(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニアを５〜１０重量％、プロパンを９５〜９０重量％の比率で混合して熱交換器での温度すべりによる伝熱性能の低下を抑えたことを特徴とする冷媒用ガス。
【請求項２】
アンモニアを８重量％、プロパンを９２重量％の比率で混合し共沸冷媒としたことを特徴とする請求項１記載の冷媒用ガス。
【請求項３】
冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニアを１５〜２５重量％、イソブタンを８５〜７５重量％の比率で混合して熱交換器での温度すべりによる伝熱性能の低下を抑えたことを特徴とする冷媒用ガス。
【請求項４】
アンモニアを２０重量％、イソブタンを８０重量％の比率で混合し共沸冷媒としたことを特徴とする請求項３記載の冷媒用ガス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機や冷凍機等に使用される冷媒ガスに関するものであり、特にアンモニア（Ｒ７１７）とプロパン（Ｒ２９０）またはイソブタン（Ｒ６００ａ）とを混合した冷媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空調機や冷凍機などに用いられている冷媒として、フロン冷媒（以下Ｒ＊＊と記す）と呼ばれるメタンまたはエタンから誘導されたハロゲン化炭化水素が一般的に用いられている。特に空調機などにおいては、その性能の良さや取扱いやすさなどから塩素原子を含むＲ２２と呼ばれているフロン冷媒が数多く用いられている。
【０００３】
しかし、地上においては極めて安定なＲ２２などのフロン冷媒は、成層圏まで拡散した後、太陽の紫外線によって分解し、塩素原子を生成、放出する。そして、この塩素原子は、成層圏のオゾンと反応してオゾン層を破壊し、その結果、地上に届く紫外線の増加をもたらし、皮膚ガンの発生数の増加などの悪影響を及ぼすことが報告されている。
【０００４】
このようなオゾン層破壊物質に対しては、モントリオール議定書によって、地球環境を守る意味から、その使用量及び生産量の規制が決定され、２０２０年には実質全廃していく動きにある。
【０００５】
これに対し、オゾン層を破壊しない冷媒として、塩素原子を含まないフッ化炭化水素類の代替冷媒が提案されており、Ｒ１３４ａやＲ４０７ＣやＲ４１０Ａと呼ばれている冷媒がＲ２２に代わるものとして市場に登場して来ている。特に、Ｒ４０７Ｃは従来のＲ２２と物性が類似しており、圧力や能力の点においても機器を大きく設計変更しなくても良いことなどが知られており、Ｒ１３４ａはＲ１２と類似の特性を持つ代替冷媒として冷蔵庫やカーエアコンを中心に普及している。
【０００６】
一方、地球環境にとって、もう一つの課題である地球温暖化に対しては、これらの代替冷媒でも不十分であるとされている。すなわち、地球温暖化の一つの指標として表されるＧＷＰ（地球温暖化係数）は炭酸ガスのそれを１とした場合、たとえばＲ４０７Ｃは約１５００と非常に高いため、大気放出に対する地球温暖化の影響が大きいと言われており、１９９７年のＣＯＰ３京都会議においてはＨＦＣを含む地球温暖化ガスの排出量削減が合意されており、その使用についても将来的に保証されているものではない。
【０００７】
これらの各冷媒の持つ課題に対し、プロパンやイソブタンなどの炭化水素（ＨＣ）を冷媒として使用する機器も考案されており、これらを冷媒として使用することにより、オゾン層の破壊は全くなく、また、地球温暖化係数も約３程度と、従来の冷媒と比較して非常に小さい機器を実現することができるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなプロパンやイソブタンなどの炭化水素（ＨＣ）は、爆発可燃性を有することが知られており、両者とも空気中で約２から１０％の濃度範囲において爆発を引き起こすおそれがある。
【０００９】
また、Ｒ２２の代替冷媒としてプロパン単独を使用する場合には、その冷凍能力がＲ２２と比較して１５〜２０％小さく、そのため圧縮機の気筒容積をプロパン用に最適化する必要があり、また、同じくＲ１３４ａの代替冷媒としてイソブタン単独を使用する場合には、その冷凍能力がＲ１３４ａと比較して６０〜７０％と非常に小さく、圧縮機の大幅な設計変更を必要としていた。
【００１０】
また、これらの冷媒ガスが機器外部に漏れた場合にも、ガス自信は無臭であるため、漏れに気づかない場合が多く、着火源があった場合に非常に危険である。そのため、安全保護策として漏れ検出装置などの設置なども考案されているが、それによるコストアップが避けられない状況にあった。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、冷媒としてプロパンまたはイソブタンとアンモニアとを一定の割合で混合し、従来のプロパン単体やイソブタン単体と比較して機器の効率が高く、しかも機器外へ冷媒が漏れた場合にもより安全な冷媒を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、冷媒用ガスとして、アンモニア（Ｒ７１７）を５〜１０重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９５〜９０重量％の比率で混合、もしくは、アンモニア（Ｒ７１７）を１５〜２５重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８５〜７５重量％の比率で混合するのである。
