DE102014102067A1

DE102014102067A1 - System and method for providing a tempered gas

Info

Publication number: DE102014102067A1
Application number: DE102014102067.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bauer; Michael Krenn; Wolfgang Baumgartner; Gabriele Köpping
Original assignee: Anton Paar GmbH
Current assignee: Anton Paar GmbH
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Ein System (100) zum Bereitstellen eines temperierten Gases weist auf: Einen Gas-Einlassanschluss (120), einen Wärmetauscher (110) mit einem ersten Durchströmbereich (112) und einem davon getrennten zweiten Durchströmbereich (114), eine Gas-Zuleitung (122), welche den Gas-Einlassanschluss (120) mit dem ersten Durchströmbereich (112) verbindet, ein Gas-Ventil (124), welches der Gas-Zuleitung (122) zugeordnet ist, zum Steuern eines Gas-Massenstroms, und einen Gas-Auslassanschluss (128). Das System (100) weist ferner auf: Einen Fluid-Einlassanschluss (140), eine Fluid-Zuleitung (142), welche den Fluid-Einlassanschluss (140) mit dem zweiten Durchströmbereich (114) verbindet, ein Fluid-Ventil (144), welches der Fluid-Zuleitung (142) zugeordnet ist, zum Steuern eines Fluid-Massenstroms, und einen Fluid-Auslassanschluss (148), welcher mit dem zweiten Durchströmbereich (114) verbunden ist. Das System (100) weist ferner auf: Zumindest drei Sensoren (132, 152), welche jeweils der Gas-Zuleitung (122) oder der Fluid-Zuleitung (142) zugeordnet sind, zum Erfassen jeweils einer Zustandsgröße des durch die Gas-Zuleitung (122) strömenden Gases bzw. des durch die Fluid-Zuleitung (142) strömenden Fluids, wobei jeder Zuleitung (122, 142) zumindest ein Sensor (132, 152) zugeordnet ist, und eine Steuereinrichtung (170), welche eingangsseitig mit den zumindest drei Sensoren (132, 152) und ausgangsseitig mit den beiden Ventilen (124, 144) gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (170) konfiguriert ist, die beiden Ventile (124, 144) basierend auf den von den Sensoren (132, 152) erfassten Zustandsgrößen so anzusteuern, dass das temperierte Gas eine vorbestimmte Temperatur annimmt.A system (100) for providing a temperature-controlled gas comprises a gas inlet connection (120), a heat exchanger (110) having a first flow-through region (112) and a second flow-through region (114) separated therefrom, a gas feed line (122). connecting the gas inlet port (120) to the first flow area (112), a gas valve (124) associated with the gas inlet (122) for controlling a gas mass flow, and a gas outlet port (12). 128). The system (100) further comprises: a fluid inlet port (140), a fluid supply line (142) connecting the fluid inlet port (140) to the second flow area (114), a fluid valve (144), which is associated with the fluid supply line (142) for controlling a mass flow of fluid, and a fluid outlet port (148) which is connected to the second flow area (114). The system (100) further comprises: at least three sensors (132, 152) each associated with the gas supply line (122) or the fluid supply line (142) for detecting a respective state variable of the gas supply line ( 122) of flowing gas or the fluid flowing through the fluid supply line (142), wherein each supply line (122, 142) at least one sensor (132, 152) is associated, and a control device (170), which input side with the at least three Sensors (132, 152) and the output side with the two valves (124, 144) is coupled, wherein the control device (170) is configured, the two valves (124, 144) based on the state of the sensors (132, 152) detected state variables to control so that the tempered gas assumes a predetermined temperature.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines temperierten Gases. The invention relates to a system and a method for providing a tempered gas.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Temperierte Gase werden für viele messtechnische Anwendungen in Messkammern benötigt, bei denen es erforderlich ist, dass in einer Messkammer mit zumindest einem Messsensor eine bestimmte Temperatur vorliegt. Eine Temperierung einer Messkammer kann beispielsweise in Rheometern, für die Verwendung von Gasen in Gaschromatographen und bei der Messung von temperierten Proben mit einem Magnetresonanzgerät erforderlich sein. Die Liste der Anwendungen, für die temperierte Gase erforderlich sind, kann nahezu beliebig fortgesetzt werden. Tempered gases are required for many metrological applications in measuring chambers, in which it is necessary that a certain temperature is present in a measuring chamber with at least one measuring sensor. A temperature control of a measuring chamber may be required, for example, in rheometers, for the use of gases in gas chromatographs and in the measurement of temperature-controlled samples with a magnetic resonance apparatus. The list of applications for which tempered gases are required can be continued almost arbitrarily.

Ein wichtiger Aspekt bei der Verwendung von temperierten Gasen für messtechnische Anwendungen besteht darin, dass das temperierte Gas an den Einsatz- bzw. Messort geleitet werden muss, ohne dabei die messtechnische Anwendung bzw. die Messung selbst zu stören. Dazu sollte eine Zuleitung für das temperierte Gas gut isoliert und zudem möglichst kurz sein, um einen unerwünschten Wärmeaustausch mit der Umgebung zu minimieren. An important aspect of the use of tempered gases for metrological applications is that the tempered gas must be passed to the place of use or measurement, without disturbing the metrological application or the measurement itself. For this purpose, a supply line for the tempered gas should be well insulated and also be as short as possible in order to minimize unwanted heat exchange with the environment.

Ein solcher unerwünschter Wärmeaustausch, welcher zu hohen thermischen Verlusten führen kann, kann in bekannter Weise mittels einer Verwendung von tiefkalten Gasen gering gehalten werden, welche mittels geeigneter Heizgräte auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Das Hantieren mit tiefkalten Gasen wie beispielsweise beim Verdampfen von Flüssigstickstoff ist allerdings in der Praxis sehr aufwendig und erfordert sowohl besondere Sicherheitsvorkehrungen als auch ein spezielles Equipment. Häufig wird für Anwendungen von temperierten Gasen auch gar nicht der gesamte mit einem tiefkalten Gas erzielbare Temperaturbereich benötigt. Such unwanted heat exchange, which can lead to high thermal losses, can be kept low in a known manner by means of a use of cryogenic gases, which are brought by means of suitable heating boilers to a desired temperature. The handling of cryogenic gases such as the evaporation of liquid nitrogen, however, is very expensive in practice and requires both special safety precautions and a special equipment. Often, for tempered gas applications, not all of the temperature range achievable with a cryogenic gas is needed.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes System zum Temperieren von Gasen zu schaffen, welches temperiertes Gas für beliebige Mess- und Untersuchungsanwendungen zur Verfügung stellen kann und dabei die jeweilige technische Anwendung möglichst wenig beeinflusst. The invention has for its object to provide a compact system for tempering gases, which can provide tempered gas for any measurement and investigation applications available while the respective technical application as little as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Bereitstellen eines temperierten Gases für eine Anwendungskammer beschrieben. Das beschriebene System weist auf (a) einen Gas-Einlassanschluss für das zu temperierende Gas, (b) einen Wärmetauscher mit einem ersten Durchströmbereich und einem davon getrennten zweiten Durchströmbereich, zum Temperieren des Gases, (c) eine Gas-Zuleitung, welche den Gas-Einlassanschluss mit dem ersten Durchströmbereich verbindet, (d) ein Gas-Ventil, welches der Gas-Zuleitung zugeordnet ist, zum Steuern eines Gas-Massenstroms des Gases, und (e) einen Gas-Auslassanschluss für temperiertes Gas, wobei der Gas-Auslassanschluss mit der Anwendungskammer verbindbar ist. Infolge des Gesetzes der Massenerhaltung ist der Massenstrom des Gases gleich dem Massenstrom des zu temperierenden Gases (vor dem Wärmetauscher) und auch gleich dem Massenstrom des temperierten Gases (hinter dem Wärmetauscher). According to a first aspect of the invention, a system for providing a tempered gas to an application chamber is described. The system described has (a) a gas inlet connection for the gas to be tempered, (b) a heat exchanger having a first flow-through region and a second flow-through region separated therefrom, for controlling the temperature of the gas, (c) a gas feed line containing the gas (D) a gas valve associated with the gas supply line for controlling a gas mass flow of the gas, and (e) a gas outlet port for tempered gas, the gas outlet port is connectable to the application chamber. As a result of the law of mass conservation, the mass flow of the gas is equal to the mass flow of the gas to be tempered (before the heat exchanger) and also equal to the mass flow of the tempered gas (behind the heat exchanger).

Das beschriebene System weist ferner auf (f) einen Fluid-Einlassanschluss zum Zuführen von einem temperierenden Fluid, welches in dem flüssigen Aggregatszustand vorliegt, (g) eine Fluid-Zuleitung, welche den Fluid-Einlassanschluss mit dem zweiten Durchströmbereich verbindet, (h) ein Fluid-Ventil, welches der Fluid-Zuleitung zugeordnet ist, zum Steuern eines Fluid-Massenstroms des Fluids, (i) einen Fluid-Auslassanschluss, welcher mit dem zweiten Durchströmbereich verbunden ist, zum Abführen des Fluids. Infolge des vorstehend bereits erwähnten Gesetzes der Massenerhaltung ist der Massenstrom des Fluids gleich dem Massenstrom des temperierenden Fluids (vor dem Wärmetauscher) und auch gleich dem Massenstrom des bereits für die Temperierung des Gases verwendeten Fluids (hinter dem Wärmetauscher). The described system further comprises (f) a fluid inlet port for supplying a tempering fluid which is in the liquid state of aggregation, (g) a fluid supply line connecting the fluid inlet port with the second flow-through region (h) Fluid valve, which is associated with the fluid supply line, for controlling a fluid mass flow of the fluid, (i) a fluid outlet port, which is connected to the second flow area, for discharging the fluid. As a result of the law of mass conservation already mentioned above, the mass flow of the fluid is equal to the mass flow of the temperature-controlling fluid (before the heat exchanger) and also equal to the mass flow of the fluid already used for the temperature control of the gas (behind the heat exchanger).

Das beschriebene System weist ferner auf (j) zumindest drei Sensoren, welche jeweils der Gas-Zuleitung oder der Fluid-Zuleitung zugeordnet sind, zum Erfassen jeweils einer Zustandsgröße des durch die Gas-Zuleitung strömenden und zu temperierenden Gases bzw. des durch die Fluid-Zuleitung strömenden temperierenden Fluids, wobei jeder Zuleitung zumindest ein Sensor zugeordnet ist, und (k) eine Steuereinrichtung, welche eingangsseitig mit den zumindest drei Sensoren und ausgangsseitig mit den beiden Ventilen gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung konfiguriert, die beiden Ventile basierend auf den von den zumindest drei Sensoren erfassten Zustandsgrößen so anzusteuern, dass das temperierte Gas eine vorbestimmte Temperatur annimmt. The system described further comprises (j) at least three sensors, which are each assigned to the gas supply line or the fluid supply line, for detecting in each case a state variable of Supply line flowing and tempering gas or flowing through the fluid supply line temperature fluid, each supply line is assigned at least one sensor, and (k) a control device which is coupled on the input side with the at least three sensors and the output side with the two valves. According to the invention, the control device is configured to control the two valves based on the state variables detected by the at least three sensors in such a way that the temperature-controlled gas assumes a predetermined temperature.

Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine gezielte Anpassung der Eingangsmassenströme von einem Gas und einem Fluid, welche beide zum Zwecke eines Wärmetausches in den jeweiligen Durchströmbereich des Wärmetauschers strömen, abhängig von verschiedenen physikalischen Zustandsgrößen von dem einströmenden Gas und dem einströmenden Fluid, der Betriebszustand des gesamten Systems derart eingestellt oder angepasst werden kann, dass das der Anwendungskammer zugeführte Gas eine genau definierte Temperatur annimmt. The described system is based on the finding that, by a specific adaptation of the input mass flows of a gas and a fluid, which both flow into the respective throughflow region of the heat exchanger for the purpose of exchanging heat, depending on different physical state variables of the inflowing gas and the inflowing fluid, the operating state of the entire system can be adjusted or adjusted so that the gas supplied to the application chamber assumes a well-defined temperature.

Die relative Anordnung der verschiedenen Komponenten des beschriebenen Systems kann auch in Bezug auf die Strömungsrichtungen des Gases bzw. des Fluids beschrieben werden. Konkret ausgedrückt befindet sich in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gases der Wärmetauscher stromabwärts von dem Gas-Einlassanschluss und der Gas-Auslassanschluss befindet sich stromabwärts von dem Wärmetauscher. In entsprechender Weise befindet sich in Bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids der Wärmetauscher stromabwärts von dem Fluid-Einlassanschluss und der Fluid-Auslassanschluss befindet sich stromabwärts von dem Wärmetauscher. The relative arrangement of the various components of the described system can also be described with respect to the flow directions of the gas or the fluid. Concretely, with respect to the flow direction of the gas, the heat exchanger is located downstream of the gas inlet port, and the gas outlet port is located downstream of the heat exchanger. Likewise, with respect to the direction of flow of the fluid, the heat exchanger is downstream of the fluid inlet port and the fluid outlet port is downstream of the heat exchanger.

Unter dem Begriff "Anwendungskammer" kann in diesem Dokument jeder räumlich mehr oder weniger von einer Umgebung abgegrenzte Bereich verstanden werden, in welchem eine beliebige technische Anwendung stattfindet, welche umgeben von dem mit dem hier beschriebenen System temperierten Gas durchgeführt wird. Bevorzugt ist die Anwendungskammer ein von der Umgebung räumlich abgetrennter Bereich, so dass durch den Zustrom von dem temperierten Gas genau definierte Umgebungsbedingungen für die jeweilige technische Anwendung gegeben sind. Ferner ist es bei einer geschlossenen Anwendung, möglich, dass zugeführte und durch den Wärmetauscher temperierte Gas wieder aus der Anwendungskammer herauszuführen und demjenigen Gasstrom zuzuführen oder denjenigen Gasstrom zu bilden, welcher über den Gas-Einlassanschluss dem Wärmetauscher zugeführt wird. Allerdings kann es bei speziellen Anwendungen auch erforderlich sein, dass die Anwendungskammer gegenüber ihrer Umgebung zumindest teilweise offen ist. In diesem Fall ist eine effektive Gasrückführung jedoch nur schwer oder gar nicht möglich. The term "application chamber" in this document can be understood to mean any region more or less delimited spatially by an environment in which any technical application takes place, which is performed surrounded by the gas tempered by the system described here. The application chamber is preferably an area which is spatially separated from the environment, so that precisely defined environmental conditions for the respective technical application are given by the influx of the tempered gas. Furthermore, in a closed application, it is possible to lead out gas supplied and heated by the heat exchanger back out of the application chamber and to supply it to the gas stream or to form that gas stream which is fed to the heat exchanger via the gas inlet connection. However, in special applications it may also be necessary for the application chamber to be at least partially open to its environment. In this case, however, effective gas recirculation is difficult or impossible.

