DE3886376T2

DE3886376T2 - Kühlmittel.

Info

Publication number: DE3886376T2
Application number: DE3886376T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kashiwagi; Masahiro Noguchi; Koji Tamura
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2008-09-22
Also published as: DE3886376D1; EP0331760A1; JPS6479287A; US4983312A; JPH0730311B2; US4983312B1; EP0331760A4; EP0331760B1; WO1989002455A1

Description

Diese Erfindung betrifft die neue Verwendung einer Zusammensetzung, die Tetrafluorethan und entweder Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan umfaßt, als Kältemittel.
Bisher bekannte Kältemittel umfassen Chlorfluoralkane, Fluoralkane, azeotrope Zusammensetzungen von ihnen und andere Materialien mit einer ähnlichen Zusammensetzung. Diese werden allgemein Flone oder Flon-Kältemittel oder Flon-Kühlmittel genannt. Von ihnen werden zur Zeit hauptsächlich Dichlordifluormethan (hier im folgenden als "CFC-12" genannt), Chlordifluormethan (hier im folgenden "HCFC-22" genannt) und dergleichen verwendet. In den letzten Jahren ist jedoch darauf hingewiesen worden, daß bestimmte Arten von "CFCs oder HCFCs", wenn sie in die Atmosphäre abgegeben werden, die stratosphärische Ozonschicht zerstören würden, wodurch sie einen schwerwiegenden schädlichen Einfluß auf das Ökosystem, einschließlich der Menschen auf der Erde, ausüben würden. Obgleich diese Behauptung noch wissenschaftlich und vollständig untermauert werden muß, gibt es eine Tendenz in Richtung auf die Kontrolle im Rahmen eines internationalen Abkommens für den Einsatz und die Erzeugung von CFCs oder HCFCs, die die Ozonschicht zerstören können. Die zu kontrollierenden Flone schließen CFC-12 ein. Mit der Verbreitung von Kühlaggregaten und Klimaanlage-Systemen beeinflußt die Kontrolle über den Einsatz und die Herstellung von CFCs oder HCFCs, deren Nachfrage von Jahr zu Jahr steigt, unsere Wohngebietumgebung und das gegenwärtige soziale Netz als Ganzes. Als Folge davon besteht ein dringender Bedarf nach Entwicklung neuer Kältemittel mit einer hohen Kühlleistungsfähigkeit, insbesondere einem hohen Leistungs-Koeffizienten, die CFC-12 ersetzen können. Tetrafluorethan kann als CFCs oder HCFCs, die frei von Ozonschicht zerstörenden Risiken sind, angeboten werden, hat jedoch den Fehler, daß sein Koeffizient der Leistungsfähigkeit (die Leistungszahl) niedrig ist.
Der Ausdruck "Koeffizient der Leistungsfähigkeit" bedeutet, wie er hier verwendet wird, das Verhältnis von Kühlkapazität zu Kompressionsarbeit. Die Kühlkapazität ist die Menge von Wärme, die pro Zeiteinheit von den zu kühlenden Substanzen abgeführt wird, und die Kompressionsarbeit ist das Arbeitsvolumen, das pro Zeiteinheit durch die Energie für den Betrieb des Kühlaggregats erreicht wird. Dementsprechend entspricht der Koeffizient der Leistungsfähigkeit dem Kühlwirkungsgrad des Kältemittels (der Leistungszahl).
Wir haben ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, um neue Kältemittel zu entwickeln, die einen hohen Koeffizienten der Leistungsfähigkeit aufweisen und die, wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt werden, einen geringen Einfluß auf die Ozonschicht ausüben würden. Unsere Forschungen zeigten, daß ein Kältemittel, das Tetrafluorethan und Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan umfaßt, einen höheren Koeffizienten der Leistung als Tetrafluorethan zeigen kann.
Die vorliegende Erfindung liefert deshalb eine neue Verwendung einer Zusammensetzung, die Tetrafluorethan und entweder Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan umfaßt, als Kältemittel.
