DE3524737A1 - Stoffgemische fuer sorptionsprozesse - Google Patents

Stoffgemische fuer sorptionsprozesse

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Description

Die Erfindung betrifft Stoffgemische für Sorptionsprozesse gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sorptionsprozesse finden statt in Sorptionskälteanlagen, Sorptionswärmepumpen oder Sorptionswärmetransformatoren. Als Kältemittel wird eine fluorierte Carbonsäure und als Absorptionsmittel ein hochsiedendes organisches Lösungsmittel verwendet. Die Siedetemperatur liegt über 200°C.
Bisher wird für Sorptionsprozesse üblicherweise das Stoffpaar Ammoniak-Wasser verwendet. Dieses Stoffpaar hat vor allen Dingen den Nachteil, daß Ammoniak giftig ist. Die Gefahr von Umweltbeeinträchtigungen kann also nicht ausgeschlossen werden. Hinzu kommt, daß mit relativ hohen Drücken gearbeitet werden muß. Dadurch erhöht sich der vorrichtungstechnische Aufwand. Zweistufige Arbeitsweisen oder die bei Wärmepumpen und Wärmetransformatoren gewünschten hohen Nutztemperaturen kommen deshalb oft nicht mehr in Betracht.
Bekannt ist ferner das Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid, bei dem allerdings die Gefahr einer Kristallisation der Lösung besteht. Deshalb können mit diesem Stoffpaar keine hohen Temperaturdifferenzen zwischen Nutz- und Quellentemperatur verwirklicht werden. Hinzu kommt, daß wegen des Gefrierpunkts des Kältemittels Wasser, die Verdampfungstemperatur nicht unterhalb von 0°C liegen kann. Dies bedeutet eine erhebliche Einschränkung für Wärmepumpen- und Kälteanlagenprozesse.
Schließlich sind auch Stoffgemische mit Absorptionsmitteln der eingangs genannten Art bekannt. Als Kältemittel sind dabei sowohl Fluor- und Fluorchlorwasserstoffe als auch fluorierte Alkohole vorgeschlagen worden. Diese Stoffgemische vermeiden jedoch nicht die Nachteile der vorstehend erwähnten Stoffpaare. So weist z. B. das Stoffpaar R22-Tetraethylenglykoldimethylether ein mit Ammoniak-Wasser vergleichbar hohes Druckniveau auf und der als Kältemittel vorgeschlagene fluorierte Alkohol Trifluorethanol bringt hinsichtlich der Toxizität keine Vorteile gegenüber Ammoniak.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile Stoffgemische mit einer verbesserten Basis für Sorptions-, Heiz- oder Kühlprozesse zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den in den kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 6 aufgeführten Merkmale.
Eine fluorierte Carbonsäure, die nach Anspruch 3 vorzugsweise verwendet werden kann, ist die Perfluorpropionsäure F5C2COOH. Diese weist einen in etwa ähnlichen Dampfdruckverlauf wie das Kältemittel Wasser auf und vermeidet somit den Nachteil des erforderlichen hochen Druckniveaus, der bei den Kältemitteln Ammoniak und R22 Auftritt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Ethylenglykols oder eines Glykolethers als Absorptionsmittel für die Perfluorpropionsäure kann innerhalb des für technische Prozesse interessierenden Temperaturbereichs keine Kristallisation der Lösung auftreten. wodurch dieser entscheidende Nachteil des Stoffpaars Wasser-Lithiumbromid vermieden wird.
Die Perfluorpropionsäure ist aller Wahrscheinlichkeit nach als erheblich weniger giftig als der Trifluorethanol anzusehen, weshalb hier ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Trifluorethanol-Gemischen zu verzeichnen ist.
Es hat sich herausgestellt, daß von den vorgeschlagenen Lösungsmitteln erhebliche Mengen der fluorierten Carbonsäure absorbiert werden. Dabei treten große Abweichungen von dem Raoultschen Gesetz in günstigem Sinne auf, d. h. daß der Partialdruck des Kältemittels über der Lösung viel geringer ist, als sich erwarten ließe. Bedingt durch dieses hervorragende Lösungsverhalten ergibt sich ein breites Lösungsfeld. In Verbindung mit dem günstigen Druckverlauf des Kältemittels können dadurch sehr hohe Nutztemperaturen erzielt werden, was für Wärmepumpen und Wärmetransformatoren äußerst erwünscht ist.
Diese erzielten Verbesserungen sollen im folgenden anhand eines ausgewählten Beispiels demonstriert werden.
Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Stoffgemisch ist das Arbeitsstoffpaar Perfluorpropionsäure-Tetraethylenglykoldimethylether.
In der Tabelle 1 wird die Löslichkeit des Stoffpaares angegeben. Die Messungen wurden bei einer konstanten Verdampfungstemperatur von 0°C und Absorptionstemperaturen zwischen 80 und 30°C durchgeführt.
In der Tabelle 2 werden die Ergebnisse des neuen Stoffpaars mit denen bekannter Stoffpaare für einen Wärmepumpenprozeß verglichen. Dabei soll die Verdampfungstemperatur 0°C betragen und die Absorption zwischen 60 und 50°C ablaufen.
Auf dieser Grundlage wurde dann der spezifische Lösungsumlauf berechnet, der bekanntermaßen möglichst klein sein soll.
Die Tabelle 2 zeigt deutlich die herausragende Eignung des neuen Stoffgemisches im Vergleich zu den bekannten Stoffpaaren.
Tabelle 3 vergleicht nun die spezifischen Lösungsverläufe und erreichbaren maximalen Temperaturen für typische Arbeitsbereiche des Wärmetransformators. Auch hier zeigt das neue System deutlich seine Vorteile gegenüber den bisher gebräuchlichen.

Claims (11)

1. Stoffgemische für Sorptionsprozesse, die mindestens ein Kältemittel und wenigstens ein Sorptionsmittel mit einem hochsiedenden organischen Lösungsmittel als Absorptionsmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel eine fluorierte Carbonsäure und das Absorptionsmittel einen Glykolether enthält.
2. Stoffgemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel Trifluoressigsäure F3C2COOH enthält.
3. Stoffgemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel Perfluorpropionsäure F5C2COOH enthält.
4. Stoffgemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel Polyethylenglykoldialkylether enthält.
5. Stoffgemische nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel Tetraethylenglykoldimethylether enthält.
6. Stoffgemische für Sorptionsprozesse, die mindestens ein Kältemittel und wenigstens ein Sorptionsmittel mit einem hochsiedenden organischen Lösungsmittel als Absorptionsmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel fluoriert Carbonsäure, Trifluoressigsäure F3C2COOH und/oder Perfluorpropionsäure F5C2COOH und das Absorptionsmittel Polyethylenglykol enthält.
7. Stoffgemische nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel Triethylenglykol enthält.
8. Stoffgemische nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel Tetraethylenglykol enthält.
9. Verwendung der Stoffgemische nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Wärmepumpe.
10. Verwendung der Stoffgemische nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Wärmetransformator.
11. Verwendung der Stoffgemische nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Kälteanlage.
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