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Die
Erfindung richtet sich auf ein Schutzgehäuse für
Feldgeräte der Prozessautomatisierung zur Aufnahme von
mindestens einem Feldgerät, das ein thermoelektrisches
Element zur Energiegewinnung oder eine thermoelektrische Generatorkaskade aus
multiplen thermisch isolierten Einzelelementen umfasst und mit thermisch
absorbierenden und thermisch isolierenden Funktionswerkstoffen ausgestattet
ist.
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In
der Prozessautomatisierung wird eine Vielzahl von Feldgeräten,
bei denen es sich beispielsweise um Messgeräte, Anzeigegeräte
oder um Regelgeräte handelt, eingesetzt, um unterschiedliche
Prozesse zu überwachen, zu regeln bzw. zu steuern. Dabei
sind die Feldgeräte üblicherweise den Umweltbedingungen
der industriellen Prozesswelt ausgesetzt und haben unterschiedlichen,
zeitweilig hohen Prozesstemperaturen standzuhalten. Bekanntermaßen
wird eine gegenüber der Umgebung erhöhte oder
sehr hohe Temperatur einer Prozesseinrichtung durch thermische Abstrahlung
und Wärmeleitung an die Umgebung abgeführt, wobei
im Falle, dass es sich um Umgebungsluft in nicht ventilierten Räumen
handelt, Konvektions- und Luftströmungseffekte auftreten,
die den Wärmetransport beeinflussen. Bei den Feldgeräten
handelt es sich beispielsweise um Temperaturmessgeräte,
Druck-Füllstands- und Durchfluss-Messgeräte, Anzeigegeräte
oder Analysengeräte zur Erfassung von pH-Wert, Leitfähigkeit,
Trübung und gelöster Sauerstoff sowie weitere
Inhaltsstoffe in Trink-, Brauch- und Abwasser oder in Prozessflüssigkeiten.
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Feldgeräte
werden, um möglichst energiesparend zu arbeiten, mit Regeleinheiten
für ein Energiemanagement ausgestattet, verfügen über
Strom- oder Signalausgänge sowie Datenbusleitungen und können
Funkmodule beinhalten.
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Meist
wird beim Einsatz von beispielsweise Temperaturmessgeräten,
hier insbesondere von Thermometervorrichtungen ein Armaturenteil,
der als Halsrohr bekannt ist, in verlängerter Bauform eingesetzt,
um dadurch in Richtung zum temperierten Prozessbehälter
einen vergrößerten Abstand zu gewinnen, um auf
diese Weise eine Überhitzung zu vermeiden.
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Allerdings
verursacht eine derartige Lösung je nach den räumlichen
Gegebenheiten am Ort der Prozesseinrichtung einen zusätzlichen
Installationsplatzbedarf, der an den Einsatzorten nicht immer vorhanden
ist.
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Eine
zusätzliche Notwendigkeit die Einwirkung von hohen Temperaturen
am Installationsort von Feldgeräten zu begrenzen, resultiert
aus der eingeschränkten Hitzebeständigkeit von
elektronischen Bauelementen, wie Kondensatoren, Halbleitern, integrierten
Schaltungen sowie Funkmodule; ebenso sind standardmäßig
eingesetzte Signal- oder Versorgungsleitungen, die über
keine ausgezeichnete hitzebeständige Verseilung und Armierung
verfügen, nur begrenzt hitzebeständig.
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Treten
in der Installationsumgebung von Feldgeräten höhere
Temperaturen auf und sollen dennoch kostengünstige elektronische
Standardbauteile verwendet werden, sind Gehäuse und Kabelschächte
für Signal führende oder Strom versorgende Leitungen
beispielsweise mit Außenluft unter Gebläseeinsatz
zu kühlen oder sind aufwendige Flüssigkeit führende
Wärmetauschervorrichtungen vorzuhalten. Zusätzlich
haben derartige Einrichtungen in Ex-geschützten Umgebungen
aufwendigen Bauartzulassungen gerecht zu werden.
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Dies
führt zu einem erhöhten und in vielen Fällen
nicht hinnehmbaren Installationsmehraufwand.
