DE69408444T2 - Kühlzusammensetzungen die hexafluorpropan und fluorkohlenwasserstoff enthalten - Google Patents
Kühlzusammensetzungen die hexafluorpropan und fluorkohlenwasserstoff enthaltenInfo
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Description
- Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der anhängigen US- Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 08/039563, eingereicht am 29. März 1993.
- Diese Erfindung betrifft Zusammensetzungen aus Fluorkohlenwasserstoffmischungen. Diese Zusammensetzungen sind als Reinigungsmittel, Expansionsmittel für Polyolefine und Polyurethane, Aerosoltreibmittel, Kühlmittel (Kältemitteln), Wärmeübertragungsmedien, gasförmige Dielektrika, Feuerlöschmittel, Arbeitsflüssigkeiten in Kraftkreisen, Polymerisationsmedien, Teilchenentfernungsflüssigkeiten, Trägerflüssigkeiten, Polierschleifmittel und Verdrängungstrockenmittel geeignet.
- Fluorierte Kohlenwasserstoffe haben viele Anwendungen, eine davon ist als Kühlmittel. Solche Kühlmittel sind u.a. Dichlordifluormethan (CFC-12) und Chlordifluormethan (HCFC-22).
- In vergangenen Jahren ist gezeigt worden, daß bestimmte Arten von in die Atmosphäre freigesetzten fluoriert.-Kohlenwasserstoff- Kühlmitteln sich nachteilig auf die Ozonschicht der Stratosphäre auswirken können. Obwohl diese Behauptung noch nicht eindeutig bewiesen ist, werden gemäß einem internationalen Übereinkommen Maßnahmen ergriffen, um die Verwendung und Herstellung bestimmter Fluorchlorkohlenstoffe (CFCs) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HCFCs) zu kontrollieren.
- Demgemäß besteht ein Bedarf, Kühlmittel zu entwickeln, die ein niedrigeres Ozonverarmungspotential als die existierenden Kühlmittel haben, während sie dennoch eine annehmbare Leistung bei Kühlmittelanwendungen erbringen. Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs) sind als Ersatz für CFCs und HFCFs vorgeschlagen worden, da HFCs kein Chlor enthalten und deshalb kein Ozonverarmungspotential besitzen.
- Bei Kühlmittelanwendungen geht Kühlmittel oft durch Undichtigkeiten bei Wellendichtungen, Schlauchverbindungen, Lötverbindungen und gebrochenen Leitungen verloren. Zusätzlich kann das Kühlmittel während Wartungsvorgängen an der Kühleinrichtung in die Atmosphäre freigesetzt werden. Wenn das Kühlmittel keine reine Komponente oder azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzung ist, kann die Kühlmittelzusammensetzung sich ändern, wenn sie aus der Kühlanlage durch Undichtigkeiten entweicht oder in die Atmosphäre abgegeben wird, was dazu führen kann, daß das Kühlmittel brennbar wird oder eine schlechte Kühlleistung erbringt.
- Deshalb ist es wünschenswert, als Kühlmittel einen einzelnen fluorierten Kohlenwasserstoff oder eine azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzung, die ein oder mehrere fluorierte Kohlenwasserstoffe enthält, zu verwenden.
- Fluorierte Kohlenwasserstoffe können auch als Reinigungsmittel oder Lösungsmittel zur Reinigung von beispielsweise elektronischen Leiterplatten verwendet werden. Es ist wünschenswert, daß die Reinigungsmittel azeotrop oder azeotropartig sind, da bei Dampfentfettungsanwendungen das Reinigungsmittel im allgemeinen destilliert und zur Endreinigung durch Spülen wiederverwendet wird.
- Azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzungen, die einen fluorierten Kohlenwasserstoff enthalten, sind auch als Treibmittel bei der Herstellung von geschlossenzelligem Polyurethan, phenolischen und thermoplastischen Schäumen, als Treibmittel in Aerosolen, als Wärmeübertragungsmedien, gasförmige Dielektrika, Feuerlöschmittel, Arbeitsflüssigkeiten für Kraftkreise, wie z.B. für Wärmepumpen, inerte Medien für Polymerisationsreaktionen, Fluide zur Teilchenentfernung von Metalloberflächen, als Trägerflüssigkeiten, die z.B. verwendet werden können, um einen feinen Gleitmittelfilm auf Metallteilen aufzutragen, als Polierschleifmittel zur Entfernung von Polierschleifverbindungen von polierten Oberflächen, wie z.B. Metall, als Verdrängungstrockenmittel zum Entfernen von Wasser, z.B. von Schmuck oder Metallteilen, als Resist- Entwickler bei herkömmlichen Leiterherstellungsverfahren, einschließlich Entwicklungsmittel vom Chlor-Typ, oder als Ablösemittel für Photoresists, wenn es z.B. mit einem Chlorkohlenwasserstoff, wie z.B. 1,1,1-Trichlorethan oder Trichlorethylen, verwendet wird, geeignet.
