DE10106573A1 - Condensed mixture of carbon dioxide and dinitrogen monoxide gases, useful for producing cold gas or cold sprays, useful in, e.g. cosmetic or medicinal applications - Google Patents

Condensed mixture of carbon dioxide and dinitrogen monoxide gases, useful for producing cold gas or cold sprays, useful in, e.g. cosmetic or medicinal applications

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Abstract

A mixture (I) of the gases carbon dioxide (CO2) and dinitrogen monoxide (N2O) in a condensed phase is new. Independent claims are also included for: (1) a cold spray obtained by depressurizing (I); (2) a cooling agent consisting of or containing (I); and (3) a pressurized gas container (specifically a bottle, cartridge or can) containing (I).

Description

Die Erfindung betrifft ein Stoffgemisch, ein Kältemittel und ein Kältespray, enthaltend CO2 oder N2O, und deren Verwendung für die kosmetische Kältebehandlung der Haut.The invention relates to a mixture of substances, a refrigerant and a cold spray containing CO 2 or N 2 O, and their use for the cosmetic cold treatment of the skin.

Bekannt sind Kältesprays, die im Bereich der Elektronikfertigung oder bei mobilen sportmedizinischen Anwendungen eingesetzt werden. Diese Kältesprays enthalten entweder halogenierte Kohlenwasserstoffe, deren Verwendung aus Umweltaspekten immer stärkeren Restriktionen unterworfen wird, oder sie enthalten kurzkettige Aliphaten, die wegen ihrer Entzündlichkeit nicht offen und in konzentrierter Form im häuslichen Bereich durch Privatpersonen eingesetzt werden sollten. Außerdem sind diese Kältesprays im allgemeinen gesundheitlich nicht unbedenklich und sollten nicht in die Atemwege gelangen.Cold sprays are known in the field of electronics production or in mobile sports medicine applications are used. These contain cold sprays either halogenated hydrocarbons, their use from an environmental point of view subject to ever stricter restrictions or contain short-chain ones Aliphates, which are not open due to their flammability and in a concentrated form in the domestic area should be used by private individuals. Also are these cold sprays are generally not harmless to health and should not get into the respiratory tract.

Komprimierte Gase wie CO2, N2O, SF6 liefern bei der Entspannung aus der im Druckgasbehälter unter Druck verflüssigten Flüssigphase auf Atmosphärendruck einen großen Fest- bzw. Flüssiganteil. Dieser Fest- bzw. Flüssiganteil führt beim Auftreffen auf die Hautoberfläche zu einer zu starken Abkühlung der Haut. Kälteverbrennungen können bei dieser Anwendung nicht sicher ausgeschlossen werden. Dieser Fest- bzw. Flüssiganteil kann nur mit hohem technischen Aufwand, wie zum Beispiel die Anwärmung des Druckgasbehälter-Inhaltes, reduziert werden. Reine komprimierte Gase wie CO2, N2O, SF6 sind daher für Anwendungen nicht geeignet, wo eine zu starke Unterkühlung der Kontaktfläche vermieden werden muß wie bei kosmetischen Anwendungen am Menschen.Compressed gases such as CO 2 , N 2 O, SF 6 provide a large proportion of solids or liquids when they are released from the liquid phase liquefied under pressure in the pressurized gas container to atmospheric pressure. This solid or liquid component leads to excessive cooling of the skin when it hits the surface of the skin. Cold burns cannot be excluded with this application. This solid or liquid component can only be reduced with great technical effort, such as heating the contents of the compressed gas container. Pure compressed gases such as CO 2 , N 2 O, SF 6 are therefore not suitable for applications where excessive undercooling of the contact surface must be avoided, as in cosmetic applications in humans.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur Erzeugung eines Kaltgases bereitzustellen, das zu einem reduzierten Fest- bzw. Flüssiganteil in der aus einem Druckgasbehälter entspannten Phase führt und die genannten Nachteile vermeidet.The invention has for its object a means for generating a cold gas To provide that to a reduced solid or liquid content in the one Pressurized gas container leads relaxed phase and avoids the disadvantages mentioned.

Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Stoffgemisch mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen. The task was solved by a mixture of substances with the in claim 1 described features.  

Das Stoffgemisch gemäß der Erfindung enthält Kohlendioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O), das auch als Lachgas bezeichnet wird. Für die bevorzugte Anwendung liegt das Stoffgemisch in kondensierter Phase vor. Die kondensierte Phase wird im allgemeinen durch Druckvertlüssigung der Gaskomponenten oder des Gasgemisches hergestellt. Das Stoffgemisch enthält somit die Komponenten in der Regel als druckverflüssigte Gase. In der Regel besteht das Stoffgemisch aus Kohlendioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid, vorzugsweise aus einem CO2-Anteil von 20 bis 80 Vol.-%, Rest N2O (zusammen 100 Vol.-%), besonders bevorzugt aus einem CO2-Anteil zwischen 40 und 60 Vol.-%. Die Konzentrationsangaben (Vol.-%) beziehen sich auf die Konzentrationen der Komponenten des Stoffgemisches bei Normalbedingungen (1 bar absolut, 20°C), unter diesen Bedingungen liegt das Stoffgemisch gasförmig vor.The mixture of substances according to the invention contains carbon dioxide (CO 2 ) and nitrous oxide (N 2 O), which is also referred to as laughing gas. For the preferred application, the mixture of substances is in the condensed phase. The condensed phase is generally produced by pressure-releasing the gas components or the gas mixture. The mixture of substances therefore usually contains the components as pressure-liquefied gases. As a rule, the mixture of substances consists of carbon dioxide (CO 2 ) and dinitrogen monoxide, preferably from a CO 2 content of 20 to 80% by volume, the rest N 2 O (together 100% by volume), particularly preferably from a CO 2 -Share between 40 and 60 vol .-%. The concentration data (% by volume) relate to the concentrations of the components of the substance mixture under normal conditions (1 bar absolute, 20 ° C.), under these conditions the substance mixture is in gaseous form.

Das Stoffgemisch mit kondensierter Phase enthält bei besonderen Verwendungen wie besonderen kosmetischen Anwendungen vorteilhaft ein oder mehrere Zusatzstoffe. Solche Zusatzstoffe sind beispielsweise Desodorierungsmittel (z. B. Menthol oder einen Alkohol), ein Parfümierungsmittel (z. B. ein Duftstoff oder Duftstoffkonzentrat) ein fettendes Mittel (z. B. Fettstoffe oder fettartige Stoffe wie Lanolin) oder einen Wirkstoff als Zusatzmittel enthält. Die Zusatzstoffe sind in der Regel in sehr geringer Konzentration enthalten.The substance mixture with condensed phase contains for special uses such as special cosmetic applications advantageously one or more Additives. Such additives are, for example, deodorants (e.g. Menthol or an alcohol), a perfume (e.g. a fragrance or Perfume concentrate) a greasing agent (e.g. fatty substances or fatty substances such as Lanolin) or an active ingredient as an additive. The additives are in the Usually contained in very low concentrations.

Das Stoffgemisch gelangt in der Regel als druckverflüssigte Phase in einem Druckgasbehälter zum Einsatz. Druckgasbehälter sind beispielsweise Druckgasflaschen, Druckgaspatronen (Kleinpatronen) oder Druckdosen. Solche Druckgasbehälter als Versorgungselement sind im Lebensmittelbereich eingeführt: Minipatronen mit Lachgas zum Aufschäumen von Sahne und Kleinpatronen mit CO2 zur Herstellung von Sodawasser.The mixture of substances is usually used as a pressure-liquefied phase in a compressed gas container. Pressurized gas containers are, for example, pressurized gas bottles, pressurized gas cartridges (small cartridges) or pressurized cans. Such pressurized gas containers as a supply element have been introduced in the food sector: mini cartridges with laughing gas for foaming cream and small cartridges with CO 2 for the production of soda water.

