PL179110B1

PL179110B1 - Czynnik chlodniczy PL

Info

Publication number: PL179110B1
Application number: PL95308073A
Authority: PL
Inventors: Klaus Mall
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2000-07-31
Also published as: ATE194642T1; CZ288229B6; EP0677563B1; EP0677563A1; DE4412954A1; CZ94995A3; DE59508547D1; HU218028B; HU9501083D0; HUT71983A; PL308073A1

Abstract

1. Czynnik chlodniczy, znamienny tym, ze stanowi go wodny roztwór mrówczanu po- tasowego z ewentualnym dodatkiem inhibitora, wzglednie indykatora oraz barwnika. PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest czynnik chłodniczy, stosowany w urządzeniach chłodniczych.

Od wielu lat jednym z najpopularniejszych związków chemicznych, stosowanym ze względu na swoje zalety fizyczne i fizjologiczne w różnych dziedzinach techniki, zwłaszczajako czynnik chłodniczy w przemysłowych urządzeniach chłodniczych - jest freon (FCKW). Jednak ze względu na związane z tym stosowaniem problemy dotyczące niszczenia warstwy ozonowej oraz efektu cieplarnianego, od kilku lat trwają poszukiwania innych związków o podobnych zaletach, jednak pozbawionych wad freonu. W przemysłowych urządzeniach chłodniczych od dawna stosuje się jako czynnik chłodniczy amoniak, który nie powoduje niszczenia warstwy ozonowej, ani też nie wywołuje efektu cieplarnianego. Trwają także prace nad użyciem w charakterze czynnika chłodniczego węglowodorów, takich jak propan lub izobutan oraz ich mieszanin. Jednak ich zastosowaniejest ograniczone ze względu na toksyczność amoniaku i łatwopalność węglowodorów.

Związki chemiczne pełniące rolę czynników chłodniczych muszą spełniać szereg wymagań. Zwłaszcza ich zastosowanie w urządzeniach chłodniczych sklepów spożywczych nie może stwarzać żadnych zastrzeżeń pod względem toksyczności. Ponadto muszą one mieć odpowiednio wysoką temperaturę zapłonu, aby wyeliminować konieczność stosowania kosztownych zabezpieczeń przeciwpożarowych. W zakresie temperatur, w których jest stosowany czynnik chłodniczy/, związki te winny charakteryzować się niewielką lepkością kinematyczną, obniżając przez to zużycie energii przy pompowaniu czynnika oraz powstawanie dodatkowych ilości ciepła.

Zależnie od zakresu temperatur wytwarzanych w urządzeniu chłodniczym, w obiegu chłodzenia stosuje się również mieszaniny wodne etanolu albo glikolu propylenowego. Temperatura punktu zapłonu czynnika chłodniczego stanowiącego mieszaninę wodną etanolu wynosi 29°C, stanowiąc istotne zagrożenie pożarem. Dlatego jego stosowanie budzi wiele kontrowersji, ponadto etanol wykazuje również własności toksyczne (wartość MAK 1000), a lepkość kinematyczna jego mieszaniny z wodąosiąga swoje maksimum dla stężenia 30% i w temperaturze -10°C wynosi 18,3 mm²/s. Ta duża wartość lepkości kinematycznej wymaga znacznego poboru energii na pompowanie czynnika chłodniczego i powoduje niekorzystny dopływ dodatkowych ilości ciepła do urządzenia chłodniczego.

Jeszcze mniej korzystne właściwości ma czynnik chłodniczy, stanowiący mieszaninę wodną glikolu propylenowego. Dla uzyskania odpowiednio niskiej temperatury topnienia mieszaniny niezbędne jest stosunkowo duże stężenie glikolu w wodzie

Do obiegu mrożenia zalecane są czynniki chłodnicze opisane w patencie niemieckim nr DE 3825096, stanowiące mieszaninę wodną poliorganosiloxanu, która w temperaturze -40°C wykazuje lepkość kinematyczną mniejszą od 6 mm²/s i ma punkt zapłonu w temperaturze 55°C. Wadą tej mieszaniny jest jednak nieznaczny współczynnik przewodnictwa cieplnego oraz niewielka wartość ciepła właściwego, która musi być zrównoważona większą objętością czynnika chłodniczego w obiegu, co wpływa na zwiększenie wymiarów instalacji, zwłaszcza przekrojów poprzecznych rur.