【００１３】
これにより、従来のプロパン単体やイソブタン単体と比較して機器の効率が高く、しかも機器外へ冷媒が漏れた場合にもより安全な冷媒を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニア（Ｒ７１７）を５〜１０重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９５〜９０重量％の比率で混合して熱交換器での温度すべりによる伝熱性能の低下を抑えたものであり、アンモニアの優れたサイクル特性により、プロパン単体のもつ冷凍サイクルの理論能力および理論効率と比較し、数％の向上が実現できることが可能であり、Ｒ２２やＲ４０７Ｃと同等の能力が得られるので、圧縮機の気筒容積など従来の機器からの設計変更をする必要がない。
【００１５】
また、万一、冷媒が機器の外部に漏れた場合にも、アンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができる。
【００１６】
また、アンモニアは爆発性が低いため、爆発の危険性を軽減できる。
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もプロパンと混合冷媒することにより大きく緩和される。
【００１７】
また、本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、アンモニア（Ｒ７１７）を８重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９２重量％の比率で混合し共沸冷媒としたものであり、この比率で混合したものは、共沸冷媒となることが確認されており、伝熱性能の低下なども起こることがなく、実際の機器においても理論効率通りの向上が期待できる。
【００１８】
また、共沸冷媒を成しているため、たとえ多量に漏れた場合にも、爆発の危険性を軽減できる。
【００１９】
本発明の請求項３記載の発明は、冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニア（Ｒ７１７）を１５〜２５重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８５〜７５重量％の比率で混合して熱交換器での温度すべりによる伝熱性能の低下を抑えたものであり、アンモニアの優れたサイクル特性により、イソブタン単体のもつ冷凍サイクルの理論能力および理論効率と比較し、数％の向上が実現できることが可能であり、Ｒ１３４ａと同等の能力が得られるので、圧縮機の気筒容積など従来の機器からの設計変更をする必要がない。
【００２０】
また、万一、冷媒が機器の外部にわずかな量が漏れた場合にも、アンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができる。
【００２１】
また、アンモニアは爆発性が低いため、爆発の危険性を軽減できる。
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もプロパンと混合冷媒することにより大きく緩和される。
【００２２】
また、本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、アンモニア（Ｒ７１７）を２０重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８０重量％の比率で混合し共沸冷媒としたものであり、この比率で混合したものは、共沸冷媒となることが確認されており、伝熱性能の低下なども起こることがなく、実際の機器においても理論効率通りの向上が期待できる。
【００２３】
また、共沸冷媒を成しているため、たとえ多量に漏れた場合にも、爆発の危険性を軽減できる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
（表１）にアンモニア（Ｒ７１７）を８重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９２重量％の比率で混合した共沸の冷媒ガス（表中には冷媒Ａと記す）を用いて空調機を回転数可変型の圧縮機で標準的な冷房、暖房運転した場合の冷凍サイクル特性を、Ｒ２２を基準（１００）とした場合について示す。
【００２５】
【表１】