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Entdeckung von Kühlmittelzusammensetzungen aus Hexafluorpropan und einem Fluorkohlenwasserstoff, wobei der Fluorkohlenwasserstoff Hexafluorpropan, Pentafluorpropan, Tetrafluorpropan, Trifluorpropan, Difluorpropan, Fluorpropan oder HFC-356mmz ist. Diese Zusammensetzungen sind auch als Reinigungsmittel, Expansionsmittel für Polyolefine und Polyurethane, Aerosoltreibmittel, Wärmeübertragungsmedien, gasförmige Dielektrika, Feuerlöschmittel, Arbeitsflüssigkeiten in Kraftkreisen, Polymerisationsmedien, Teilchenentfernungs flüssigkeiten, Trägerflüssigkeiten, Polierschleifmittel und Verdrängungstrockenmittel geeignet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Entdekkung binärer azeotroper oder azeotropartiger Zusammensetzungen, die wirksame Mengen von Hexafluorpropan und Hexafluorpropan, Pentafluorpropan, Tetrafluorpropan, Trifluorpropan, Difluorpropan, Fluorpropan oder HFC-356mmz enthalten, um eine azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzung zu bilden.
- Figur 1 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 236fa bei 25ºC,
- Figur 2 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 245eb bei 25ºC,
- Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC-245fa bei 25ºC,
- Figur 4 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 254eb bei 25ºC,
- Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 263ca bei 25ºC,
- Figur 6 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 263fb bei 25ºC,
- Figur 7 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 272ca bei 25ºC,
- Figur 8 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 272fb bei 25ºC,
- Figur 9 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 281ea bei 25ºC,
- Figur 10 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ca und HFC- 356mmz bei 25ºC,
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- Figur 12 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssig keits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 236fa bei 25cc,
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- Figur 14 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 254cb bei 25ºC,
- Figur 15 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 254eb bei 25ºC,
- Figur 16 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 263fb bei 25ºC,
- Figur 17 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 272ca bei 25ºC,
- Figur 18 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 281ea bei 25ºC,
- Figur 19 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236cb und HFC- 281fa bei 25ºC,
- Figur 20 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 236fa bei 25ºC,
- Figur 21 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 245cb bei 25ºC,
- Figur 22 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 263fb bei 25ºC,
- Figur 23 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssig keits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 272ca bei 25ºC,
- Figur 24 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 272fb bei 25ºC,
- Figur 25 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 281ea bei 25ºC,
- Figur 26 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236ea und HFC- 281fa bei 25ºC,
- Figur 27 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 245ca bei 25ºC,
- Figur 28 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 245eb bei 25ºC,
- Figur 29 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 254ca bei 25ºC,
- Figur 30 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 254cb bei 25ºC,
- Figur 31 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 254eb bei 25ºC,
- Figur 32 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 272ca bei 25ºC,
- Figur 33 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 272ea bei 25ºC,
- Figur 34 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC-281ea bei 25ºC und
- Figur 35 ist eine graphische Darstellung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtskurve für Mischungen aus HFC-236fa und HFC- 281fa bei 25ºC.
- Die vorliegende Erfindung betrifft die folgenden Zusammensetzungen:
- (a) 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan (HFC-236ca) und 1,1,1,3,3,3- Hexafluorpropan (HFC-236fa), 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan (HFC-245eb), 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (HFC-245fa), 1,1,1,2-Tetrafluorpropan (HFC-254eb), 1,2,2-Trifluorpropan (HFC-263ca), 1,1,1-Trifluorpropan (HFC-263fb), 2,2-Difluorpropan (HFC-272ca), 1,1-Difluorpropan (HFC- 272fb), 2-Fluorpropan (HFC-281ea) oder (CF&sub3;)&sub2;CHCH&sub3; (HFC- 356mmz);
- (b) 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan (HFC-236cb) und 1,1,2,3,3,3- Hexafluorpropan (HFC-236ea), HFC-236fa, HFC-245fa, 1,1,2,2-Tetrafluorpropan (HFC-254cb), HFC-254eb, HFC- 263fb, HFC-272ca, HFC-272fb, HFC-281ea oder 1-Fluorpropan (HFC-281fa);
- (c) HFC-236ea und HFC-236fa, 1,1,1,2,2-Pentafluorpropan (HFC-245cb), HFC-263fb, HFC-272ca, HFC-272fb, HFC-281ea oder HFC-281fa; oder
- (d) HFC-236fa und 1,1,2,2,3-Pentafluorpropan (HFC-245ca), HFC-245eb, 1,2,2,3-Tetrafluorpropan (HFC-254ca), HFC- 254cb, HFC-254eb, HFC-272ca, HFC-272ea, HFC-281ea oder HFC-281fa.