Die Fig. 1 und 2 zeigen graphische Darstellungen, die die Kühlleistungsfähigkeit der Kältemittel gemäß der vorliegenden Erfindung illustrieren.
Die vorzugsweise verwendeten Kältemittel-Zusammensetzungen der Erfindung sind solche, die 95 bis 5 Gew.-% Tetrafluorethan und 5 bis 95 Gew.-% entweder Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan umfassen. Kältemittel, die Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan in dem vorstehend genannten Verhältnis enthalten, haben einen verbesserten Koeffizienten der Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Tetrafluorethan, wenn dies einzeln verwendet wird. Ein bevorzugtes Mischungsverhältnis ist folgendes. Von Kältemitteln, die aus Tetrafluorethan und Chlordifluormethan zusammengesetzt sind, werden solche bevorzugt, die 90 bis 5 Gew.-% des ersteren und 10 bis 95 Gew. -% des letzteren umfassen, und insbesondere bevorzugt sind solche, die 80 bis 20 Gew.-% des ersteren und 20 bis 80 Gew.-% des letzteren umfassen. Von Kältemitteln, die aus Tetrafluorethan und Chlordifluorethan zusammengesetzt sind, werden solche bevorzugt, die 80 bis 5 Gew. -% des ersteren und 20 bis 95 Gew.-% des letzteren umfassen. Insbesondere können Kältemittel, die aus 80 bis 20 Gew.-% Tetrafluorethan und 20 bis 80 Gew.-% Chlordifluormethan bestehen, und solche, die aus 80 bis 5 Gew.-% Tetrafluorethan und 20 bis 95 Gew.-% Chlordifluorethan bestehen, einen höheren Koeffizienten der Leistungsfähigkeit als CFC-12 zeigen.
Beispiele für Tetrafluorethan für die Verwendung bei der Erfindung sind 1,1,1,2-Tetrafluorethan (HFC-134a) und 1,1,2,2-Tetrafluorethan (HFC-134). Beispiele für Chlordifluorethan für die Verwendung hierbei sind 1-Chlor-1,1- difluorethan (HCFC-142b), 1-Chlor-1,2-difluorethan (HCFC-142a) und 2-Chlor-1,1-difluorethan (HCFC-142).
Unter den Zusammensetzungen der Erfindung können HFC-134a und HFC-134 einen ähnlichen Wirkungsgrad erreichen und somit eines durch das andere ersetzt werden oder miteinander gemischt werden für den Gebrauch. Dies kann bezüglich HCFC-142a, HCFC-142b und HCFC-142 vorgenommen werden.
Die Kältemittel der Erfindung sind kleiner in dem Verhältnis der spezifischen Wärme und niedriger in der Temperatur des von dem Kompressor abgelassenen Gases als HCFC-22 und sind demzufolge geeignet für die Verwendung als ein Kühlmedium für einen Kühlzyklus, bei dem eine relativ hohe Temperatur wie in einer Klimaanlage vom Wärmepumpentyp angewendet wird.
Die Zusammensetzung der Erfindung ist eine nicht-azeotrope Zusammensetzung. Im allgemeinen wird eine einzige Verbindung oder ein Azeotrop bei einer konstanten Temperatur in einem Verdampfer verdampft, weil ihre Verdampfung unter konstantem Druck erfolgt, wohingegen eine nicht-azeotrope Zusammensetzung eine niedrige Temperatur an dem Einlaß des Verdampfers und eine hohe Temperatur an dessen Auslaß hat. Andererseits wird ein zu kühlendes Fluid gezwungen, im Gegenstrom zu dem Kältemittel in dem Verdampfer zu strömen, um Wärmeaustausch durchzuführen, und auf diese Weise hat es einen Temperaturgradienten entlang der Strömungsrichtung, selbst wenn das Kältemittel bei einer konstanten Temperatur verdampft-wird. Mit anderen Worten, eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem zu kühlenden Fluid verringert sich in dem Verdampfer, wenn das Fluid vorwärts strömt. Im Gebrauch kann das Kältemittel mit der nicht-azeotropen Zusammensetzung gemäß der Erfindung in seiner Temperatur nahe an den Temperaturgradienten des zu kühlenden Fluids in dem Verdampfer gebracht werden, so daß der Kühlwirkungsgrad, nämlich der Koeffizient der Leistung, vergrößert werden kann.

