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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Thermostat-Einrichtung zur Temperierung eines fluiden
Wärmeträgermediums
mit einer Aufwärmvorrichtung
und einer Pumpe.
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Derartige
Thermostat-Einrichtungen werden beispielsweise in chemischen Laboratorien
dazu verwendet, um beliebige chemische Reaktoren in gewünschter
Weise zu temperieren, wobei von den Thermostat-Einrichtungen ein
fluides Wärmeträgermedium,
insbesondere ein Öl
mit einer großen
Wärmekapazität, zur gleichmäßigen Aufrechterhaltung einer
Temperatur auf die gewünschte
Temperatur aufgeheizt und nachfolgend mittels einer Umwälzpumpe
durch einen Reaktor hindurchgefördert
wird. Dadurch herrscht in dem Reaktor oder in einem sonstigen beliebigen
Rezipienten eine konstante Temperatur, die beispielsweise eine chemische
Reaktion unter vorgegebenen Bedingungen ablaufen lässt.
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Prinzipiell
sind derartige Thermostat-Einrichtungen auch auf allen anderen Gebieten
der Technik einsetzbar, bei denen es erforderlich ist, ein fluides Wärmeträgermedium
auf eine gewünschte
Temperatur aufzuheizen und unter anderem mit diesem Wärmeträgermedium
andere Einrichtungen in gewünschter
Weise zu temperieren. Als Wärmeträgermedium können beliebige
Flüssigkeiten
verwendet werden.
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Zum
Einstellen einer gewünschten
Temperatur ist es bekannt, der Thermostat-Einrichtung eine Temperatur-Messeinheit in Form
eines Sensors zuzuordnen, die die Temperatur des von der Pumpe geförderten
Wärmeträgermediums
erfasst. Somit kann mit einer entsprechend ausgelegten Steuereinrichtung
die Heizleistung einer an sich beliebig ausgestaltbaren Aufwärmvorrichtung
eingestellt werden, um das Wärmeträgermedium
in vorgegebener Weise zu temperieren.
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Dies
ist jedoch insofern nachteilig, als lediglich ein relativ träger Regelkreis
vorliegt, da durch die üblicherweise
große
Wärmekapazität des Wärmeträgermediums
ein An- oder Abschalten
der Aufwärmvorrichtung
nur mit relativ großer
zeitlicher Verzögerung
in einer Änderung
der Temperatur des aus der Thermostat-Einrichtung zu einem Rezipienten
geförderten
Wärmeträgermediums
resultiert.
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Die
DE 86 03 494 U1 offenbart
eine Thermostat-Einrichtung
mit einem Rezipienten, der über
eine Zulaufleitung und eine Rücklaufleitung
mit einem Wärmetauschergefäß für ein Wärmeträgermedium verbunden
ist. Dem Wärmetauschergefäß sind eine Aufwärmvorrichtung,
eine Kühlvorrichtung,
eine Umwälzpumpe
und eine Temperaturregeleinrichtung zugeordnet.
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Im
Weiteren beschreibt die
DE
694 24 270 T2 eine Temperatursteuereinrichtung zum Einstellen der
Temperatur einer Arbeitsstation und einem Arbeitsmedium an der Arbeitsstation
auf eine vorgegebene Temperatur. Die Arbeitstation umfasst Temperaturerfassungsmittel,
eine Quelle flüssigen
Kühlmittels,
einen Durchflusskühler
sowie eine Kühlmittelumwälzpumpe,
die mit einer Flussströmungsleitung verbunden
ist, die das Kühlmittel
von der Quelle durch die Arbeitstation leitet.