Unter dem Begriff "Wärmetauscher" kann in diesem Dokument jede räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche zwei räumlich voneinander getrennte aber in einem möglichst guten thermischen Kontakt stehende Bereiche aufweist. Somit kann von einem Medium (z.B. dem Gas), welches sich in dem einen Bereich (dem ersten Durchströmbereich) befindet, Wärmeenergie auf ein anderes Medium (z.B. dem Fluid) übertragen werden kann, welches sich in dem anderen Bereich (dem zweiten Durchströmbereich) befindet. The term "heat exchanger" can be understood in this document any spatially physical structure, which has two spatially separate but standing in the best possible thermal contact areas. Thus, from a medium (eg, the gas) located in one area (the first flow area), heat energy may be transferred to another medium (eg, the fluid) located in the other area (the second flow area) ,

Unter dem Begriff "Zustandsgröße" kann in diesem Dokument jede physikalische Messgröße verstanden werden, welche den Zustand eines Gases oder eines in dem flüssigen Aggregatszustand vorliegenden Fluids beschreibt. Typische Zustandsgrößen können beispielweise die Temperatur, der Massenstrom, der Volumenstrom, die spezifische Wärme, die Dichte und der Druck des Gases bzw. des Fluids sein. Ein weiterer wichtiger Parameter für einen optimalen Betrieb des hier beschriebenen Systems ist die spezifische Wärmekapazität des verwendeten Gases bzw. des verwendeten Fluids. The term "state variable" in this document can be understood as any physical measurand which describes the state of a gas or of a fluid present in the liquid state of aggregation. Typical state variables can be, for example, the temperature, the mass flow, the volume flow, the specific heat, the density and the pressure of the gas or of the fluid. Another important parameter for optimum operation of the system described herein is the specific heat capacity of the gas or fluid used.

In diesem Dokument wird unter dem Begriff "zu temperierendes Gas" derjenige Gasstrom verstanden, welcher dem ersten Durchströmbereich des Wärmetauschers zugeführt wird. Der Begriff "temperiertes Gas" bezeichnet denjenigen Gasstrom, welcher in dem ersten Durchströmbereich des Wärmetauschers temperiert bzw. auf eine andere Temperatur gebracht wurde und dann von dem Wärmetauscher zu der Anwendungskammer transferiert wird. In this document, the term "gas to be tempered" means that gas stream which is supplied to the first flow-through region of the heat exchanger. The term "tempered gas" denotes that gas stream which has been tempered or brought to a different temperature in the first throughflow region of the heat exchanger and is then transferred from the heat exchanger to the application chamber.

Der Ausdruck "Verbinden" oder "Verbunden" bedeutet bei dem Gas ein Herstellen bzw. ein Vorhandensein einer möglichst gasdichten pneumatischen Kopplung zwischen den betreffenden Komponenten des beschriebenen Systems. Bei dem Fluid bedeutet der Ausdruck "Verbinden" oder "Verbunden" ein Herstellen bzw. ein Vorhandensein einer möglichst flüssigkeitsdichten Kopplung zwischen den betreffenden Komponenten. The term "connect" or "connected" in the gas means making or having a gas tight pneumatic coupling between the respective components of the described system. In the case of the fluid, the term "connecting" or "connected" means the production or presence of the most liquid-tight coupling possible between the components concerned.

Der Ausdruck "der Gas-Zuleitung zugeordnet" kann bedeuten, dass die entsprechende zugeordnete Komponente, d.h. hier das Gas-Ventil direkt in oder an der Gas-Zuleitung angeordnet ist. Der Ausdruck "der Gas-Zuleitung zugeordnet" kann jedoch auch bedeuten, dass das Gas-Ventil indirekt, beispielsweise mittelbar über den Wärmetauscher, mit der Gas-Zuleitung verbunden ist. So kann das Gas-Ventil beispielsweise in oder an einer Gas-Ableitung angeordnet sein, welche den ersten Durchströmbereich des Wärmetauschers mit dem Gas-Auslassanschluss verbindet. In entsprechender Weise kann der Ausdruck "der Fluid-Leitung zugeordnet" bedeuten, dass das Fluid-Ventil direkt in oder an der Fluid-Zuleitung angeordnet ist. Das Fluid-Ventil kann jedoch indirekt oder mittelbar über den Wärmetauscher mit der Fluid-Zuleitung verbunden sein. Insbesondere kann das Gas-Ventil in oder an einer Fluid-Ableitung angeordnet sein, welche den zweiten Durchströmbereich des Wärmetauschers mit dem Fluid-Auslassanschluss verbindet. Ferner kann sowohl stromaufwärts von dem Wärmetauscher als auch stromabwärts von dem Wärmetauscher ein Gas-Ventil bzw. ein Fluid-Ventil vorgesehen sein. In diesem Fall weist das beschriebene System zumindest zwei Gas-Ventile und/oder zumindest zwei Fluid-Ventile auf. The term "associated with the gas supply line" may mean that the corresponding associated component, ie here the gas valve is arranged directly in or on the gas supply line. The expression "the However, it can also mean that the gas valve is connected indirectly, for example indirectly via the heat exchanger, to the gas feed line, for example, the gas valve can be arranged in or on a gas discharge line which carries the gas Likewise, the term "associated with the fluid conduit" may mean that the fluid valve is located directly in or on the fluid supply line, however, the fluid valve may be indirect or fluidized In particular, the gas valve may be disposed in or on a fluid drain connecting the second flow area of the heat exchanger to the fluid outlet port downstream of the heat exchanger, a gas valve or a fluid valve may be provided in this case, the besc at least two gas valves and / or at least two fluid valves.

Das zu temperierende Gas kann beispielsweise Trockenluft oder Umgebungsluft, bevorzugt entfeuchtete Umgebungsluft, sein. Das zu temperierende Gas kann jedoch auch aus Gasflaschen entnommen werden. The gas to be tempered may be, for example, dry air or ambient air, preferably dehumidified ambient air. However, the gas to be tempered can also be taken from gas cylinders.

Außerdem ist, wie vorstehend bereits beschrieben, prinzipiell auch eine Rückführung des Gases von der Anwendungskammer möglich, so dass ein geschlossener Gas-Kreislauf realisiert werden kann. In addition, as already described above, in principle also a return of the gas from the application chamber is possible, so that a closed gas cycle can be realized.

Bevorzugt steht das zugeführte Gas mit einem Druck der Anwendungskammer zur Verfügung gestellt, welcher höher ist als der herrschende Umgebungsdruck (typischerweise der aktuelle Atmosphärendruck). Dieser Druck kann durch das an der Gas-Zuleitung befindliche Gas-Ventil oder durch ein zusätzliches Ventil eingestellt bzw. geregelt werden. Preferably, the supplied gas is provided at a pressure of the application chamber which is higher than the prevailing ambient pressure (typically the current atmospheric pressure). This pressure can be adjusted or regulated by the gas valve located at the gas supply line or by an additional valve.

"Temperieren" kann je nach spezifischem Anwendungsfall und je nach aktuellen Betriebsbedingungen des beschriebenen Systems ein Abkühlen oder ein Erwärmen des Gases bedeuten. In den meisten Anwendungsfällen bedeutet "Temperieren" jedoch, dass das Gas abgekühlt wird. In diesem Fall ist das Fluid dann eine Kühlflüssigkeit, welche, wenn sie durch den zweiten Durchströmbereich fließt, infolge der thermischen Kopplung zwischen Fluid und Gas in dem Wärmetauscher, das Gas beim Durchgang durch den ersten Durchströmbereich abkühlt. "Tempering" may mean cooling or heating of the gas, depending on the specific application and the current operating conditions of the system described. However, in most applications "tempering" means that the gas is cooled. In this case, the fluid is then a cooling liquid which, when flowing through the second flow-through area, due to the thermal coupling between fluid and gas in the heat exchanger, cools the gas as it passes through the first flow-through area.

Das beschriebene System zum Bereitstellen eines temperierten Gases kann im Vergleich zu gattungsgleichen bekannten Systemen in einer besonders kompakten Bauform realisiert werden. Ferner kann das System so betrieben werden, dass das temperierte Gas mit einer genau definierten Temperatur, einem genau definierten Massenfluss und/oder einem genau definierten Druck der Anwendungskammer bereitgestellt wird. Damit können in der Anwendungskammer die unterschiedlichsten Messgeräte unter genau definierten Umgebungsbedingungen messtechnische Anwendungen mit hoher Genauigkeit durchführen. The described system for providing a tempered gas can be realized in a particularly compact design compared to generic same known systems. Furthermore, the system can be operated so that the tempered gas is provided with a well-defined temperature, a well-defined mass flow and / or a well-defined pressure of the application chamber. This means that a wide variety of measuring instruments can perform high-precision metrological applications in precisely defined environmental conditions in the application chamber.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinrichtung eingerichtet, basierend auf den von den zumindest drei Sensoren erfassten Zustandsgrößen und unter Verwendung eines Kalibriermodells für die Zustandsgrößen des zu temperierenden Gases und des temperierenden Fluids Steuersignale zu bestimmen, welche an die beiden Ventile ausgebbar sind. According to one exemplary embodiment of the invention, the control device is set up to determine control signals, which can be output to the two valves, based on the state variables detected by the at least three sensors and using a calibration model for the state variables of the gas to be tempered and the temperature-controlling fluid.

Das Kalibriermodell kann ein thermodynamisches Modell sein, welches die zumindest drei erfassten Zustandsgrößen mathematisch derart miteinander verknüpft, dass die beiden Ventile so eingestellt werden, dass das temperierte Gas zumindest annähernd die vorbestimmte Temperatur annimmt. Die mathematische Verknüpfung der zumindest drei erfassten Zustandsgrößen kann ferner von weiteren in Bezug auf das beschriebene System extrinsischen Parametern, wie beispielsweise der Druck und/oder die Temperatur des verwendeten Gases bzw. des verwendeten Fluids, abhängen. Ferner kann die Art des verwendeten Gases bzw. die Art des verwendeten Fluids einen Einfluss auf das verwendete Kalibriermodell haben. The calibration model can be a thermodynamic model, which mathematically combines the at least three detected state variables such that the two valves are adjusted so that the tempered gas at least approximately assumes the predetermined temperature. The mathematical combination of the at least three detected state variables can also depend on further extrinsic parameters with respect to the described system, such as, for example, the pressure and / or the temperature of the gas or the fluid used. Furthermore, the type of gas used or the type of fluid used can have an influence on the calibration model used.

Das Kalibriermodell kann als eine mathematische Funktion in einen Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Ein Prozessor der Steuereinrichtung wird dann die für die Bestimmung der Steuersignale für die beiden Ventile erforderlichen Berechnungen vornehmen. Das Kalibriermodell kann alternativ oder in Kombination auch mittels einer Nachschlagtabelle (look up table) in dem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein, wobei die Werte, die in der Nachschlagtabelle hinterlegt sind, bei verschiedenen Testbetrieben des beschriebenen Systems unter verschiedensten Betriebsbedingungen vorab ermittelt wurden. The calibration model can be stored as a mathematical function in a memory of the control device. A processor of the controller will then perform the calculations necessary to determine the control signals for the two valves. Alternatively or in combination, the calibration model can also be stored in the memory of the control unit by means of a lookup table, wherein the values stored in the lookup table have been previously determined under different operating conditions at different test operations of the described system.

So können beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Kalibriermodells für die Zustandsgrößen des zugeführten Gases und des zugeführten Kühlmittels die Temperatur und der Volumenstrom bzw. die Temperatur und der Massenstrom an dem Gas-Auslassanschluss auf die gewünschten Werte für die Zustandsgrößen geregelt werden. Ein Benutzer kann dann die gewünschten Werte für die Zustandsgrößen bzw. Parameter des bereitgestellten temperierten Gases in die Steuer- bzw. Regeleinheit eingeben. Diese kann dann den Zufluss von Gas und Fluid über geeignete Stellgrößen bzw. Steuersignale für die beiden Ventile in geeigneter Weise regeln. Thus, for example, using a suitable calibration model for the state variables of the supplied gas and the supplied coolant, the temperature and the volume flow or the temperature and the mass flow at the gas outlet port to the desired values for the State variables are regulated. A user can then enter the desired values for the state variables or parameters of the supplied tempered gas into the control unit. This can then regulate the inflow of gas and fluid via suitable control variables or control signals for the two valves in a suitable manner.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Genauigkeit der Temperierung dadurch verbessert werden kann, dass mehr als drei Sensoren verwendet werden, welche Werte für die Zustandsgrößen des Gases in der Gas-Zuleitung bzw. für die Zustandsgrößen des Fluids in der Fluid-Zuleitung erfassen und diese Werte dann an die Steuereinrichtung übermitteln. Die entsprechenden zusätzlichen Werte können dann bei der Bestimmung der Steuersignale für die beiden Ventile in geeigneter Weise berücksichtigt werden. It should be noted that the accuracy of the temperature control can be improved by using more than three sensors which detect values for the state variables of the gas in the gas feed line or for the state variables of the fluid in the fluid feed line and these Then transmit values to the controller. The corresponding additional values can then be taken into account in the determination of the control signals for the two valves in a suitable manner.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner auf (a) eine Fluid-Ableitung, welche den zweiten Durchströmbereich mit dem Fluid-Auslassanschluss verbindet, und (b) zumindest einen weiteren Sensor, welcher der Fluid-Ableitung zugeordnet ist, zum Erfassen einer Zustandsgröße des Fluids, welches von dem zweiten Durchströmbereich zu dem Gas-Auslassanschluss strömt. Der zumindest eine weitere Sensor ist mit der Steuereinrichtung gekoppelt. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die beiden Ventile ferner basierend auf der von dem zumindest einen weiteren Sensor erfassten Zustandsgröße anzusteuern. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises (a) a fluid drain connecting the second flow area to the fluid outlet port, and (b) at least one further sensor associated with the fluid drain for detecting a State quantity of the fluid, which flows from the second flow area to the gas outlet port. The at least one further sensor is coupled to the control device. The control device is set up to further control the two valves based on the state variable detected by the at least one further sensor.