Beispiele

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und das Vergleichsbeispiel verdeutlicht.

Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiel 1

Es wurden Kältemittel hergestellt, indem HFC-134a und HCFC-22 in verschiedenen Anteilen, die unten in Tabelle 1 angegeben sind (Gewichtsverhältnisse), zusammengemischt wurden. Tabelle 1 Vergleichsbeispiel 1 Beispiel
Eine Kältemaschine wurde mit einer Ausgangsleistung von 1 Pferdestärke (1 hp.) unter Verwendung der Kältemittel mit der Zusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt ist, betrieben. Jedes Kältemittel begann Kondensation bei 50ºC in einem Kondensator und hatte eine Temperatur von 0ºC in dem Einlaß des Verdampfers mit Überhitzung von 5ºC. Tabelle 2 unten zeigt (I) die maximale Verdampfungstemperatur (ºC), (11) Kühlkapazität (kcal/m³) KJ/m³, (III) Koeffizient der Leistungsfähigkeit (auch Leistungszahl genannt) und (IV) Ablaßtemperatur (ºC) an dem Kompressor.
Tabelle 2 zeigt auch die unter Verwendung von HFC-134a allein erhaltenen Ergebnisse. (Vergleichsbeispiel 1). Tabelle 2 Maximale Verdampfungstemperatur Kühlkapazität Koeffizient der Leistungsfähigkeit Ablaßtemperatur Vgl.Beispiel 1 Beispiel
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Verhältnissen von HFC-134a und HCFC-22 und dem Koeffizienten der Leistungsfähigkeit (Kurve A) darstellt.
Die in Tabelle 2 und Fig. 1 gezeigten Ergebnisse zeigen, daß die Kältemittel der vorliegenden Erfindung hervorragende Eigenschaften aufweisen.

Beispiele 7 bis 12

Die Eigenschaften von Kältemitteln wurden auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 6 mit der Ausnahme untersucht, daß die Kältemittel verwendet wurden, die durch Zusammenmischen von HFC-134a und HCFC-142b in verschiedenen Anteilen (Gewichtsverhältnis) hergestellt wurden, wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind. Tabelle 3 Beispiel
Tabelle 4 zeigt (I) die maximale Verdampfungstemperatur (ºC), (II) die Kühlkapazität (kcal/m³) KJ/m³, (III) den Koeffizienten der Leistungsfähigkeit (auch Leistungszahl genannt) und (IV) die Ablaßtemperatur (ºC) an dem Kompressor jeweils für die Kältemittel.
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Anteilen von HFC-134a und HCFC-142b und dem Koeffizienten der Leistungsfähigkeit darstellt (Kurve B). Tabelle 4 Maximale Verdampfungstemperatur Kühlkapazität Koeffizient der Leistungsfähigkeit Ablaßtemperatur Beispiel

Claims

1. Verwendung einer Zusammensetzung, die Tetrafluorethan und entweder Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan umfaßt, als Kältemittel.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung 95 bis 5 Gew.-% Tetrafluorethan und 5 bis 95 Gew.-% entweder Chlordifluormethan oder Chlordifluorethan als Kühlmittel umfaßt.

3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung 90 bis 5 Gew.-% Tetrafluorethan und 10 bis 95 Gew.-% Chlordifluormethan umfaßt.

4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei die Zusammensetzung 80 bis 20 Gew.-% Tetrafluorethan und 20 bis 80 Gew.-% Chlordifluormethan umfaßt.

5. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung 80 bis 5 Gew.-% Tetrafluorethan und 20 bis 95 Gew.-% Chlordifluorethan als Kältemittel umfaßt.