- 1-99 Gew.-% von jeder der Komponenten der Zusammensetzungen können als Kühlmittel verwendet werden. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch die Entdeckung von azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzungen aus zur Bildung einer azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzung wirksamen Mengen von jeder der obigen Mischungen.
- Mit "azeotrope" Zusammensetzung ist ein konstant siedendes Flüssigkeitsgemisch aus zwei oder mehreren Substanzen gemeint, welches sich wie eine einzelne Substanz verhält. Ein Weg, eine azeotrope Zusammensetzung zu charakterisieren, ist, daß der durch teilweises Verdampfen oder Andestillieren der Flüssigkeit erzeugte Dampf dieselbe Zusammensetzung wie die Flüssigkeit, aus der er verdampft oder destilliert wurde, hat, d.h., die Mischung destilliert/refluxiert ohne Anderung der Zusammensetzung. Konstant siedende Zusammensetzungen werden als azeotrop charakterisiert, weil sie entweder einen maximalen oder einen minimalen Siedpunkt zeigen, verglichen mit dem der nichtazeotropen Mischungen derselben Komponenten.
- Mit "azeotropartige" Zusammensetzung ist eine konstant siedende oder eine im wesentlichen konstant siedendende flüssige Mischung aus zwei oder mehreren Substanzen gemeint, die sich wie eine einzelne Substanz verhält. Ein Weg, eine azeotropartige Zusammensetzung zu charakterisieren, ist, daß der durch teilweises Verdampfen oder Andestillieren der Flüssigkeit erzeugte Dampf im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung hat wie die Flüssigkeit, aus der er verdampft oder destilliert wurde, d.h., die Mischung destilliert/refluxiert ohne wesentliche Änderung der Zusammensetzung.
- Im Stand der Technik ist bekannt, daß eine Zusammensetzung azeotropartig ist, wenn, nachdem 50 Gew.-% der Zusammensetzung entfernt worden ist, wie z.B. durch Verdampfen oder Andestillieren, die Dampfdruckdifferenz zwischen der ursprünglichen Zusammensetzung und der Zusammensetzung, die verbleibt, nachdem 50 Gew.-% der ursprünglichen Zusammensetzung entfernt worden sind, weniger als 10 Prozent ist, gemessen in Absoluteinheiten. Mit Absoluteinheiten sind Druckmessungen und z.B. psia, Atmosphären, Bar, Torr, Dyn pro Quadratzentimeter, Millimeter Quecksilber, Inch Wasser und andere im Stand der Technik gut bekannte äquivalente Ausdrücke gemeint. Wenn ein Azeotrop vorliegt, gibt es keinen Unterschied beim Dampfdruck zwischen der ursprünglichen Zusammensetzung und der Zusammensetzung, die verbleibt, nachdem 50 Gew.-% der ursprünglichen Zusammensetzung entfernt worden sind.
