Fundamental Equations of State for Strongly Associated Fluids Based on a Generalized Hydrogen-bonding Model: Application to ISO International Standard Formulations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04338
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Kyushu Sangyo University
• Principal Investigator: Akasaka Ryo 九州産業大学, 理工学部, 教授 (60369121)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 粥川 洋平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50371034) ; 東 之弘 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (90183095)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 状態方程式 / 水素結合 / 飽和蒸気圧 / 密度 / 冷媒

Outline of Final Research Achievements

This work developed a "generalized hydrogen-bonding model" to express the contribution of the hydrogen-bonding effect to overall intermolecular forces in strongly associated fluids. The model is represented with the Helmholtz free energy and makes it possible to formulate reference equations of state in a short term. The model parameters are determined from accurate experimental data for the critical point, vapor pressure, liquid density, and vapor-phase sound speed. The model is readily applied to various associated fluids because it stands from the macroscopic view. Reference equations of state have been developed employing the generalized hydrogen-bonding model for five low-GWP refrigerants, in which two equations have been selected as international standard formulations of ISO 17584 (Refrigerant properties).

Free Research Field

冷凍空調工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一般化水素結合モデルは分子構造による違いを意識すること無く，精密測定が可能な熱物性値と巨視的な熱力学的状態曲面の妥当性に基づいた最適化手法によって状態方程式の開発を可能にする．このような手法は過去の状態方程式開発には無かった新たな視点であり，その独創性や学術的意義は大きい．また，実際に一般化水素結合モデルを用いて開発された低GWP冷媒の実用状態方程式は，次世代の冷凍空調機器開発の基盤情報としてすでに多方面で利用されており，一部は国際標準式に認定されている．したがって，地球温暖化抑制に対して本研究課題の研究成果が果たした社会的意義も大きいと言える．