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Um
Stromversorgungen und Versorgungsleitungen zu vermeiden, werden
für stationäre Einsatzfälle, die keine
mechanische Bewegung erfahren, in bekannter Weise elektrochemische
Batterien, aufladbare Akkumulatoren, Brennstoffzellen, fotovoltaische Zellen,
kapazitive Kondensator-Batterien und thermoelektrische Generatoren
verwendet.
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Aus
mehrer Gesichtspunkten, aus Gründen der Dauerverfügbarkeit
und anzustrebenden Wartungsfreiheit, der Betriebssicherheit und
aus Vorkehrungen für Ex-geschützte Bereiche sind
thermoelektrische Einrichtungen bevorzugt.
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Zur
Gewinnung von thermoelektrischer Energie werden in
US 2005/0115600 A1 Module
und Anordnungen aus vertikal angeordneten „Heat-Pipes” beschrieben,
die zu einer horizontal anliegenden Auftrennung von einer Heiß-
und einer Kaltzone führen sollen, um damit den benötigten
Temperaturgradienten zum Betreiben von thermoelektrischen Elementen
zu erhalten.
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Die
dabei horizontal verlaufende Auftrennung einer ersten Temperaturzone
und einer zweiten Temperaturzone, einer Heiß- und einer
Kaltzone, soll dabei, wie durch äußere Umweltgegebenheiten
vorgegeben, erreicht werden.
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Die
dabei vorherrschenden üblicherweise geringen Temperaturdifferenzen
sollen für den Betrieb von hochempfindlichen, multiplen,
thermoelektrischen, gleichfalls für den horizontalen Betrieb
ausgelegte Generatoreinrichtungen herangezogen werden, die den horizontal
ausgerichteten Temperaturgradienten erfassen und umsetzen.
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Bekanntermaßen
resultiert mit derartigen Anordnungen indessen nur eine geringe
Temperaturdifferenz, die eine niedere elektrische Leistung zur Folge
hat, ein Umstand der insbesondere den gesicherten und kontinuierlichen
Betrieb von Feldgeräten für die Prozessmesstechnik
gefährdet.
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Nachteilig
an den vorgegebenen horizontalen Temperaturgradienten sind die erwartungsgemäß nur
schwach ausgeprägten Temperaturdifferenzen, die zu erhöhen
wären, um eine höhere Leistung des Thermogenerators
gewährleisten zu können. Unter Wahrung des im
vorgegebenen Ansatz beschriebenen waagerechten Verlaufs des Temperaturgradienten,
wären für eine Leistungserhöhung des
Thermogenerators zusätzliche Hilfseinrichtungen wie Gebläse
und Wärmetauschervorrichtungen vorzuhalten, da ohne weitere
Hilfseinrichtungen der an die Luftströmung gekoppelte Wärmetransport
nicht alleine durch den üblicherweise in ambienter offener
Raumluft vorhandenen Temperaturgradienten zu leisten ist.
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So
nutzt eine in
JP 2003258326 beschriebene
horizontal eingerichtete Anordnung einen extern erzeugten Luftstrom.
Die dabei eingesetzten Gebläse für den Lufteintrag
und die Luftabsaugung bedürfen jedoch einer sekundären
zusätzlichen Energieversorgung.
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Der
in
JP 2005079347 vorgestellte
Lösungsansatz aus horizontal angeordneten Kombinationen Hitze
adsorbierender und Hitze dissipierender Strukturen, kann nur mit
zusätzlichen Hilfsinstallationen betrieben werden.
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Zur
Erhöhung der Effizienz von thermoelektrischen Anordnungen
sollen gemäß
GB
2119169 horizontal angeordnete Verrohrungen mit Lamellen
vorgehalten werden, die zu einer verbesserten Wärmeableitung
beitragen sollen. Die Anordnung erfordert einen erheblichen Raumbedarf.
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Umfangreiche
Assemblierungen für Thermogeneratoren werden in
US 3196620 beschrieben,
die zur Speisung mit Wärme liefernden Flüssigkeiten ausgelegt
sind.
