DE69001423T2 - Auf fluoralkanen basierende azeotropische mischung mit niedrigem siedepunkt und ihre verwendungen. - Google Patents
Auf fluoralkanen basierende azeotropische mischung mit niedrigem siedepunkt und ihre verwendungen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung von Fluoralkanen mit niedrigem Siedepunkt, die keine oder geringe Beeinträchtigung der Umwelt nach sich zieht und die geeignet ist Chlorfluorkohlenstoffe (CFK) in Kompressorsystemen zur Tieftemperaturkühlung sowie Bromtrifluormethan und Bromchlordifluormethan als Feuerlöschmittel zu ersetzen.
- Es ist mittlerweile gesichert, daß die CFK wegen ihres erheblichen Einflußes auf die Ozonschicht binnen mehr oder weniger langer Übergangszeiten gegen Kühlmittelflüssigkeiten ausgetauscht werden müssen, die weniger Chlor enthalten und somit weniger umweltschädigend sind. 1,1,1,2- Tetrafluorethan (R 134a) wurde schon als CFK-Ersatzstoff vorgeschlagen, da es nur geringe Wechselwirkungen in der Umwelt zeigt. Jedoch ist die Verwendung von reinem R 134a aufgrund seines erhöhten Siedepunktes (-26.5ºC) auf Anwendungen mit mittleren Verdampfungstemperaturen (-25ºC; -26ºC) beschränkt, und es kann nicht für Anwendungen bei tiefen Siedetemperaturen (beispielsweise -40ºC) vorgesehen werden. Denn die mit einem Verdampfer in der Praxis erreichbare tiefste Temperatur wird durch den Wert der Normalsiedetemperatur des Kältemittels begrenzt, damit beim Auftreten eines Leckes am Verdampfer das Eindringen von Luft oder Sole in die Apparatur verhindert wird, was die regelrechte Funktionstüchtigkeit der Anlage beeinträchtigen würde.
- Im Anwendungsbereich Feuerlöschen und Brandbekämpfung werden im wesentlichen Bromchlorfluoralkane und Bromfluoralkane und insbesonders Bromtrifluormethan, Chlordifluormethan und 1,2-Dibrom-1,1,2,2-tetrafluorethan verwendet. Diese Verbindungen werden bekanntlich in Räumen eingesetzt, in denen sich korrosionsempfindliche elektrische und elektronische Apparate befinden (Computerräume, Telefonzentralen, Maschinensäle an Bord von Schiffen). Jedoch besitzen diese Verbindungen, wie die CFK, einen erhöhten ODP-Wert (Ozon Depletion Potential bzw. ozonzerstörendes Potential).
- Es wurde nun herausgefunden, daß 1,1,1,2- Tetrafluorethan (R l34a) und Perfluorpropan (R 218) ein Azeotrop mit Siedepunktsminimum bei ungefähr -41.1ºC und 1.013 bar bilden, und daß deren Gehalt an R 218 beim Normalsiedepunkt ungefähr 76 Masseprozente beträgt. Natürlich ändert sich diese Zusammensetzung in Abhängigkeit vom Druck des Gemisches und kann für einen vorgegeben Druck mit gut bekannten Methoden bestimmt werden.
- Das erfindungsgemäße Azeotrop besitzt den Vorteil, einen ODP-Wert von Null aufzuweisen. Das bedeutet, daß es frei von zerstörender Wirkung auf die stratospherische Ozonschicht ist. Der ODP-Wert wird definiert als das Verhältnis der Erniedrigungen der Ozonsäule nach Emission einer Standardmasse der Probesubstanz und des als Bezugssubstanz gewählten Trichlorfluormethans (ODP=1). Zur Information sei angemerkt, daß Bromtrifluormethan einen ODP-Wert von 10 besitzt.