- Daher umfaßt diese Erfindung Zusammensetzungen aus wirksamen Mengen von
- (a) 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan (HFC-236ca) und 1,1,1,3,3,3- Hexafluorpropan (HFC-236fa), 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan (HFC-245eb), 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (HFC-245fa), 1,1,1,2-Tetrafluorpropan (HFC-254eb), 1,2,2-Trifluorpropan (HFC-263ca), 1,1,1-Trifluorpropan (HFC-263fb), 2,2-Difluorpropan (HFC-272ca), 1,1-Difluorpropan (HFC- 272fb), 2-Fluorpropan (HFC-281ea) oder (CF&sub3;)&sub2;CHCH&sub3; (HFC- 356mmz);
- (b) 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan (HFC-236cb) und 1,1,2,3,3,3- Hexafluorpropan (HFC-236ea), HFC-236fa, HFC-245fa, 1,1,2,2-Tetrafluorpropan (HFC-254cb), HFC-254eb, HFC- 263fb, HFC-272ca, HFC-272fb, HFC-281ea oder HFC-281fa;
- (c) HFC-236ea und HFC-236fa, HFC-245cb, HFC-263fb, HFC- 272ca, HFC-272fb, HFC-281ea oder HFC-281fa; oder
- (d) HFC-236fa und HFC-245ca, HFC-245eb, HFC-254ca, HFC- 254cb, HFC-254eb, HFC-272ca, HFC-272ea, HFC-281ea oder HFC-281fa;
- so daß, nachdem 50 Gew.-% einer ursprünglichen Zusammensetzung verdampft oder abdestilliert sind, um eine verbleibende Zusammensetzung zu bilden, die Dampfdruckdifferenz zwischen der ursprünglichen Zusammensetzung und der verbleibenden Zusammensetzung 10 Prozent oder weniger ist.
- Bei azeotropen Zusammensetzungen gibt es in der Regel einige Zusammensetzungsbereiche um den Azeotroppunkt, die als höchstsiedendes Azeotrop Siedepunkte bei einem bestimmten Druck haben, die höher sind als die der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei diesem Druck, und Dampfdrücke bei einer bestimmten Temperatur haben, die niedriger sind als die der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei dieser Temperatur, und die als niedrigstsiedendes Azeotrop Siedepunkte bei einem bestimmten Druck haben, die niedriger sind als die der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei diesem Druck, und Dampfdrücke bei einer bestimmten Tempe ratur haben, die höher sind als die der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei dieser Temperatur. Siedetemperaturen und Dampfdrücke oberhalb oder unterhalb denen der reinen Komponenten werden durch unerwartete intermolekulare Kräfte zwischen und unter den Molekülen der Zusammensetzungen verursacht, welche eine Kombination aus abstoßenden und anziehenden Kräften sein können, wie z.B. van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbindung.
- Die Zusammensetzungsbereiche, die einen maximalen oder minimalen Siedepunkt bei einem bestimmten Druck oder einen maximalen oder minimalen Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur besitzen, können, müssen jedoch nicht die gleichen Zusammensetzungsbereiche haben wie die, die eine Dampfdruckänderung von weniger als etwa 10% haben, wenn 50 Gew.-% der Zusammensetzung verdampft sind. In diesen Fällen, in denen die Zusammensetzungsbereiche, welche maximale oder minimale Siedetemperaturen bei einem bestimmten Druck oder maximale oder minimale Dampfdrücke bei einer bestimmten Temperatur haben, breiter sind als die Zusammensetzungsbereiche, die eine Dampfdruckänderung von weniger als etwa 10% haben, wenn 50 Gew.-% der Zusammensetzung verdampft sind, werden dennoch die unerwarteten intermolekulare Kräfte als wichtig angesehen, da die Kühlmittelzusammensetzungen, die diese Kräfte besitzen und nicht im wesentlichen konstant sieden, eine unerwartete Erhöhung der Kapazität oder Effizienz gegenüber den Komponenten der Kühlmittel zusammensetzung zeigen können.
- Die Komponenten der Zusammensetzungen dieser Erfindung haben die folgenden Dampfdrücke bei 25ºC.
- Im wesentlichen konstant siedende azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzungen dieser Erfindung sind folgende (alle Zusammensetzungen sind bei 25ºC gemessen):
- Für die Zwecke dieser Erfindung ist die "wirksame Menge" als die Menge von jeder Komponente der erfindungsgemäßen Zusammenset zungen definiert, die, wenn vereint, zur Bildung einer azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzung führt. Diese Definition umfaßt die Mengen von jeder Komponente, wobei die Mengen in Abhängigkeit vom auf die Zusammensetzung ausgeübten Druck variieren können, solange die azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzungen weiterhin bei den verschiedenen Drücken, jedoch mit möglicherweise unterschiedlichen Siedpunkten, bestehen bleiben.
- Deshalb sind wirksame Mengen die Mengen, wie sie z.B. in Gew.- % ausgedrückt werden können, einer jeden Komponente der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzungen bei Temperaturen oder Drücken anders als den hier beschriebenen bilden.
