DE69808637T3

DE69808637T3 - Kühlmittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE69808637T3
Application number: DE69808637.6T
Authority: DE
Inventors: Neil Roberts
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: AU755306B2; CA2278334C; ES2147168T3; GB9815379D0; AU8236098A; PT998539E; CA2277718C; DE69808637D1; PL338078A1; GB2327427A; DE69808637T2; WO1999003947A1; PL192341B1; ES2147168T5; ATE225836T1; BR9811011A; NZ502254A; US20020096657A1; JP3862954B2; US6428720B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelzusammensetzung, insbesondere zur Verwendung als ein Ersatz in Kühlanlagen, die das Kühlmittel R22 gegenwärtig einsetzen oder entworfen wurden, um dieses einzusetzen.
Das Kühlmittel R22 (CClF₂) wurde hauptsächlich als Kühlmittel für Klimatisierungssysteme verwendet. Jedoch enthält R22 Chloratome und wurde mit Umweltschäden im Hinblick auf die Ozonschicht in Verbindung gebracht. Als Folge wurden Anstrengungen unternommen, um R22 durch eine Kühlmittelformulierung zu ersetzen, die nicht die Verwendung von Kühlmitteln wie z. B. R22, welche Chloratome enthalten, beinhaltet.
Unter den Alternativen wurde R134a (C₂H₂F₄; 1,1,1,2-Tetrafluorethan) zusammen mit Pentafluorethan (R125) (Sdp. –48,6°C) besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Kommerzielle Formulierungen dieser zwei Kühlmittel beinhalten die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs, nämlich Propan, Propylen oder Isobutan. Während diese Kühlmittelformulierungen im Allgemeinen als Ersatz für R22 wirksam sind, wurde nichts desto trotz gefunden, dass ihre Verwendung nicht vollkommen zufriedenstellend ist.
Eine Schwierigkeit ergibt sich aufgrund der Entflammbarkeit der fraktionierten Zusammensetzung, was bedeutet, dass der Dampf über der flüssigen Zusammensetzung Probleme hinsichtlich der Entflammbarkeit aufweist. Als Folge können diese kommerziellen Formulierungen unter gewissen Bedingungen bei einem Auslaufen entflammbare Zusammensetzungen erzeugen. Die Entflammbarkeit dieser Kühlmittelzusammensetzungen beruht auf ihrem Kohlenwasserstoffgehalt. Ein Zweck bei der Einarbeitung des Kohlenwasserstoffs ist, dass die Formulierung mit den Schmiermitteln kompatibel wird, die gewöhnlich in R22-Kühlanlagen verwendet werden. Die speziellen Kohlenwasserstoffe wurden ausgewählt, da diese den richtigen Siedepunkt in Bezug auf den des Fluorkohlenstoffs besitzen.
N. A. Roberts und S. F. Pearson ”High efficiency R22 replacement (ISCEON 59, a mixture of R125, R134a and isobutane)”, US 1996, Pap. 1996, Int. Compressor Engl. Conf., Purdue, 23.–26. Juli 1996, offenbart eine Zusammensetzung als Ersatz für R22, die aus 46 Gew.-% R125, 50 Gew.-% R134a und 4 Gew.-% Isobutan besteht. N-Butan wird in der Druckschrift als eine Kühlmittel-Mischungskomponente genannt, die zur Verfügung steht, um eine Mischung mit ähnlichen Entflammbarkeits-, Toxizitäts- und Ölkompatibilitätswerten wie R22 zu formulieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nun überraschend festgestellt, dass wenn n-Butan als Ersatz für Isobutan in der in der Druckschrift von Roberts offenbarten Zusammensetzung verwendet wird, die Entflammbarkeit der fraktionierten Zusammensetzung stark verringert wird. Dieses Ergebnis ist sehr überraschend, da beispielsweise n-Butan einen wesentlich höheren Siedepunkt (–0,5°C) aufweist als z. B. Isobutan (–11,7°C) und entsprechend weniger flüchtig ist. In der Tat haben die Computerprogramme REFPREP und REFLEAK des U. S. NIST (National institute of Standards & Technology) vorhergesagt, dass eine besonders bevorzugte ein solches n-Butan enthaltende Formulierung entflammbar wäre, wogegen gefunden wurde, dass diese es nicht war. Weiterhin ist, auch wenn ein beträchtlicher Siedepunktbereich zwischen der Komponente mit dem niedrigsten Siedepunkt und dem Kohlenwasserstoff der Zusammensetzung bestehen kann, die Temperaturabnahme (glide) der Mischung relativ gering. Es ist weiterhin überraschend, dass eine solche Formulierung eine verminderte Entflammbarkeit aufweist, da n-Butan einen größeren Bereich innerhalb der Grenzen der Entflammbarkeit verglichen mit Isobutan aufweist. Somit weist n-Butan einen Entflammbarkeitsbereich von 1,5 bis 10,1% v/v auf, wogegen der für Isobutan nur von 1,7 bis 9,7% v/v reicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlmittelzusammensetzung bereitgestellt, welche umfasst:

