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Maschinen, Apparaturen bzw. Teile derselben umgebender Siedethermostat
Die Erfindung betrifft einen Siedethermostaten, der Maschinen, Apparaturen bzw.
Teile derselben umgibt, um diese Teile vor einer vorbestimmten Höchsttemperatur
konstant zu halten.
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Es ist bereits ein Siedethermostat dieser Art vorgeschlagen worden,
bei welchem die auf konstante Temperatur zu haltenden Apparateteile in einem Zylinder
angeordnet sind, welcher auf einen Teil seiner Länge mit einer Flüssigkeit umgeben
ist. Diese Flüssigkeit wird mit Hilfe einer Heizvorrichtung unter Atmosphärendruck
auf ihrem Siedepunkt gehalten. Flüssigkeitsverluste durch Verdampfen werden hierbei
durch entsprechende Mittel verhindert.
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Gemäß der Erfindung wird die Siedeflüssigkeit dem Thermostaten zwecks
Erzielung einer vorher bestimmbaren Siedetemperatur in Form von unter Druck stehendem
Dampf derart zugeführt, daß die Temperatur des sich im Thermostaten bildenden Kondensats
der vorbestimmten, durch Wahl des Druckes einstellbaren Siedetemperatur entspricht
und die Dampfzufuhr mit Hilfe einer Regelvorrichtung bei Überschreiten der vorbestimmten
Siedetemperatur automatisch aus- und bei Unterschreiten derselben eingeschaltet
wird.
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Bei einem Siedethermostaten der angegebenen Art führt das Regelventil
zweckmäßig dem Thermostaten den Dampf unabhängig von dem Druck desselben in der
Zuführungsleitung mit konstantem Druck zu.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen zwei
Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei ist in Fig. 1 ein Schnitt durch eine
Auspreßvorrichtung und in Fig. 2 ein Schnitt durch einen Autoklav gezeigt.
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In Fig. 1, die einen Querschnitt durch die Auspreßvorrichtung darstellt,
ist 1 der Zylinder der Auspreßapparatur und 2 ein diesen Zylinder umgebender Mantel.
Der angewandte Dampf ist nasser Wasserdampf und wird von der Quelle 3 mit einem
höheren Druck zugeführt, als er zur Erzielung der gewünschten Temperatur erforderlich
ist. Ein Reduzierventil 4 von bekannter Bauart vermindert den Druck des Wasserdampfes
auf den gewünschten Wert, und die Temperatur des Systems wird geregelt, indem man
den reduzierten Druck am Reduzierventil einstellt. Gegebenenfalls kann es zweckmäßig
sein, mehr als ein Reduzierventil anzuwenden, um so einen erforderlichen Temperaturbereich
zu erhalten.
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Wenn das Reduzierventil einmal so eingestellt ist, daß es Wasserdampf
von einem bestimmten Druck liefert, ist keine weitere Einstellung erforderlich.
Der Wasserdampf streicht durch die Leitung 5 in den
Mantel 2. Innerhalb dieses Mantels
befindet sich ein Kühler8. Überschüssiges Kondensat wird über die Leitung 6 und
die Dampffalle 7 entfernt. Ein Ventil 9 ist im oberen Teil des Gerätes vorgesehen
und dient zum Abblasen von Luft bei der Inbetriebnahme des Gerätes. Neben diesem
Ventil ist ein Manometer 10 angeordnet.
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Beim Arbeiten mit dem Gerät wird Dampf vom gewünschten Druck eingeführt,
wobei das Ventil 9 offen gehalten wird, um so die Luft aus der Apparatur herauszudrücken.
Nach Schließen des Ventils 9 und wenn der Dampf im Mantel 2 den für die gewünschte
Arbeitstemperatur geeigneten Druck aufweist, wird das Auspreßverfahren begonnen.
Durch den Kühler wird fortlaufend Wasser geschickt, um einen Teil des Wasserdampfes
zu kondensieren und um so im Mantel einen Dampfstrom aufrechtzuerhalten. Das Kondensat
sammelt sich, bis sein Niveau das Auslaßrohr 6 erreicht, wonach der Überschuß nach
unten in die Dampffalle abfließt. l Der eingeführte Wasserdampf strömt in Form von
Blasen durch das Kondensat, das somit in Bewegung gehalten wird.
