DE4329477A1 - Kältemittel - Dortmunder Mischung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältemittel für den Betrieb von Kompressions-Kälteanlagen im privaten und gewerblichen Bereich, das aus halogenfreien Stoffen wir Propan, Butan und Cyclopropan besteht und das zusammen mit Schmierölen oder ähnlichen Schmiermitteln einsetzbar ist.

Bekannt sind als Kältemittel vor allem Gemische aus Flu­ or-Chlor-Kohlenwasserstoffen (FCKW), die auch als Treibmittel und zu anderen Zwecken eingesetzt worden sind. Da diese Käl­ temittel das Ozon abbauen und daher umweltschädlich sind, ist man bemüht, FCKW freie Kältemittel zu entwickeln. Neben den Versuchen, FCKW-Ersatzstoffe zu finden, ist auch unter Be­ rücksichtigung der schon früher bekannten Gase Propan, Butan und Cyclopropan versucht worden, das FCKW außer acht zu las­ sen und einen völlig halogenfreien Stoff zu entwickeln (DE-OS 41 16 274.9 und ZE - Dortmunder Rundschau vom 11.11.1990). Die als brennbare Stoffe einzustufenden Gase werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt, um so die Eigenschaften von FCKW zu erreichen. Eine erste Versuchsanlage und in der Zwi­ schenzeit auch Betriebsanlagen ergeben die Möglichkeit, Tem­ peraturen von minus 80°C zu erreichen. Hierfür geeignete Schmieröle wurden ebenfalls entwickelt. Die Mischung aus Pro­ pan, Butan und Cyclopropan wird in der Zwischenzeit auch in Kühlschränken erfolgreich eingesetzt, die völlig ohne FCKW arbeiten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein um­ weltneutrales Kältemittel zu schaffen, das die bisher im Ein­ satz befindlichen FCKW′s vollständig ersetzen kann und das auch geeignet ist, Temperaturen unter minus 80°C zu errei­ chen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil Propan mindestens 30% beträgt und daß die übrigen Anteile auf Butan oder einen ähnlichen halogenfreien Kohlen­ wasserstoff oder auf ein Gemisch mehrerer halogenfreier Koh­ lenwasserstoffe entfallen.

Hält man einen Anteil von 30% Propan im Kältemittelge­ misch ein, so ist es möglich, ein dem FCKW sehr ähnliches Kältemittel vorzugeben, das weitestgehend gefahrlos einge­ setzt und sehr vielseitig benutzt werden kann. Die übrigen Anteile sind Butan oder ähnliche halogenfreie Kohlenwasser­ stoffe, so daß ein völlig halogenfreier Stoff zur Verfügung steht. Dieses Kältemittel ist nicht nur sicher, sondern auch handhabungsfreundlich, und gibt so die Möglichkeit, es sowohl in Kühlanlagen im privaten Bereich wie auch insbesondere im gewerblichen Bereich einzusetzen. Für Großanlagen ist es thermodynamisch ebenso geeignet. Durch die Zusammensetzung des Kältemittels wird eine Anpassung auf den jeweiligen An­ wendungsfall ergänzend vorgenommen, wobei der Anteil Propan zweckmäßigerweise mindestens 30% betragen sollte.

Neben Propan können erfindungsgemäß auch andere halogen­ freie Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen, wobei die Erfin­ dung vorsieht, daß der Anteil Propan ergänzt ist durch minde­ stens einen aliphatischen und/oder zyklischen Kohlenwasser­ stoff mit/oder ohne Verzweigungen mit maximal 10 C-Atomen bzw. Kombinationen hieraus. Damit ist ein Bereich genannt, der das Kältemittel praktisch überall auf der Welt einsetzbar macht, weil entsprechende Kohlenwasserstoffe mehr oder weni­ ger überall zur Verfügung stehen bzw. mit relativ einfachen Mitteln hergestellt werden können. Dies ist um so wichtiger, als Kühlung nicht nur in den zivilisierten Ländern von Inter­ esse ist, sondern auch in anderen Ländern, wo dies aus hygie­ nischen und sonstigen Gründen für die jeweilige Bevölkerung erhebliche Bedeutung hat.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß je nach zum Einsatz kommenden Kompressoren (Größe, Tempe­ ratur und Druck) ein dritter halogenfreier Kohlenwasserstoff der Mischung, den Anteil Propan und/oder erste Kohlenwasser­ stoffe ersetzend, zugegeben ist. Diese Zusammensetzung des zum Einsatz kommenden Kältemittels gibt die Möglichkeit einer weitestgehenden Anpassung auf mehr oder weniger jeden Ein­ satzfall, so daß es insbesondere auch möglich ist, im indu­ striellen Bereich das Kältemittel und damit letztlich auch die Anlage so zuzuschneiden, daß sie für den jeweiligen Ein­ satzfall optimale Ergebnisse erbringt. Darüber hinaus können unterschiedlichste Kohlenwasserstoffe verwendet werden, so weit sie nur sicherstellen, daß ein FCKW vergleichbares Pro­ dukt damit zum Einsatz kommt.

Weiter vorn ist bereits erwähnt worden, daß Temperaturen bis etwa minus 80°C mit Propan oder vergleichbaren halogen­ freien Kohlenwasserstoffen erreichbar sind, wobei die Erfin­ dung ergänzend vorsieht, daß der Anteil des Propan durch Et­ han ersetzt ist. Dadurch können Temperaturen von minus 30 bis minus 90°C erreicht werden, so daß in diesem Bereich zweck­ mäßigerweise Ethan statt des Propan oder auch ein ent­ sprechendes Gemisch im Übergangsbereich insbesondere zum Ein­ satz kommen sollte. Der Anteil Ethan sollte, da er Propan ja ersetzt, ebenfalls mindestens 30% betragen.