Die Fluid-Zuleitung und die Fluid-Ableitung können als offenes Fluidsystem oder als geschlossenes Fluid-System ein einem Fluid-Kreislauf realisiert werden. The fluid supply and the fluid discharge can be realized as an open fluid system or as a closed fluid system in a fluid circuit.

Durch die Verwendung eines weiteren Sensors in der Fluid-Ableitung wird erreicht, dass die Steuereinrichtung mit zusätzlichen Informationen über den aktuellen Betriebszustand des beschriebenen Systems versorgt werden kann. Die Steuereinrichtung kann damit die Steuersignale für die Ventile des Systems noch genauer ermitteln, so dass die Genauigkeit insbesondere der Ausgangstemperatur des temperierten Gases auf vorteilhafte Weise weiter erhöht werden kann. So kann beispielsweise eine Temperierung des Gases mit einer Genauigkeit erreicht werden, welche zumindest annähernd der Genauigkeit der für das Fluid einstellbaren Temperatur entspricht. In der Praxis kann diese Genauigkeit selbst bei einem vertretbaren apparativen Aufwand zur Realisierung des beschriebenen Systems ungefähr ca. ±0,5°C betragen. The use of a further sensor in the fluid discharge ensures that the control device can be supplied with additional information about the current operating state of the described system. The control device can thus more accurately determine the control signals for the valves of the system, so that the accuracy, in particular the outlet temperature of the tempered gas can be further increased in an advantageous manner. For example, a temperature of the gas can be achieved with an accuracy which corresponds at least approximately to the accuracy of the adjustable temperature for the fluid. In practice, this accuracy can be about ± 0.5 ° C even with a reasonable expenditure on equipment for the realization of the system described.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Gas-Ableitung auf, welche den ersten Durchströmbereich mit dem Gas-Auslassanschluss verbindet. Die Gas-Ableitung sowie der Gas-Auslassanschluss sind frei von einem Sensor. Dies bedeutet, dass das beschriebene System in Bezug auf den Massenstrom von Gas ausgangsseitig keinen Sensor aufweist. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a gas discharge, which connects the first flow area with the gas outlet port. The gas discharge and the gas outlet connection are free of a sensor. This means that the system described has no sensor with respect to the mass flow of gas on the output side.

Gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind somit im Vergleich zu bekannten Systemen zum Bereitstellen eines temperierten Gases an der Gasaustrittseite möglichen Sensoren weggelassen. Damit kann auf vorteilhafte Weise vermieden werden, dass bei einem Messvorgang in oder an der Anwendungskammer die entsprechende Messung durch den Betrieb eines solchen Sensors an der Gasaustrittsseite in nachteilhafter Weise beeinflusst wird. According to the embodiment described here, possible sensors are therefore omitted in comparison to known systems for providing a tempered gas at the gas outlet side. In this way, it can be advantageously avoided that during a measuring process in or on the application chamber, the corresponding measurement is adversely affected by the operation of such a sensor on the gas outlet side.

Durch gasauslassseitig wegfallende Sensoren kann sichergestellt werden, dass die von dem beschriebenen System temperierten Gase auch in Explosions-Schutzbereichen funkenfrei zur Verfügung gestellt werden können. Ferner kann eine Störung der Steuerung bzw. Regelung, welche von der Steuereinrichtung ausgeführt wird, durch eine Messapparatur vermieden werden, welches sich in oder an der Anwendungskammer befindet. By gas outlet side dropping sensors can be ensured that the tempered by the described system gases can be provided spark-free even in explosion protection areas. Furthermore, a disturbance of the control, which is performed by the control device, can be avoided by a measuring apparatus, which is located in or on the application chamber.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Fluid-Temperiervorrichtung auf, welche mit dem Fluid-Einlassanschluss verbunden ist und welche konfiguriert ist, das in den zweiten Durchströmbereich des Wärmetauschers strömende Fluid zu temperieren. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a fluid temperature control device, which is connected to the fluid inlet connection and which is configured to temper the fluid flowing into the second flow area of the heat exchanger.

Die Fluid-Temperiervorrichtung kann in Bezug zu der Strömungsrichtung des Fluids stromaufwärts oder stromabwärts von dem Fluid-Einlassanschluss angeordnet sein. Bevorzugt befindet sich die Fluid-Temperiervorrichtung stromaufwärts von dem Fluid-Einlassanschluss. The fluid temperature control device may be disposed upstream or downstream of the fluid inlet port with respect to the flow direction of the fluid. Preferably, the fluid temperature control device is located upstream of the fluid inlet port.

Abhängig von dem Typ eines in der Fluid-Temperiervorrichtung verwendeten Thermostats und von der Art des Fluids kann die Temperatur des temperierten Gases in unterschiedlichen Temperaturbereichen liegen. Depending on the type of thermostat used in the fluid temperature control device and the type of fluid, the temperature of the temperature-controlled gas may be in different temperature ranges.

Die Fluid-Temperiervorrichtung kann unter Verwendung des bekannten Gegenstrom-Prinzips betrieben werden. Dies bedeutet, dass in der Fluid-Temperiervorrichtung das Fluid in einer Richtung und ein anderes Wärmemedium, mittels welches das Fluid temperiert wird, in einer zu dieser Richtung entgegen gesetzten anderen Richtung strömt. Damit kann auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln eine optimale Temperierung des Fluids erreicht werden. The fluid temperature control device can be operated using the known countercurrent principle. This means that in the fluid temperature control device the fluid flows in one direction and another heat medium, by means of which the fluid is heated, in a direction opposite to this other direction. This can be achieved in a simple manner and with simple means optimal temperature control of the fluid.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine Schnittstelle zum Koppeln der Steuereinrichtung mit einem in der Anwendungskammer befindlichen Messgerät auf, wobei das Messgerät konfiguriert ist, eine Messgröße des temperierten Gases in der Anwendungskammer zu erfassen. Ferner ist die Steuereinrichtung konfiguriert, die von dem Messgerät erfasste Messgröße zu empfangen. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises an interface for coupling the control device with a measuring device located in the application chamber, wherein the measuring device is configured to detect a measured variable of the temperature-controlled gas in the application chamber. Furthermore, the control device is configured to receive the measured variable detected by the measuring device.

Mit der beschriebenen Schnittstelle können somit Messsignale, welche direkt von der Anwendungskammer stammen und somit den aktuellen Zustand in der Anwendungskammer genau charakterisieren, von der Steuereinrichtung empfangen und für eine geeignete Ansteuerung der Ventile verwendet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der Anwendungskammer ohnehin entsprechende Sensoren bereits vorgesehen sind, welche das hier beschriebene Messgerät darstellen. With the described interface, measurement signals which originate directly from the application chamber and thus accurately characterize the current state in the application chamber can thus be received by the control device and used for a suitable control of the valves. This is particularly advantageous if in the application chamber corresponding sensors are already provided anyway, which represent the measuring device described here.

Die Messsignale von der Anwendungskammer können auch direkt oder indirekt über die Steuereinrichtung an die vorstehend beschriebene Fluid-Temperiervorrichtung übermittelt werden, so dass insbesondere die Temperatur des zuströmenden Fluids in geeigneter Weise eingestellt werden kann. The measurement signals from the application chamber can also be transmitted directly or indirectly via the control device to the above-described fluid temperature control device, so that in particular the temperature of the inflowing fluid can be adjusted in a suitable manner.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wärmetauscher ein poröses Material und insbesondere ein gesintertes oder geschäumtes poröses Material auf. Durch die Verwendung eines porösen Materials kann der Wärmetauscher besonders kompakt aufgebaut werden. Dies hat den Vorteil, dass sich im Betrieb das beschriebene System, welches das temperierte Gas bereitstellt, sehr nahe an dem Einsatzort (d.h. an die Anwendungskammer) befinden kann. According to a further embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a porous material and in particular a sintered or foamed porous material. By using a porous material, the heat exchanger can be made very compact. This has the advantage that in operation, the described system providing the tempered gas can be located very close to the site of use (i.e., to the application chamber).

Mit einem solchen aus einem porösen Material aufgebauten und in einer kompakten Bauform realisierten Wärmetauscher kann im Falle einer gewünschten Abkühlung des Gases abhängig von der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers und der Ausgangstemperatur des zu temperierenden Gases die Temperatur des zu temperierenden Gases um bis zu 150°C (Temperaturänderung = –150 K) abgesenkt werden. With such a heat exchanger constructed of a porous material and realized in a compact design, in the case of a desired cooling of the gas depending on the efficiency of the heat exchanger and the outlet temperature of the gas to be tempered, the temperature of the gas to be tempered by up to 150 ° C (temperature change = -150 K).

Das poröse Material weist bevorzugt ein hohes Oberfläche-zu-Volumen Verhältnis auf. Ferner, kann das poröse Material eine hohe Wärmeleit-fähigkeit aufweisen. Dies kann beispielsweise mit dem metallischen Grundmaterial Kupfer, Bronze, etc. erreicht werden kann. Beides, sowohl das hohe Oberfläche-zu-Volumen Verhältnis als auch die hohe Wärmeleitfähigkeit tragen zu einer hohen Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers bei. The porous material preferably has a high surface area to volume ratio. Further, the porous material may have high heat conductivity. This can be achieved for example with the metallic base material copper, bronze, etc. Both the high surface-to-volume ratio and the high thermal conductivity contribute to the high efficiency of the heat exchanger.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Wärmetauscher somit einen einfach geformten bzw. zu formenden porösen Werkstoff auf. Derartige Werkstoffe sind z.B. mechanisch feste, poröse und damit durchströmbare Bauteile, die insbesondere durch Sintern von Metallpartikeln hergestellt werden können. According to the embodiment shown here, the heat exchanger thus has a porous material that is simply shaped or to be shaped. Such materials are e.g. mechanically strong, porous and thus durchströmbare components that can be made in particular by sintering metal particles.

Daneben sind auch Keramiken und beispielsweise Graphit als Materialien für den Wärmetauscher geeignet. Die Permeabilität des Materials und damit die mögliche Durchflussrate kann an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Auf alle Fälle sollte die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Wärmetauschers, welche den Wärmeübergang charakterisiert, möglichst hoch sein. In addition, ceramics and, for example, graphite are also suitable as materials for the heat exchanger. The permeability of the material and thus the possible flow rate can be adapted to the respective application. In any case, the heat conductivity of the material of the heat exchanger, which characterizes the heat transfer, should be as high as possible.

Solche Sintermaterialien für Wärmetauscher sind beispielsweise aus der DE 44 03 801 A1 bekannt und werden im Übrigen auch als Filtermaterialien in einer Vielzahl von technischen Anwendungen verwendet. Such sintered materials for heat exchangers are for example from DE 44 03 801 A1 and are also used as filter materials in a variety of technical applications.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wärmetauscher eine Mehrzahl von Wärmetausch-Baugruppen auf, welche jeweils einen von dem Gas oder alternativ von dem Fluid durchströmbaren Teilbereich darstellen. Dabei bildet eine erste Anzahl von Wärmetausch-Baugruppen gemeinsam den ersten Durchströmbereich und eine zweite Anzahl von Wärmetausch-Baugruppen bildet gemeinsam den zweiten Durchströmbereich. Die erste Anzahl und/oder die zweite Anzahl sind abhängig von dem aktuellen Betriebszustand des Systems wählbar. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Kapazität des Wärmetauschers, d.h. die Wärmeleistung bzw. die Wärmemenge pro Zeiteinheit, die zwischen dem Gas und dem Fluid ausgetauscht werden kann, an die jeweiligen aktuellen Anforderungen an das System angepasst werden kann. Diese Anpassung kann insbesondere von der Steuereinrichtung vorgenommen werden, welche in geeigneter Weise mit dem Wärmetauscher verbunden ist und ferner in der Lage ist, den Wärmetauscher in geeigneter Weise zu konfigurieren. According to a further exemplary embodiment of the invention, the heat exchanger has a plurality of heat exchange assemblies, which each represent a sub-region through which the gas or, alternatively, the fluid can flow. In this case, a first number of heat exchange assemblies together form the first flow area and a second number of heat exchange assemblies together form the second flow area. The first number and / or the second number are selectable depending on the current operating state of the system. This embodiment has the advantage that the capacity of the heat exchanger, ie the heat output or the amount of heat per unit time, which can be exchanged between the gas and the fluid, can be adapted to the respective current requirements of the system. This adaptation can be made in particular by the control device, which in is suitably connected to the heat exchanger and is also able to configure the heat exchanger in a suitable manner.