Das bevorzugte Stoffgemisch liegt als unter Druck verflüssigtes Gasgemisch vor. Der Verflüssigungsdruck bei Umgebungstemperatur und damit der Fülldruck der Druckgasbehälters liegt für 20°C bei 54 bar (für ein Mischungsverhältnis von 50 : 50, in Vol.-%, s. o.). Aus dem unter Druck verflüssigten Gasgemisch wird durch Entspannung ein Kaltgas erzeugt. Das unter Druck verflüssigte Gasgemisch dient daher vorteilhaft als Kältemittel, insbesondere zur Erzeugung eines Kältesprays. Das erzeugte Kaltgas enthält im allgemeinen einen Feststoffanteil (z. B. festes Kohlendioxid) von deutlich weniger als 29 Gew.-% (z. B. weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise kleiner gleich 10 Gew.-%) und einen Flüssigkeitsanteil (z. B. kälteverflüssigtes Lachgas) von deutlich weniger als 45 Gew.-% (z. B. weniger als 30 Gew.-%, vorzugsweise kleiner gleich 20 Gew.-%).The preferred mixture of substances is in the form of a gas mixture liquefied under pressure. The Condensing pressure at ambient temperature and thus the filling pressure of the The compressed gas tank is at 54 bar for 20 ° C (for a mixing ratio of 50:50, in vol .-%, s. O.). The gas mixture liquefied under pressure becomes Relaxation creates a cold gas. The gas mixture liquefied under pressure serves  therefore advantageous as a refrigerant, especially for producing a cold spray. The Cold gas generated generally contains a solid component (e.g. solid Carbon dioxide) of significantly less than 29% by weight (e.g. less than 20% by weight, preferably less than or equal to 10% by weight) and a liquid portion (e.g. refrigerated liquefied nitrous oxide) of significantly less than 45% by weight (e.g. less than 30% by weight, preferably less than or equal to 20% by weight).

Das Kaltgas oder der Kaltgasstrom weisen vorteilhaft eine Temperatur im Bereich von 0 bis -180°C, vorzugsweise im Bereich zwischen -10 und -80°C auf. Eine vorteilhafte Strömungsgeschwindigkeit des erzeugten Kaltgases liegt zwischen 0,1 und 10 m/sec, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 m/sec.The cold gas or the cold gas stream advantageously have a temperature in the range from 0 to -180 ° C, preferably in the range between -10 and -80 ° C. A advantageous flow rate of the cold gas generated is between 0.1 and 10 m / sec, preferably between 0.2 and 1 m / sec.

Der Restgehalt von Fest- und Flüssigphase im Kaltgas bzw. Kaltgasstrom, der beim Entspannen der kondensierten Phase des Stoffgemisches, insbesondere des druckverflüssigten Gasgemisches aus CO2 und N2O, aus einem Druckgasbehälter austritt, ist in der Regel gering und kann durch Zumischen eines Gases (z. B. Luft, ein Inertgas oder Gas der Gasphase im Druckbehälter) insbesondere eines warmen Gases (z. B. mit Umgebungstemperatur; 15 bis 25°C) weiter bis zur völligen Beseitigung reduziert werden. Die Zumischung des zusätzlichen Gases erfolgt beispielsweise am oder im Entnahmeventil des Druckbehälters. Die Zumischung läßt sich mit geringem konstruktiven Aufwand realisieren.The residual content of solid and liquid phases in the cold gas or cold gas stream, which emerges from a compressed gas container when the condensed phase of the substance mixture, in particular the pressure-liquefied gas mixture of CO 2 and N 2 O, is released, is generally low and can be caused by adding a gas (e.g. air, an inert gas or gas of the gas phase in the pressure vessel) especially a warm gas (e.g. at ambient temperature; 15 to 25 ° C) can be further reduced until it is completely eliminated. The additional gas is admixed, for example, on or in the removal valve of the pressure vessel. The admixture can be implemented with little design effort.

Bei Verwendung der Stoffgemische gemäß der Erfindung für die Kaltgaserzeugung wird überraschend festgestellt, daß der Feststoff- und Flüssiganteil des ausströmenden Kaltgases deutlich geringer ausfällt bzw. durch geeignete Ventil- und Düsenkonfigurationen mit Wärmetauscher- und Verdampferwirkung wirkungsvoller entfernt werden kann als bei Verwendung der Einzelkomponenten CO2 oder N2O.When using the substance mixtures according to the invention for the production of cold gas, it is surprisingly found that the solid and liquid portion of the outflowing cold gas turns out to be significantly lower or can be removed more effectively by suitable valve and nozzle configurations with heat exchanger and evaporator effects than when using the individual components CO 2 or N 2 O.