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In
der Flussströmungsleitung
ist eine Kühlmittelheizung
vorgesehen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist der Fachmann vor die Aufgabe gestellt,
eine Thermostat-Einrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine vom Nutzer
gewünschte
Temperatur des Wärmeträgermediums
ohne zu große Zeitverzögerung einstellbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, ein von der Thermostat-Einrichtung
temperiertes Wärmeträgermedium,
vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie
ein Öl,
das für
derartige Zwecke an sich bekannt ist, nicht unmittelbar einem Rezipienten
zuzuleiten, sondern zuerst durch eine Temperiereinheit zu leiten. Die
Temperiereinheit umfasst eine Verzweigung, um den Strom des Wärmeträgermediums
aufzuteilen. Dabei wird der eine Teil des aufgeteilten Stroms des Wärmeträgermediums
im Wesentlichen unverändert durch
ein Rohrleitungssystem weitergeleitet und der andere Teil durchläuft einen
Durchflusskühler,
um die Temperatur dieses Teilstroms in kontrollierter Weise reduzieren
zu können.
Der Durchflusskühler
kann vom Fachmann in Abhängigkeit
des gewählten
Temperaturbereichs sowie des Wärmeträgermediums
in an sich beliebiger Weise gestaltet werden, um eine möglichst
effektive Kühlung
des Wärmeträgermediums
zu erreichen. Nachdem der eine Teilstrom den Durchflusskühler durchlaufen
hat, wird dieser Teilstrom wiederum mit dem ersten Teilstrom, der
ungekühlt
geblieben ist, zusammengeführt,
so dass nachfolgend eine Durchmischung dieser beiden Teilströme erhalten
wird, um wiederum die absolute Temperatur des mittlerweile durchmischten
Wärmeträgermediums
zu reduzieren. Anschließend
wird dieses auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlte Wärmeträgermedium
dem eigentlichen Rezipienten, beispielsweise einem chemischen Reaktor
oder dergleichen, zugeleitet, um diesen in gewünschter Weise zu temperieren.
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Selbstverständlich wird
das Wärmeträgermedium,
nachdem es den Rezipienten durchlaufen hat, in an sich bekannter
Weise wieder der Thermostat-Einrichtung bzw. dessen Aufwärmvorrichtung
zugeführt
wird, um hier wiederum auf eine eingestellte Ausgangstemperatur
aufgewärmt
zu werden.
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Der
Vorteil der Vorrichtung liegt darin, dass mit der Temperiereinheit
eine Temperatur des Wärmeträgermediums,
das einen Rezipienten durchströmt,
wesentlich exak ter und schneller eingestellt werden kann, da hier
nur geringere Mengen des Wärmeträgermediums
die Temperiereinheit durchströmen,
wodurch die Energie zum Ändern
der Temperatur dieses Stroms wesentlich geringer ist und diese Temperatur
erheblich schneller verändert
werden kann. Demzufolge ist eine Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse
wesentlich einfacher möglich
und die Thermostat-Einrichtung selbst kann in günstiger Weise bei konstanter
Temperatur betrieben werden.
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Zwecks
Erhöhung
der Effizienz der Thermostat-Einrichtung
sind mehrere im Wesentlichen gleichartig aufgebaute Temperiereinheiten
an die Thermostat-Einrichtung angeschlossen. Dabei wird jeder Temperiereinheit
von der Thermostat-Einrichtung mit Hilfe der Pumpe das im Wesentlichen
auf die gleiche Temperatur aufgeheizte Wärmeträgermedium zugeführt und
in den verschiedenen Temperiereinheiten jeweils auf die gewünschte Temperatur
abgekühlt,
um unterschiedliche Rezipienten mit jeweils unterschiedlichen Erfordernissen
bedienen zu können.
Selbstverständlich
wird auch in diesem Fall das Wärmeträgermedium über entsprechende
Rohrleitungen jeweils wiederum der Thermostat-Einrichtung zugeführt.