- Für die Zwecke dieser Diskussion soll azeotrop oder konstant siedend auch im wesentlichen azeotrop oder im wesentlichen konstant siedend bedeuten. In anderen Worten sind von der Bedeutung dieser Bezeichnungen nicht nur die oben beschriebenen reinen Azeotrope umfaßt, sondern auch andere Zusammensetzungen, die dieselben Komponenten in unterschiedlichen Anteilen enthalten, welche echte Azeotrope bei anderen Temperaturen und Drücken sind, sowie solche äquivalenten Zusammensetzungen, die Teil desselben azeotropen Systems sind und in ihren Eigenschaften azeotropähnlich sind. Wie in diesem Fachgebiet gut bekannt ist, gibt es eine Reihe von Zusammensetzungen, die dieselben Komponenten wie das Azeotrop enthalten, die nicht nur im wesentlichen äquivalente Eigenschaften bei Kühl- und anderen Anwendungen aufweisen, sondern die auch Eigenschaften besitzen, die einer echten azeotropen Zusammensetzung hinsichtlich konstanter Siedeeigenschaften oder der Neigung, beim Sieden sich nicht zu entmischen oder zu fraktionieren, im wesentlichen äquivalent sind.
- Es ist möglich, eine konstant siedende Mischung, die in Abhängigkeit von den gewählten Bedingungen in vielen verschiedenen Gestalten auftreten kann, praktisch durch mehrere Kriterien zu charakterisieren:
- * Die Zusammensetzung kann als ein Azeotrop aus A, B, C (und D...) definiert werden, da die genaue Bezeichnung "Azeotrop" gleichzeitig sowohl definitiv als auch limitierend ist und wirksame Mengen von A, B, C (und D...) für diese einzigartige Stoffzusammensetzung, die eine konstant siedende Zusammensetzung ist, erfordert.
- * Es ist den Fachleuten gut bekannt, daß, bei verschiedenen Drücken, die Zusammensetzung eines gegebenen Azeotrops wenigstens zu einem gewissen Grad variieren wird, und daß Druckänderungen, wenigstens zu einem gewissen Grad, die Siedetemperatur ändern werden. Somit stellt ein Azeotrop aus A, B, C (und D...) eine einzigartige Art von Beziehung dar, jedoch mit einer variablen Zusammensetzung, die von der Temperatur und/oder dem Druck abhängt. Deshalb werden oft eher Zusammensetzungsbereiche als feststehende Zusammensetzungen verwendet, um Azeotrope zu definieren.
- * Die Zusammensetzung kann definiert sein als eine spezielle Gewichtsprozentbeziehung oder Molprozentbeziehung von A, B, C (und D...), wobei erkannt wird, daß solche speziellen Werte nur eine spezielle Beziehung zeigen, und daß in Wirklichkeit eine Reihe solcher Beziehungen, die durch A, B, C (und D...) dargestellt werden, für ein gegebenes Azeotrop existieren, die durch den Einfluß von Druck variiert werden.
- * Ein Azeotrop aus A, B, C (und D...) kann charakterisiert werden, indem die Zusammensetzungen als ein Azeotrop definiert werden, das durch einen Siedpunkt bei einem gegebenen Druck charakterisiert ist, wodurch ihm identifizierende Eigenschaften gegeben werden, ohne unnötig den Umfang der Erfindung durch eine spezielle numerische Zusammensetzung, die durch die verfügbaren analytischen Geräte limitiert und nur so genau wie diese ist, zu beschränken.
- Die azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können durch irgendein zweckmäßiges Verfahren hergestellt werden, einschließlich des Vermischens oder Kombinierens der erwünschten Mengen. Ein bevorzugtes Verfahren ist, die erwünschten Komponentenmengen zu wiegen und sie anschließend in einem geeigneten Gefäß zu kombinieren.
- Spezielle Beispiele, welche die Erfindung veranschaulichen, sind nachstehend angegeben. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind alle Prozentangaben Gewichtsprozent. Man wird verstehen, daß diese Beispiele lediglich veranschaulichend und in keinster Weise als den Umfang der Erfindung beschränkend aufgefaßt werden sollen.
- Eine phasenuntersuchung zeigt, daß die folgenden Zusammensetzungen bei 25ºC alle azeotrop sind.
- Ein Gefäß wird mit einer Anfangszusammensetzung bei 25ºC beschickt und der anfängliche Dampfdruck der Zusammensetzung gemessen. Man läßt die Zusammensetzung von dem Gefäß entweichen, während die Temperatur konstant bei 25ºC gehalten wird, bis 50 Gew.-% der Anfangszusammensetzung entfernt sind, wonach der Dampfdruck der in dem Gefäß verbleibenden Zusammensetzung gemessen wird.