(a) 46 Gew.-% Pentafluorethan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung,
(b) 50 Gew.-% 1,1,1,2-Tetrafluorethan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, und
(c) 4 Gew.-% n-Butan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung.

Die Erfindung stellt auch ein Kühlgerät bereit, welches als Kühlmittel eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die vorliegende Erfindung weiter; Beispiele 2, 3, 4 und 5 sind zu Vergleichszwecken aufgenommen.
Fraktionierungsuntersuchung für den schlimmsten Fall:
Das Gerät, welches für diese Bestimmungen verwendet wurde, bestand aus einem kleinen rostfreien Stahlzylinder (343 cm³ Innenvolumen), welcher mit der Mischung, die ausgewertet werden sollte, in verschiedenen Füllungsverhältnissen befüllt wurde und dann in ein temperaturgesteuertes Bad gestellt wurde, das auf die geeignete Temperatur gebracht wurde und für wenigstens 30 Minuten äquilibrieren gelassen wurde. Die Temperatur in dem Bad wurde bis auf 0,1°C kontrolliert und wurde mit einem Platinwiderstandsthermometer überwacht. Wenn er äquilibriert war, wurde ein 75 cm³-Probenzylinder an dem Testzylinder befestigt, indem Schnellverschlüsse verwendet wurden, und die Hohlräume zwischen dem Testzylinder und dem Probenzylinder wurden mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Das System wurde für wenigstens 15 Minuten so belassen, um es auf Lecks zu überprüfen, und dann wurde Dampf aus dem Testzylinder langsam unter Verwendung eines Dosierventils in den Probenzylinder eingeführt. Wenn der Druck in dem Probenzylinder 1 Atmosphäre erreicht hatte, wurde die Einführung gestoppt, die zwei Zylinder wurden isoliert, und dann wurde der Probenzylinder zur Analyse durch GLC entfernt. Die GLC wurde kalibriert, indem drei getrennte Analysen eines Standards verwendet wurden, welche in einer solchen Weise durchgeführt wurden, dass diese sehr nah an der Dampfzusammensetzung lagen, die für die Testmischung erwartet wurde. Dieses Probenehmen wurde wiederholt, und eine zweite Probe wurde auf der GLC analysiert. Dieses wurde bei verschiedenen Temperaturen und mit verschiedenen Füllungsverhältnissen wiederholt, und das Ergebnis des schlimmsten Falls war das mit dem höchsten Kohlenwasserstoffgehalt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend gezeigt. Die Entflammbarkeitstests, welche unter Verwendung des Verfahrens durchgeführt wurden, das detailliert in ASTM E 681-85 beschrieben wird, zeigen, dass die Formulierungen der Beispiele 1 und 4 denen der Beispiele 2, 3 und 5 signifikant überlegen sind, wobei sie eine gute Kühlleistung aufweisen. Man wird feststellen, dass der Dampf der Zusammensetzung des Beispiels 1 (und 4) nicht entflammbar war.

Flüssigie Zusammensetzung % w/w

R125 R218 R134a R600a R600

Beispiel 1 46 - 50 - 4

Beispiel 2 46 - 50 4 -

Beispiel 3 46,5 - 50 3,5 -

Beispiel 4 - 9 88 3

Beispiel 5 - 9 88 -3 -

Claims

Eine Kühlmittelzusammensetzung, welche umfasst: (a) 46 Gew.-% Pentafluorethan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, (b) 50 Gew.-% 1,1,1,2-Tetrafluorethan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, und (c) 4 Gew.-% n-Butan, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung.
Ein Kühlgerät, welches als Kühlmittel eine Zusammensetzung wie in Anspruch 1 beansprucht enthält.