Die beschriebene Anpassung der Kapazität des Wärmetauschers kann vor einer konkreten Anwendung durchgeführt werden, so dass für diese Anwendung der Wärmetauscher eine optimale Kapazität hat. Es ist jedoch auch möglich, während einer Anwendung die Kapazität des Wärmetauschers dynamisch an ggf. sich ändernde Anforderungen anzupassen. The described adaptation of the capacity of the heat exchanger can be carried out before a concrete application, so that for this application, the heat exchanger has an optimal capacity. However, it is also possible to dynamically adapt the capacity of the heat exchanger to possibly changing requirements during an application.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der zusammen geschalteten Wärmetausch-Baugruppen nicht nur die Kapazität des Wärmetauschers sondern auch den Widerstand des Wärmetauschers bestimmt, welchen der Gas-Strom bzw. der Fluid-Strom erst überwinden muss, um überhaupt eine Gas- bzw. Fluid-Strömung auszubilden. Sofern es bei der jeweiligen Anwendung des beschriebenen Systems weniger auf eine Anpassung der Kapazität des Wärmetauschers als vielmehr auf eine Anpassung der Strömungswiderstände des Wärmetauschers ankommt, kann auch dieser Aspekt für eine geeignete Konfiguration des Wärmetauschers berücksichtigt werden. In this context, it should be noted that the number of interconnected heat exchange assemblies not only determines the capacity of the heat exchanger but also the resistance of the heat exchanger, which must first overcome the gas flow or the fluid flow to even a gas or form fluid flow. If, in the respective application of the system described, it is less important to adapt the capacity of the heat exchanger than to adapt the flow resistance of the heat exchanger, this aspect can also be taken into account for a suitable configuration of the heat exchanger.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das beschriebene System gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel geeignete Handhabungseinrichtungen oder andere Mittel aufweisen muss, um eine Anpassung der Konfiguration des Wärmetauschers zu realisieren. Eine Anpassung der Konfiguration des Wärmetauschers kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die einzelnen Wärmetausch-Baugruppen über ein Kanalsystem miteinander verbunden sind, welches eine entsprechende Anzahl von Schaltelementen aufweist, mittels welchen der Strömungspfad des Gases und/oder des Fluids so angepasst werden kann, dass die gewünschte Anzahl von Wärmetauscher-Baugruppen von dem Gas bzw. von dem Fluid durchströmt wird. It is further pointed out that the described system according to the embodiment described here must have suitable handling devices or other means to realize an adaptation of the configuration of the heat exchanger. An adaptation of the configuration of the heat exchanger can be carried out in a simple manner in that the individual heat exchange assemblies are connected to each other via a channel system having a corresponding number of switching elements, by means of which the flow path of the gas and / or the fluid can be adjusted so that the desired number of heat exchanger assemblies is flowed through by the gas or by the fluid.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Kapazität des Wärmetauschers besteht in einer Änderung der aktiven Wärmeübertragungsfläche zwischen dem ersten Durchströmbereich und dem zweiten Durchströmbereich. Dies kann durch geeignete Systeme erfolgen, welche die aktive und für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Grenzfläche zwischen dem ersten Durchströmbereich und dem zweiten Durchströmbereich modifiziert. Besonders einfach kann dies beispielsweise durch ein relatives Verschieben der beiden Durchströmbereiche gegeneinander entlang einer gemeinsamen Achse erfolgen, um so die Größe des Überlappungsbereichs zwischen beiden Durchströmbereichen zu ändern. Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Kapazität des Wärmetauschers besteht darin, zumindest ein poröses Material insbesondere des ersten Durchströmbereiches zu verdichten (Erhöhung der Kapazität) bzw. aufzuweiten (Reduzieren der Kapazität). Another way of adjusting the capacity of the heat exchanger is to change the active heat transfer area between the first flow area and the second flow area. This can be done by suitable systems, which modifies the active and heat exchange available interface between the first flow area and the second flow area. This can take place in a particularly simple manner, for example, by relative displacement of the two flow-through regions relative to one another along a common axis, so as to change the size of the overlapping region between the two flow-through regions. Another possibility of adapting the capacity of the heat exchanger is to compress at least one porous material, in particular of the first flow-through area (increase in capacity) or expand (reduce the capacity).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wärmetauscher ein Chassis und einen Wärmetausch-Körper auf, welcher lösbar an oder in dem Chassis angebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmetausch-Körper auf einfache Weise durch einen anderen Wärmetausch-Körper ersetzt werden kann, wenn beispielsweise bei unterschiedlichen Anforderungen bezüglich des Masseflusses der aktuell verwendete Wärmetauscherkörper ungünstige Durchflussparameter aufweist. Die Durchflussparameter können beispielsweise die Kapazität bzw. die Leistungsfähigkeit bezüglich eines Wärmeaustausches sowie der Strömungswiderstand für den Gas-Strom bzw. für den Fluid-Strom sein. Somit kann sowohl die Kapazität des Wärmetauschers als auch der von dem Wärmetauscher verursachte Druckabfall in der Gas-Strömung bzw. in der Fluid-Strömung optimal an die jeweiligen Anforderungen eingestellt werden. According to a further embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a chassis and a heat exchange body, which is detachably attached to or in the chassis. This has the advantage that the heat exchange body can be easily replaced by another heat exchange body, for example, if different requirements for mass flow of currently used heat exchanger body has unfavorable flow parameters. The flow parameters may be, for example, the capacity or the heat exchange capacity and the flow resistance for the gas flow or for the fluid flow. Thus, both the capacity of the heat exchanger and the pressure drop caused by the heat exchanger in the gas flow or in the fluid flow can be optimally adjusted to the respective requirements.

Es wird darauf hingewiesen, dass eine Zerlegung des gesamten Wärmetauschers auch für Reinigungszwecke von großem Vorteil sein kann, weil damit eine einfache Zugänglichkeit in das Innere des Wärmetauschers gegeben ist. Die Möglichkeit den Wärmetauscher auf einfache Weise zu reinigen kann insbesondere im Falle der Verwendung katalytischer Oberflächen von großem Vorteil sein. It should be noted that a disassembly of the entire heat exchanger can also be of great advantage for cleaning purposes, because it provides easy access to the interior of the heat exchanger. The possibility of cleaning the heat exchanger in a simple manner can be of great advantage, in particular in the case of the use of catalytic surfaces.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umgibt der zweite Durchströmbereich den ersten Durchströmbereich. Dies bedeutet, dass (i) der erste Durchströmbereich, durch welchen das zu temperierende Gas strömt, in dem Wärmetauscher innen angeordnet ist, und dass (ii) der zweite Durchströmbereich, durch welchen das temperierend Fluid strömt, in dem Wärmetauscher außen angeordnet ist. Diese Konfiguration ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn das Gas durch den Wärmetauscher bzw. durch das Fluid abgekühlt wird. In diesem Fall werden nämlich die Verluste durch Wärmestrahlung, welche von dem noch nicht temperierten Gas ausgesendet wird und welche insbesondere aufgrund einer nicht perfekten thermischen Isolation zu einer thermischen Instabilität des gesamten Systems beitragen können, von dem flüssigen Fluid mit seiner deutlich höheren Wärmekapazität aufgefangen. Da somit das Gas mit einem lediglich sehr geringen Wärmeverlust durch den Wärmetauscher strömt, kann das durch den ersten Durchströmbereich des Wärmetauschers strömende Gas optimal temperiert werden. According to a further exemplary embodiment of the invention, the second flow-through area surrounds the first flow-through area. This means that (i) the first flow-through region, through which the gas to be tempered flows, is arranged inside in the heat exchanger, and that (ii) the second flow-through region, through which the tempering fluid flows, is arranged outside in the heat exchanger. This configuration is particularly advantageous when the gas is cooled by the heat exchanger or by the fluid. In this case, namely, the losses are absorbed by thermal radiation, which is emitted by the not yet tempered gas and which can contribute to a thermal instability of the entire system, in particular due to imperfect thermal insulation, of the liquid fluid with its much higher heat capacity. Since the gas thus flows through the heat exchanger with only a very small loss of heat, the gas flowing through the first flow-through region of the heat exchanger can be optimally tempered.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass (i) die äußere Kontaktfläche des inneren ersten Durchströmbereiches mit (ii) der inneren Kontaktfläche des äußeren zweiten Durchströmbereiches und damit mit einem Flüssigkeitsmantel, welcher von dem Fluid bereitgestellt wird, auf einfache Weise dadurch erhöht werden kann, dass die äußere Kontaktfläche des inneren ersten Durchströmbereiches auf geeignete Weise zusätzlich mechanisch bearbeitet wird, so dass sich die Kontaktfläche zwischen den beiden Durchströmbereichen vergrößert. Damit kann auf einfache Weise ein Wärmeübergang zwischen dem Gas und dem Fluid in dem Wärmetauscher deutlich verbessert werden. Eine solche zusätzliche Bearbeitung kann beispielsweise mittels eines einfachen mechanischen Drehens und/oder mittels eines Schleifens realisiert werden. In this connection, it is pointed out that (i) the outer contact surface of the inner first flow-through region can be easily increased by (ii) the inner contact surface of the outer second flow-through region and thus with a liquid jacket provided by the fluid, in that the outer contact surface of the inner first flow-through region is additionally mechanically processed in a suitable manner, so that the contact surface between the two flow-through regions increases. Thus, a heat transfer between the gas and the fluid in the heat exchanger can be significantly improved in a simple manner. Such additional processing can be realized for example by means of a simple mechanical rotation and / or by means of a grinding.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung befinden sich der Fluid-Einlassanschluss und der Fluid-Auslassanschluss in Bezug auf den Wärmetauscher an derselben Seite. Eine derartige Ausbildung des Fluidkreises bzw. der Fluidleitungen, bei der sich der Fluid-Einlass und der Fluid-Auslass an derselben Seite des Wärmetauschers befinden, hat den Vorteil, dass der Platzbedarf des beschriebenen Systems sehr klein gehalten werden kann. Damit ergeben sich für das beschriebene System im Vergleich zu bekannten Systemen zum Bereitstellen von temperierten Gasen viele neue Anwendungsmöglichkeiten. According to another embodiment of the invention, the fluid inlet port and the fluid outlet port are on the same side with respect to the heat exchanger. Such a design of the fluid circuit or the fluid lines, in which the fluid inlet and the fluid outlet are located on the same side of the heat exchanger, has the advantage that the space required by the described system can be kept very small. This results in the system described in comparison to known systems for providing tempered gases many new applications.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner auf (a) einen weiteren Gas-Einlassanschluss für ein weiteres Gas, (b) eine weitere Gas-Zuleitung, welche den weiteren Gas-Einlassanschluss mit dem ersten Durchströmbereich verbindet, und (c) eine weiteres Gas-Ventil, welches der weiteren Gas-Zuleitung zugeordnet ist, zum Steuern eines weiteren Gas-Massenstroms des weiteren Gases in den ersten Durchströmbereich. Die Steuereinrichtung ist ferner konfiguriert, das weitere Gas-Ventil in Abhängigkeit der von den zumindest drei Sensoren erfassten Zustandsgrößen anzusteuern. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises (a) a further gas inlet connection for a further gas, (b) a further gas supply line which connects the further gas inlet connection with the first flow-through region, and (c) a another gas valve, which is associated with the further gas supply line, for controlling a further gas mass flow of the further gas in the first flow area. The control device is further configured to control the further gas valve as a function of the state variables detected by the at least three sensors.

Die Verwendung eines weiteren Gas-Einlassanschlusses in Verbindung mit einer weiteren Gas-Zuleitung hat den Vorteil, dass mit dem beschriebenen System verschiedene Gase temperiert werden können, welche insbesondere in dem ersten Durchströmbereich miteinander vermischt werden. Damit wird der Anwendungsbereich für das beschriebene System deutlich erweitert. The use of a further gas inlet connection in conjunction with a further gas supply line has the advantage that with the system described various gases can be tempered, which are mixed with one another, in particular in the first flow-through region. This considerably extends the scope of application for the described system.

Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Gase auch zeitlich zueinander versetzt dem ersten Durchströmbereich zugeführt werden können, so dass im Ergebnis nacheinander verschiedene temperierte Gase der Anwendungskammer bereitgestellt werden können. It should be noted that different gases can also be supplied to the first flow-through region offset in time relative to one another, so that, as a result, different temperature-controlled gases of the application chamber can be provided in succession.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das beschriebene System auch mehrere Fluid-Einlassanschlüsse haben kann, mittels welchen verschiedene Fluide dem zweiten Durchströmbereich zuführbar sind. Auch hier können je nach speziellem Anwendungsfall verschiedene Fluide gleichzeitig dem zweiten Durchströmbereich zugeführt werden, in welchem sie dann vermischt werden und gemeinsam das zu temperierende Gas und gegebenenfalls das weitere zu temperierende Gas temperierten können. Alternativ können verschiedene Fluide auch nacheinander dem zweiten Durchströmbereich zugeführt werden, so dass in einer ersten Zeitspanne ein erstes Fluid und in einer zweiten Zeitspanne ein anderes zweites Fluid das Gas und gegebenenfalls das weitere Gas temperiert. It is further pointed out that the system described can also have a plurality of fluid inlet connections, by means of which different fluids can be supplied to the second flow-through region. Here, too, depending on the specific application, different fluids can be simultaneously fed to the second flow-through region, in which they are then mixed and together can temper the gas to be tempered and optionally the further gas to be tempered. Alternatively, different fluids can also be supplied in succession to the second flow-through region, so that in a first time period a first fluid and in a second time period another temperature fluid controls the gas and optionally the further gas.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner einen weiteren Gas-Sensor auf, welcher der weiteren Gas-Zuleitung zugeordnet ist und welcher zum Erfassen einer Zustandsgröße des durch die weitere Gas-Zuleitung strömenden weiteren Gases vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist eingangsseitig ferner mit dem weiteren Gas-Sensor gekoppelt und konfiguriert, die beiden Ventile ferner basierend auf der von dem weiteren Gas-Sensor erfassten Zustandsgröße anzusteuern. According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a further gas sensor which is assigned to the further gas supply line and which is provided for detecting a state variable of the further gas flowing through the further gas supply line. The control device is further coupled on the input side with the further gas sensor and configured to further control the two valves based on the state variable detected by the further gas sensor.

Die Verwendung des weiteren Gas-Sensors kann auf vorteilhafte Weise zu einer Verbesserung der Kontrolle des gesamten Systems beitragen, weil damit zusätzliche insbesondere thermodynamische Zustandsgrößen bekannt sind, welche einen zusätzlichen Eingangsparameter für das vorstehend beschriebene Kalibriermodell darstellen. Damit können die Steuersignale für die beiden Ventile noch genauer bestimmt werden, so dass die Genauigkeit hinsichtlich der Temperierung des Gases und/oder des weiteren Gases weiter verbessert wird. The use of the further gas sensor can advantageously contribute to an improvement in the control of the entire system, because additional, in particular thermodynamic state variables are known which represent an additional input parameter for the calibration model described above. Thus, the control signals for the two valves can be determined even more precisely, so that the accuracy with respect to the temperature of the gas and / or the further gas is further improved.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Durchströmbereich einen Katalysator auf, mittels welchem in dem ersten Durchströmbereich eine chemische Reaktion zwischen (i) dem Gas, welches über den Gas-Einlassanschluss dem ersten Durchströmbereich zugeführt wurde, und (ii) dem weiteren Gas, welches über den weiteren Gas-Einlassanschluss dem ersten Durchströmbereich zugeführt wurde, zumindest begünstigt wird. According to a further exemplary embodiment of the invention, the first flow-through region comprises a catalyst, by means of which in the first flow-through region a chemical reaction between (i) the gas which was supplied to the first flow-through region via the gas inlet connection, and (ii) the further gas, which was supplied via the further gas inlet port to the first flow area, at least favors.

