炭化水素の効率に挑戦する冷媒ブレンド

スペイン: 研究者らは、小型冷凍システムにおいて純粋な炭化水素に代わるより効率的な代替手段となる可能性のある多数の混合冷媒を特定しました。

イソブタン (R600a) は家庭用冷蔵庫/冷凍庫の主要な冷媒として R134a に代わって使用され、プロパン (R290) はスタンドアロンの業務用冷凍機器の好ましい環境オプションとして広く採用されています。 これは、F ガス規制 (517/2014) により、小容量冷凍システムでの GWP が 150 を超える冷媒の使用を禁止しているヨーロッパで特に当てはまります。

炭化水素冷媒は、GWP が非常に低いことに加えて、エネルギー効率が高いことで知られています。 これらのガスはすべての環境法の要件を満たしているため、これまで冷媒の性能を改善するための努力はほとんど行われていなかったようです。 これは、世界中で 15 億台以上の炭化水素系冷蔵庫が世界の電力消費量の約 2.6% を占めると推定される数字にもかかわらずです。

バレンシアのジャウメ 1 世大学機械工学・建設学部の熱工学グループの科学者は、理論的には R600a と R290 によりエネルギー効率の高い選択肢を提供できる少数の混合冷媒を特定しました。

研究グループは、110,880 の冷媒ブレンドを冷凍目的で R600a および R290 に対して熱力学的に評価しました。

ブレンドに考慮された冷媒は、R290 (プロパン)、R600a (イソブタン)、R600 (ブタン)、R1270 (プロピレン)、R152a、R32、R1234yf、R1234ze(E)、R1233zd、および R744 (CO2) でした。 最大 3 つの成分を含むブレンドのみが考慮されました。 あらゆる潜在的な混合物の最大 GWP は 150 に設定され、蒸発器内で許容される最大有効滑空は 10K でした。

これらの中から、R600a および R290 と比較して、理論上の COP 増加が 0 ～ 15%、体積冷却能力の変動が -30 ～ 30% であるブレンドのみが選択されました。 最後に、残りの混合物は、各成分の質量分率の変動を 0.5% にして再度最適化されました。

R1234yf/R600a および R1270/R600a のブレンドは、R600a と比較して、それぞれ 0.3% ～ 0.6%、および 0.1% ～ 0.8% と COP がわずかに増加することがわかりました。 R1234yf/R600a ブレンドでは 5.9% ～ 6.4%、R1270/R600a 混合物では 6.3% ～ 11.2% という VCC のわずかな増加が認められました。

R1270/R600、R152a/R600、R1234zeE/R600、および R290/R600 のブレンドは、1.7% ～ 5.3%、3.3% ～ 7.6%、2.5% ～ 4.4%、2% ～ 4.5%、1.6% ～ 8.6 の COP の増加を達成しました。しかし、VCC は 28% も大幅に減少しました。

R290 の可能な代替品のうち、少量の R744 と R290、R1234yf、R152a または R1234ze(E) で形成されたブレンドは、3.4% ～ 11.6% のより高い COP を達成しました。 ただし、VCC はブレンド間で大きく異なりました。 また、R32 と R290 のブレンドも特定され、COP と VCC がそれぞれ 0.8% ～ 2.3%、8.8% ～ 13% 上昇しました。

研究者らは、小規模システムでは純粋な炭化水素と比較して COP をわずかに向上させる可能性のある混合冷媒が存在することは明らかだと主張しています。 ただし、特定されたブレンドの実際の可能性を確認するには実験による検証が必要であることを彼らは受け入れています。

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