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Das
in
WO 02081982 aufgegriffene
thermoelektrische Array ist an externe Heißluft-Konvektionsströmungen
anzuschließen, die durch Gebläse zu betreiben
sind.
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In
JP 59121888 wird eine Thermospannung generierende
Heiß-Gasanwendung vorgestellt, die sich einer Brenner-Gebläseeinrichtung
zum Erzeugen eines konvektiven Wärmestroms bedient.
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In
DE 3314159 A1 wird
zum Betrieb von thermoelektrischen Bauelementen eine Mehrzahl von Wärmesammelorganen
zusammengestellt, die mittels einem ersten und einem zweiten Wärmeübertragungsmittel
arbeiten sollen, die Bauart bedingt, einen erheblicher Platzbedarf
beanspruchen.
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EP 1870946 A2 ist
auf einen autonomen thermoelektrischen Generator bezogen, der mit
einer Wärmetauschereinrichtung zu betreiben ist, der externe
Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Die als
kompakte beschriebene Einheit verfügt indessen über
ein angegeben Gewicht von ca. 20 kg.
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DE 69821857 T2 beschreibt
einen thermoelektrischen Generator, dessen Hochtemperaturwärmelektrode
und dessen Niedrigtemperaturwärmeelektrode nach jeweiliger
Temperaturmessung eingestellt und mit einem Temperaturdifferenzerzeugungsmittel
geregelt werden.
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Im
Schriftstück
US
2005/0210883 A1 wird ein geregeltes thermoelektrisches
System für Kühlzwecke und Heizzwecke dargestellt,
mit dem eine Durchströmung mittels eines konvektiven Mediums
verwirklicht werden soll.
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Eine
thermoelektrische Energieumwandlungseinheit aus multiplen Einzelelementen
wird in
EP 1482568
A2 beschrieben, die aus einem Wärme empfangenden
Teil und einem gekühlten Teil besteht, wobei der Raum zwischen
dem Wärme empfangenden Teil und dem gekühlten
Teil mit einem nicht oxidierenden Gas beschickt wird.
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In
EP 1571718 A1 wird
eine thermoelektrische Generatoreinrichtung vorgestellt, deren Heißelektroden
mittels einer Flamme erhitzt werden und die über Luft gekühlte
Kaltelektroden verfügt. Bezogen auf die Gewichtsmasse des
eingesetzten Brennstoffs soll eine höhere Leistung resultieren,
verglichen mit der verbrauchten Batteriemasse einer herkömmlichen
elektrochemischen Zelle.
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US 2008/024352 A1 bezieht
sich auf einen thermoelektrischen Generator, der in einer Ofenanlage
integriert ist, eine Überhitzungsschutzvorrichtung aufweist und
dessen Kaltelektroden durch eine mittels Ventilatoren eingespeiste
Frischluftzufuhr gekühlt werden.
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Im
Schriftstück
GB
2441851 A wird eine thermoelektrische Generatoreinrichtung
zur Nutzung von Temperaturdifferenzen vorgestellt, die in Flugzeugen zwischen
Außenverkleidungen und Hydraulikleitungen anliegen.
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In
GB 2447333 wird die in Flugzeugen
vorhandene Temperaturdifferenz zwischen Außenverkleidung
und Kabineninnenluft zur Nutzung in einer thermoelektrische Generatoreinrichtung
vorgesehen.
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GB 1097423 und
GB 1066528 beziehen sich auf multiple
Wärmetauscherverrohrungen, die bauartbedingt extern betriebener
Flüssigkeits- bzw. Gas-Strömungen bedürfen.
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GB 592498 und
GB 578923 sind für heiße Brennergase
aus Strahltriebwerken bzw. Benzin-Brenner ausgelegt. Beide thermoelektrische
Anordnungen verwenden einen heißen Brenner-Abgasstrom.