Mittels eines Katalysators kann in bekannter Weise die Aktivierungsenergie für eine exotherme chemische Reaktion herabgesetzt werden, so dass diese Reaktion ohne oder zumindest mit einer deutlich reduzierten Aktivierungsenergie in Gang gesetzt werden kann. Damit kann im Falle der Verwendung von mehreren Gasen, welche miteinander zur Reaktion gebracht werden sollen, der apparative Aufwand reduziert werden, welcher für eine Realisierung des beschriebenen Systems erforderlich ist. By means of a catalyst, the activation energy for an exothermic chemical reaction can be reduced in a known manner, so that this reaction can be started without or at least with a significantly reduced activation energy. Thus, in the case of using a plurality of gases which are to be reacted with each other, the expenditure on equipment required for realization of the system described is reduced.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines temperierten Gases für eine Anwendungskammer beschrieben. Das beschriebene Verfahren kann insbesondere mit dem vorstehend beschriebenen System durchgeführt werden. Das Verfahren weist auf (a) Zuführen des zu temperierenden Gases in einen ersten Durchströmbereich eines Wärmetauschers, (b) Steuern eines Gas-Massenstroms des Gases von einem Gas-Einlassanschluss in den ersten Durchströmbereich mittels eines Gas-Ventils, (c) Zuführen eines temperierenden Fluids, welches in dem flüssigen Aggregatszustand vorliegt, in einen zweiten Durchströmbereich des Wärmetauschers, wobei der zweite Durchströmbereich und der erste Durchströmbereich räumlich voneinander getrennt und thermisch miteinander gekoppelt sind, (d) Steuern eines Fluid-Massenstroms des Fluids von einem Fluid-Einlassanschluss in den zweiten Durchströmbereich mittels eines Fluid-Ventils, (e) Temperieren des Gases mittels einer Wärmemenge, welche zwischen dem Fluid und dem Gas transferiert wird, und (f) Abführen des temperierten Gases von dem ersten Durchströmbereich in die Anwendungskammer. Die beiden Ventile werden von einer Steuereinrichtung abhängig von Messsignalen, welche der Steuereinrichtung von zumindest drei Sensoren zugeführt werden, derart angesteuert, dass das temperierte Gas eine vorbestimmte Temperatur aufweist, wobei mit zumindest einem Sensor der zumindest drei Sensoren zumindest eine Zustandsgröße des zu temperierenden Gases erfasst wird und mit zumindest einem anderen Sensor der zumindest drei Sensoren zumindest eine Zustandsgröße des temperierenden Fluids erfasst wird. According to a further aspect of the invention, a method for providing a tempered gas for an application chamber is described. The described method can be carried out in particular with the system described above. The method comprises (a) feeding the gas to be tempered into a first flow area of a heat exchanger, (b) controlling a gas mass flow of the gas from a gas inlet port into the first flow area by means of a gas valve, (c) supplying a tempering Fluid, which is in the liquid state of aggregation, in a second flow area of the heat exchanger, wherein the second flow area and the first flow area spatially separated from each other and thermally coupled to each other, (d) controlling a fluid mass flow of the fluid from a fluid inlet port in the second flow area by means of a fluid valve, (e) tempering the gas by means of an amount of heat which is transferred between the fluid and the gas, and (f) discharging the tempered gas from the first flow area into the application chamber. The two valves are controlled by a control device depending on measurement signals, which are supplied to the control device of at least three sensors, such that the tempered gas has a predetermined temperature, wherein at least one sensor of the at least three sensors detects at least one state variable of the gas to be tempered is detected and with at least one other sensor of the at least three sensors at least one state variable of the temperature-controlling fluid.

Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine gezielte Anpassung der Eingangsmassenströme von einem Gas und einem Fluid, welche beide durch den Wärmetauscher strömen, abhängig von verschiedenen physikalischen Zustandsgrößen von dem einströmenden Gas und von dem einströmenden Fluid, der Betrieb des beschriebenen Systems in geeigneter Weise angepasst werden kann, so dass der Anwendungskammer ein Gas mit einer genau definierten Temperatur bereitgestellt wird. The described method is also based on the finding that by a specific adaptation of the input mass flows of a gas and a fluid, both of which flow through the heat exchanger, depending on different physical state variables of the inflowing gas and of the inflowing fluid, the operation of the described Systems can be suitably adapted so that the application chamber, a gas is provided at a well-defined temperature.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Wärmetauscher im Gegenstrom betrieben. Dies bedeutet, dass in dem Wärmetauscher das Gas in einer Richtung und das Fluid in einer zu dieser Richtung entgegengesetzten anderen Richtung strömt. Damit kann auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln eine optimale Temperierung des Gases erreicht werden. According to one embodiment of the invention, the heat exchanger is operated in countercurrent. This means that in the heat exchanger the gas flows in one direction and the fluid in another direction opposite to this direction. This can be achieved in a simple manner and with simple means an optimal temperature of the gas.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) Zuführen eines weiteren Gases in den ersten Durchströmbereich, (b) Steuern eines weiteren Gas-Massenstroms des weiteren Gases von einem weiteren Gas-Einlassanschluss in den ersten Durchströmbereich mittels eines weiteren Gas-Ventils, (c) Durchführen einer chemischen Reaktion in dem ersten Durchströmbereich zwischen dem zugeführten Gas und dem zugeführten weiteren Gas, und (d) Abführen der gasförmigen Produkte der chemischen Reaktion in die Anwendungskammer. According to a further exemplary embodiment of the invention, the method further comprises (a) feeding a further gas into the first flow-through region, (b) controlling a further gas mass flow of the further gas from a further gas inlet connection into the first flow-through region by means of a further gas flow. Valve, (c) performing a chemical reaction in the first flow area between the supplied gas and the supplied further gas, and (d) discharging the gaseous products of the chemical reaction into the application chamber.

Die chemische Reaktion kann vorwiegend in dem ersten Durchströmbereich des Wärmetauschers stattfinden. Allerdings muss der räumliche Bereich, in dem die chemische Reaktion stattfinden kann, nicht zwingend auf den ersten Durchströmbereich beschränkt sein. Die chemische Reaktion kann sich auch beispielsweise bis in eine Gasleitung hinein erstrecken, welche den ersten Durchströmbereich mit der Anwendungskammer verbindet. The chemical reaction can take place predominantly in the first flow-through region of the heat exchanger. However, the spatial area in which the chemical reaction can take place does not necessarily have to be restricted to the first flow-through area. The chemical reaction may also extend, for example, into a gas line which connects the first flow-through region to the application chamber.

Die beiden Gase können abhängig von der jeweiligen Anwendung bzw. der jeweiligen Verwendung des beschriebenen Systems mittels einer exothermen oder einer endothermen Reaktion miteinander reagieren. The two gases can react with each other depending on the particular application or the particular use of the system described by means of an exothermic or an endothermic reaction.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Bereitstellen von temperiertem Gas. 1 shows a block diagram of a system for providing tempered gas.

2 zeigt in einer perspektivischen Explosionsdarstellung einen Wärmetauscher für das in 1 dargestellte System. 2 shows a perspective exploded view of a heat exchanger for in 1 illustrated system.

3 zeigt eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung des Wärmetauschers von 2. 3 shows a further perspective exploded view of the heat exchanger of 2 ,

4 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Bereitstellen von temperiertem Gas an eine Temperier- bzw. Anwendungskammer eines Rotationsrheometers. 4 shows a block diagram of a system for supplying tempered gas to a temperature or application chamber of a Rotationsrheometers.

Detaillierte Beschreibung Detailed description

Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich von dem Bezugszeichen der gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmale bzw. Komponenten lediglich in der ersten Ziffer unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert. It should be noted that in the following detailed description, features of different embodiments, which are the same or at least functionally identical to the corresponding features or components of another embodiment, are provided with the same reference numerals or with a reference numeral, which differs from the reference number of the same or at least functionally identical features or components only in the first digit. In order to avoid unnecessary repetitions, features or components already explained on the basis of a previously described embodiment will not be explained in detail later.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. It should also be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. In particular, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the embodiment variants explicitly illustrated here.

Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise "vorne" und "hinten", "oben" und "unten", "links" und "rechts", etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können. It should also be understood that spatial terms such as "front" and "back", "top" and "bottom", "left" and "right", etc., are used to describe the relationship of one element to another or to describe other elements as illustrated in the figures. Thus, the spatial terms may apply to orientations that differ from the orientations shown in the figures. It will be understood, however, that all such space-related terms refer to the orientations shown in the drawings for the sake of brevity and are not necessarily limiting, as the device may, when in use, adopt orientations according to an embodiment of the invention that may be different from the orientations shown in the drawings.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit welchem ein temperiertes Gas für eine nicht dargestellte Anwendungskammer bereitgestellt werden kann. 1 shows a block diagram of a system 100 according to an embodiment of the invention, with which a tempered gas for an application chamber, not shown, can be provided.

Das System 100 weist einen Wärmetauscher 110 auf, welcher voneinander räumlich getrennte aber thermisch miteinander in Kontakt stehende Durchströmbereiche, einen ersten Durchströmbereich 112 und einen zweiten Durchströmbereich 114, aufweist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 110 aus einem porösen Material hergestellt, welches gesinterte Metallkugeln aufweist. The system 100 has a heat exchanger 110 on, which spatially separated from each other but thermally in contact with each other Durchströmbereiche, a first flow area 112 and a second flow area 114 , having. According to the embodiment shown here, the heat exchanger 110 made of a porous material having sintered metal balls.

Das System 100 weist einen Gas-Einlassanschluss 120 auf, welcher über eine Gas-Zuleitung 122 mit dem ersten Durchströmbereich 112 verbunden ist. In der Gas-Zuleitung 122 ist ein Gas-Ventil 124 angeordnet, mittels welchem ein Massenstrom von Gas, welches von dem Gas-Einlassanschluss 120 zu dem ersten Durchströmbereich 112 strömt, eingestellt werden kann. Auslassseitig ist der erste Durchströmbereich 112 über eine Gas-Ableitung 126 mit einem Gas-Auslassanschluss 128 verbunden. The system 100 has a gas inlet port 120 on, which via a gas supply line 122 with the first flow area 112 connected is. In the gas supply line 122 is a gas valve 124 arranged, by means of which a mass flow of gas, which from the gas inlet port 120 to the first flow area 112 flows, can be adjusted. Outlet side is the first flow area 112 via a gas discharge 126 with a gas outlet port 128 connected.

Das System 100 weist ferner einen Fluid-Einlassanschluss 140 auf, welcher über eine Fluid-Zuleitung 142 mit dem zweiten Durchströmbereich 114 verbunden ist. In der Fluid-Zuleitung 142 ist ein Fluid-Ventil 144 angeordnet, mittels welchem ein Massenstrom von Fluid, welches von dem Fluid-Einlassanschluss 140 zu dem zweiten Durchströmbereich 114 strömt, eingestellt werden kann. Auslassseitig ist der zweite Durchströmbereich 114 über eine Fluid-Ableitung 146 mit einem Fluid-Auslassanschluss 148 verbunden. The system 100 also has a fluid inlet port 140 on, which via a fluid supply line 142 with the second flow area 114 connected is. In the fluid supply line 142 is a fluid valve 144 arranged, by means of which a mass flow of fluid, which from the fluid inlet port 140 to the second flow area 114 flows, can be adjusted. The outlet side is the second flow area 114 via a fluid discharge 146 with a fluid outlet port 148 connected.

In der Fluid-Zuleitung 142 befindet sich ferner eine Fluid-Temperiervorrichtung 160, mittels welcher die Temperatur des in den zweiten Durchströmbereich 114 strömenden temperierenden Fluids so eingestellt werden kann, dass je nach Anwendungsfall das temperierende Fluid in geeigneter Weise gekühlt oder in geeigneter Weise erwärmt wird, so dass zwischen (i) dem durch den zweiten Durchströmbereich 114 strömenden Fluid und (ii) dem durch den ersten Durchströmbereich 112 strömenden Gas eine vorgegebene Wärmemenge transferiert werden kann. In the fluid supply line 142 there is also a fluid temperature control device 160 , By means of which the temperature of the in the second flow area 114 flowing tempering fluid can be adjusted so that, depending on the application, the temperature-controlling fluid is cooled in a suitable manner or heated in a suitable manner, so that between (i) by the second flow area 114 flowing fluid and (ii) through the first flow area 112 flowing gas can be transferred a predetermined amount of heat.

In der Gas-Zuleitung 122 befindet sich ferner ein Gas-Sensor 132, welcher über eine Messleitung 133 mit einer Steuereinrichtung 170 des beschriebenen Systems 100 verbunden ist. Der Gassensor 132 dient dazu, eine physikalische Zustandsgröße des durch die Gas-Zuleitung 122 strömenden Gases zu erfassen und das entsprechende Messergebnis an die Steuereinrichtung 170 weiterzuleiten. Es wird darauf hingewiesen, dass in der Gas-Zuleitung 123 auch weitere nicht dargestellte Gas-Sensoren angeordnet sein können, welche ebenfalls jeweils eine physikalische Zustandsgröße des durch die Gas-Zuleitung 122 strömenden Gases erfassen und über jeweils eine Messleitung (nicht dargestellt) an die Steuereinrichtung 170 weiterleiten können. Typische Zustandsgrößen für das strömende Gas können insbesondere die Temperatur T, der Druck p und der Massenstrom dm/dt sein. In the gas supply line 122 there is also a gas sensor 132 , which via a measuring line 133 with a control device 170 of the described system 100 connected is. The gas sensor 132 serves to provide a physical state quantity of the gas through the supply line 122 to detect flowing gas and the corresponding measurement result to the controller 170 forward. It should be noted that in the gas supply line 123 It is also possible for further gas sensors, not shown, to be arranged, which also each have a physical state variable of the gas supply line 122 detect flowing gas and via a respective measuring line (not shown) to the control device 170 can forward. Typical state variables for the flowing gas may be, in particular, the temperature T, the pressure p and the mass flow dm / dt.

