(57)【要約】本発明はターボ圧縮機における冷媒としての１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタンの使用に関する。その構造様式に基づいて、ターボ圧縮機を用いて小さな空間及び材料の要求で大きな負荷を達成できる。該圧縮機は大きな負荷を有する工業用冷却装置で使用される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ圧縮機における冷媒としての１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタンの使用。
【請求項２】
ターボ圧縮機における冷媒としてのＲ１１又はＲ１２３の代替としての１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタンの使用。
【請求項３】
ターボ圧縮機を有する冷却装置であって、該ターボ圧縮機中で使用される冷媒が１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタンである冷却装置。
【請求項４】
冷媒としてのＲ１１又はＲ１２３を用いて作業できるターボ圧縮機を有する冷却装置であって、該ターボ圧縮機中の冷媒が１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタンである冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ圧縮機における冷媒の使用に関する。
【０００２】
７０年代におけるＦＣＫＷ、例えばＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１１４及びＨＦＣＫＷ、例えばＲ２２、Ｒ１２３のオゾン層破壊作用が立証されたことに伴い、モントリオールプロトコール（１９８７年）の調印によって、前記物質を別の物質に置き換えることが締結された。更なる国際上及び国家的な通知は、締結された前記物質の不適用の概要をまとめている。この理由から、今まで使用されていたＦＣＫＷもしくはＨＦＣＫＷの代わりになりうる適当な代替物質の調査が必要とされている。
【０００３】
発泡剤又は冷媒としてのＲ３６５ｍｆｃの使用は公知であるが、ターボ圧縮機における冷媒としてのその使用は今までに記載されていない。
【０００４】
冷却技術の範囲におけるターボ圧縮機は専らラジアル型である。該圧縮機は、例えば小さい重量出力比、僅かな所要面積及び低い故障可能性に優れている。
【０００５】
場合により、冷媒より高い相対モル質量を有する物質がターボ圧縮機のために適当であることは公知である。それというのも規定の圧力比を達成するために、より低い相対モル質量を有する物質の場合よりも低い揚程、ひいてはしばしば低い段数が必須であるからである。
【０００６】
ターボ圧縮機のための典型的な冷媒は、例えばトリクロロフルオロメタン（Ｒ１１）、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ１２）、クロロジフルオロメタン（Ｒ２２）、１，２−ジクロロテトラフルオロエタン（Ｒ１１４）又はジクロロトリフルオロエタン（Ｒ１２３）である。１，２，２，３，３−ペンタフルオロプロパンもしくは１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパンをターボ圧縮機中で冷媒として使用することはＥＰ０５９５９３７号もしくはＵＳ５６６２８２５号に記載されている。
【０００７】
ターボ圧縮機の型寸法は、とりわけ冷媒の種類によって規定される。
【０００８】
通常、ターボ圧縮機の構築の際に、選択される冷媒の必須の特性、公知の特性又は更に規定すべき特性をもとにターボ圧縮機を構築するという措置がとられる。
【０００９】
本発明の課題は、Ｒ１１又はＲ１２３のための代替冷媒として使用することもできるターボ圧縮機のための新規の冷媒を提供することにある。
【００１０】
本発明によれば前記課題はＲ３６５ｍｆｃをターボ圧縮機中で使用することによって解決される。
【００１１】
種々の冷媒の特徴的な物質データの対比を第１表に示す。
【００１２】
第１表：
【００１３】
【表１】
2005501215.tif 000002
Ｒ３６５ｍｆｃのモル質量はＲ１１及びＲ１２３のモル質量に匹敵する。
【００１４】
匹敵する物質データに基づいてＲ３６５ｍｆｃはＲ１１又はＲ１２３の代わりにターボ圧縮機中で使用できる。
【００１５】
断熱ターボ圧縮機についての圧力発生までの速度の考察による以下の簡略化された冷媒の評価は本発明を説明すべきであるが、限定するものではない。
【００１６】
ブレードによって流体に理想的に作用する回転モーメントＭは：
【００１７】
【数１】
2005501215.tif 000003
である。
【００１８】
式中では
【００１９】
【数２】
2005501215.tif 000004
を意味する。
【００２０】
ターボ圧縮機への冷媒の渦なしの吸入（α＝９０゜）では
【００２１】
【数３】
2005501215.tif 000005
が生じる。
【００２２】
そして
【００２３】
【数４】
2005501215.tif 000006
が得られる。
【００２４】
ターボ圧縮機の軸出力は
【００２５】
【数５】
2005501215.tif 000007
に従って計算され、その際
【００２６】
【数６】
2005501215.tif 000008
である。
【００２７】
（２）から
【００２８】
【数７】
2005501215.tif 000009
が得られる。
【００２９】
少ない冷媒流量でインペラ速度及び冷媒の接線速度がほぼ同一であるという前提条件で
【００３０】
【数８】
2005501215.tif 000010
が得られ、かつ（４）によって
【００３１】
【数９】