Die Komponenten des Stoffgemisches sind ungiftig, unbrennbar und physiologisch unbedenklich. Sie sind bereits im Medizin- und/oder Lebensmittelbereich etabliert.The components of the mixture are non-toxic, non-flammable and physiological harmless. They are already established in the medical and / or food sector.

Kältesprays mit dem beschriebenen Stoffgemisch können außerhalb der kosmetischen Anwendung auch als Alternative zu konventionellen Kältesprays (z. B. bei technischen Anwendungen) vorteilhaft eingesetzt werden, und zwar immer dort, wo die Stoffeigenschaften der konventionellen Sprays aus Sicherheits- oder Umweltaspekten unerwünscht sind.Cold sprays with the mixture of substances described can be used outside of the cosmetic application as an alternative to conventional cold sprays (e.g. in technical applications) can be used advantageously, always there,  where the material properties of conventional sprays from safety or Environmental aspects are undesirable.

BeispieleExamples Beispiel 1example 1 Herstellung des Gemisches für den stationären Kaltgas-EinsatzProduction of the mixture for stationary cold gas use

Für stationäre Kaltgas-Geräte (d. h. professioneller Einsatz bei z. B. Kosmetik-Studios) werden normale Druckgasflaschen mit dem Stoffgemisch gefüllt. Zur Füllung wird die Druckgasflasche nacheinander auf der Waage (gravimetrische Füllung ist amtlich vorgeschrieben) mit Lachgas und, in einem zweiten Durchlauf, mit Kohlendioxid teilautomatisiert gefüllt, das heißt die Waage stoppt den Vorgang, wenn das vorher eingegebene Füllgewicht erreicht ist. Das Gemisch wird wie üblich auf dem Rollbock homogenisiert. Bei Einsatz von Druckgasflaschen mit Steigrohr (sie ersparen das Auf-den-Kopf-Stellen beim Verbraucher) kann eventuell auf das Homogenisieren durch Rollen verzichtet werden. Bei höherem Bedarf an Kaltgas wird das Gemisch vorteilhaft in einem Vorratstank, der auf einer Waage steht, durch Einwiegen der benötigten Mengen bei relativ niedrigem Druck (z. B. 10 bar) angesetzt. Der Tank verfügt, wie die Standard-CO2-Tanks, über eine Kopfkühlung, die Druck und Temperatur (-39°C bei einem 50/50er-Gemisch) im Tank konstant hält. Nach dem Eindosieren wird "umgerührt", d. h. gemischt, indem Flüssigkeit an der tiefsten Stelle des Tanks so entnommen und verdampft wird, daß das entstehende Gas im Gegenstrom dazu in den Tank zurückgeleitet wird und durch die Flüssigkeitssäule perlt. Wegen der Ähnlichkeit der Stoffeigenschaften kann ein späteres Entmischen ausgeschlossen werden. Aus dem Gemischvorratstank kann wie bei den betreffenden Reingasen Lachgas und Kohlendioxid in die Druckgasflaschen verpumpt werden.For stationary cold gas devices (ie professional use in e.g. cosmetic studios) normal compressed gas cylinders are filled with the mixture of substances. For filling, the compressed gas bottle is filled one after the other on the scales (gravimetric filling is officially required) with laughing gas and, in a second pass, with carbon dioxide, i.e. the scales stop the process when the previously entered fill weight is reached. The mixture is homogenized on the trestle as usual. When using pressurized gas cylinders with a riser tube (they save the consumer having to turn them upside down), homogenization by rollers may not be necessary. If there is a higher demand for cold gas, the mixture is advantageously prepared in a storage tank, which stands on a balance, by weighing the required amounts at a relatively low pressure (e.g. 10 bar). Like the standard CO 2 tanks, the tank has head cooling, which keeps the pressure and temperature (-39 ° C for a 50/50 mixture) constant in the tank. After metering in, the mixture is “stirred”, ie mixed, in that liquid is removed from the deepest point of the tank and evaporated such that the gas which is produced is returned to the tank in counterflow and bubbles through the liquid column. Due to the similarity of the material properties, later segregation can be excluded. As with the clean gases concerned, nitrous oxide and carbon dioxide can be pumped into the compressed gas cylinders from the mixture storage tank.