- Aufgrund seines tiefen Siedepunktes kann die erfindungsgemäße azeotrope Mischung als Kältemittel für Anwendungen bei tiefen Siedetemperaturen (-40ºC; -41ºC), zum Beispiel zur gewerblichen Tieftemperaturkühlung, eingesetzt werden, wofür reines R 218 nur mittelmäßige thermodynamische Eigenschaften besitzt und reines R 134a wegen der oben angeführten Gründe nicht verwendet werden kann.
- Es wurde weiterhin herausgefunden, daß dieses Azeotrop als Feuerlöschmittel eingesetzt werden kann, wobei es besonders Bromtrifluormethan und Bromchlordifluormethan ersetzt. Es besitzt in der Tat einen Cup Burner Wert kleiner als 10% und hat folglich erhöhte Feuerlöschkraft.
- Das erfindungsgemäße Azeotrop kann zur Bekämpfung von Bränden mit den gleichen Techniken wie Bromtrifluormethan und Bromchlordifluormethan eingesetzt werden. So kann es vorteilhaft zum Schutz von Räumen mittels der sogenannten Methode der vollständigen Flutung verwendet werden. Es kann mit inerten Gasen wie Stickstoff unter Druck gesetzt werden, was seine Löschgeschwindigkeit zu steigern erlaubt. Es kann ebenso in Anwendungen mit tragbaren Feuerlöschgeräten benutzt werden.
- Die erfindungsgemäße Mischung kann, da ihre physikalischen Eigenschaften mit denen der CFK vergleichbar sind, ebenfalls als Aerosoltreibmittel oder als Treibmittel für Schaumstoffe verwendet werden.
- Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung, ohne sie zu beschränken.
- Verschiedene Mischungen aus R 134a und R 218 des erfindungsgemäßen Azeotrops wurden bei unterschiedlichen Temperaturen durch gaschromatographische Analyse der Gas- und Flüssigphasenzusammensetzung experimentell untersucht.
- Die Drücke wurden mit einem HEISE Manometer mit einer Genauigkeit größer als 0.02 bar gemessen. Die Temperaturen wurden mit einem Platinwiderstand von 1000 Ohm bis auf 0.02ºC Genauigkeit gemessen.
- Die Graphik 1 im Anhang stellt den bei 20.3ºC eingestellten Gleichgewichtsverlauf flüssig/gasförmig der Mischung R 218/R 134a dar. In dieser Graphik sind auf der Abzisse der Massenanteil an R 218 und auf der Ordinate der Absolutdruck in bar aufgetragen; die -Zeichen stellen experimentell bestimmte Meßpunkte dar.
- Für jede Temperatur erhält man einen zu Graphik 1 analogen Verlauf. Durch sukzessive Zugabe von R 218 zu R 134a steigt der von der Mischung entwickelte Druck gleichmäßig an, überschreitet schließlich ein Maximum und fällt gleichmäßig ab, womit das Vorliegen eines Azeotrops mit Siedepunktsminimum unterstrichen wird.
- Die folgende Tafel 1 zeigt die Druck-Temperatur Beziehung für dieses Azeotrop im Vergleich mit denen der reinen Komponenten. Tafel 1 Temperatur(ºC) absoluter Druck (bar) R 218/R 134a Azeotrop R 134a rein R 218 rein
- Der Dampfdruck des Azeotrops liegt über einem großen Temperaturbereich oberhalb des Dampfdruckes der reinen Komponenten. Diese Daten zeigen, daß die Mischung über das gesamte Temperaturintervall azeotropisch bleibt.
- Der Normalsiedepunkt des Azeotrops wurde durch direkte Messung der Siedetemperatur verschiedener Mischungen R 218/R 134a mit einem Siedepunktsmeßgerät bestimmt.
- Die Tafel 2 faßt die gewonnenen Ergebnisse zusammen und charakterisiert das Azeotrop durch:
- - seinen Normalsiedepunkt, der bei ungefähr -41.1 ºC liegt,
- - seinen Massenanteil an R 218, der bei ungefähr 76% liegt. Tafel 2 Temperatur (ºC) Massenanteil von R 218
- Dieses Beispiel verdeutlicht den Einsatz des erfindungsgemäßen Azeotrops als Kühlmittelflüssigkeit.
