DE10106573A1

DE10106573A1 - Stoffgemisch zur Erzeugung von Kaltgas

Info

Publication number: DE10106573A1
Application number: DE2001106573
Authority: DE
Inventors: Hans Hiller; Klemens Thoma; Andreas Donnerhack; Bruno Reimann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Das Stoffgemisch mit den Gasen Kohlendioxid (CO¶2¶) und Distickstoffmonoxid (N¶2¶O) in kondensierter Phase dient zur Herstellung eines Kaltgases, vorzugsweise für kosmetische Anwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stoffgemisch, ein Kältemittel und ein Kältespray, enthaltend CO₂ oder N₂O, und deren Verwendung für die kosmetische Kältebehandlung der Haut.

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.

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.

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.

Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Stoffgemisch mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen.

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.

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.

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.

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.-%).

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.

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.

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.

Die Komponenten des Stoffgemisches sind ungiftig, unbrennbar und physiologisch unbedenklich. Sie sind bereits im Medizin- und/oder Lebensmittelbereich etabliert.

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.

Beispiele Beispiel 1 Herstellung des Gemisches für den stationären Kaltgas-Einsatz

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.

Beispiel 2 Herstellung des Gemisches für den mobilen Kaltgas-Einsatz

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.

Claims

1. Stoffgemisch aus Gasen Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid (N₂O) in kondensierter Phase.

2. Stoffgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen CO₂-Anteil von 20 bis 80 Vol.-%.

3. Stoffgemisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen CO₂-Anteil von 40 bis 60 Vol.-%.

4. Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch als druckverflüssigte Phase vorliegt.

5. Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch ein oder mehrere Zusatzstoffe enthält.

6. Stoffgemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch ein Desodorierungsmittel, ein Parfümierungsmittel, ein fettendes Mittel oder einen Wirkstoff als Zusatzmittel enthält.

7. Kältespray, erhältlich durch Entspannen eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Kältemittel, enthaltend oder bestehend aus einem Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Druckgasbehälter mit einem Stoffgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

10. Druckgasbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckgasflasche, Druckgaspatrone oder eine Druckdose als Druckgasbehälter eingesetzt werden.

11. Verwendung eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Erzeugung eines Kaltgases, eines Kaltgasstromes oder eines Kältesprays.

12. Verwendung eines Stoffgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu kosmetischen Anwendungen oder Herstellung eines Medikamentes.