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Wenn während des Betriebes Wärme vom Zylinder bzw. Behälter aufgenommen
wird, nirnmt das diesen Zylinder umgebende Kondensat aus dem durch letzteres hindurchströmenden
Dampf Wärme auf und
wirkt somit wie ein zusätzlicher Kühler, wodurch
der Druck ein wenig herabgesetzt wird. Dadurch wird nun weiterer Wasserdampf über
das Reduzierventil eingeführt, so daß der Druck auf dem gewünschten Wert gehalten
wird, wodurch wiederum die Temperatur des Zylinders innerhalb sehr enger Grenzen
praktisch konstant gehalten wird.
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Wenn während des Verfahrens Wärme vom Zylinder abgegeben wird, wird
diese Wärme vom Wasser aufgenommen, das den Zylinder umgibt und das ins Sieden gerät,
wobei der so erzeugte Wasserdampf mit Hilfe des Kühlers kondensiert wird. Der zusätzlich
freigesetzte Wasserdampf bewirkt nun einen leichten Druckanstieg und somit eine
Verringerung des Wasserdampfstromes über das Reduzierventil in den Mantel, so daß
nahezu die gleiche gesamte Wasserdampfmenge unter allen Bedingungen des Wärmeaustausches
kondensiert wird. Der Druck wird dadurch automatisch auf den gewünschten Wert herabgesetzt
und demzufolge die Temperatur des Zylinders innerhalb enger Grenzen nahezu konstant
gehalten.
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Es ist wesentlich, daß der Kühler jegliche Dampfmenge zu kondensieren
vermag, die erzeugt wird, wenn das den Zylinder umgebende Kondensat siedet, weil
sonst das Verfahren nicht mehr geregelt werden könnte.
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Vorzugsweise sollte sich der kondensierte Dampf in einer solchen
Menge sammeln, daß der Zylinder völlig bedeckt ist, bevor überschüssiges Kondensat
entfernt wird, da dann das erfindungsgemäße Verfahren am wirksamsten ist. Ferner
wird der Dampf vorzugsweise unterhalb des Niveaus des sich im Mantel befindenden
Kondensats und ganz besonders nahe dem Boden des Mantels eingeleitet, weil das Kondensat
als Wärme leitendes Mittel wirkt und der hindurchströmende Dampf das Kondensat in
angemessener Bewegung hält.
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In Fig. 2 ist ein anderes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung,
nämlich ein mit einem außenliegenden Mantel 2 versehener Autoklav 1 dargestellt.
Die Bezifferung der anderen Teile und die Arbeitsweise der Apparatur entsprechen
der in Fig. 1 erläuterten Auspreßapparatur.
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Die Dampfzufuhrvorrichtung kann so eingerichtet sein, daß automatisch
Dampf vom gewünschten Druck in die Zone immer dann eingeführt wird, wenn der Druck
innerhalb der Zone unter den gewünschten Wert abfällt, um so wie in der besonderen
Ausführungsform beschrieben, einen nahezu konstanten Druck in der Zone aufrechtzuerhalten.
Wenn dieses Verfahren angewandt wird, kann man den Dampf der Wärmeaustauschzone
zuführen, indem man ihn von einem Dampfbehälter bzw. einem Dampfentwickler über
ein einfaches Druckreduzierventil, z. B. ein Nadel- oder Kolbenventil, einführt.
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In solchem Falle muß jedoch der Druck im Dampfbehälter bzw. Entwickler
nahezu konstant bleiben.
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Wenn der Druck im Dampfentwickler oder -behälter nicht konstant ist,
wird vorzugsweise ein Druckreduzierventil angewandt, das Dampf von einem konstanten
Druck liefert, der vom Druck der Zufuhrseite unabhängig ist. So wird erreicht, daß
kein Dampf in die Wärmeaustauschzone eingeführt wird, wenn der Druck in dieser Zone
einen bestimmten Wert übersteigt.
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Die Dampfzufuhr kann man andererseits mit Hilfe eines auf Temperaturänderungen
ansprechenden
Ventils, das innerhalb der Apparatur angeordnet ist, regeln. Ein derartiges
Ventil, das die bekannte Bauart aufweisen kann, arbeitet so, daß die Dampfzufuhr
geöffnet wird, wenn die Temperatur der Apparatur unter einen festgelegten Wert absinkt,
und die Dampfzufuhr gedrosselt wird, wenn die Temperatur der Apparatur dem gewünschten
Wert entspricht. Die Verwendung eines derartigen Ventils besitzt den Vorteil, daß
die Wirkung eines Temperaturabfalls zwischen der Apparatur und der Zone weitestgehend
verhindert wird.