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In
DE 102007017461 A1 wird
ein thermoelektrisches Modul gezeigt, das mit einem elektronischen
Regelmodul ausgestattet ist und über mikrotechnologisch
erstellte thermoelektrische Generatorbauelemente verfügt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgehäusevorrichtung
für Feldgeräte gegenüber externen Temperatureinflüssen
zu schaffen, die es zugleich ermöglicht, vorzugsweise mittels
autarker Energieversorgung, Feldgeräte und Hilfseinrichtungen
elektrisch zu versorgen, um damit auf Versorgungsleitungen verzichten
zu können, und um zumindest verbleibende Signal führende
oder Strom versorgende Leitungen zu kühlen.
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Ein
Ansatz zu einer Lösung erfordert beispielsweise eine Energieversorgung
der Feldgeräte mit dauerverfügbaren, d. h. unter
standardisierten Betriebsbedingungen einsatzfähigen thermoelektrischen
Energiequellen, um eine für Prozesseinrichtungen geforderte
Betriebssicherheit zu erlangen.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
Lösung sieht vor, dass eine kompakt gestaltete Schutzgehäusevorrichtung,
Feldgeräte und eine thermoelektrische Generatoreinrichtung
aufnimmt, wobei das Gehäuse der Schutzvorrichtung über
Flächensegmente verfügt, die aus thermischen Abschirmungen
und thermischen Absorptionseinrichtungen bestehen und am Ort der
thermoelektrischen Generatoreinrichtung zwischen der höher
temperierten Außenwand und des durch Konvektion gekühlten Innenraumes
ein Temperaturgradient ausgebildet wird, der den Betrieb des Thermogenerators
gewährleistet und gleichzeitig durch die erzielte Saugzugwirkung,
die sich im Schutzgehäuse befindlichen Feldgeräte-Einheiten
mit zugeführter Umgebungsluft kühlt, ohne dass
es externer Energie verbrauchender oder umfangreicher Platz greifender
Zusatzeinrichtungen bedarf.
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Das
erfindungsgemäße Kamin artig gestaltete obere
Rohrendstück, das mit einer thermische Strahlung absorbierenden
Beschichtung ausgestattet ist, erfährt in diesem Bereich
durch Einstrahlung aus der Umgebung und insbesondere durch eine
erhitzte prozessführende Einrichtung eine Erwärmung der
umschlossenen Luftsäule, die dadurch einen Auftrieb erfährt.
Der untere Teil des Rohrkörpers ist mit einer thermisch
isolierenden und thermische Strahlung reflektierenden Temperatur-hochbeständigen Isolation
umkleidet, so dass die in diesem Bereich umschlossene Luftsäule
keine Aufwärmung erfährt. Indessen entwickelt
die im oberen Teil erwärmte Luftsäule aufgrund
ihrer geringer werdenden Dichte einen Auftrieb mit einem verbundenen
Saugzugeffekt, der die kältere Luft aus dem thermisch abgeschirmten
Rohr-Ende an der Innenseite des Thermo-Wandlers vorbeiführt
nachdem bereits der Feldgerätetransmitter gekühlt
wurde.
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Auf
diese Weise erfährt der Thermo-Wandler einen ausgeprägten
Temperaturgradienten, ohne dass zusätzliche Hilfseinrichtungen
wie Gebläsevorrichtungen, Brenner- und Ofeneinrichtungen
oder aufwendige Wärmetauscheranlagen mit Mehrfachverrohrungen
hinzugezogen werden müssen.
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Die
damit erzielten Konvektionseffekte bewirken eine Kühlwirkung
zum Aufrechterhalten eines hohen Temperaturgradienten. Diese Kühlwirkung wird über
eine thermisch isolierte Rohrführung an die Innenseite
eines senkrecht angeordneten thermoelektrischen Wandlers übertragen.
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Die
damit zu erzielende Temperaturdifferenz ist demnach größer
als nur durch Luftzirkulation in einem offenen Rohrstück
zu erreichen ist, wobei in diesem Falle zusätzlich vorausgesetzt
wird, dass ein Temperaturgradient sich aus der Umgebung im Raume
gleichförmig herausbildet, was in ambienter Umgebung jedoch
nicht immer vorausgesetzt werden kann.
