Dimethylether와 비가연성냉매 혼합물의 폭발농도한계 측정연구

Abstract

Dimethlyether (DME, CH3OCH3)는 상압에서 끓는점이 -25.1℃로 연료나 냉매로 사용이 가능한 친환경 물질이지만 가연성이여서 폭발위험성을 가지고 있다. 따라서 DME에 chlorodifluoromethane (R22, CHClF₂)와 trifluoromethane (R23, CHF₃)와 같은 폭발방지효과를 갖는 비가연성냉매를 혼합하면 폭발범위가 좁아져 폭발위험성을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 DME와 R22 혼합물과 DME와 R23혼합물의 폭발한계를 실험적으로 측정하는 연구를 수행하였으며, 측정장치로 표준규격인 ASTM (America Standard Test Method) E281-98장치를 일부 수정하여 사용하였다. 폭파조가 금속재질인 원통형태로 외부 공기와 가스가 폭파조 내부로 유입되는 것을 막았으며 MFC (Mass Flow Meter)를 이용하여 ASTM E281-98 장치보다 가스혼합비율의 정밀성을 높였다.이 장치에서 측정한 순수 DME의 폭발한계값은 문헌치와 유사하여 새로 제작한 측정장치의 신뢰성을 확인하였다. 측정장치의 특징으로는 폭파조와 혼합방식을 들 수 있다. DME와 R22, R23 혼합물의 폭발범위는 각각의 비가연성냉매인 R22와 R23의 농도가 커질수록 좁아졌으며 DME를 비폭발성으로 만들어 줄 수 있는 R22와 R23의 혼합농도는 각각 16.9%와 17.7%로 측정되었으며 이 농도를 최소불활성농도라 부른다. 그리고 이 최소불활성농도 지점을 이용하여 기울기 값을 구할 수 있고 이 값이 DME의 폭발성을 억제하는 기울기 값으로 R22는 0.250, R23은 0.282로 나타났다. 이 기울기 값을 DMD/R22, DME/R23의 비율로 계산하면 각각 0.20 : 0.80과 0.22 : 0.78로 된다. 이 비율 값에 R22와 R23의 분자량을 계산하면 DMD/R22, DME/R23의 비폭발 혼합비율은 각각 11.8 : 88.2, 15.7 : 84.3로 되었다.; The explosion of dimethyl ether (DME, CH3OCH3, boiling point at 1 atm:-25.1℃) has been obstacles for the successful application of DME as a refrigerant. When DME is mixed with chlorodifluoromethane (R22, CHClF₂) and trifluoromethane (R23, CHF₃), the range of its explosion limit is narrower. In this study, we measured the explosion limit of DME/chorodifluoromethane(R22) mixtures and DME/difluoromethane(R23) mixtures in a new design of explosion vessel which was similar with ASTM E281-98 apparatus design except in the explosion vessel material and gas mixture procedure. The explosion vessel was made using ss316 which was leak-tight and provide conditions well. It has high accuracy in gas mixture composition since the flow rate of each gas and concentrations were adjusted using the MFC calibrated by wet gas meter. The usability of this apparatus was confirmed by pure DME explosion limit experiments. It showed that the pure DME explosion limit has similarity with other literatures result. The experiments of flammability limit were conducted with the variation of each concentration of DME, DME/R22, and DME/R23 mixtures with air. The result of this study showed that the minimum inerting concentration of DME/R222, DME/R23 mixtures was 16.9% (R22), 17.7% (R23) and the maximum molar ratio of DME mixtures to suppressant was 0.250 (R22), 0.282 (R23). DME/R22, DME/R23 weight ratio was 11.8:88.2 and 15.7:84.3 using the maximum molar ratio of DME mixtures to suppressant.