- Die Ergebnisse sind nachstehend zusammengefaßt.
- Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, daß diese Zusammensetzungen azeotrop oder azeotropartig sind, denn, wenn 50 Gew.-% einer ursprünglichen Zusammensetzung entfernt sind, ist der Dampfdruck der verbleibenden Zusammensetzung bei einer Temperatur von 25ºC innerhalb etwa 10% des Dampfdrucks der ursprünglichen Zusammensetzung.
- Ein Entweichtest wird mit Zusammensetzungen aus HFC-236fa und HFC-272ea bei der Temperatur von -25ºC durchgeführt. Die Ergebnisse sind nachstehend zusammengefaßt.
- Die Ergebnisse zeigen, daß Zusammensetzungen aus HFC-236fa und HFC-272ea bei verschiedenen Temperaturen azeotrop oder azeotropartig sind, daß aber die Gew.-% der Komponenten variieren, wenn die Temperatur geändert wird.
- Die folgende Tabelle zeigt die Leistung verschiedener Kühlmittel. Die Daten basieren auf den folgenden Bedingungen.
- Verdampfertemperatur 48, 0ºF (8,9ºC)
- Kühlertemperatur 115,0ºF (46,1ºC)
- Unterkühlt 12ºF (6,7ºC)
- Zurückerhaltenes Gas 65,0ºF (18,3ºC)
- Kompressorwirkungsgrad 75%
- Die Kühlkapazität basiert auf einem Kompressor mit einer festen Verdrängung von 3,5 Kubikfuß pro Minute und einem volumetrischen Wirkungsgrad von 75%. Kapazität soll die Enthalpieänderung des Kühlmittels in dem Verdampfer pro Pfund zirkuliertem Kühlmittel bedeuten, d.h. die wärme, die pro Zeiteinheit durch das Kühlmittel in dem Verdampfer entnommen wurde. Der Leistungskoeffizient (COP) soll das Verhältnis der Kapazität zur Kompressorarbeit bedeuten. Er ist ein Maß der Kühlleistungsenergieeffizienz.
- Dieses Beispiel betrifft Messungen der Flüssigkeits-Dampf- Gleichgewichtskurven der Mischungen in den Figuren 1-35.
- In Figur 1 bedeutet die obere Kurve die Zusammensetzung der Flüssigkeit und die untere Kurve die Zusammensetzung des Dampfes. Die Daten für die Zusammensetzungen der Flüssigkeit in Figur 1 werden wie folgt erhalten. Ein Edelstahlzylinder wird evakuiert und mit einer abgewogenen Menge HFC-236ca versetzt. Der Zylinder wird abgekühlt, um den Dampfdruck von HFC-236ca zu verringern, und anschließen wird eine abgewogene Menge HFC-236fa zu dem Zylinder hinzugegeben. Der Zylinder wird gerührt, um das HFC-236ca und das HFC-236fa zu vermischen, und anschließend wird der Zylinder in ein Temperierbad gegeben, bis sich bei 25ºC ein Temperaturgleichgewicht einstellt, wonach der Dampfdruck des HFC-236ca und des HFC-236fa im Zylinder gemessen wird. Zusätzliche Flüssigkeitsproben werden auf dieselbe Weise gemessen, und die Ergebnisse sind in Figur 1 aufgetragen.
- Die Kurve, welche die Zusammensetzung des Dampfes zeigt, wird durch Verwendung einer Zustandsgleichung für ein ideales Gas berechnet.
- Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewichtsdaten werden auf dieselbe Weise für die in den Figuren 2-35 gezeigten Mischungen erhalten.
- Die Daten in den Figuren 1, 3, 6-10, 12 und 15-35 zeigen, daß bei 25ºC Zusammensetzungsbereiche existieren, die höhere Dampfdrücke als die Dampfdrücke der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei derselben Temperatur haben. Wie bereits erwähnt, können die Drücke dieser Zusammensetzungen, die höher als erwartet sind, zu einem unerwarteten Anstieg der Kühlkapazität oder -wirkung dieser Zusammensetzungen führen, wenn sie mit den reinen Komponenten der Zusammensetzungen verglichen werden.
