(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、４０〜７０重量％のプロパン、１０〜４０重量％のｎ−ブタン、５〜３０重量％のイソブタンを含有することを特徴とする冷凍機用冷媒組成物。【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、４０〜７０重量％のプロパン、１０〜４０重量％のｎ−ブタン、５〜３０重量％のイソブタンを含有することを特徴とする冷凍機用冷媒組成物。
【請求項２】
プロパン、ｎ−ブタンとイソブタンの全重量を基準として、４０〜７０重量％のプロパン、１０〜４０重量％のｎ−ブタン、５〜３０重量％のイソブタンを含有する冷媒組成物を冷凍機に使用する方法。
【請求項３】
冷凍機がカーエアコンである請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーエアコン、業務用・家庭用エアコン及びガスヒートポンプ（ＧＨＰ）・エレクトリカルヒートポンプ（ＥＨＰ）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フルオロカーボン、ＨＣＦＣハイド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冷凍機やエアコン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（ハイドロフルオロフロン）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、４０〜７０重量％のプロパン、１０〜４０重量％のｎ−ブタン、５〜３０重量％のイソブタンを含有することを特徴とする冷凍機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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の好適な実施態様について詳細に説明する。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
・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）。
【００１１】
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。
【００１２】
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（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。
【００１３】
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
【００１４】
本発明の冷媒組成物を好適に使用できる冷凍機としては、カーエアコン、業務用・家庭用エアコン及びガスヒートポンプ（ＧＨＰ）・エレクトリカルヒートポンプ（ＥＨＰ）等があるが、これらに限定されない。また、本発明の冷媒組成物は、Ｒ２２等の既存の冷媒が使用されているカーエアコン、業務用・家庭用エアコン及びＧＨＰ・ＥＨＰ等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の物性を考慮して、凝縮器やピストン等の機構面を本発明の冷媒組成物に適合させるように改良・設計することが更に望ましい。
【００１５】
（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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℃又は３５℃
Ｔ３／Ｔ４＝約２℃（Ｔ３とＴ４の中間値が約２℃になるように設定）
Ｐ３（膨張弁出口圧力）
Ｐ１（圧縮器出口圧力）を変動パラメーターとした。
【００１９】
以上説明したシミュレーターを用いて、プロパン／ｎ−ブタン／イソブタン３元系混合冷媒組成物、比較としてプロパン単独についてＣＯＰを以下のように得た。
【実施例１】
【００２０】
図１のシステムにおいて、膨張弁出口圧力（Ｐ３）＝０．２７ＭＰａ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シミュレーションを行った。ここで、圧縮器出口圧力（Ｐ１）を０．９２ＭＰａ、凝縮器出口温度（Ｔ２）を３８℃とした場合（実験番号１）と、圧縮器出口圧力を０．８５ＭＰａ、凝縮器出口温度を３５℃とした場合（実験番号２）についてＣＯＰを算出した。得られた結果を表１に示す。
【実施例２】
【００２１】
同一システムにおいて、膨張弁出口圧力＝０．２５ＭＰａとして、プロパン５０重量％、ｎ−ブタン３８重量％及びイソブタン１２重量％の冷媒組成物につきシミュレーションを行った。ここで、圧縮器出口圧力を０．８７ＭＰａ、凝縮器出口温度を３８℃とした場合（実験番号３）と、圧縮器出口圧力を０．８０ＭＰａ、凝縮器出口温度を３５℃とした場合（実験番号４）についてＣＯＰを算出した。得られた結果を表１に示す。
【実施例３】
【００２２】
同一システムにおいて、膨張弁出口圧力＝０．３０ＭＰａとして、プロパン６０重量％、ｎ−ブタン１４重量％及びイソブタン２６重量％の冷媒組成物につきシミュレーションを行った。ここで、圧縮器出口圧力を０．９９ＭＰａ、凝縮器出口温度を３８℃とした場合（実験番号５）と、圧縮器出口圧力を０．９１ＭＰａ、凝縮器出口温度を３５℃とした場合（実験番号６）についてＣＯＰを算出した。得られた結果を表１に示す。
【００２３】
（比較例１）
同一システムにおいて、膨張弁出口圧力＝０．５０ＭＰａとして、プロパン１００重量％の冷媒組成物につきシミュレーションを行った。ここで、圧縮器出口圧力を１．３ＭＰａ、凝縮器出口温度を３８℃とした場合（実験番号７）と、圧縮器出口圧力を１．３ＭＰａ、凝縮器出口温度を３５℃とした場合（実験番号８）についてＣＯＰを算出した。得られた結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2006124462.tif 000002
【００２５】
表１から明らかな通り、実施例１〜３において、プロパン単独の場合に較べて低い圧縮器圧力で高いＣＯＰを示し、冷房効果が良好（蒸発器出口温度が１０℃以下）である冷媒組成物が得られることが分かる。
【００２６】
上記の結果から、本発明の冷媒組成物は、凝縮器出口温度が３５℃以下で作動するシステムにおいては、産業用・工業用空調（ヒートポンプ）・冷凍機用冷媒として、また、ヒートアイランド現象を緩和する地中熱を利用したコジェネレーション用冷媒としての利用が見込まれる。特に、本願発明の冷媒組成物は、地球温暖化係数がほぼゼロであること、毒性のない安全な物質であることから、カーエアコン、家庭用エアコン用冷媒としての利用が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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１】
2006124462.tif 000003