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Vorzugsweise wird der Dampf mit Hilfe eines einfachen Kühlers kondensiert,
der in den Mantel eingesetzt oder mit diesem in solcher Weise verbunden wird, daß
das Kondensat in die Wärmeaustauschzone zurückfließt, und ferner wird die Kondensationsgeschwindigkeit
vorzugsweise geregelt, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch
den Kühler entsprechend eingestellt wird.
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Ferner wird überschüssiges Kondensat aus der Wärmeaustauschzone vorzugsweise
mit Hilfe einer Dampffalle abgetrennt, die so konstruiert ist, daß übermäßiges Eindringen
von Luft in die Wärmeaustauschzone bzw. Entweichen von Dampf aus der Wärmeaustauschzone
verhindert wird. Unter »übermäßig« ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, daß
kein Dampf entweichen bzw. Luft in das Gerät in solchem Ausmaß eindringt, daß dadurch
das Gerät nur noch schwierig zu regeln ist. Drücke unterhalb Atmosphärendruck können
angewandt werden, wenn auch in derartigen Fällen eine modifizierte Dampffalle Verwendung
finden muß, um zu verhindern, daß Luft in den Mantel eingesaugt wird; das Reduzierventil
- wenn ein solches in Verbindung mit der Dampfzufuhrvorrichtung angewandt wird -muß
in solchem Falle ebenfalls so modifiziert werden, daß es bei Unterdrücken geregelt
werden kann.
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Wenn Drücke unterhalb Atmosphärendruck angewandt werden, ist es oft
schwierig, zu verhindern, daß Luft in das Gerät eingesaugt wird, die, wenn sie sich
im Mantel ansammeln würde, die Temperaturregelung beeinträchtigen würde. Die Ansammlung
von Luft kann man verhindern, indem man einen kleinen Ejektor, der mit dem Kühlwasser
betrieben wird, vorsieht, um so fortlaufend eine geringe Menge des Dampfes und der
Luft aus dem Mantel heraus in solcher Menge zu entfernen, daß eine unzulässige Ansammlung
von Luft verhindert wird. Einen derartigen Ejektor kann man ferner zur Entfernung
von Kondensat benutzen.
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Das erfindungsgemäße Gerät ist besonders für Auspreßapparaturen zum
Auspressen organischer, thermoplastischer Materialien geeignet, wobei solche Apparatur
eine oder mehrere Schraubspindeln enthält, die in einem dicht angepaßten Zylinder
bzw.
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Behälter angetrieben werden, und dieser Zylinder vorzugsweise von
mehreren ringförmigen Wärmeaustauschzonen umgeben ist. Vorzugsweise werden mehrere
derartige Zonen angewandt, um so verschiedene Teile des Zylinders auf unterschiedliche
Temperaturen zu halten, wobei bei dieser Ausführungsart jede Wärmeaustauschzone
ein Teil eines vollständigen Gerätes ist, von denen jedes getrennt abgestimmt wird,
um die erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten.
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Das erfindungsgemäße Gerät kann weiterhin in Verbindung mit andersartigen
Apparaturen, die eine völlig oder teilweise abgeschlossene Verarbeitun kammer aufweisen,
in der mechanische Arbeiteo
richtet werden bzw. chemische Verfahren
ablaufen sollen, wobei diese mechanische Arbeit oder die chemischen Verfahren unter
Wärmeentwicklung ablaufen, immer dann angewandt werden, wenn man in der Verarbeitungskammer
eine nahezu konstante Temperatur erzielen will, wobei mittels dieses Gerätes Wärme
von dieser Kammer abgeführt bzw. dieser zugeführt wird. Weitere Anwendungsgebiete
sind allgemein Misch- und Verarbeitungsapparaturen, Säulenreaktoren, große Behälter
und andere Reaktionsgefäße oder Rohre. Die Wärmeaustauschzonen können entweder den
Teil der Apparatur, in dem Wärme freigesetzt wird, umgeben oder in diesen Teil hineingelegt
werden, je nachdem, wie es am zweckmäßigsten erscheint.
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Wenn auch andere Dampfarten angewandt werden können, so ist dodh
der geeigneteste und am leichtesten zugängliche Dampf nasser Wasserdampf, und es
stehen genügend Angaben in Hinsicht auf den für die jeweilige Temperatur erforderlichen
Wasserdampfdruck zur Verfügung.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gerätes kann die Temperatur sehr
wirksam geregelt werden und, wenn das Gerät einmal in Betrieb ist, kann es lange
Zeit ohne Aufsicht arbeiten. Das Gerät besitzt weiterhin den bedeutenden Vorteil,
daß es zur Temperaturregelung bei Verfahren angewandt werden kann, bei
denen nicht
mit offenen Flammen gearbeitet werden darf.