0004238383.tif 000002
【００２６】
なお、ここでは各冷媒で同一能力となるように圧縮機回転数を調整している。また、アンモニアは鉱油やアルキルベンゼン、オレフィン油との溶解性は低い。しかし、本検討では冷凍機油としてプロパンと溶解性の高い鉱油を使用した。また、冷凍機油の油分粘度が下がりすぎる場合にはエステル油やグリコール油を用いても良いし、さらにこれら油を必要に応じて混合して使用することもできる。
【００２７】
（表１）からも明らかなように、アンモニア（Ｒ７１７）を８重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９２重量％の比率で混合した冷媒Ａのサイクル特性は、冷房運転、暖房運転時ともにＣＯＰがＲ２２およびプロパン単体を上回ることが確認できた。
【００２８】
特に、この混合組成は共沸冷媒となっていることにより、非共沸性に伴う熱交換器での温度すべりを発生することもなく、また、伝熱性能の低下なども起こることがないため、実際の機器においても、理論効率通りの向上ができたものである。
【００２９】
また、等能力を発生するための圧縮機回転数は、プロパン単体と比較して、よりＲ２２に近くすることが可能であり、圧縮機の気筒容積など従来のＲ２２機器からの設計変更をする必要がない利点がある。
【００３０】
一方、アンモニア（Ｒ７１７）を８重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９２重量％の比率で混合した冷媒Ａの爆発の危険性については、アンモニアには爆発性が低く、空気中の可燃の範囲が約１６から２５％と高濃度であり、プロパンとの共沸冷媒を成しているため、爆発可燃性の範囲が高濃度側にシフトし、たとえ多量に漏れた場合にも、爆発の危険性を非常に小さくすることができる可能性がある。
【００３１】
（表２）にプロパン単体と冷媒Ａとの爆発比較実験を行った結果を示す。
【００３２】
【表２】
0004238383.tif 000003
【００３３】
以下に実験条件を示す。
容器は、内寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍのアクリル樹脂板からなり、上部蓋以外は固定して有る。外気温は摂氏２０度であった。また内部には小型の密閉式のファンを入れ、着火直前まで冷媒と空気とを攪拌した。着火源は、スパーク電圧が１０ｋＶのイグナイターを使用し、１秒間通電する。なお、着火しない場合は５秒おいて再度通電を行った。これを３回繰り返して爆発燃焼を観察した。
【００３４】
空気とプロパンの混合比は、爆発燃焼が最大となる化学量論的組成比に近い９２：８とし、アンモニアを加えた冷媒でも混合比は同じとした。
【００３５】
（表２）からも明らかなように、アンモニアとプロパンの共沸冷媒は燃焼は起こるものの、爆発の危険性がプロパンと比較して少ないことが明らかになった。
【００３６】
さらに、また、冷媒Ａが機器の外部にわずかな量が漏れた場合にも、そこに含まれるアンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができるものである。
【００３７】
さらにまた、アンモニアはＧＷＰが１と二酸化炭素と同様でありプロパン（ＧＷＰ＝３）よりもさらにＧＷＰを低くでき、万一、大気中に放出された場合にも地球温暖化への影響を小さくすることができる利点もある。
【００３８】
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もプロパンとの共沸混合冷媒とすることにより大きく緩和されるものである。
【００３９】
（実施例２）
（表３）にアンモニア（Ｒ７１７）を２０重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８０重量％の比率で混合した共沸の冷媒ガス（表中には冷媒Ｂと記す）を用いて冷凍機を回転数可変型の圧縮機で標準的な冷凍運転をした場合（蒸発温度約ー３０゜C）の冷凍サイクル特性を、Ｒ１３４ａを基準（１００）とした場合について示す。なお、ここでは各冷媒で同一能力となるように圧縮機回転数を調整している。
【００４０】
【表３】
0004238383.tif 000004
【００４１】
（表３）からも明らかなように、アンモニア（Ｒ７１７）を２０重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８０重量％の比率で混合した冷媒Ｂのサイクル特性は、冷凍運転時にＣＯＰがＲ１３４ａおよびイソブタン単体を上回ることが確認できた。
【００４２】
特に、この混合組成は共沸冷媒となっていることにより、非共沸性に伴う熱交換器での温度すべりを発生することもなく、また、伝熱性能の低下なども起こることがないため、実際の機器においても理論効率通りの向上ができたものである。
【００４３】