- Die thermodynamischen Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Azeotropgemisches wurden den Leistungsdaten der reinen Bestandteile unter den Bedingungen gegenübergestellt, die mit denen vergleichbar sind, die in den käuflichen Kühlsystemen vorherrschen, nämlich mit den folgenden:
- - Kondensationstemperatur : +30ºC
- - Verdampfungstemperatur : -30ºC
- - Flüssigkeitsunterkühlung : -5ºC
- - Dampfüberhitzung auf der Ansaugseite des Kompressors : +15ºC
- Die Tafel 3 faßt die thermodynamischen Leistungsdaten unter diesen Bedingungen zusammen, die für reines R 134a, reines R 218 und die erfindungsgemäße Azeotropmischung beobachtet wurden. Tafel 3 R 218/R 134a Azeotrop R 218 rein R 134a rein Dampfdruck (bar) Kondensationsdruck (bar) Verdichtungsverhältnis Kühlleistung (kJ/m³) Leistungskoeffizient
- Man kann folgern, daß die erfindungsgemäße Azeotropmischung gegenüber reinem R 134a und reinem R 218 eine gewisse Anzahl von Vorteilen aufweist, nämlich:
- . ein geringeres Verdichtungsverhältnis, also eine Erhöhung des Volumenwirkungsgrades des Kompressors und folglich geringere Betriebskosten der Apparatur,
- . eine deutlich höhere verfügbare Volumenkühlleistung, die praktischerweise bei einer vorgegebenen Kühlleistung die Verwendung eines kleineren Kompressors als zur Verwendung mit reinem R 134a oder reinem R 218 gestattet.
- Diese Steigerung der verfügbaren Volumenkühlleistung im Falle des erfindungsgemäßen Azeotrops gestattet weiterhin die verfügbare Kühlleistung einer schon vorhandenen Apparatur um 37%, verglichen mit R 134a, zu erhöhen.
- Dieses Beispiel demonstriert die Verwendung des erfindungsgemäßen Azeotrops als Feuerlöschmittel.
- Die Löschwirkung wird im allgemeinen nach der sogenannten Cup Burner Methode bestimmt.
- Diese in dem Normprojekt ISO/DIS 7075-1 beschriebene Methode gibt den prozuentalen Mindestanteil (auf das Volumen bezogen) der feuerlöschenden Verbindung in einer aus Luft und feuerlöschender Verbindung bestehenden Mischung an, die zur Löschung eines entflammten flüssigen Brennstoffes notwendig ist.
- Je kleiner der Cup Burner Wert ist, desto wirkungsvoller ist die feuerlöschende Verbindung.
- Wir haben Ethanol als flüssigen Brennstoff eingesetzt.
- Der Cup Burner Wert der erfindungsgemäßen Azeotropmischung R 218/R 134a liegt bei 9,5 %.
Claims (5)
1. Azeotrop mit Siedepunktsminimum, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung von 1.1.1.2-
Tetrafluorethan und von Perfluorpropan besteht
und bei seinem Siedepunkt unter Normalbedingungen
(ungefähr -41.1ºC unter 1.013 bar) ungefähr 76
Masseprozent Perfluorpropan und 24 Masseprozent
1.1.1.2-Tetrafluorethan enthält.
2. Verwendung des Azeotrops nach Anspruch 1 als
kälteerzeugende Flüssigkeit.
3. Verwendung des Azeotrops nach Anspruch 1 als
Aerosoltreibmittel.
4. Verwendung des Azeotrops nach Anspruch 1 als
Treibmittel für Schaumkunststoffe.
5. Verwendung des Azeotrops nach Anspruch 1 als
Feuerlöschmittel.
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