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Trocknungspatrone
Die Trockenhaltung der Kältemittel, die in Kältemaschinen als Arbeitsmittel verwendet werden, insbesondere der Fluorchlorkohlenwasserstoffe, ist für den Dauerbetrieb der Kältemaschinen von entschei- dender Bedeutung. Die Feuchtigkeit kann im Kühlmittelkreislauf ernstliche Störungen verursachen, sei es durch Verstopfung des Expansionsventils, sei es durch Hydrolyse der Kältemittel unter Bildung korrosiv wirkender Säuren.
Als Trockenmittel für den Einbau in den Kältemittelkreislauf werden neben Kalziumsulfat und aktivem Aluminiumoxyd vor allem Kieselsäuregele verwendet. Die Trockenmittel kommen in möglichst fester und körniger Form zur Anwendung, jedoch sind ein gewisser Abrieb und Staub nie ganz zu ver- meiden, wenn die Trockenmittel im Kühlaggregat der strömenden Kalteflüssigkeit und den mecha- nischen Erschütterungen ausgesetzt sind. Dieser Abrieb gelangt zum Teil in das Kühlmittel und beeinträchtigt dessen Wirksamkeit. Ausserdem kann er zu Verstopfungen in Ventilen und andern Verengungen führen.
Die Trockenmittel werden daher meistens mit Hilfe geeigneter Bindemittel zu grösseren Formkörpern verbunden, die als Ganzes in ein geeignetes Durchlaufgefäss in den Kältemittelkreislauf eingebaut werden. Selbst bei Kieselsäuregel und auch bei den derzeit meistens eingesetzten Kieselsäuregelperlen lassen sich Staub und Abrieb trotz ihrer grossen Härte nicht ganz vermeiden, so dass man dazu übergeht, auch Kieselsäuregel geringer Korngrösse mit einem geeigneten Bindemittel zu Formkörpern zu binden.
Man bekommt auf diese Weise durch Verwendung kleiner Kieselsäuregelkörner von etwa 1 mm recht kompakte Trocknungspatronen von relativ kleinen Abmessungen, die ausserdem in verhältnismässig einfacher Weise eingebaut werden können : sie besitzen darüber hinaus den Vorteil, dass kein feiner Staub und Abrieb mehr entstehen.
Das Bindemittel für die Herstellung einer solchen Trocknungspatrone muss neben guter Bindefestigkeit für das Trockenmittel noch folgende Bedingungen erfüllen :
1. Die Wasseraufnahmekapazität des Trockenmittels darf durch das Bindemittel nicht herabgesetzt werden, damit eine hohe Betriebssicherheit der Kälteanlage gewährleistet wird.
2. Das Bindemittel muss gegen Quellung oder Lösung durch das Kältemittel beständig sein.
3. Die Durchlässigkeit für das flüssige Kältemittel muss gegeben sein, d. h. der Strömungswiderstand soll möglichst niedrig bleiben.
Es wurde nun gefunden, dass diese Forderungen in bisher nicht erreichbarem Ausmass erfüllt werden, wenn als Bindemittel für das Trockenmittel ein Äthoxylinharz verwendet wird. Auf 100 g Trokkenmittel werden im allgemeinen nur etwa 0, 3 bis 5 g Bindemittel benötigt, um eine hervorragende Bindefestigkeit, gute Durchlässigkeit und Trocknungskapazität zu erhalten. Ausserdem wird das Äthoxylinharz nicht von den Kältemitteln angegriffen. Da es gegenüber den verschiedensten organischen Flüssigkeiten beständig ist, können solche Patronen auch für andere Trocknungszwecke eingesetzt werden.
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Es wurden schon verschiedene Bindemittel zur Herstellung von Formkörpern aus Trockenmitteln vorgeschlagen, die jedoch keine befriedigenden Resultate ergaben. Beispielsweise sind bei thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyvinylchlorid oder Polyäthylen, grosse Gewichtsanteile erforderlich, um eine einigermassen befriedigende Festigkeit zu erreichen. Auch andere Polymerisate, wie Polyvinyl-
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und Harnstoff-Lackkunstharzen. Lediglich mit Polyvinylbutyral wurden bezüglich Festigkeit und Durch- lässigkeit etwas bessere Ergebnisse erreicht, jedoch quillt das Polyvinylbutyral in den Fluorchlorkoh- lenwasserstoffen. Bei allen eben genannten Bindern wird zudem die Kapazität des Trockenmittels ver- ringert.