Celem wynalazku jest opracowanie składu czynnika chłodniczego o dużej wartości ciepła właściwego oraz przewodności cieplnej, a równocześnie o możliwie niewielkiej lepkości kinematycznej w zakresie temperatur jego stosowania. Ponadto czynnik ten nie może budzić jakichkolwiek zastrzeżeń pod względem toksyczności i ekologiczności oraz nie może powodować korozji materiałów konstrukcyjnych, używanych do budowy instalacji chłodniczej.

Cel ten realizuje czynnik chłodniczy według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że stanowi go wodny roztwór mrówczanu potasowego z ewentualnym dodatkiem inhibitora, względnie indykatora oraz barwnika, przy czym dla temperatur od -15°C do -30°C, stężenie soli wynosi od 30% do 40% w stosunku wagowym, zaś dla temperatur od -30°C do -55°C, stężenie soli powinno wynosić od 40% do 50% w stosunku wagowym.

Czynnik chłodniczy według wynalazku zawiera korzystnie jako inhibitor 1,2,4-triazol o stężeniu od 10 ppm do 2000 ppm, zwłaszcza od 500 ppm do 1500 ppm lub boraks o stężeniu od 500 ppm do 2500 ppm, zwłaszcza od 1000 ppm do 1500 ppm, a ponadto jako barwnik oranż ksylenolowy, korzystnie o stężeniu od 10 ppm do 50 ppm, zwłaszcza od 20 ppm do 40 ppm.

Zamiast inhibitora w postaci boraksu czynnik chłodniczy według wynalazku może zawierać dodatkowo indykator pH, zwłaszcza fenyloftaleinę o stężeniu mniejszym od 100 ppm.

Rozbudowana obecnie sieć instalacji chłodniczych w supermarketach powoduje, że przy wyborze czynnika chłodniczego bardzo istotna jestjego lepkość kinematyczna, bowiem większa wartość lepkości prowadzi do większych nakładów energii, związanych z pompowaniem czynnika chłodniczego.

Mrówczan potasowy w porównaniu z wszystkimi innymi solami stosowanymi jako czynniki chłodnicze, jak np. NaCl, CaCE, CaC^/MgC^ lub K2CO2, wykazuje znacznie mniejszą lepkość kinematyczną.

W tabeli 1 porównano lepkość kinematycaiąv w temperaturach -10°Cν__10<^ i -3)°Cv dla kilku rodzajów czynników chłodniczych, między innymi również dla czynnika chłodniczego według wynalazku.

Tabela 1

Czynnik chłodniczy	V-\|0°C	V 30°C
Chlorek potasu	4,4	15,0
Węglan wapnia	5,5	29,8
Glikol propylenowy	18,0	250,0
Glikol etylenowy	6,5	48,5
Roztwór wodny etanolu	13,2	34,5
Mrówczan potasowy	2,7	8,3

W porównaniu z innymi rodzajami czynników chłodniczych mrówczan potasowy nie wykazuje żadnych wad pod względem toksykologicznym i ekologicznym, nie jest ujęty w spisie materiałów niebezpiecznych i nie podlega obowiązkowi umieszczania oznaczenia, a ponadto ulega biodegradacji i nie jest ujęty w niemieckiej klasyfikacji cieczy palnych (VbF).

Figura 1 przedstawia krzywą topnienia i krzywą rozpuszczania mrówczanu potasowego w funkcji stężenia soli w roztworze wodnym stanowiącym czynnik chłodniczy według wynalazku. W obszarze poniżej krzywej topnienia i krzywej rozpuszczania następuje wytrącanie się albo lodu albo soli (mrówczanu potasowego), zaś w punkcie przecięcia obydwu krzywych - stanowiącym punkt eutektyczny - wytrącanie się zarówno lodu, jak i soli.

W przypadku zastosowania wodnego roztworu mrówczanu potasowego jako czynnika chłodniczego w obiegu normalnego chłodzenia przemysłowych urządzeń chłodniczych, w temperaturach od -15°C do -30°C stężenie soli powinno wynosić od 30% do 40% w stosunku wagowym, natomiast w przypadku zastosowania go jako czynnika chłodniczego w obiegu mrożenia, czyli w temperaturach od - 30°C do ok. -55°C stężenie soli wino wynosić od 40% do 55% w stosunku wagowym.

W porównaniu z innymi rodzajami czynników chłodniczych na bazie soli, na przykład CaCl₂lub NaCl, wodny roztwór mrówczanu potasowego, ewentualnie z zawartością inhibitorów', jako czynnik chłodniczy ma lekki odczyn alkaliczny, a tym samym własności hamujące korozję. W przypadku instalacji ze stali nie jest więc konieczne dodawanie do czynnika chłodniczego substancji korygujących wartość pH albo też roztworów buforowych.