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Die
thermischen Absorber und Reflektoreinrichtungen und die Kühlfläche
der Kaltelektrode des Thermowandlers sind mit Staub abweisenden
Oberflächenstrukturen ausgestaltet.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der unter Teil des Schutzgehäuses
mit einem flexibel gestalteten, thermisch isolierten Anschlussteil
schlauchartig verlängert werden kann.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Heiß-Elektrode
von mindestens einer thermoelektrischen Stromquelle oder multiple
Einzelelektroden von mindestens einer thermoelektrischen Generatorkaskade
mit einer thermische Strahlung intensiv absorbierenden, wärmeleitfähigen,
elektrisch isolierenden, Staub abweisenden Beschichtung versehen
ist.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die Zwischenräume, die von
der als N-Halbleiter wirkenden Komponenten und der als P-Halbleiter
wirkenden Komponenten und von der Heiß-Elektrode und von der
Kalt-Elektrode umfasst sind, mit elektrisch isolierenden, das bedeutet,
dielektrischen, thermischen Sperrfiltern ausgefüllt werden,
die vorzugsweise über Reflexionseigenschaften im thermischen
Bereich verfügen.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Kalt-Elektrode von
mindestens einer thermoelektrischen Stromquelle oder multiple Einzelelektroden
von mindestens einer thermoelektrischen Generatorkaskade über
eine Wärme abgebende Lamellen- oder Meander- oder Hohlröhrchen-
oder Nadelfeld-artige oder n-Eck prismatische Struktur verfügt, die
aus einem aufgetragenen, wärmeleitfähigen, elektrisch
isolierenden, dielektrischen Material besteht, das eine Staub abweisenden
Oberfläche besitzt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die obere Gehäusewandung
der rohrförmigen, triklinen, rechteckigen oder multiklinen
Prismenbauform mit isolierenden Funktionswerkstoffen ausgestattet ist.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass die einem prozessführenden
Behälter oder die einer prozessführenden Rohrleitung
zugewandte Feldgeräteseite mit mindestens zwei thermischen
Abschirmungen geschützt ist, die von der Richtung der thermisch
belasteten Außenwand hin zur Feldgeräteseite hintereinander
angeordnet sind und auf diese bekannte Weise den Durchtritt sekundärer
thermischer Abstrahlung vermindern.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass die innere Wandoberfläche
der Schutzvorrichtung und die innere Oberfläche einer am
unteren Ende des Schutzgehäuses zu befestigenden schlauchartigen Verlängerung
mit Staub abweisenden Oberflächenstrukturen versehen sind.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in einem Feldgerätetransmitter
eine Kopftransmitterelektronik vorgesehen ist, deren Energiebedarf
mittels einer Energiezwischenspeichereinheit und über die Regelung
durch eine Energieversorgungssteuereinheit von einer thermoelektrischen
Generatoreinheit gedeckt wird.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass in einem Feldgerätetransmitter
eine Energieversorgungssteuereinheit vorgesehen ist
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in einem Feldgerätetransmitter
eine Energiezwischenspeichereinheit vorgesehen ist
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass in einem Feldgerätetransmitter
ein Funkmodul vorgesehen ist, dessen Energiebedarf mittels einer
Energiezwischenspeichereinheit und über die Regelung durch eine
Energieversorgungssteuereinheit von einer thermoelektrischen Generatoreinheit
gedeckt wird.
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Eine
Ausgestaltung beinhaltet, dass neben einem Feldgerätetransmitter
eine Funkantenne vorgesehen ist
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass vom Feldgerätetransmitter
eine Signalleitung und eine sekundäre bidirektionale Versorgungsleitung
mit der mindestens von einer vergleichbaren zweiten thermoelektrisch
betriebenen oder herkömmlichen Versorgungsnetz-Installation,
elektrischer Strom erhalten oder an die Sekundärinstallation
abgegeben werden kann.
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Die
erfindungsgemäße kompakt gestaltete Schutzvorrichtung
kann aufgrund ihres geringen Raumbedarfs unmittelbar am Ort der
prozessmesstechnischen Installation in der direkten Umgebung von
erhitzten Prozessanlagen, die beispielsweise aus Behältern
oder Raum- greifenden Rohrleitungsbündel bestehen, befestigt
werden.