In der Fluid-Zuleitung 142 befindet sich ein Fluid-Sensor 152, welcher über eine Messleitung 153 mit der Steuereinrichtung 170 verbunden ist. Der Fluid-Sensor 152 dient dazu, eine physikalische Zustandsgröße des durch die Fluid-Zuleitung 142 in den zweiten Durchströmbereich 114 strömenden Fluids zu erfassen und das entsprechende Messergebnis an die Steuereinrichtung 170 weiterzuleiten. Wie bei der Gas-Zuleitung 122 können auch in der Fluid-Zuleitung 142 weitere nicht dargestellte Sensoren vorhanden sein, welche ebenfalls mit der Steuereinrichtung 170 gekoppelt sind. Typische Zustandsgrößen für das von dem Sensor oder von den Sensoren in den zweiten Durchströmbereich 114 strömenden Fluids können wiederum die Temperatur T, der Druck p und der Massenstrom dm/dt sein. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden an die Steuereinrichtung 170 ein Messwert für die aktuelle Temperatur T und ein weiterer Messwert für den aktuellen Massenstrom dm/dt des durch die Fluid-Zuleitung 122 strömenden Fluids übermittelt. In the fluid supply line 142 there is a fluid sensor 152 , which via a measuring line 153 with the control device 170 connected is. The fluid sensor 152 serves to provide a physical state quantity of the fluid through the supply line 142 in the second flow area 114 to detect flowing fluid and the corresponding measurement result to the controller 170 forward. As with the gas supply line 122 can also be in the fluid supply line 142 further sensors not shown may be present, which also with the control device 170 are coupled. Typical state variables for the from the sensor or the sensors in the second flow area 114 flowing fluid may in turn be the temperature T, the pressure p and the mass flow dm / dt. According to the embodiment shown here are to the controller 170 a measured value for the current temperature T and another measured value for the current mass flow dm / dt of the through the fluid supply line 122 transmitted fluid.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner ein optionaler Fluid-Sensor 192 vorgesehen, welcher in der Fluid-Ableitung 146 angeordnet ist. Der Fluid-Sensor 192 ist über eine Messeleitung 193 mit der Steuereinrichtung 170 gekoppelt. Auch hier kann optional zumindest ein weiterer nicht dargestellter Fluid-Sensor in der Fluid-Ableitung 146 angeordnet sein, welcher ebenfalls mit der Steuereinrichtung 170 gekoppelt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden an die Steuereinrichtung 170 ein Messwert für die aktuelle Temperatur T und ein weiterer Messwert für den aktuellen Massenstrom dm/dt des durch die Fluid-Ableitung 122 von dem zweiten Durchströmbereich 114 zu dem Fluid-Auslassanschluss 148 strömenden Fluids übermittelt. According to the embodiment shown here is also an optional fluid sensor 192 provided, which in the fluid discharge 146 is arranged. The fluid sensor 192 is via a trade fair management 193 with the control device 170 coupled. Here too, optionally at least one further fluid sensor, not shown, in the fluid discharge line can optionally be provided 146 be arranged, which also with the control device 170 is coupled. According to the embodiment shown here are to the controller 170 a measured value for the current temperature T and another measured value for the current mass flow dm / dt of the fluid discharge 122 from the second flow area 114 to the fluid outlet port 148 transmitted fluid.

Basierend auf dem Messwerten, welche von den vorstehend beschriebenen Sensoren übermittelt werden, berechnet die Steuereinrichtung 170 geeignete Steuersignale für die beiden Ventile 124 und 144, welche über eine Steuerleitung 174a bzw. eine Steuerleitung 174b an das Gas-Ventil 124 bzw. an das Fluid-Ventil 144 übermittelt werden. Mittels dieser Ventile 124, 144 werden dann die Massenströme sowohl des Gases als auch des Fluids so eingestellt, dass an dem Gas-Auslassanschluss 128 das Gas mit einer genau definierten Temperatur in die nicht dargestellte Anwendungskammer strömt. Based on the measured values transmitted by the sensors described above, the controller calculates 170 suitable control signals for the two valves 124 and 144 , which via a control line 174a or a control line 174b to the gas valve 124 or to the fluid valve 144 be transmitted. By means of these valves 124 . 144 Then, the mass flows of both the gas and the fluid are adjusted so that at the gas outlet port 128 the gas flows at a well-defined temperature in the application chamber, not shown.

Wie aus 1 ersichtlich, steuert die Steuereinrichtung 170 ferner die Fluid-Temperiervorrichtung 160, so dass das zuströmende Fluid eine geeignete Temperatur annimmt. Je nach speziellem Anwendungsfall wird das durch die Fluid-Zuleitung 142 strömende Fluid von der Fluid-Temperiervorrichtung 160 entweder gekühlt oder erwärmt. How out 1 can be seen controls the controller 170 Furthermore, the fluid temperature control device 160 so that the incoming fluid assumes a suitable temperature. Depending on the specific application, this is due to the fluid supply line 142 flowing fluid from the fluid temperature control device 160 either cooled or heated.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung 170 ferner eine Schnittstelle 186 auf, über welche Messsignale von einem externen Messgerät empfangen werden können. Das Messgerät kann sich insbesondere in der Anwendungskammer befinden. Auf diese Weise kann der Steuereinrichtung 170 genau der Wert von zumindest einer Zustandsgröße des Gases übermittelt werden, so wie dieser Wert in der Anwendungskammer tatsächlich vorliegt. According to the embodiment shown here, the control device 170 also an interface 186 on which measurement signals can be received by an external measuring device. The measuring device can be located in particular in the application chamber. In this way, the control device 170 exactly the value of at least one state variable of the gas are transmitted, as this value actually exists in the application chamber.

Zur Ermittlung von geeigneten Steuersignalen für eine Ansteuerung der beiden Ventile 124 und 144 verwendet die Steuereinrichtung 170 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kalibriermodell basierend auf den vorstehend genannten Zustandsgrößen des zugeführten Gases und des zugeführten Fluids. Von einem Benutzer können dann einfach die gewünschten Zustandsgrößen des Gases, welches an dem Gas-Auslassanschluss 128 ausgegeben wird, in die Steuereinrichtung 170 eingegeben werden. Die Steuereinrichtung 170 kann dann selbständig den Zufluss von Gas und Fluid sowie gegebenenfalls die Temperatur des zuströmenden Fluids in geeigneter Weise einstellen, so dass nach einer Temperierung des Gases in dem Wärmetauscher 110 das Gas mit der jeweils gewünschten Temperatur bereitgestellt wird. For determining suitable control signals for controlling the two valves 124 and 144 uses the controller 170 according to the embodiment shown here, a calibration model based on the aforementioned state variables of the supplied gas and the supplied fluid. From a user can then simply the desired state variables of the gas, which at the gas outlet port 128 is output to the controller 170 be entered. The control device 170 can then independently adjust the inflow of gas and fluid and optionally the temperature of the inflowing fluid in a suitable manner, so that after a temperature of the gas in the heat exchanger 110 the gas is provided at the particular desired temperature.

An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das System 100 an der Gasaustrittsseite bzw. in der Gas-Ableitung 126 keine Sensoren aufweist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die mit dem System 100 bereitgestellten temperierten Gase frei von jeglichen Funken zur Verfügung gestellt werden können. Damit kann das hier beschriebene System für Anwendungen verwendet werden, welche in so genannten EX-Schutzbereichen stattfinden. At this point it is expressly noted that the system 100 at the gas outlet side or in the gas outlet 126 has no sensors. This can ensure that with the system 100 provided tempered gases free of any sparks can be provided. Thus, the system described here can be used for applications that take place in so-called EX protection areas.

Das System 100 kann als baulich kompakte Gas-Temperier-Einheit (GTE) realisiert werden, welche nach folgendem Prinzip funktioniert. Ein oder ggf. auch mehrere Gasströme strömen in den Wärmetauscher, welcher bevorzugt als Sinter-Wärme-Tauscher (SWT) ausgebildet ist. Der SWT hat die Aufgabe, den Gasstrom zu temperieren oder die Gasströme zu vermischen und zu temperieren. Der SWT kann auch mit einem katalytischen Material beschichtet sein und dadurch chemische Reaktionen zwischen verschiedenen zugeführten Gasen ermöglichen oder zumindest begünstigen. Die chemische Reaktion der Gase in der GTE kann dabei endotherm oder exotherm sein. The system 100 can be realized as structurally compact gas tempering unit (GTE), which works according to the following principle. One or possibly also a plurality of gas streams flow into the heat exchanger, which is preferably designed as a sintered heat exchanger (SWT). The task of the SWT is to temper the gas stream or to mix and temper the gas streams. The SWT may also be coated with a catalytic material, thereby facilitating or at least favoring chemical reactions between different supplied gases. The chemical reaction of the gases in the GTE can be endothermic or exothermic.

Die Temperierung des Gases in dem SWT erfolgt insbesondere mit einer sog. Fluid-Gegen-Temperierung, bei der in dem SWT das Gas und das Fluid in einander entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbeiströmen. Die zur GTE hinführende Fluid-Leitung wird als Vorlauf bezeichnet, die von der GTE wegführende Leitung wird als Rücklauf bezeichnet. The tempering of the gas in the SWT takes place in particular with a so-called. Fluid counter-tempering, in which the gas and the fluid in the SWT flow past each other in opposite directions. The leading to the GTE fluid line is referred to as flow, the leading away from the GTE line is referred to as return.

Die Gas-Temperierung in der GTE kann prinzipiell in einem offenen Kreislauf oder in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Bevorzugt wird die Temperierung der GTE mit Thermostaten in einem geschlossenen Fluid-Kreislauf durchgeführt. The gas temperature control in the GTE can in principle be operated in an open circuit or in a closed circuit. Preferably, the temperature of the GTE is carried out with thermostats in a closed fluid circuit.

In den folgenden Tabellen sind die bevorzugten physikalischen Zustandsgrößen des Fluids und des Gases aufgeführt, die für den Betriebszustand des in diesem Dokument beschriebenen Systems von Bedeutung sein können. Ferner sind in den Tabellen auch Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen physikalischen Zustandsgrößen aufgeführt. Vorlauf-Thermostat (Fluid-Eintritt) T_th_VL Temperatur Thermostat Vorlauf Regelbar m_th_VL Massenstrom Thermostat Vorlauf Regelbar V_th_VL Volumenstrom Thermostat Vorlauf f(m_th und Rho_th_VL) C_th_VL Spezifische Wärme Fluid Thermostat Vorlauf f(T_th_VL) Rho_th_VL Dichte Thermostat Vorlauf f(T_th_VL, p_th_VL) p_th_VL Druck Thermostat Vorlauf f(System) Rücklauf Thermostat (Fluid Austritt) T_th_RL Temperatur Rücklauf Thermostat ergibt sich! m_th_VL = m_T_RL Massenstrom Thermostat Massenerhaltung V_th_RL Volumenstrom Thermostat Rücklauf f(m_th und Rho_th_RL) C_th_RL Spezifische Wärme Fluid Thermostat f(T_th_RL, p_th_RL) Rho_th_RL Dichte Thermostat f(T_th_RL, p_th_RL) p_th_RL Druck Thermostat Vorlauf f(System, d.h. Pumpe und Druckverluste) The following tables list the preferred physical state variables of the fluid and gas that may be significant to the operating condition of the system described in this document. Furthermore, dependencies between the various physical state variables are listed in the tables. Flow Thermostat (fluid inlet) T_th_VL Temperature thermostat flow adjustable m_th_VL Mass flow thermostat flow adjustable V_th_VL Volume flow thermostat flow f (m_th and Rho_th_VL) C_th_VL Specific heat fluid thermostat flow f (T_th_VL) Rho_th_VL Dense thermostat flow f (T_th_VL, p_th_VL) p_th_VL Pressure thermostat flow f (System) Return thermostat (fluid outlet) T_th_RL Temperature return thermostat surrendered! m_th_VL = m_T_RL Mass flow thermostat conservation of mass V_th_RL Volume flow thermostat return f (m_th and Rho_th_RL) C_th_RL Specific heat fluid thermostat f (T_th_RL, p_th_RL) Rho_th_RL Dense thermostat f (T_th_RL, p_th_RL) p_th_RL Pressure thermostat flow f (system, ie pump and pressure losses)

Mit dem beschriebenen System können prinzipiell beliebig viele (Anzahl i= 1 bis n) Gas-Eintrittsströme verarbeitet werden. Im Folgenden wird der Einfachheit halber ein Beispiel mit einem einzigen Gas-Eintrittsstrom angeführt. Des Weiteren findet keine chemische Reaktion beim Durchströmen des SWT statt. Gas Eintritt-Seite an der GTE T_Gas_e Temperatur Gas Eintritt Vorgegeben oder regelbar m_Gas_e Massenstrom Gas Eintritt Regelbar V_Gas_e Partial Volumenstrom Gas_i Eintritt f(m_Gas_e und Rho_Gas_e) Cp_Gas_e Spezifische Wärme Gas f(T_Gas_e, p_Gas_e) Rho_Gas_e_i Gasdichte am Eintritt f(T_Gas_e, p_Gas_e) p_Gas_e Gasdruck am Eintritt Regelbar Gas Austritt-Seite an der GTE T_Gas_a Temperatur Gas Austritt Temperierbar innerhalb T_th_VL und T_th_RL m_Gas_a Massenstrom Gas Austritt Regelbar, f(m_Gas_e) V_Gas_a Volumenstrom Gas Austritt f(m_Gas_a und Rho_Gas_a) Cp_Gas_a Spezifische Wärme Gas Austritt f(T_Gas_a, p_Gas_a) Rho_Gas_a Dichte Gas Austritt f(T_Gas_a, p_Gas_a) p_Gas_a Gasdruck am Austritt Regelbar, f(p_Gas_e, Druckverlust) In principle, any desired number (number i = 1 to n) of gas inlet streams can be processed with the described system. In the following, an example with a single gas inlet stream is given for the sake of simplicity. Furthermore, there is no chemical reaction when flowing through the SWT. Gas entrance-side at the GTE T_Gas_e Temperature gas admission Predetermined or controllable m_Gas_e Mass flow of gas inlet adjustable V_Gas_e Partial volume flow Gas_i inlet f (m_Gas_e and Rho_Gas_e) Cp_Gas_e Specific heat gas f (T_Gas_e, p_Gas_e) Rho_Gas_e_i Gas density at the entrance f (T_Gas_e, p_Gas_e) p_Gas_e Gas pressure at the entrance adjustable Gas outgoing side at the GTE T_Gas_a Temperature gas outlet Temperable within T_th_VL and T_th_RL m_Gas_a Mass flow gas outlet Controllable, f (m_Gas_e) V_Gas_a Volume flow gas outlet f (m_Gas_a and Rho_Gas_a) Cp_Gas_a Specific heat gas outlet f (T_Gas_a, p_Gas_a) Rho_Gas_a Dense gas outlet f (T_Gas_a, p_Gas_a) p_Gas_a Gas pressure at the outlet Controllable, f (p_gas_e, pressure loss)

Die 2 und 3 zeigen jeweils in einer perspektivischen Explosionsdarstellung einen Wärmetauscher 210 für das in 1 dargestellte System 100. Wie aus 2 ersichtlich, weist der Wärmetauscher 210 ein Chassis 211 auf, in welches der eigentliche SWT eingeschoben ist. Der SWT weist eine symmetrische Struktur auf, bei welcher sich der erste Durchströmbereich 212 für das zu temperierende Gas innen und der zweite Durchströmbereich 214 für das temperierende Fluid außen befindet. An der vorderen Stirnseite des SWT befindet sich ein Einlass-Anschluss 223 für das zu temperierende Gas. Hinten befindet sich, wie in 3 dargestellt, ein Auslass-Anschluss 327 für das temperierte Gas. Der Auslass-Anschluss 327 befindet sich in bzw. an einem Anbauelement, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Schrauben 327a an der Rückseite des SWT angebracht ist. The 2 and 3 each show in a perspective exploded view of a heat exchanger 210 for the in 1 illustrated system 100 , How out 2 can be seen, the heat exchanger 210 a chassis 211 on, in which the actual SWT is inserted. The SWT has a symmetrical structure, in which the first flow area 212 for the gas to be tempered inside and the second flow area 214 for the tempering fluid is located outside. On the front side of the SWT there is an inlet connection 223 for the gas to be tempered. Rear is located, as in 3 shown, an outlet port 327 for the tempered gas. The outlet connection 327 is located in or on a mounting element, which according to the embodiment shown here with four screws 327a attached to the back of the SWT.