W czynniku chłodniczym będącym przedmiotem wynalazku również nie rozpuszczająsię lub rozpuszczają się z trudem znane inhibitory korozji, jak na przykład bentriazol, tolytriazol oraz mercaptobentriazol. W tym stanie rzeczy, jako ewentualny inhibitor korozji należy stosować 1,2,4-triazol w stężeniu od 10 ppm do 2000 ppm, zwłaszcza od 500 ppm do 1500 ppm, który jest całkowicie rozpuszczalny w wodnym roztworze mrówczanu potasowego. Alternatywnym inhibitorem korozji może być także boraks, dodany w stężeniu od 500 ppm do 2500 ppm, zwłaszcza od 100 ppm do 1500 ppm.

Tabela 2 zawiera wyniki prób odporności na korozję różnych materiałów konstrukcyjnych, przeprowadzonych w oparciu o normę ASTM D 1384-87, przy czym wartości podane w pierwszej kolumnie dla pierwszego inhibitora uzyskano dla 1,2,4-triazolu o stężeniu 100 ppm, a wartości w drugiej kolumnie - dla drugiego inhibitora, stanowiącego mieszaninę 1,2,4-triazolu o stężeniu 100 ppm i boraksu o stężeniu 2500 ppm. W trzeciej kolumnie podano wyniki uzyskane dla czynnika chłodniczego według wynalazku bez zawartości inhibitora. Fig. 2 przedstawia wyniki z tabeli 2 w formie graficznej.

Tabela 2

Materiał	Głębokość korozji (gm/a)
1,2,4-tnazol, inhibitor 1	1,2,4-tnazol oraz boraks, inhibitor 2	Bez inhibitora
SF-CuF25 miedź	-0,46	0,00	9,3
CuZn37 F38 Mosiądz	-0,25	-0,26	20
L-CuP6 Lut twardy	0,00	-0,44	29
St 12 03 Stal	6,5	1,8	49
Al 99F14 aluminium	1,2	5,0	19,8

Popularne materiały niemetaliczne, jak na przykład elastomery z kauczuku nitrylowego lub kauczuku chlorobutadienowego oraz plastomery z polichlorku winylu, poliamidu i polietylenu są całkowicie odporne na działanie czynnika chłodniczego według wynalazku. Dotyczy to

179 110 również stosowanych uszczelnień instalacji chłodniczych, wykonanych z włókien poliamidów aromatycznych nie zawierających azbestu.

Mrówczan potasowy jest związkiem wytwarzanym w znanych procesach technicznych i jest dostępny na rynku w wystarczających ilościach.

Wykrywanie nawet najmniejszych nieszczelności instalacji, armatury lub aparatury ułatwia dodanie do czynnika chłodniczego według wynalazku barwnika, na przykład oranżu ksylenolowego, w stężeniu od 10 ppm do 50 ppm, zwłaszcza od 20 ppm do 40 ppm.

Do czynnika chłodniczego, zamiast inhibitora w postaci boraksu, można również dodać indykator pH, na przykład fenyloftaleinę w stężeniu mniejszym od 100 ppm, co pozwala na wykrywanie obecności amoniaku. W takim przypadku bezbarwny wcześniej czynnik chłodniczy z dodatkiem fenyloftaleiny zabarwia się na kolor niebiesko-fioletowy.

Fig. 2 głębokość korozji ®n_n[ąm/a]

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Czynnik chłodniczy, znamienny tym, że stanowi go wodny roztwór mrówczanu potasowego z ewentualnym dodatkiem inhibitora, względnie indykatora oraz barwnika.
2. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dla temperatur od -15°C do -30°C, stężenie soli wynosi od 30% do 40% w stosunku wagowym.

.
3. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dla temperatur od -30°C do -55°C, stężenie soli wynosi od 40% do 50% w stosunku wagowym.
4. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera jako inhibitor 1,2,4-triazol o stężeniu od 10 ppm do 2000 ppm, zwłaszcza od 500 ppm do 1500 ppm.
5. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera jako inhibitor boraks o stężeniu od 500 ppm do 2500 ppm, zwłaszcza od 1000 ppm do 1500 ppm.
6. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawierajako barwnik oranż ksylenolowy.
7. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera barwnik o stężeniu od 10 ppm do 50 ppm, zwłaszcza od 20 ppm do 40 ppm.
8. Czynnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zamiast inhibitora w postaci boraksu zawiera dodatkowo indykator pH, zwłaszcza fenyloftaleinę o stężeniu mniejszym od 100 ppm.