Sollen noch tiefere Temperaturen erzeugt werden, so sieht die Erfindung dafür vor, daß der Anteil Ethan durch Methan ersetzt ist. Auch hier ist ein Anteil von 30% minde­ stens vorgesehen, wobei so Temperaturen von minus 60°C bis minus 160°C sicher erreichbar werden. Der Ersatz des Propans durch Ethan und das Ethan durch Methan kann übergreifend er­ folgen, so daß ein derartiges Kältemittel jeweils über einen sehr großen Bereich eingesetzt werden kann. Insbesondere kann auch ein Gemisch von Ethan und Methan erfindungsgemäß zum Einsatz kommen, so daß auch bei den tiefen Temperaturen ein­ wandfreie Übergänge gewährleistet sind.

Mit Hilfe der halogenfreien Kohlenwasserstoffe ist ein Kältemittel vorgegeben, das wie schon mehrfach erwähnt insbe­ sondere auch im industriellen Bereich vorteilhaft einzusetzen ist. Ein kontinuierlicher Betrieb einer solchen Anlage wird durch ein Gemisch gesichert, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus Propan, Ethan und schließlich Methan besteht, die nacheinander in einer Kältekaskade eingesetzt sind. Auf die Möglichkeit der Übergänge zwischen diesen einzelnen Gasen ist bereits hingewiesen worden, wobei die Kältekaskade vorteil­ haft einen quasi kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, so daß das Kältemittel kontinuierlich erzeugt und dann in der jewei­ ligen Temperatur zur Verfügung gestellt wird.

Neben den schon mehrfach erwähnten Propan, Ethan und Methan sowie Butan und Cyclopropan sind gemäß der Erfindung weitere Mischungsteile vorgesehen, wobei die weiteren halo­ genfreien Kohlenwasserstoffe, die mit Propan, Ethan oder Me­ than oder Gemischen daraus als Mischung eingesetzt sind, Cy­ clopropan, Propylen, n-Butan, Isobutan, Cyclobutan, Methyl- Cyclobutan oder Mischungen daraus sind. Mit einer entspre­ chenden Regeltechnik ist es so möglich, neben den Einzelstof­ fen Propan, Ethan und Methan auch bei Einsatz in der Kaskade jeweils weitere halogenfreie Kohlenwasserstoffe zuzusetzen, die entweder für den jeweiligen Einsatzfall eine optimale Mischung ergeben und eine optimale Regelung ermöglichen oder aber die aus irgendwelchen Gründen besonders preisgünstig im Bereich der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu kaufen sind. Diese Gase sollen in der Regel Propan, Ethan und Methan (jeweils 30%) ergänzen und nur im Ausnahmefall erset­ zen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Kältemittel geschaffen ist, das völlig frei von FCKW ist und ohne diese Stoffe eingesetzt werden kann. Durch ein Gemisch aus Propan, Ethan und Methan, sowie weiteren halogen­ freien Kohlenwasserstoffen kann ein auf den jeweiligen Ein­ satzfall zugeschnittenes Gemisch oder auch ein gegen Gefähr­ dungen gesichertes Gemisch vorgegeben werden, insbesondere kann so unter zusätzlichem Einsatz geeigneter Anlagen auch der Brennbarkeit entgegengewirkt werden. Für die Möglichkeit der Zusammensetzung des Kältemittels gibt es verschiedene Vorschläge. Die Versuche haben ergeben, daß das Kältemittel sowohl in Kleinstanlagen wie auch im industriellen Bereich wirksam eingesetzt werden kann. Aufgrund der günstigen Ver­ dampfungsenthalpie der Kohlenwasserstoffe werden ein günsti­ gerer Wirkungsgrad und ein geringerer Energieverbrauch er­ reicht.

Claims (8)

1. Kältemittel für den Betrieb von Kompressions- Kälteanlagen im privaten und gewerblichen Bereich, das aus halogenfreien Stoffen wie Propan, Butan und Cyclopropan be­ steht und das zusammen mit Schmieröl oder ähnlichen Schmier­ mitteln einsetzbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anteil Propan mindestens 30% beträgt und daß die übrigen Anteile auf Butan oder einen ähnlichen halogenfreien Kohlenwasserstoff oder auf ein Gemisch mehrerer halogenfreier Kohlenwasserstoffe entfallen.

2. Kältemittel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Propan ergänzt ist durch mindestens einen ali­ phatischen und/oder zyklischen Kohlenwasserstoff mit/oder ohne Verzweigungen mit maximal 10 C-Atomen bzw. Kombinationen hieraus.

3. Kältemittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach zum Einsatz kommenden Kompressoren (Größe, Tempe­ ratur und Druck) ein dritter halogenfreier Kohlenwasserstoff der Mischung, den Anteil Propan und/oder erste Kohlenwasser­ stoffe ersetzend zugegeben ist.

4. Kältemittel nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Propan durch Ethan ersetzt ist.

5. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil Ethan durch Methan ersetzt ist.

6. Kältemittel nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von Ethan und Methan zum Einsatz kommt.

7. Kältemittel nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, gekennzeichnet durch, ein Gemisch aus Propan, Ethan und schließlich Methan, die nacheinander in einer Kältekaskade eingesetzt sind.

8. Kältemittel nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren halogenfreien Kohlenwasserstoffe, die mit Propan, Ethan und Methan oder Gemischen daraus als Mischung eingesetzt sind, Cyclopropan, Propylen, n-Butan, Isobutan, Cyclobutan, Methyl-Cyclobutan oder Mischungen daraus sind.