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Wesentlicher
Vorteil der Erfindung ist es, dass für den Betrieb einer
thermoelektrischen Einrichtung höhere Temperaturgradientenbildungen
erreicht werden können, ohne Gebläsevorrichtungen, Brenner-
und Ofeneinrichtungen oder aufwendige Wärmetauscheranlagen
mit Mehrfachverrohrungen nutzen zu müssen.
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Es
wird andererseits nicht auf einen im allgemeinen nicht stark ausgeprägten
ambienten Temperaturgradienten mit horizontal verlaufenden Temperaturtrennzonen
zurückgegriffen, der aus einem ersten Temperaturbereich,
der statisch von einem zweiten Temperaturbereich abgrenzt ist, beruht
und der allein aufgrund des zu erwartenden moderaten Wärmetransportes
nicht zum Betrieb thermoelektrischer Zellen höherer Leistung
geeignet ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ergibt den Vorteil,
dass die thermische Abstrahlung von erhitzten Prozesseinrichtungen
zu deren Überwachung beispielsweise Temperaturmesseinrichtungen
besonders häufig eingesetzt werden, mittels der erfindungsgemäßen
Schutzvorrichtung ein Saugzugprinzip induziert, das einen vertikalen
Temperaturgradienten erzeugt.
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Die
an der geschwärzten äußeren Beschichtung
im infraroten und im Nahinfraroten Spektralbereich absorbierte thermische
Strahlungsenergie leistet, wie bekannt, einen zusätzlichen
Beitrag zur Ausbildung des erfindungsgemäß senkrecht
verlaufenden Temperaturgradienten an der Thermowandlereinrichtung.
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Ein
unteres flexibel gestaltetes Anschlussteil, kann als schlauchartige
Verlängerung in Raumbereiche in der unmittelbaren Umgebung
der Prozessinstallation verlegt werden, um dort vorhandene kühlere
Umgebungsluft oder Außenluft aufzunehmen.
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Bevorzugt
können für den thermoelektrischen Wandler bei
Temperaturen bis 300°C als aktive thermoelektrische Substrate,
thermoelektrische Bi2Te3-Schichten auf Polyimid-Basis eingesetzt
werden.
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Bei
höheren Temperaturen sind bevorzugt Substrate auf anorganischer
Basis einzusetzen.
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Die
vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Maßgaben
oder auszunehmen Bedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet
bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung
der zugehörigen Zeichnungen, in der beispielhaft bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt:
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1:
eine angeschnittene räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schutzgehäuses,
-
2:
einen vergrößerten Ausschnitt der 1,
-
3:
ein Schnittbild des Feldgerätetransmitters,
-
4:
ein Schnittbild von Thermoelementen, und
-
5:
ein Schnittbild einer weiteren Ausgestaltung der Thermoelemente.
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Die 1 eine Übersicht
in einem Schnitt durch das Schutzgehäuse 1 eines
erfindungsgemäßen Schutzgehäuses für
Feldgeräte.
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Zu
sehen sind die thermischen Abschirmungen 2, die den unteren
Teil des Schutzgehäuses abschirmen und damit die einfallende
thermische Emission von der Prozess führenden Einrichtung 4 abblocken.
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Eine
auf diese Weise geschützte Einbauarmatur 10 wird
in waagerechter oder gewinkelter Einbauposition über eine
mechanische Flanschverbindung 5 und einen thermisch abschirmenden
Einbauadapter 8 in den Prozessbehälter 4 eingesetzt.
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Über
der Einbauarmatur 10 befindet sich in einem Abstand zur
Abdeckung 12, des Feldgerätetransmitters 11 ein
thermoelektrisches Modul 31, von dem die der Prozesseinrichtung
zugewandte dielektrische, thermische Absorberbeschichtung 28,
mit der nach unten abgeführten speisenden Stromableitung 18 zu
sehen sind.