- Die Daten in den Figuren 2, 4-5, 11 und 13-14 zeigen, daß bei 25ºC Zusammensetzungsbereiche existieren, die niedrigere Dampfdrücke als die Dampfdrücke der reinen Komponenten der Zusammensetzung bei derselben Temperatur haben. Diese tiefstsiedenden Zusammensetzungen sind zur Kühlung geeignet und können, wenn sie mit den reinen Komponenten der Zusammensetzung verglichen werden, eine verbesserte Wirkung zeigen.
- Die neuen Zusammensetzungen dieser Erfindung, einschließlich der azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzungen, können verwendet werden, um durch Kondensieren der Zusammensetzungen und anschließendes Verdampfen des Kondensats in der Nähe eines zu kühlenden Körpers Kühlung erzeugen. Die neuen Zusammensetzungen können auch verwendet werden, um durch Kondensieren des Kühlmittels in der Nähe des zu erwärmenden Körpers und anschließendes Verdampfen des Kühlmittels Wärme zu erzeugen.
- Zusätzlich zu Kühlanwendungen sind die neuen konstant siedenden oder im wesentlichen konstant siedenden Zusammensetzungen der Erfindung auch als Aerosol-Treibstoffe, Wärmeübertragungsmedien, gasförmige Dielektrika, Feuerlöschmittel, Expansionsmittel für Polyolefine und Polynrethane und als Arbeitsflüssigkeiten in Kraftkreisen geeignet.
- Andere Komponenten, wie z.B. aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von -60ºC bis +60ºC, Fluorkohlenwasserstoffalkane mit einem Siedepunkt von -60ºC bis +60ºC, Hydrofluorpropane mit einem Siedepunkt zwischen -60ºC und +60ºC, Kohlenwasserstoff ester mit einem Siedepunkt zwischen -60ºC bis +60ºC, Fluorchlorkohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt zwischen -60ºC und +60ºC, Fluorkohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von -60ºC bis +60ºC, Chlorkohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt zwischen -60ºC und +60ºC, Chlorkohlenstoffe und perfluorierte Verbindungen können zu den oben beschriebenen azeotropen oder azeotropartigen Zusammensetzungen zugegeben werden, ohne daß deren Eigenschaften, einschließlich des konstant siedenden Verhaltens der Zusammensetzungen, wesentlich verändert werden.
- Additive, wie z.B. Gleitmittel, Korrosionsinhibitoren, oberflächenaktive Stoffe, Stabilisatoren, Farbstoffe und andere geeignete Materialien, können zu den neuen Zusammensetzungen der Erfindung für verschiedene Zwecke zugegeben werden, vorausgesetzt, daß sie keinen nachteiligen Einfluß auf die vorgesehene Anwendung der Zusammensetzung haben. Bevorzugte Gleitmittel sind u.a. Ester mit einem Molekulargewicht von mehr als 250.
Claims (7)
1. Eine Kühlmittelzusammensetzung, umfassend 1,1,2,2,3,3-
Hexafluorpropan und 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan, 1,1,1,2,3-
Pentafluorpropan, 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,2-
Tetrafluorpropan, 1,2,2-Trifluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan,
2,2-Difluorpropan, 1,1-Difluorpropan, 2-Fluorpropan oder
(CF&sub3;)&sub2;CHCH&sub3;; 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1,1,2,3,3,3-
Hexafluorpropan, 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan, 1,1,1,3,3-
Pentafluorpropan, 1,1,2,2-Tetrafluorpropan,
1,1,1,2-Tetrafluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, 2,2-Difluorpropan, 1,1-
Difluorpropan, 2-Fluorpropan oder 1-Fluorpropan;
1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan,
1,1,1,2,2-Pentafluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, 2,2-
Difluorpropan, 1,1-Difluorpropan, 2-Fluorpropan oder 1-
Fluorpropan; 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 1,1,2,2,3-
Pentafluorpropan, 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan, 1,2,2,3-
Tetrafluorpropan, 1,1,2,2-Tetrafluorpropan,
1,1,1,2-Tetrafluorpropan, 2,2-Difluorpropan, 1,2-Difluorpropan,
2-Fluorpropan oder 1-Fluorpropan.