Ausserdem ist in der deutschen Patentschrift Nr. 820133 ein Trockenmittel für Kältemaschinen be- schrieben, das aus Kalziumsulfat oder auch Kalk oder andern Erdalkalioxyden und Zelluloseacetat oder andern Zellulosederivaten als Bindemittel besteht und das in jede gewünschte Form, wie Stangen, Waf- fein oder Kugeln, gebracht werden kann. Dass die mechanische Festigkeit solcher Trockenmittelform- körper nicht ausreichend ist, ergibt sich, schon daraus, dass in der zu der deutschen Patentschrift Nr. 820133 gehörigen Zusatzpatentschrift Nr. 846844 zur Erhöhung der Bruchsicherheit vorgeschlagen wird, das
Trockenmittel in einer gehäuseartigen UmhüJ1ung unterzubringen. Überdies hat Zelluloseacetat den
Nachteil, bei der Aktivierung des Trockenmittels durch Erhitzen zu verkohlen.
Dadurch werden die
Poren des Trockenmittels verstopft, welches demzufolge an Wirksamkeit verliert. Wenn dieser Nachteil vermieden werden soll, ist es erforderlich, das Trockenmittel vor seiner Verwendung bis zu 400/0 mit
Wasser zu sättigen, das dann durch einen längeren Trocknungsprozess bei erhöhter Temperatur nach
Fertigstellung des Formkörpers wieder entfernt werden muss. Ausserdem ist zur Herstellung des Form- körpers ein höherer Druck von etwa 80 at erforderlich. Die eben genannten Nachteile gelten auch für
Polyamide wie z. B. Nylon.
Die geschilderten Nachteile treten dagegen bei der Verwendung von Äthoxylinharz als Bindemittel nicht auf. Äthoxylinharze haben den grossen Vorteil, dass beim Härten keine Volumenkontraktion erfolgt, so dass die unter Verwendung von Äthoxylinharzen hergestellten Formkörper völlig spannungsfrei härten und daher auch nicht reissen. Die Formkörper füllen nach der Härtung die Form voll aus, sie sind formstabil und besitzen eine hohe Festigkeit. Die mit Äthoxylinharzen hergestellten Trocknungspatronen besitzen folgende Vorteile :
1. Schon die Beimischung sehr geringer Mengen des Bindemittels ergibt Formlinge von hoher Festigkeit. Auf 100 g Trockenmittel werden in der Regel nur etwa 0, 3 bis 5 g Äthoxylinharz benötigt.
Eine Stütze des Formkörpers durch eine gehäuseartige Umhüllung, z. B. durch ein Drahtnetz, wie es in der deutschen Patentschrift Nr. 846844 beschrieben ist, ist nicht erforderlich.
2. Wegen der hohen Bindekraft des Bindemittels können auch perlförmige Trockenmittel, so wie sie bei der Fabrikation anfallen, eingesetzt werden, ohne dass sie zuvor auf feine Korngrössen zermahlen werden müssten. Insbesondere können auch perlförmige Trockenmittel mit Korngrössen von mehr als 1, 5 mm eingesetzt werden. Die so hergestellten Formkörper haben einen Strömungswiderstand, der nicht wesentlich grösser ist als der des reinen Trockenmittels.
3. Durch das Bindemittel wird die Wasseraufnahmekapazität des Trockenmittels nicht verringert.
4. Die Trocknungspatrone ist gegen Kältemittel, insbesondere gegen Fluorkohlenwasserstoffe, beständig.
5. Bei der Herstellung der Formkörper kann auf die Verwendung von Lösungsmitteln verzichtet werden. Daher kann die Härtung in einem Arbeitsgang erfolgen, und es braucht dabei insbesondere kein Vakuum angewendet werden, wodurch die Herstellung vereinfacht und verbilligt wird.
6. Zur Reaktivierung können die mit Wasserdampf gesättigten Patronen auf Temperaturen bis 1600C erhitzt werden, ohne dass eine Verkohlung des Bindemittels eintritt.