Beispiel 2Example 2 Herstellung des Gemisches für den mobilen Kaltgas-EinsatzProduction of the mixture for mobile cold gas use

In kleinen Kaltgas-Geräten (private Nutzung) werden vorzugsweise Gaspatronen benutzt werden. Das Gemisch wird in einem Hochdruckbehälter bei zunächst niedrig gehaltenem Druck wie oben beschrieben hergestellt. Dann wird der Druck soweit erhöht (ca. 70 bar), daß die (eventuell gekühlten) Kleingebinde problemlos gefüllt werden können. Überfüllung wird durch ein zwischengeschaltetes Dosiervolumen verhindert. Der Automatisierungsgrad dieser Einrichtung kann in mehreren Stufen einem steigenden Durchsatz angepaßt werden.In small cold gas devices (private use), gas cartridges are preferred to be used. The mixture is initially low in a high pressure container held pressure as described above. Then the pressure gets so far increases (approx. 70 bar) that the (possibly cooled) small containers can be filled without problems can be. Overfilling is caused by an intermediate dosing volume  prevented. The level of automation of this facility can be divided into several stages be adapted to an increasing throughput.

Claims (12)

1. Stoffgemisch aus Gasen Kohlendioxid (CO2) und Distickstoffmonoxid (N2O) in kondensierter Phase.1. Mixture of gases from carbon dioxide (CO 2 ) and nitrous oxide (N 2 O) in the condensed phase. 2. Stoffgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen CO2-Anteil von 20 bis 80 Vol.-%.2. A mixture of substances according to claim 1, characterized by a CO 2 content of 20 to 80 vol .-%. 3. Stoffgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen CO2-Anteil von 40 bis 60 Vol.-%.3. A mixture of substances according to claim 1, characterized by a CO 2 content of 40 to 60 vol .-%. 4. Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch als druckverflüssigte Phase vorliegt.4. Mixture of substances according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mixture of substances is present as a pressure-liquefied phase. 5. Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch ein oder mehrere Zusatzstoffe enthält.5. Mixture of substances according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture of substances contains one or more additives. 6. Stoffgemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch ein Desodorierungsmittel, ein Parfümierungsmittel, ein fettendes Mittel oder einen Wirkstoff als Zusatzmittel enthält.6. A mixture of substances according to claim 5, characterized in that the mixture of substances a deodorant, a perfume, a grease or one Contains active ingredient as an additive. 7. Kältespray, erhältlich durch Entspannen eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6.7. Cold spray, obtainable by relaxing a mixture of substances according to one of the Claims 1 to 6. 8. Kältemittel, enthaltend oder bestehend aus einem Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6.8. refrigerant, containing or consisting of a mixture of substances according to one of the Claims 1 to 6. 9. Druckgasbehälter mit einem Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6.9. Pressurized gas container with a mixture of substances according to one of claims 1 to 6. 10. Druckgasbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckgasflasche, Druckgaspatrone oder eine Druckdose als Druckgasbehälter eingesetzt werden. 10. Pressurized gas container according to claim 9, characterized in that a Pressurized gas bottle, pressurized gas cartridge or a pressurized can as a pressurized gas container be used.   11. Verwendung eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Erzeugung eines Kaltgases, eines Kaltgasstromes oder eines Kältesprays.11. Use of a mixture of substances according to one of claims 1 to 6 for Generation of a cold gas, a cold gas flow or a cold spray. 12. Verwendung eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu kosmetischen Anwendungen oder Herstellung eines Medikamentes.12. Use of a mixture of substances according to one of claims 1 to 6 cosmetic applications or manufacture of a medicament.
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