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Der
gewählte Abstand der Absorberbeschichtung 28 des
elektrothermischen Moduls, von der Einbauarmatur 28 verringert
die Möglichkeit einer unerwünschten Wärmeübertragung
auf die Einbauarmatur 10, da die Absorberbeschichtung 28 nach Aufheizung
ebenso als thermischer Emitter fungiert.
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Unter ähnlichem
funktionellen Gesichtspunkt ist die thermische Absorberbeschichtung 3 am
oberen Ende des Schutzgehäuses 1 von der Absorberbeschichtung
des elektrothermischen Moduls durch eine darunter liegende thermisch
abgeschirmte Zone 2 abgeschirmt, damit die erhitzte Innenseite
des oberen Endes des Schutzgehäuses 1, durch deren Strahlungswirkung
nicht die konvektiv gekühlte Kaltelektrode 25 mit
der Wärme ableitenden Lamellenstruktur 29 thermisch
direkt anstrahlen kann. Das untere Ende des Schutzgehäuses 1 an
dem die Signal- und Versorgungsleitung 21 abgeführt
wird, kann noch zusätzlich mit flexiblen Schlauch artigen
Verlängerungsstücken versehen werden, um auf diese
Weise aus entsprechender Entfernung Kaltluftströmungen
oder Frischluft passiv ansaugen zu können.
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Wie
in 2 gezeigt, wird das Ende beispielsweise eines
Eintauchrohrs 6 oder eines Schutzrohres waagerecht oder
in einem schrägen Winkel durch die Wand in einen Prozess
führenden Behälter 4 eingebracht.
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Ein
Rundflansch 5 oder eine in Einbaurichtung verschiebbare
Flanschbauform dient zur mechanischen Befestigung der Armaturenanordnung.
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An
der dem Feldgerätetransmitter 11 zugewandten Seite
befindet sich ein thermisch abschirmender Einbauadapter 8 und
eine zusätzliche thermische Abschirmung 9, die
ihre Wirksamkeit nach dem bekannten Prinzip entfaltet, dass jeweils
absorbierte thermische Strahlung im gesamten Raumwinkel wieder emittiert
wird und durch das serielle Anordnen mehrer Elemente hintereinander
eine Abschwächung der thermischen Strahlung resultiert.
Durch eine reflektiv gestaltete Oberfläche wird die Abschirmwirkung
verstärkt. Zur Ableitung der Restwärme von der
mit Kühlrippen versehenen Abdeckung 12 des Feldgerätetransmitters 11 wird
der mittels Saugzugwirkung entstehende Kühlluftstrom genutzt.
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Zu
sehen ist in 3 ein Schnittbild des Gehäuses
des Feldgerätetransmitters 11 mit dem Unterteil 14 und
der Abdeckung 12 mit den Staub abweisend beschichteten
Kühlrippen. In dem Gehäuse des Feldgerätetransmitters 11 sind
die Kopftransmitterelektronik 15, die Energieversorgungssteuereinheit 16,
die Energiezwischenspeichereinheit 17 und ein Funkmodul 18 untergebracht
und bidirektional untereinander mit Signal und Energieversorgungsleitungen
verbunden.
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Eine
Zuleitung 18 vom Elektrothermogenerator führt
zur Energieversorgungssteuereinheit 16 und zur Energiezwischenspeichereinheit 17.
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Eine
Signal- und sekundäre bidirektionale Versorgungsleitung 21 führt
aus dem Feldgerätetransmitter 11 in den gekühlten
Bereich des Schutzgehäuses 1 und kann in der Folge
direkt oder über eine angesetzte Schlauch artige Verlängerung
nach außen in einen beispielsweise geschützten
Bereich geführt werden.
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Zusätzlich
befindet sich am Feldgerätetransmitter 11 eine
Sende und Empfang geeignete Antenneneinrichtung 20.
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In
der 4 sind hintereinander geschaltete Thermoelemente
im Schnitt dargestellt, die mit ihren N-Leitern 23 und
ihren P-Leitern 24 in der Schichtassemblierung an einer
Heißelektrode 26 und an einer Kaltelektrode 25 in
Kaskaden zusammengefasst werden.