2005501215.tif 000011
が得られる。
【００３２】
理想的圧縮のための圧縮機出力（ηｉｓ＝１．０）は以下の式
【００３３】
【数１０】
2005501215.tif 000012
で表すことができ、その際、
【００３４】
【数１１】
2005501215.tif 000013
である。
【００３５】
（６）及び（７）からインペラ速度に関して次いで以下の関係
【００３６】
【数１２】
2005501215.tif 000014
が得られる。
【００３７】
インペラの半径について
【００３８】
【数１３】
2005501215.tif 000015
から以下の方程式：
【００３９】
【数１４】
2005501215.tif 000016
が得られ、その際、
【００４０】
【数１５】
2005501215.tif 000017
である。
【００４１】
第２表において、種々のターボ圧縮機冷媒に関して６０秒−１の一定回転数で、エンタルピー差、インペラ速度及び直径が示されている。
【００４２】
圧縮機の吸入口及び排出口での蒸気のエンタルピー値を１０℃の気化温度、３０℃の液化温度、７Ｋの過熱時及び５Ｋの過冷却において等エントロピー圧縮（ηｉｓ＝１．０）について計算した。
【００４３】
第２表：６０秒−１での種々の冷媒に関するエンタルピー差、インペラ速度及び直径
【００４４】
【表２】
2005501215.tif 000018
【００４５】
第２表から明らかなように、計算されたインペラ直径は互いに僅かに相違しているに過ぎない。
【００４６】
従ってＲ３６５ｍｆｃはシステム設計及び要求される性能に依存して既存のターボ圧縮装置においてＲ１１及びＲ１２３と置き換えることができる。要求される性能を満たすために、例えば該システムの回転数を、Ｒ１１又はＲ１２３をＲ３６５ｍｆｃする際には僅かに変更してよい。
【００４７】
ターボ圧縮機の設計は非常に複雑である。構造の大きさ及び構造様式、すなわち段数及び段設計はその都度の適用及び使用される冷媒に従う。以下にターボ圧縮機の設計を最も重要なパラメータをもとに概略的に行う。
【００４８】
実施例
同じブレード数を有する１段だけを使用するという過程では、断熱的揚程Ｈａｂについて、従って規定の圧力比の達成のために消費される仕事量について簡略的に以下のように適用される：
【００４９】
【数１６】
2005501215.tif 000019
【００５０】
自己選択された使用例に関して、７Ｋの過熱において１０℃の気化温度が、かつ５Ｋの過冷却及び０．７５のプロセスの等エントロピー効率ηｉｓにおいて３０℃の液化温度が達成されるべきである。断熱的揚程はＲ１１について１７．２ｋＪ／ｋｇと算出され、かつＲ３６５ｍｆｃについて１９．６ｋＪ／ｋｇと算出される。この値を方程式１０で使用する場合に、周速ｕ２について以下の値：
【００５１】
【数１７】
2005501215.tif 000020
が得られる。
【００５２】
ターボ圧縮機の流量係数φは構造に応じて０．０７５〜０．０４であるべきである。該圧縮機のインペラ直径を以下の方程式：
【００５３】
【数１８】
2005501215.tif 000021
で規定できる。
【００５４】
０．０６の平均流量係数で、冷媒Ｒ１１及びＲ３６５ｍｆｃに関して、記載される適用例に関する種々の吸入容量Ｖｉの場合に、インペラ直径ｄ２について以下のインペラ直径ｄ２：
【００５５】
【数１９】
2005501215.tif 000022
が得られる。
【００５６】
インペラの強度の検査のために、インペラ吸入口でのマッハ数ＭＡ１の調節が用いられる。ＭＡ１は０．９より大きくないはずである。インペラ吸入口でのマッハ数は圧力比ｐ２／ｐ１及び等エントロピー指数χから計算される：
【００５７】
【数２０】
2005501215.tif 000023
【００５８】
種々の冷媒について０．５の直径比ｄ１／ｄ２及び３０゜の吸入角β１において方程式１２によって以下のマッハ数：
【００５９】
【数２１】
2005501215.tif 000024
が得られる。
【００６０】
インペラの強度は従って挙げられた例及び種々の冷媒について保証されている。圧縮機の回転数は方程式１３：
【００６１】
【数２２】
2005501215.tif 000025
で計算される。
【００６２】
冷媒Ｒ１１及びＲ３６５ｍｆｃに関して方程式１３で以下の回転数：
【００６３】
【数２３】
2005501215.tif 000026
が得られる。
【００６４】
Ｒ３６５ｍｆｃは既存のＲ１１系において以下の簡略化された前提条件下で使用される：
−  回転数の増大
−  又は段数の増大
−  又はより大きなインペラの構築。
【００６５】
後者の両方の点は規定の構造に基づいてこの場合に該当しないので、同様の０．５１ｍのインペラ直径で回転数増加だけによって圧縮機の出力を高めることができる。方程式１３によれば、Ｒ３６５ｍｆｃに置き換えられたＲ１１ターボ圧縮機の回転数を規定する。この場合に回転数を５０９６分−１にまで高めなければならない。これは従来のＲ１１系と比較して４％の回転数増加に相当する。
【国際公開パンフレット】
2005501215.tif 000027
2005501215.tif 000028
2005501215.tif 000029
2005501215.tif 000030
2005501215.tif 000031
2005501215.tif 000032
2005501215.tif 000033
2005501215.tif 000034
2005501215.tif 000035
2005501215.tif 000036
2005501215.tif 000037
【国際調査報告】
2005501215.tif 000038
2005501215.tif 000039
2005501215.tif 000040
2005501215.tif 000041