Wie erneut aus 2 ersichtlich, sind an der vorderen Stirnseite des SWT ein Anschlussstutzen 243 für den Fluid-Vorlauf und ein Anschlussstutzen 247 für den Fluid-Rücklauf in jeweils eine Öffnung des SWT eingebracht. In 3 sind die entsprechenden Leitungen, (i) die Gas-Zuleitung 322 für den Einlass-Anschluss 223 für das Gas, (ii) die Fluid-Zuleitung 342 für den Anschlussstutzen 243 für den Fluid-Vorlauf sowie (iii) die Fluid-Ableitung 346 für den Anschlussstutzen 247 für den Fluid-Rücklauf, dargestellt. In Bezug auf die geplante Strömungsrichtung des Fluids befindet sich stromaufwärts von der Fluid-Zuleitung 342 der Fluid-Einlassanschluss 340 und stromabwärts von der Fluid-Ableitung 346 befindet sich der Fluid-Auslassanschluss 348. In 3 ist ferner eine Isolationshülle 318 dargestellt, welche den gesamten SWT thermisch von seiner Umgebung isoliert, so dass Temperaturschwankungen der Umgebung keinen oder lediglich einen zu vernachlässigenden Einfluss auf den Betrieb des SWT und des gesamten Systems 100 haben. Like again out 2 can be seen, are on the front face of the SWT a connecting piece 243 for the fluid flow and a connecting piece 247 introduced for the fluid return in each case an opening of the SWT. In 3 are the corresponding lines, (i) the gas supply line 322 for the inlet connection 223 for the gas, (ii) the fluid supply line 342 for the connection piece 243 for the fluid flow and (iii) the fluid discharge 346 for the connection piece 247 for the fluid return, shown. With respect to the planned flow direction of the fluid is located upstream of the fluid supply line 342 the fluid inlet port 340 and downstream of the fluid drain 346 is the fluid outlet port 348 , In 3 is also an insulation sheath 318 which isolates the entire SWT thermally from its environment, so that temperature fluctuations of the environment have no or only a negligible influence on the operation of the SWT and the entire system 100 to have.

4 zeigt ein Temperiersystem 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches an eine Anwendungskammer 495 eines Rheometers 490 angeschlossen ist und dieser ein temperiertes Gas zur Verfügung stellt. 4 shows a tempering system 400 according to a further embodiment of the invention, which in an application chamber 495 a rheometer 490 is connected and this provides a tempered gas.

Das Rheometer 490 weist neben der Anwendungskammer 495 ein Grundelement 496 auf, welches auch als Fuß des Rheometers 490 bezeichnet werden kann. Ferner weist das Rheometer 490 eine Ständerkonstruktion 497 auf, an welcher ein Rotationsantrieb 498 angebracht ist. In der Anwendungskammer 495 befindet sich ein Temperatursensor 495a, welcher über eine nicht mit einem Bezugszeichen versehene Messleitung mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 499 des Rheometers 490 gekoppelt ist. In der Anwendungskammer 495 befinden sich in bekannter Weise zwei als Rotationselemente ausgebildete Messteile 495b, wobei das obere der beiden Rotationselemente 495b mit einer Drehachse des Rotationsantriebs 498 verbunden ist. Durch eine Drehung des oberen Rotationselementes 495b wird eine zwischen den beiden Rotationselementen 495b befindliche zu vermessende Probe mit einer Rotationsbelastung beaufschlagt und damit die rheologischen Eigenschaften der Probe untersucht. Die beliebig geformten, wechselbaren Rotationselemente 495b des Rheometers 490 werden zusammen mit der Probe von dem Gas temperiert, welches in die Anwendungskammer 495 strömt. Optional können die Rotationselemente 495b zusätzlich temperiert werden. The rheometer 490 points next to the application chamber 495 a basic element 496 on which also as foot of the rheometer 490 can be designated. Further, the rheometer has 490 a stand construction 497 on which a rotary drive 498 is appropriate. In the application chamber 495 there is a temperature sensor 495a , which via a not provided with a reference numeral measuring line with a control and evaluation 499 of the rheometer 490 is coupled. In the application chamber 495 are located in a known manner designed as two rotational elements measuring parts 495b , wherein the upper of the two rotation elements 495b with a rotation axis of the rotary drive 498 connected is. By a rotation of the upper rotary element 495b becomes one between the two rotation elements 495b applied to be measured sample with a rotational load and thus examined the rheological properties of the sample. The arbitrarily shaped, exchangeable rotation elements 495b of the rheometer 490 are tempered together with the sample of the gas, which in the application chamber 495 flows. Optionally, the rotation elements 495b additionally tempered.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich in der Anwendungskammer 495 an bzw. in der Wand integriert Temperiereinrichtungen (nicht dargestellt). Die Temperiereinrichtungen können beispielsweise aber nicht abschließend Peltierelemente und/oder eine Widerstandsheizung sein, welche beispielsweise in der DE 100 58 399 B4 beschriebenen ist bzw. welche unter der Bezeichnung CTD Kammern von der Anmelderin vertrieben wird. Diese Temperiereinrichtungen können selbständig die Atmosphäre in der Anwendungskammer 495 und damit auch die Probe temperieren. Es ist jedoch auch ein Temperierung ausschließlich über die hier beschriebene Zufuhr von einem temperierten Gas möglich. Besonders effizient ist jedoch die Kombination von der Zufuhr von einem temperierten Gas und der Verwendung einer solchen Temperiervorrichtung in der Anwenderkammerkammer 495. According to the embodiment shown here are located in the application chamber 495 integrated on or in the wall tempering (not shown). The tempering, for example, but not final Peltier elements and / or a resistance heating be, which, for example, in the DE 100 58 399 B4 described under the name CTD chambers by the applicant. These tempering devices can autonomously control the atmosphere in the application chamber 495 and thus also temper the sample. However, it is also possible to control the temperature exclusively via the supply of a tempered gas described here. However, the combination of the supply of a tempered gas and the use of such a temperature control device in the user chamber chamber is particularly efficient 495 ,

Die Anwenderkammerkammer 495 eines Rheometers 490 besitzt im Allgemeinen zumindest einen, teils auch mehrere Temperatursensoren und/oder Feuchtesensoren und/oder Drucksensoren. Damit können die von diesen Sensoren erlangten Parameterwerte für die Steuerung und/oder eine Regelung des Gas- und Fluidstromes des Systems 400 herangezogen werden, welche in der Steuereinrichtung 470 durchgeführt wird. The user chamber chamber 495 a rheometer 490 generally has at least one, partly also a plurality of temperature sensors and / or humidity sensors and / or pressure sensors. Thus, the parameter values obtained by these sensors can be used for the control and / or regulation of the gas and fluid flow of the system 400 be used, which in the control device 470 is carried out.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 470 des Temperiersystems 400 in die Steuer- und Auswerteeinheit 499 des Rheometers 490 integriert. Allerdings können alternativ die von den Sensoren in der Anwendungskammer 495 ermittelten Messwerte über eine Schnittstelle an die Steuereinheit 470 des Temperiersystems 400 übertragen werden. According to the embodiment shown here, the control device 470 of the temperature control system 400 into the control and evaluation unit 499 of the rheometer 490 integrated. However, alternatively, those of the sensors in the application chamber 495 determined measured values via an interface to the control unit 470 of the temperature control system 400 be transmitted.

Das Betriebsgas bzw. das zu temperierende Gas wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einfach aus einer Gasflasche 405 entnommen und über den Gas-Einlassanschluss 420, über die Gas-Zuleitung und über das Gas-Ventil 424 dem ersten Durchströmbereich 412 des Wärmetauschers 410 zugeführt. Das Gas-Ventil 424 wird über die Steuerleitung 474a von der Steuereinrichtung 470 angesteuert. Der Gas-Sensor 432 misst den Volumenstrom des zuströmenden zu temperierenden Gases und übergibt die entsprechenden Messwerte über die Messleitung 433 an die Steuereinrichtung 470. Das Gas kann beispielsweise Stickstoff oder Argon oder auch die in Labors übliche Luftversorgung sein. Über die Gas-Ableitung 426 und den Gas-Auslassanschluss 428 wird das in dem Wärmetauscher 410 temperierte Gas der Anwendungskammer 495 zugeführt. The operating gas or the gas to be tempered according to the embodiment shown here simply from a gas cylinder 405 taken and over the gas inlet connection 420 , via the gas inlet and via the gas valve 424 the first flow area 412 of the heat exchanger 410 fed. The gas valve 424 is via the control line 474a from the controller 470 driven. The gas sensor 432 measures the volume flow of the incoming gas to be tempered and transmits the corresponding measured values via the measuring line 433 to the controller 470 , The gas may, for example, be nitrogen or argon or else the air supply customary in laboratories. About the gas discharge 426 and the gas outlet port 428 this will happen in the heat exchanger 410 tempered gas of the application chamber 495 fed.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des einströmenden Gases nicht separat gemessen. Vielmehr wird der zumindest eine Sensor 495 in der Anwendungskammer 456 des Rheometers 490 für die Temperaturregelung herangezogen. According to the embodiment illustrated here, the temperature of the inflowing gas is not measured separately. Rather, the at least one sensor 495 in the application chamber 456 of the rheometer 490 used for the temperature control.

Der Wärmetauscher 410 bzw. der zweite Durchströmbereich 414 des Wärmetauschers 410 wird über die Fluid-Zuleitung 442 mit temperiertem Fluid aus einer Fluid-Temperiervorrichtung 460, welche auch als Thermostat bezeichnet wird, gekühlt. Die Steuereinrichtung 470 des Systems 400 regelt dabei den Volumen- bzw. Massestrom des Fluids aus der Fluid-Temperiervorrichtung 460 mithilfe des Fluid-Ventils 444, welches über die Steuerleitung 474b angesteuert wird und welches hier das Regelglied darstellt. Die Zulauftemperatur des Fluids wird mit dem Fluid-Sensor 452 gemessen und mittels einer Messleitung 453 zu der Steuereinheit 470 übertragen. Über die Fluid-Ableitung 446 wird das aus dem zweiten Durchströmbereich abfließende Fluid zu der Fluid-Temperiervorrichtung 460 zurückgeführt. The heat exchanger 410 or the second flow area 414 of the heat exchanger 410 is via the fluid supply line 442 with tempered fluid from a fluid temperature control device 460 , which is also called a thermostat, cooled. The control device 470 of the system 400 it regulates the volume or mass flow of the fluid from the fluid temperature control device 460 using the fluid valve 444 , which via the control line 474b is controlled and which represents the control element here. The inlet temperature of the fluid is with the fluid sensor 452 measured and by means of a measuring line 453 to the control unit 470 transfer. About the fluid discharge 446 the fluid flowing out of the second flow-through region becomes the fluid-conditioning device 460 recycled.

Um beliebige Fluid-Temperiervorrichtungen 460 und Quellen für das zu temperierende Fluid verwenden zu können, wird durch Messungen (i) bei verschiedenen Fluidtemperaturen (gemessen mit dem Fluid-Sensor 452), (ii) bei verschiedenen Masseflüssen des Fluides (geregelt mit dem Fluid-Ventil 444 über die Steuerleitung 474b) und (iii) bei verschiedenen Volumen- bzw. Masseströmen des zu temperierenden Gases (geregelt mit dem Gas-Ventil 424 und der Steuerleitung 474b) eine Kalibriertabelle ermittelt und in der Steuereinheit 470 hinterlegt. In dieser Kalibriertabelle sind die jeweils in der Anwendungskammer 495 erzielbaren Temperaturen mit den Zulaufparametern des Gases und des Fluids in den Wärmetauscher 410 in Beziehung gesetzt. To any fluid temperature control devices 460 and to be able to use sources for the fluid to be tempered is determined by measurements (i) at different fluid temperatures (measured with the fluid sensor 452 ), (ii) at different mass flows of the fluid (regulated with the fluid valve 444 over the control line 474b ) and (iii) at different volume or mass flows of the gas to be tempered (regulated with the gas valve 424 and the control line 474b ) determines a calibration table and in the control unit 470 deposited. In this calibration table are each in the application chamber 495 achievable temperatures with the inlet parameters of the gas and the fluid in the heat exchanger 410 related.

Bei der Durchführung von rheologischen Messungen regelt die Steuereinheit 470 des Systems 400 die Zuläufe von Gas und Fluid, um die benötigte Temperatur in der Anwendungskammer 495 zu erzielen. The control unit regulates rheological measurements 470 of the system 400 the feeds of gas and fluid to the required temperature in the application chamber 495 to achieve.