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Wie
in 4 gezeigt wird, sind die Zwischenräume,
in den Lücken zwischen N-Leiter 23 und P-Leitern 24 und
den das Modul 22 abdeckenden Heiß-Elektroden 26 und
Kaltelektroden 25 jeweils mit den thermischen Sperrfiltern 27 ausgestattet,
um eine thermische Übertragungen außerhalb der
Kontaktstellen von N-Leiter und P-Leiter zu vermeiden. Das thermische
Sperrfilter verfügt vorzugsweise über Reflexionseigenschaften
im thermischen Spektralbereich zwischen 3 und 7 Mikrometer.
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Die
dargestellte Anzahl der Einzelelemente und der mögliche
Mehrfacheinsatz der Module entsprichen jeweils einem bestimmten
Spannungs- und Leistungsbedarf.
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Die 5 zeigt
einen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung mit der die zusammengefassten Heiß-Elektroden 26 mit
einer thermische Strahlung absorbierenden, wärmeleitfähigen,
elektrisch isolierenden, Staub abweisenden thermischen Absorberbeschichtung 28 versehen
sind.
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Des
weiteren zeigt 5 einen Schnitt durch eine Ausgestaltung,
mit der die zusammengefassten Kalt-Elektroden von einer Wärme
abgebenden beispielsweise Lamellen-Struktur überzogen sind,
die aus einem aufgetragenen, wärmeleitfähigen,
elektrisch isolierenden, dielektrischen Material besteht, das eine
Staub abweisende Oberfläche besitzt.
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- 1
- Schutzgehäusevorrichtung
- 2
- Thermische
Abschirmung
- 3
- Thermische
Absorberbeschichtung
- 4
- Prozessführende
Einrichtung, Behälter, Leitung
- 5
- Einbauflansch
- 6
- Eintauchrohr
- 7
- Halsrohr
der Armatur
- 8
- Thermisch
abschirmender Einbauadapter
- 9
- Thermische
Isolatoren und Strahlungsreflektoren
- 10
- Einbauarmatur
- 11
- Feldgerätetransmitter
- 12
- Abdeckung
mit Kühlrippen
- 13
- Kühlrippen
Staub abweisend beschichtet
- 14
- Unterteil
mit Durchführungen
- 15
- Kopftransmitterelektronik
- 16
- Energieversorgungssteuereinheit
- 17
- Energiezwischenspeichereinheit
- 18
- Zuleitung
vom Elektrothermogenerator
- 19
- Funkmodul
- 20
- Antenneneinrichtung
- 21
- Signal
und sekundäre bidirektionale Versorgungsleitung
- 22
- Thermoelektrisches
Modul
- 23
- N-Leiter
in Schichtassemblierung
- 24
- P-Leiter
in Schichtassemblierung
- 25
- Kaltelektrode
- 26
- Heißelektrode
- 27
- Thermisches
Sperrfilter
- 28
- Dielektrische,
Staub abweisende, thermische Absorberbeschichtung
- 29
- Dielektrische,
Wärme ableitende Lamellenstruktur
- 30
- Anschlußleitung
- 31
- Modul
mit thermischen Absorber, Abschirmung und Ableitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2005/0115600
A1 [0011]
- - JP 2003258326 [0016]
- - JP 2005079347 [0017]
- - GB 2119169 [0018]
- - US 3196620 [0019]
- - WO 02081982 [0020]
- - JP 59121888 [0021]
- - DE 3314159 A1 [0022]
- - EP 1870946 A2 [0023]
- - DE 69821857 T2 [0024]
- - US 2005/0210883 A1 [0025]
- - EP 1482568 A2 [0026]
- - EP 1571718 A1 [0027]
- - US 2008/024352 A1 [0028]
- - GB 2441851 A [0029]
- - GB 2447333 [0030]
- - GB 1097423 [0031]
- - GB 1066528 [0031]
- - GB 592498 [0032]
- - GB 578923 [0032]
- - DE 102007017461 A1 [0033]