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Um
das Wärmeträgermedium
in der Temperiereinheit auf einfache Weise temperieren zu können, umfasst
diese eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines Proportionalventils,
das vom Fachmann in Abhängigkeit
des Temperaturbereichs sowie des gewählten Wärmeträgermediums gewählt werden
kann. Mit dem Proportionalventil wird die Größe jedes der beiden Teilströme, die
entweder ungekühlt bleiben
oder den Durchflusskühler
durchlaufen, eingestellt, um nachfolgend durch das Durchmischen der
beiden nunmehr unterschiedlich temperierten Teilströme einen
Gesamtstrom des Wärmeträgermediums
mit vorgegebener Temperatur zu erhalten.
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Zur
exakten Einstellung einer gewünschten Temperatur
ist an der Temperiereinheit eine Temperatur-Messeinheit vorgesehen,
beispielsweise ein an sich bekannter Wärmefühler, um die Temperatur des Wärmeträgermediums
zu überwachen,
nachdem dieses die Temperiereinheit durchlaufen hat. Mit einem entsprechend
ausgelegtem Steuergerät
kann somit nach Art eines Regelkreises die Temperatur des Wärmeträgermediums
in gewünschter
Weise anhand der Menge des durchströmenden Wärmeträgermediums eingestellt werden.
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Zum
Anschluss der verschiedenen Komponenten, Rohrleitungen und dergleichen
untereinander sind diese jeweils über Verschraubungen der Rohrleitungen
miteinander verbunden. Diese dichtungslosen Flanschverbindungen
gewährleisten auch
bei großen
Temperaturschwankungen die Dichtigkeit des Systems, um ein Austreten
des Wärmeträgermediums
zu vermeiden.
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Die
Pumpe zur Förderung
des Wärmeträgermediums
besteht aus einer Flügelpumpe,
die über eine
Magnetkupplung von einem Elektromotor angetrieben wird. Hierbei
können
Druckleistungen bis zu 2500 hPa in einfacher Weise erzeugt werden,
um das Wärmeträgermedium
mit ausreichenden Drücken fördern zu
können.
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Für den Ausgleich
von Temperaturschwankungen ist der Thermostat-Einrichtung ein Vorratsbehälter zugeordnet,
in dem überschüssiges Wärmeträgermedium
drucklos zwischengespeichert werden kann, wobei dieser Vorratsbehälter auch
als Expansionsgefäß zum Ausgleich
des Volumens des sich ausdehnenden oder zusammenziehenden Wärmeträgermediums
dient. Vorzugsweise ist dieser Vorratsbehälter mit einer Kühlung ausgestattet,
um hauptsächlich die
Oberfläche
des Wärmeträgermediums abzukühlen, so
dass dieses nicht verdampfen oder sogar verbrennen kann. Sonach
ist insbesondere die Bedienungssicherheit für Nutzer der Thermostat-Einrichtung
gewährleistet.
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Die
Vorrichtung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die zugehörige
Zeichnung näher
erläutert.
Die einzige Fig. der Zeichnung zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Thermostat-Einrichtung.
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Mit
der Thermostat-Einrichtung 100 können fluide Wärmeträgermedien,
wie unter anderem ein Öl oder
eine sonstige Flüssigkeit,
in gewünschter
Weise temperiert werden, um beliebige Rezipienten 15, wie beispielsweise
chemische Reaktoren oder dergleichen, zu temperieren. Die Thermostat-Einrichtung 100 umfasst
eine Aufwärmvorrichtung 2,
insbesondere in Form eines Durchlauferhitzers, mit der das Wärmeträgermedium
aufgeheizt wird. Die Aufwärmvorrichtung 2 verfügt in an
sich bekannter Weise über Heizstäbe und einen
Sensor zur Überwachung
der Temperatur des Wärmeträgermediums,
mit dem auch die Aufwärmvorrichtung 2 bei
nicht mehr vorhandenem Wärmeträgermedium
abgeschaltet werden kann. Eine im oberen Bereich der Aufwärmvorrichtung 2 angeordnete
Rücklaufleitung
ist tangential angeordnet, um das Wärmeträgermedium rotierend in die
Aufwärmvorrichtung 2 einzuleiten,
um derart durch die auftretende Zentrifugalkraft das Wärmeträgermedium
selbsttätig
zu entlüften.