Zusammenfassend bleibt festzustellen: Ein System (100) zum Bereitstellen eines temperierten Gases weist auf: Einen Gas-Einlassanschluss (120), einen Wärmetauscher (110) mit einem ersten Durchströmbereich (112) und einem davon getrennten zweiten Durchströmbereich (114), eine Gas-Zuleitung (122), welche den Gas-Einlassanschluss (120) mit dem ersten Durchströmbereich (112) verbindet, ein Gas-Ventil (124), welches der Gas-Zuleitung (122) zugeordnet ist, zum Steuern eines Gas-Massenstroms, und einen Gas-Auslassanschluss (128). Das System (100) weist ferner auf: Einen Fluid-Einlassanschluss (140), eine Fluid-Zuleitung (142), welche den Fluid-Einlassanschluss (140) mit dem zweiten Durchströmbereich (114) verbindet, ein Fluid-Ventil (144), welches der Fluid-Zuleitung (142) zugeordnet ist, zum Steuern eines Fluid-Massenstroms, und einen Fluid-Auslassanschluss (148), welcher mit dem zweiten Durchströmbereich (114) verbunden ist. Das System (100) weist ferner auf: Zumindest drei Sensoren (132, 152), welche jeweils der Gas-Zuleitung (122) oder der Fluid-Zuleitung (142) zugeordnet sind, zum Erfassen jeweils einer Zustandsgröße des durch die Gas-Zuleitung (122) strömenden Gases bzw. des durch die Fluid-Zuleitung (142) strömenden Fluids, wobei jeder Zuleitung (122, 142) zumindest ein Sensor (132, 152) zugeordnet ist, und eine Steuereinrichtung (170), welche eingangsseitig mit den zumindest drei Sensoren (132, 152) und ausgangsseitig mit den beiden Ventilen (124, 144) gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (170) konfiguriert ist, die beiden Ventile (124, 144) basierend auf den von den Sensoren (132, 152) erfassten Zustandsgrößen so anzusteuern, dass das temperierte Gas eine vorbestimmte Temperatur annimmt. To summarize: a system ( 100 ) for providing a tempered gas comprises: a gas inlet port ( 120 ), a heat exchanger ( 110 ) with a first flow area ( 112 ) and a separate second flow area ( 114 ), a gas supply line ( 122 ), which the gas inlet port ( 120 ) with the first flow area ( 112 ), a gas valve ( 124 ), which of the gas supply line ( 122 ), for controlling a gas mass flow, and a gas outlet port ( 128 ). The system ( 100 ) further includes: a fluid inlet port ( 140 ), a fluid supply line ( 142 ), which the fluid inlet port ( 140 ) with the second flow area ( 114 ), a fluid valve ( 144 ), which of the fluid supply line ( 142 ), for controlling a mass flow of fluid, and a fluid outlet port ( 148 ), which with the second flow area ( 114 ) connected is. The system ( 100 ) further states: At least three sensors ( 132 . 152 ), each of the gas supply line ( 122 ) or the fluid supply line ( 142 ) are assigned, for detecting in each case a state variable of the gas supply line ( 122 ) flowing gas or through the fluid supply line ( 142 ) flowing fluid, each supply line ( 122 . 142 ) at least one sensor ( 132 . 152 ), and a control device ( 170 ), which on the input side with the at least three sensors ( 132 . 152 ) and on the output side with the two valves ( 124 . 144 ), wherein the control device ( 170 ), the two valves ( 124 . 144 ) based on that of the sensors ( 132 . 152 ) to control detected state variables so that the tempered gas assumes a predetermined temperature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: System system
110 110: Wärmetauscher heat exchangers
112 112: erster Durchströmbereich first flow area
114 114: zweiter Durchströmbereich second flow area
120 120: Gas-Einlassanschluss Gas inlet port
122 122: Gas-Zuleitung Gas supply line
124 124: Gas-Ventil Gas valve
126 126: Gas-Ableitung Gas discharge duct
128 128: Gas-Auslassanschluss Gas outlet port
132 132: Gas-Sensor Gas Sensor
133 133: Messleitung Measurement line
140 140: Fluid-Einlassanschluss Fluid inlet port
142 142: Fluid-Zuleitung Fluid supply
144 144: Fluid-Ventil Fluid valve
146 146: Fluid-Ableitung Fluid discharge
148 148: Fluid-Auslassanschluss Fluid outlet port
152 152: Fluid-Sensor Fluid sensor
153 153: Messleitung Measurement line
160 160: Fluid-Temperiervorrichtung Fluid-temperature-
170 170: Steuereinrichtung control device
174a174a: Steuerleitung control line
174b174b: Steuerleitung control line
180 180: Steuerleitung control line
186 186: Schnittstelle interface
192 192: Fluid-Sensor Fluid sensor
193 193: Messleitung Measurement line
210 210: Wärmetauscher heat exchangers
211 211: Chassis chassis
212 212: erster Durchströmbereich (innen) first flow area (inside)
214 214: zweiter Durchströmbereich (außen) second flow area (outside)
223 223: Anschluss für Gas-Einlass Connection for gas inlet
243 243: Anschlussstutzen für Fluid-Vorlauf Connecting piece for fluid flow
247 247: Anschlussstutzen für Fluid-Rücklauf Connecting piece for fluid return
318 318: Isolationshülle insulating sleeve
322 322: Gas-Zuleitung Gas supply line
327 327: Anschluss für Gas-Auslass Connection for gas outlet
327a327a: Schrauben screw
340 340: Fluid-Einlassanschluss Fluid inlet port
342 342: Fluid-Zuleitung Fluid supply
346 346: Fluid-Ableitung Fluid discharge
348 348: Fluid-Auslassanschluss Fluid outlet port
400 400: System system
405 405: Gasflasche (Luft, Stickstoff, Argon,…) Gas cylinder (air, nitrogen, argon, ...)
410 410: Wärmetauscher heat exchangers
412 412: erster Durchströmbereich first flow area
414 414: zweiter Durchströmbereich second flow area
420 420: Gas-Einlassanschluss Gas inlet port
422 422: Gas-Zuleitung Gas supply line
424 424: Gas-Ventil Gas valve
426 426: Gas-Ableitung Gas discharge duct
428 428: Gas-Auslassanschluss Gas outlet port
432 432: Gas-Sensor Gas Sensor
433 433: Messleitung Measurement line
442 442: Fluid-Zuleitung Fluid supply
444 444: Fluid-Ventil Fluid valve
446 446: Fluid-Ableitung Fluid discharge
452 452: Fluid-Sensor Fluid sensor
453 453: Messleitung Measurement line
460 460: Fluid-Temperiervorrichtung / Thermostat Fluid temperature control / thermostat
470 470: Steuereinrichtung control device
474a474a: Steuerleitung für das Gas-Ventil Control line for the gas valve
474b474b: Steuerleitung für das Fluid-Ventil Control line for the fluid valve
490 490: Rheometer rheometer
495 495: Anwendungskammer application chamber
495a495a: Temperatursensor in der Rheometerkammer Temperature sensor in the rheometer chamber
495b495b: Rotationselemente / Messteile Rotation elements / measuring parts
496 496: Grundelement, FußPrimitive, foot
497 497: Ständer stand
498 498: Rotationsantrieb rotary drive
499 499: Steuer- und Auswerteeinheit des Rheometers Control and evaluation unit of the rheometer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4403801 A1 [0046]
DE 10058399 B4 [0102]

Claims

System for providing a tempered gas to an application chamber, the system ( 100 ) having a gas inlet port ( 120 ) for the gas to be tempered, a heat exchanger ( 110 ) with a first flow area ( 112 ) and a separate second flow area ( 114 ), for controlling the temperature of the gas, a gas supply line ( 122 ), which the gas inlet port ( 120 ) with the first flow area ( 112 ), a gas valve ( 124 ), which of the gas supply line ( 122 ), for controlling a gas mass flow of the gas, a gas outlet port ( 128 ) for tempered gas, wherein the gas outlet port ( 128 ) is connectable to the application chamber, a fluid inlet port ( 140 ) for supplying a tempering fluid, which is in the liquid state, a fluid supply line ( 142 ), which the fluid inlet port ( 140 ) with the second flow area ( 114 ), a fluid valve ( 144 ), which of the fluid supply line ( 142 ), for controlling a fluid mass flow of the tempering fluid, a fluid outlet port ( 148 ), which with the second flow area ( 114 ), for discharging the fluid, at least three sensors ( 132 . 152 ), each of the gas supply line ( 122 ) or the fluid supply line ( 142 ) are assigned, for detecting in each case a state variable of the gas supply line ( 122 ) and to be tempered by the gas or by the fluid supply line ( 142 ) flowing tempering fluid, each supply line ( 122 . 142 ) at least one sensor ( 132 . 152 ), and a control device ( 170 ), which on the input side with the at least three sensors ( 132 . 152 ) and on the output side with the two valves ( 124 . 144 ), wherein the control device ( 170 ), the two valves ( 124 . 144 ) based on the of the at least three sensors ( 132 . 152 ) to control detected state variables so that the tempered gas assumes a predetermined temperature.

System according to the preceding claim, wherein the control device ( 170 ) is set up based on the at least three sensors ( 132 . 152 ) detected state variables and using a calibration model for the state variables of the gas to be tempered and the temperature-controlling fluid control signals to be determined, which to the two valves ( 124 . 144 ) are dispensable.

System according to one of the preceding claims, further comprising a fluid discharge ( 146 ), which the second flow area ( 114 ) with the fluid outlet port ( 148 ) and at least one further sensor ( 192 ), which of the fluid derivative ( 146 ) for detecting a state variable of the fluid, which of the second flow area ( 114 ) to the gas outlet port ( 128 ), wherein the at least one further sensor is coupled to the control device and wherein the control device ( 170 ), the two valves ( 124 . 144 ) further based on the at least one further sensor ( 192 ) to control the detected state variable.

System according to one of the preceding claims, further comprising a gas discharge ( 126 ), which the first flow area ( 112 ) with the gas outlet port ( 128 ), whereby the gas discharge ( 126 ) as well as the gas outlet connection ( 128 ) are free from a sensor.

System according to one of the preceding claims, further comprising a fluid temperature control device ( 160 ) connected to the fluid inlet port ( 140 ), for controlling the temperature in the second flow area ( 114 ) of the heat exchanger ( 110 ) flowing fluid.

System according to one of the preceding claims, further comprising an interface ( 186 ) for coupling the control device ( 170 ) with a measuring device located in the application chamber, which can detect a measured variable of the temperature-controlled gas in the application chamber, wherein the control device ( 170 ) is configured to receive the measured quantity detected by the measuring device.

System according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger ( 110 ) comprises a porous material and in particular a sintered or foamed porous material.

System according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger has a plurality of heat exchange assemblies, each of which represents a portion through which the gas or alternatively of the fluid can flow, wherein a first number of heat exchange assemblies together form the first flow area and a second number of heat exchange assemblies together form the second flow area, wherein the first number and / or the second number are selectable depending on the current operating state of the system.

System according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger ( 110 . 210 ) a chassis ( 211 ) and a heat exchange body, which releasably on or in the chassis ( 211 ) is attached.

System according to one of the preceding claims, wherein the second flow area ( 214 ) the first flow area ( 212 ) surrounds.

System according to one of the preceding claims, wherein the fluid inlet port ( 340 ) and the fluid outlet port ( 348 ) with respect to the heat exchanger ( 210 ) are on the same side.

System according to one of the preceding claims, further comprising a further gas inlet connection for a further gas, a further gas supply line which connects the further gas inlet connection with the first flow-through region ( 112 ), and another gas valve, which is associated with the further gas supply line, for controlling a further gas mass flow of the further gas into the first flow area, wherein the control device ( 170 ) is further configured, the further gas valve in dependence of the at least three sensors ( 132 . 152 ) to control detected state variables.

A system according to the preceding claim, further comprising a further gas sensor, which is assigned to the further gas supply line, for detecting a state variable of the further gas flowing through the further gas supply line, wherein the control device is further coupled on the input side with the further gas sensor and is configured to further control the two valves based on the state variable detected by the further gas sensor.

System according to one of the two preceding claims, wherein the first flow-through region comprises a catalyst, by means of which in the first flow-through region a chemical reaction between (i) the gas which was supplied via the gas inlet connection to the first flow-through region, and (ii) the further gas, which was supplied to the first flow-through region via the further gas inlet connection, at least favored.

Method for providing a tempered gas for an application chamber, in particular using a system ( 100 ) according to one of the preceding claims, the method comprising feeding the gas to be tempered into a first flow area ( 112 ) of a heat exchanger ( 100 ), Controlling a gas mass flow of the gas from a gas inlet port ( 120 ) in the first flow area ( 112 ) by means of a gas valve ( 124 ), Supplying a tempering fluid, which is in the liquid state, in a second flow area ( 114 ) of the heat exchanger ( 110 ), wherein the second flow area ( 114 ) and the first flow area ( 112 ) are spatially separated and thermally coupled to each other, controlling a fluid mass flow of the fluid from a fluid inlet port ( 140 ) in the second flow area ( 114 ) by means of a fluid valve ( 144 ), Tempering the gas by means of an amount of heat, which is transferred between the fluid and the gas, and discharging the tempered gas from the first flow area ( 112 ) into the application chamber, the two valves ( 124 . 144 ) from a control device ( 170 ) depending on measuring signals which the control device ( 170 ) of at least three sensors ( 132 . 152 ) are supplied, are controlled such that the tempered gas has a predetermined temperature, wherein with at least one sensor ( 132 ) of the at least three sensors ( 132 . 152 ) at least one state variable of the gas to be tempered is detected and with at least one other sensor ( 152 ) of the at least three sensors ( 132 . 152 ) at least one state variable of the temperature-controlling fluid is detected.

Process according to the preceding claim, wherein the heat exchanger ( 110 ) is operated in countercurrent.

A method according to the preceding claim, further comprising Supplying a further gas in the first flow area, Controlling a further gas mass flow of the further gas from a further gas inlet connection into the first flow region by means of a further gas valve, Performing a chemical reaction in the first flow area between the supplied gas and the supplied further gas, and Removing the gaseous products of the chemical reaction into the application chamber.