DE69102161T2 - Gemische von Dimethyläther und 1,1,1,2-Tetrafluoräthan und deren Verwendungen. - Google Patents
Gemische von Dimethyläther und 1,1,1,2-Tetrafluoräthan und deren Verwendungen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen von niedrigsiedenden Kältemitteln, die keinen Einfluß auf das in der Stratosphäre befindliche Ozon haben und die Chlorfluorkoh1enstoffe (CFK) in den mit einem Kompressor betriebenen Kältemaschinen, die insbesondere im Haushalt Anwendung finden, ersetzen können.
- Es ist jetzt sicher, daß die CFK wegen ihrer starken Wirkung auf Ozon langfristig durch Kältemittel, die kein Chlor enthalten und aus diesem Grunde keinen Einfluß auf das in der Stratosphäre befindliche Ozon haben, ersetzt werden müssen.
- Das 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFA 134a) ist bereits als Ersatz für das Dichlordifluormethan (CFK 12) vorgeschlagen worden. Wegen seiner in bezug auf das CFK 12 geringeren thermodynamischen Wirkung (insbesondere was seinen Wirkungskoeffizienten anbetrifft) stellt das HFA 134a aber keirie völlig befriedigende Lösung dar, wenn man die Betriebskosten der Kühl anlage minimieren will. Dies trifft insbesondere auf im Haushalt verwendete Kühlschranke mit Kompressor zu, die derzeit als Kältemittel das CFK 12 verwenden und für welche die Hersteller immer strenger werdenden Vorschriften in bezug auf den Energieverbrauch unterworfen sind.
- Der Begriff "Wirkungskoeffizien" (WK) bezeichnet hier und im folgenden das Verhältnis des Kühlvermögens des Kältemittels zur theoretischen Kompressionsarbeit, die erforderlich ist, um das gasförmige Kältemittel zu komprimieren. Von diesem Wirkungskoeffizienten, der eine Eigenschaft des Kältemittels ist, hängt direkt der Wirkungskoeffizient der Kühlanlage ab.
- Es ist nun gefunden worden, daß Mischungen von Dimethylether (DME) mit 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFA 134a) viel größere Wirkungskoeffizienten haben als reines H134a. Insbesondere ist gefunden worden, daß für Massenanteile von HFA 134a zwischen 5 % und 65 % und für Massenanteile von DME zwischen 35 % und 95 % die Mischung ein pseudoazeotropes Verhalten aufweist, welches eine erhebliche und außergewöhnlich stabile Verbesserung des Wirkungskoeffizienten mit sich bringt.
- Es ist ferner gefunden worden, daß DME und HFA 134a eine azeotrope Mischung mit maximalem Siedepunkt von ungefähr -22,4ºC bei 1,013 bar bilden und deren Gehalt an HEA 134a am normalen Siedepunkt etwa 62,3 Massenprozente beträgt. Diese Zusammensetzung hängt natürlich vom Druck der Mischung ab und kann bei einem gegebenen Druck leicht mit den bekannten Techniken bestimmt werden.
- Aufgrund ihrer erhöhten Wirkungskoefflzienten wird man als Kältemittel vorteilhafterweise jene Mischungen verwenden, die etwa 5 bis 85 Massenprozente an HFA 134a (vorzugsweise etwa 5 bis 65 %) und etwa 15 bis 95 Massenprozente an DME (vorzugsweise etwa 35 bis 95 %) enthalten. Eine ganz besonders bevorzugte Kältemittelmischung ist das oben beschriebene Azeotrop.
- Wegen ihrer den CFK sehr ähnlichen physikalischen Eigenschaften können die erfindungsgemäßen Mischungen ebenfalls als Aerosol-Treibgas oder als Expansionsmittel für Kunststoffschaum verwendet werden.
- Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung, ohne sie einzuschränken.
- Das erfindungsgemäße Azeotrop wurde experimentell bei verschiedenen Temperaturen durch gaschromatographische Analyse der Zusammensetzungen in der flüssigen Phase und in der Gasphase für verschiedene Mischungen aus HFA 134a und DME untersucht.
- Der Druck wurde mit einer Genauigkeit von über 0,02 bar mit einem HEISE-Manometer gemessen. Die Temperatur wurde mit einer Genauigkeit von 0,02ºC mit einer Platin-Sonde (1000 Ohm) gemessen.
- Die im Anhang befindliche Figur 1 zeigt die Kurve des Gleichgewichtes zwischen flüssiger Phase und Gasphase von Mischungen aus HFA 134a und DME, das sich bei einer Temperatur von 20,2ºC einstellte. Auf dieser Kurve zeigt die Abszisse den Massenanteil an HFA 134a und die Ordinate den absoluten Druck in bar. Die Zeichen D entsprechen den Meßpunkten.
