化する圧縮圧力は、使用するカーエコンの圧縮器の容量、冷媒の供給量等により異なるが、最適冷房効果を得るための作動圧力は極めて狭い範囲に限定されることから、当業者は使用するカーエアコンに応じてこの圧縮圧力を容易に決定することができる。
【００１８】
後述する実施例において詳述するが、本発明の冷媒組成物をカーエアコン等の冷凍機に使用する際に、凝縮器出口において混合媒体が完全に液化される圧縮圧力においてＣＯＰは最大となるが、圧縮圧力をこれより大きくすると、ＣＯＰは逆に低下する傾向にある。従って、冷凍機の凝縮器出口において前記混合媒体を完全に液化させることができる最も低い圧力を圧縮器にかけることが好ましい。
【００１９】
本発明の冷媒組成物は、プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、５０〜５８重量％のプロパン、２９．５〜３３．５重量％のｎ−ブタン、１０〜１４．５重量％のイソブタンの三元系混合媒体のみから構成されていてもよいし、当該混合媒体に加えて他の成分を含有していてもよい。本発明の冷媒組成物に加えることができる他の成分としては、エタノール等のアルコール類がある。
【００２０】
（実施例）
以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。
【００２１】
プロパン／ｎ−ブタン／イソブタン３元系冷媒組成物の冷媒特性を評価するため、図１の冷媒循環システムをベースにその冷媒能力をシミュレートした。システムは圧縮器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器から構成された冷房サイクルである。数値ケミカルプロセスシミュレーターを用いてシミュレーションを以下の手順で行った。
【００２２】
シミュレーション手順
図１のサイクルにおける各ライン上（１〜４）の状態量を算定しシステムの冷房に係る成績係数（ＣＯＰ）を決定する。
【００２３】
ＣＯＰはＥＱ４での吸熱エネルギーに対する圧縮器の駆動エネルギーの比とする。
計算条件：次の量を一定として与える。
Ｔ２（凝縮器出口温度）＝３８℃
Ｔ３／Ｔ４＝約３〜４℃（Ｔ３とＴ４の中間値が約３〜４℃になるように設定）混合媒体組成比と圧縮圧力（Ｐ１）を変動パラメーターとした。
【実施例１】
【００２４】
図１のシステムにおいて、膨張弁出口圧力（Ｐ３）＝０．２６５〜０．２７１ＭＰａとして、プロパン５５重量％、ｎ−ブタン３１．５重量％及びイソブタン１３．５重量％の冷媒組成物につき、圧縮圧力（Ｐ１）を０．７〜４ＭＰａに変動させてシミュレーションを行った。得られたＣＯＰと圧縮圧力の関係を図２に示す。
【００２５】
図２から明らかな通り、圧縮圧力が０．９２ＭＰａでＣＯＰが最大となる。しかしながら、圧縮圧力が０．９１ＭＰａ以下では、混合媒体は凝縮器出口において完全に液化されない状態（例えば、０．９０ＭＰａでは６．４９％、０．８９ＭＰａでは１１．９％）にあるため、カーエアコンのレシーバータンクでガス体を取除くための負荷がかかり、更にＣＯＰそのものが低下することとなる。更に、圧縮圧力が０．７以下では凝縮器出口において全く液化されず、全量ガス状態にあり、冷房効果が全く働かない。また、圧縮圧力が０．９２ＭＰａより大きくても、ＣＯＰは逆に減少する傾向にある。従って、本願発明における三元系混合媒体は、凝縮器出口において当該混合媒体が完全に全量液化され、かつ最も高いＣＯＰを示す圧縮圧力で運転することが好ましい。
【実施例２】
【００２６】
次に、前記シミュレーターを用いて、表１に記載の種々のプロパン／ｎ−ブタン／イソブタン３元系混合冷媒組成物についてシミュレーションを行い、凝縮器出口において最も低い圧縮圧力で完全に全量液化され、かつ最も高いＣＯＰを示す条件を選定した。
【００２７】
【表１】
2006143898.tif 000002
【００２８】
【表２】
2006143898.tif 000003
【００２９】
上記の結果から、本発明の冷媒組成物は、凝縮器出口において完全に全量液化する圧縮圧力（本冷媒サイクルシステムにおいては、約０．９〜約０．９４）において、良好なＣＯＰを示し、かつ、Ｔ３／Ｔ４が約３〜４℃であることが分かる。更に、本発明の冷媒組成物は、比較例であるプロパン単独の場合に較べて低い圧縮圧力において良好なＣＯＰを示す。
【００３０】
以上より、本発明の冷媒組成物をカーエアコンに好適に使用することができる。そして、カーエアコンに使用する際には、冷凍機の凝縮器出口において前記混合媒体を完全に液化させることができる圧力を圧縮器にかけて運転することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】プロパン／ｎ−ブタン／イソブタン三元系混合冷媒サイクルシステム。
【図２】プロパン／ｎ−ブタン／イソブタン＝５５／３１．５／１３．５重量％の三元系冷媒組成物における圧縮圧力とＣＯＰの関係
【図１】
2006143898.tif 000004
【図２】
2006143898.tif 000005