Als Trockenmittel können die üblichen adsorptiven Trockenmittel, wie z. B. Kieselsäuregel, Aluminiumoxyd, Alumosilikate, Siliciumoxyd-Magnesiumoxyd-Gele oder Molekularsiebe, in Perlform und/oder gekörnt, eingesetzt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Formkörper wird, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, an folgendem Beispiel erläutert : Beispiel ; 100 g eines handelsüblichen perlförmigen Kieselsäuregels mit einem Durchmesser iron 2 bis 6 mm werden mit 4 g eines handelsüblichen Äthoxylinharzes innig gemischt und in eine Metallform eingefüllt. Danach wird der Formkörper 2 h bei 100 bis 1200C ohne Druck gehärtet.
Die so hergestellten Formkörper besitzen bei guter Wasseraufnahmekapazität eine gute Durchlässigkeit und mechanische Festigkeit. Sie werden auch von Fluorchlorkohlenwasserstoff nicht angelöst.
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Die Wasseraufnahmekapazität des Formkörpers wurde durch Befeuchten mit Luft von verschiedener relativer Feuchtigkeit bei einer Temperatur von 250C geprüft und mit der des reinen Trockenmittels verglichen. Die Kapazität des Trockenmittels wurde dabei nur unwesentlich vermindert.
Wasserdampfadsorption bei 250C im Gleichgewicht :
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<tb>
<tb> relative <SEP> Feuchtigkeit <SEP> Formkörper <SEP> reines <SEP> Trockenmittel
<tb> 100/0 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> Gew.- <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> Gew.- <SEP>
<tb> 20% <SEP> 9,5 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> 9,9 <SEP> Gew.-%
<tb> 60% <SEP> 31,4 <SEP> Gew.-% <SEP> 33,1 <SEP> Gew.-%
<tb> 80% <SEP> 34,6 <SEP> Gew.-% <SEP> 36,6 <SEP> Gew.-%
<tb>
Zur Messung des Strömungswiderstandes der Trocknungspatrone wird diese in einen Zylinder eingebracht, dessen unterer Boden mit einem Gaseinleitungsrohr versehen ist und der oben mit einem durchbohrten Stopfen verschlossen wird. Durch den Stopfen ist ein Rohr durchgeführt, das an einen Strömungsmesser angeschlossen ist. Damit zwischen Trocknungspatrone und Zylinderwand kein Luftraum auftritt, wird die Trocknungspatrone mit einer Dichtung versehen.
Von unten wird ein Gas, z. B. Luft oder Stickstoff, in den Zylinder eingeleitet und eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt.
Das Gaseinleitungsrohr ist mit einem Manometer verbunden, an dem der Druck, der durch den Formkörper erzeugt wird, abgelesen werden kann.
Zur Messung des Strömungswiderstandes des Trockenmittels allein wird dieses in einen Drahtkorb, der das gleiche Volumen hat wie der Formkörper, in den Zylinder eingebracht.
Dabei wurden folgende Werte gemessen :
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<tb>
<tb> Strömungs- <SEP> Strömungs- <SEP>
<tb> geschwindigkeit <SEP> widerstand
<tb> Trocknungspatrone <SEP> 140 <SEP> l/h <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> WS <SEP>
<tb> gemäss <SEP> Erfindung <SEP> 100 <SEP> l/h <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> mm <SEP> WS
<tb> Trockenmittel <SEP> allein <SEP> 140 <SEP> 1/h <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> WS
<tb> 100 <SEP> g <SEP> Kieselsäuregelperlen, <SEP> Durchmesser <SEP>
<tb> 2 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> mm <SEP> 100 <SEP> l/h <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> mm <SEP> WS
<tb>
Zur Prüfung der Dauerstandsfestigkeit wurde die Trocknungspatrone 6 Wochen in Monofluortrichlormethan von 200C gelegt. Es zeigten sich keinerlei Quellungserscheinungen; ihre Eigenschaften waren nicht verändert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Trocknungspatrone aus einem festen adsorptiven Trockenmittel, wie Kieselsäuregel, Molekularsiebe und/oder aktives Aluminiumoxyd, in Perlform und/oder gekörnt, und einem organischen Kunst-
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ein Äthoxylinharz enthält.