- Für jeden Temperaturwert erhält man eine der Figur 1 analoge Kurve. Durch schrittweise Zugabe von HFA 134a zu DME sinkt der von der Mischung entwickelte Dampfdruck stetig, durchläuft ein Minimum und steigt stetig an. Dadurch wird die Existenz eines Azeotrops mit maximalem Siedepurikt bewiesen.
- Die Korrelation zwischen den so für mehrere Isothermen erhaltenen Meßpunkten wurde nach gut bekannten Techniken mit Hilfe einer Computersimulation durchgeführt.
- Die auf diese Weise für verschiedene Anteile an HFA 134a besn.mn en normalen Siedepunkte sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt: Tabelle 1 Anteil an HFA 134a in Massen-Prozenten Normaler Siedepunkt in ºC
- Die Ergebnisse dieser Korrelationen zeigen das Maximum des normalen Siedepunktes bei einem Massenanteil an HFA 134a von 62,3 %. Auf diese Weise kann man das Azeotrop charakterisieren, durch:
- -seinen normalen Siedepunkt, der ungefähr -22,4ºC betragt, P-seinen Massenanteil an HFA 134a, der ungefähr 62,3 % beträgt.
- Die folgende Tabelle 2 gibt für dieses Azeotrop die Beziehung zwischen Druck und Temperatur an, verglichen mit derjenigen für die Reinstoffe. Tabelle 2 Temperatur in ºC Absoluter Druck in bar Azeotrop Reines HFA Reiner
- Der Dampfdruck des Azeotrops ist über einen breiten Temperaturbereich hinweg kleiner als der Dampfdruck der Reinstoffe; diese Werte zeigen, daß die Mischung über diesen ganzen Temperaturbereich hinweg azeotrop bleibt.
- Zum anderen ist der Dampfdruck der Mischung für Massenanteile an HFA 134a zwischen 5 und 65 % außergewöhnlich stabil (Abweichung kleiner als 4 %). Dies zeigt deutlich das pseudo-azeotrope Verhalten dieser Mischung in diesem Bereich der Zusammensetzung.
- Dieses Beispiel illustriert die Anwendung der erfindungsgemäßen Mischungen als Kältemittel. Die Wirkungskoeffizienten der erfindungsgemäßen Mischungen sind mit den Wirkungskoeffizienten der beiden reinen Bestandteile verglichen worden, und zwar für den folgendermaßen definierten thermodynamischen Standardkreisprozeß:
- - Kondensationstemperatur: + 30ºC
- - Verdampfungstemperatur: - 20ºC
- - Unterkühlung der Flüssigkeit: + 0ºC
- - Überhitzung des Dampfes: + 0ºC
- Die Figur 2 illustriert diese Ergebnisse. Die Abszisse gibt den Massenanteil an HFA 134a und die Ordinate den Wert des Wirkungskoeffizienten WK an.
- Man sieht, daß der Wirkungskoeffizient des Kältemittels für Massenanteile an HFA 134a kleiner als 65 % außergewöhnlich stabil bleibt, und um 4 bis 5 % größer ist als für HFA 134a.
- Die folgende Tabelle 3 vergleicht für denselben Kreisprozeß die Wirkungskoeffizienten des erfindungsgemäßen Azeotropes mit denjenigen von reinem HFA 134a und von reinem CFK 12. Tabelle 3 Wirkungskoeffizient WK Azeotrop
- Man sieht, daß die azeotrope Mischung, abgesehen vom Vorteil, den sie im Vergleich zu reinem HFA 134a bietet, auch einen um 3 % höheren Wirkungskoeffizienten WK (für den hier studierten Kreisprozeß) aufweist, verglichen mit dem Wert des Wirkungskoeffizienten WK für reines CFK 12.
Claims (7)
1. Gemisch aus Dimethylether und 1,1,1,2-Tetrafluorethan.
2. Gemisch nach Anspruch 1, enthaltend 5 bis 85 Masse-% 1,1,1,2-
Tetrafluorethan und 15 bis 95 % Dimethylether.
3. Gemisch nach Anspruch 1, enthaltend 5 bis 65 Masse-% 1,1,1,2-
Tetrafluorethan und 35 bis 95 % Dimethylether.
4. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 62,3
Masse-% 1,1,1,2-Tetrafluorethan und 37,7 Masse-% Dimethylether enthält
und einer azeotropen Mischung mit hohem Siedepunkt entspricht
(ungefähr -22,4ºC bei 1,013 bar).
5. Verwendung eines Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als
Kältemittel.
6. Verwendung eines Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als
Treibgas.
7. Verwendung eines Gemischs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als
Schwellmittel für Plastikschaum.
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