2. Eine azeotrope oder azeotropartige Zusammensetzung,
umfassend 1-99 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99
Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-
Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan;
1-99 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-%
1,1,1,3,3-Pentafluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1,1,2-Tetrafluorpropan; 1-99
Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,2,2-
Trifluorpropan; 1-62 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und
38-99 Gew.-% 1,1,1-Trifluorpropan; 1-81 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-
Hexafluorpropan und 19-99 Gew.-% 2,2-Difluorpropan; 1-99
Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1-
Difluorpropan; 1-78 Gew.-% 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und
22-99 Gew.-% 2-Fluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% (CF&sub3;)&sub2;CHCH&sub3;; 1-99 Gew.-%
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropah und 1-99 Gew.-% 1,1,2,3,3,3-
Hexafluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und
1-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1,1,3,3-
Pentafluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und
1-99 Gew.-% 1,1,2,2-Tetrafluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-%
1,1,1,2-Tetrafluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99
Gew.-% 1,1,1-Trifluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 2,2-Difluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-%
1,1-Difluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan und 1-99
Gew.-% 2-Fluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan
und 1-99 Gew.-% 1-Fluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-
Hexafluorpropan; 1-45 Gew.-% 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und
55-99 Gew.-% 1,1,1,2,2-Pentafluorpropan; 1-65 Gew.-%
1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 35-99 Gew.-%
1,1,1-Trifluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99
Gew.-% 2,2-Difluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1,1-Difluorpropan; 1-87 Gew.-%
1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 13-99 Gew.-% 2-Fluorpropan;
1-99 Gew.-% 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-%
1-Fluorpropan; 72-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und
1-28 Gew.-% 1,1,2,2,3-Pentafluorpropan; 60-99 Gew.-%
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-40 Gew.-% 1,1,1,2,3-
Pentafluorpropan; 68-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan
und 1-32 Gew.-% 1,2,2,3-Tetrafluorpropan; 1-99,8 Gew.-%
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 0,2-99 Gew.-% 1,1,2,2-
Tetrafluorpropan; 1-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und
1-99 Gew.-% 1,1,1,2-Tetrafluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-%
2,2-Difluorpropan; 64-99 Gew.-% 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-36
Gew.-% 1,2-Difluorpropan; 1-99 Gew.-%
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan
und 1-99 Gew.-% 2-Fluorpropan oder 1-99 Gew.-%
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und 1-99 Gew.-% 1-Fluorpropan.
3. Ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlung, umfassend das
Kondensieren einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 und
anschließend das Verdampfen der Zusammensetzung in der Nähe
eines zu kühlenden Körpers.
4. Ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme, umfassend das
Kondensieren einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 in
der Nähe eines zu erwärmenden Körpers und anschließend das
Verdampfen der Zusammensetzung.
5. Wirksame Mengen von 1,1,2,2,3,3-Hexafluorpropan und
1,1,1,3,3, 3-Hexafluorpropan, 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan,
1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,2-Tetrafluorpropan, 1,2,2-
Trifluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan, 2,2-Difluorpropan, 1,1-
Difluorpropan, 2-Fluorpropan oder (CF&sub3;)&sub2;CHCH&sub3;; 1,1,1,2,2,3-
Hexafluorpropan und 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan, 1,1,1,3,3,3-
Hexafluorpropan, 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan,
1,1,2,2-Tetrafluorpropan, 1,1,1,2-Tetrafluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan,
2,2-Difluorpropan, 1,1-Difluorpropan, 2-Fluorpropan oder
1-Fluorpropan; 1,1,2,3,3,3-Hexafluorpropan und 1,1,1,3,3,3-
Hexafluorpropan, 1,1,1,2,2-Pentafluorpropan,
1,1,1-Trifluorpropan, 2,2-Difluorpropan, 1,1-Difluorpropan, 2-Fluorpropan
oder 1-Fluorpropan; 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und
1,1,2,2,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan,
1,2,2,3-Tetrafluorpropan, 1,1,2,2-Tetrafluorpropan, 1,1,1,2-
Tetrafluorpropan, 2,2-Difluorpropan, 1,2-Difluorpropan,
2-Fluorpropan oder 1-Fluorpropan, um binäre Zusammensetzungen
zu bilden, die einen maximalen oder minimalen Dampfdruck
besitzen, verglichen mit den Dampfdrücken der Komponenten der
binären Zusammensetzung.
6. Ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlung, umfassend das
Kondensieren einer Zusammensetzung nach Anspruch 5 und
anschließend das Verdampfen der Zusammensetzung in der Nähe
eines zu kühlenden Körpers.
7. Ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme, umfassend das
Kondensieren einer Zusammensetzung nach Anspruch 5 in der
Nähe eines. zu erwärmenden Körpers und anschließend das
Verdampfen der Zusammensetzung.
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