また、等能力を発生するための圧縮機回転数は、イソブタン単体ではＲ１３４ａ比で約１７０％とする必要があるのに対し、蒸発潜熱の大きい高能力なアンモニアを混合した冷媒Ｂでは約１１０％となり、ほぼＲ１３４ａと同様の圧縮機を用いることができ、Ｒ１３４ａの従来機器から大きく設計変更しなくても良い利点がある。
【００４４】
一方、アンモニアを２０重量％、イソブタンを８０重量％の比率で混合した冷媒Ｂの爆発の危険性については、アンモニアには爆発性がなく、空気中の可燃の範囲が約１６から２５％と高濃度であり、また、イソブタンとの共沸冷媒を成しているため、爆発可燃性の範囲が高濃度側にシフトし、たとえ多量に漏れた場合にも、爆発の危険性を非常に小さくすることができる可能性がある。
【００４５】
（表４）にイソブタン単体と冷媒Ｂとの可燃性比較実験を行った結果を示す。
【００４６】
【表４】
0004238383.tif 000005
【００４７】
以下に実験条件を示す。
容器は、内寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍのアクリル樹脂板からなり、上部蓋以外は固定して有る。外気温は摂氏２０度であった。また内部には小型の密閉式のファンを入れ、着火直前まで冷媒と空気とを攪拌した。着火源は、スパーク電圧が１０ｋＶのイグナイターを使用し、１秒間通電する。なお、着火しない場合は５秒おいて再度通電を行った。これを３回繰り返して爆発燃焼を観察した。
【００４８】
空気とイソブタンの混合比は、爆発燃焼が最大となる化学量論的組成比に近い９４：６とし、アンモニアを加えた冷媒でも混合比は同じとした。
【００４９】
（表４）からも明らかなように、アンモニアとイソブタンの共沸冷媒は燃焼は起こるものの、爆発の危険性がイソブタンと比較して少ないことが明らかになった。
【００５０】
さらに、また、万一、冷媒が機器の外部にわずかな量が漏れた場合にも、アンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができるものである。
【００５１】
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もイソブタンと共沸混合冷媒とすることにより大きく緩和されるものである。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および２に記載の発明は、冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニア（Ｒ７１７）を５〜１０重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９５〜９０重量％の比率で混合してなることを特徴とする冷媒用ガスであり、特にアンモニア（Ｒ７１７）を８重量％、プロパン（Ｒ２９０）を９２重量％の比率で混合することにより、共沸冷媒と成し得たものである。
【００５３】
これにより、プロパン単体のもつ冷凍サイクルの理論能力および理論効率と比較し、数％の向上が実現でき、Ｒ２２やＲ４０７Ｃと同等の能力が得られるので、従来の機器から大きく設計変更する必要がない。
【００５４】
また、冷媒が機器の外部に漏れた場合にも、アンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができる。
【００５５】
さらにまた、共沸冷媒とすることにより、燃焼はするものの爆発の危険性を非常に小さくすることができる効果がある。
【００５６】
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もプロパンと混合冷媒することにより大きく緩和されるものである。
【００５７】
また、本発明の請求項３および４に記載の発明は、冷凍機等に使用される冷媒用ガスであって、アンモニア（Ｒ７１７）を１５〜２５重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８５〜７５重量％の比率で混合してなることを特徴とするものであり、特に、アンモニア（Ｒ７１７）を２０重量％、イソブタン（Ｒ６００ａ）を８０重量％の比率で混合することにより、共沸冷媒と成し得たものである。
【００５８】
これにより、イソブタン単体のもつ冷凍サイクルの理論能力および理論効率と比較し、数％の向上が実現でき、Ｒ１３４ａと同等の能力が得られるので、従来の機器から大きく設計変更する必要がない。
【００５９】
また、爆発の危険性についても、アンモニアとイソブタンとの共沸冷媒を成しているため、爆発の危険性を非常に小さくすることができることを確認できた。
【００６０】
さらに、また、万一、冷媒が機器の外部にわずかな量が漏れた場合にも、アンモニアの臭気により微量であっても人間が検知することができ、大きな漏れを未然に防ぐことができる。
【００６１】
さらにまた、アンモニアの銅配管に対する腐食性もイソブタンと混合冷媒することにより大きく緩和されるなど多大な効果を発揮することができるものである。