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Weiterhin
verfügt
die Thermostat-Einrichtung 100 über einen Vorratsbehälter 1,
der gleichzeitig als Expansionsgefäß dient und über eine
im Verhältnis zur
Viskosität
des Wärmeträgermediums
relativ kleine Bohrung mit der Aufwärmvorrichtung 2 in
Verbindung steht. In dem Vorratsbehälter 1 ist weiterhin eine
Kühlung
integriert, um insbesondere die Oberfläche des Wärmeträgermediums abzukühlen, um derart
ein Verdampfen oder sogar ein Verbrennen zu vermeiden, wodurch die
Betriebssicherheit der Thermostat-Einrichtung 100 wesentlich
erhöht
ist.
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Das
Wärmeträgermedium
wird, wie durch die Pfeile 16 angedeutet, mittels einer
Pumpe 3, insbesondere einer Flügelpumpe, durch das Rohrleitungssystem
gefördert,
wobei die Pumpe 3 über
eine Magnetkupplung 4 von einem Antriebsmotor 5,
insbesondere einem Elektromotor, angetrieben wird. Des Weiteren
verfügt
die Thermostat-Einrichtung 100 über einen
Temperatursensor 6, der die Temperatur des aus der Aufwärmvorrichtung 2 geförderten
Wärmeträgermediums
erfasst.
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Zur
Einstellung unterschiedlicher Temperaturen ist der Thermostat-Einrichtung 100 mindestens eine
Temperiereinheit 50 zugeordnet, die über Rohrleitungen, insbesondere
aus Metall, die jeweils mit Verschraubungen 7 abgedichtet
sind, an die Thermostat-Einrichtung 100 angeschlossen ist.
Dabei umfasst jede Temperiereinheit 50 eine Steuereinrichtung 9,
mit der ein Proportionalventil 8 angesteuert wird. Mittels
dieses Proportionalventils 8 wird der Strom des Wärmeträgermediums
in zwei Teilströme aufgeteilt,
wobei der eine jeweils rechts in der Temperiereinheit 50 eingezeichnete
Teilstrom im Wesentlichen ungekühlt
weitergefördert
wird und der andere jeweils links in der Temperiereinheit 50 eingezeichnete
Teilstrom einen Durchflusskühler 10 durchläuft. Der
Durchflusskühler 10 kann
vom Fachmann in an sich beliebiger Weise aus gestaltet werden, um
das Wärmeträgermedium
effektiv abzukühlen.
Nachfolgend werden diese beiden Teilströme an einer Verzweigung 11 wiederum
zusammengeführt,
wobei die Temperatur des nun wiederum zusammengeführten Fluidstroms
mit einem an sich bekannten Temperatursensor 12 überwacht
wird.
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Je
nach Stellung des Proportionalventils 8 wird dem einen
Teilstrom mehr Fluid zugeführt
als dem anderen, so dass beispielsweise eine größere Menge des Wärmeträgermediums
im Durchflusskühler 10 abgekühlt wird
oder nicht. Somit kann die Temperatur des Fluidstroms nach der Verzweigung 11 in gewünschter
Weise eingestellt werden, wobei dieser Fluidstrom nachfolgend einen
Rezipienten 15, beispielsweise einen chemischen Reaktor
oder dergleichen, durchläuft.
Anschließend
wird in an sich bekannter Weise das Wärmeträgermedium wieder zurückgefördert und
der Thermostat-Einrichtung 100 zugeführt.
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Die
Thermostat-Einrichtung 100 ist derart aufgebaut, dass mehrere
gleichartige Temperiereinheiten 50 modular angeschlossen
werden können, wobei
die jeweiligen Rohrendstücke
der Temperiereinheiten 50 beispielsweise mit Kappen 14 verschraubt
oder abgedichtet werden können.