DE102021112581B4 - Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1a, 1b) zum Temperieren einer Messzelle (30), insbesondere einer Gassorptions-Messzelle, mit einem isolierten Gefäß (4) zur Aufnahme eines Kühlmediums und einer Messapparatur, wobei die Messapparatur ein Temperierelement (8) mit einer Aufnahmeöffnung (9) zur Aufnahme der Messzelle (30) und eine Kühlvorrichtung zum Temperieren des Temperierelements (8) aufweist, welche in Richtung einer Längsachse (L) ausgerichtet und wärmeübertragend aneinander anliegend angeordnet sind, wobei die Kühlvorrichtung ein Befestigungselement (15a, 15b) zum Fixieren des Temperierelements (8) an einer Wandung des Gefäßes (4) und zur Wärmeübertragung zwischen der Messapparatur und dem Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Längsachse (L) zwischen dem Temperierelement (8) und der Kühlvorrichtung ein thermoelektrisches Kühlelement (13) zum Kühlen des Temperierelements (8) und der Messzelle (30) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gezielten Temperieren einer Messzelle, insbesondere einer Gassorptions-Messzelle für Adsorptionsuntersuchungen zur Materialcharakterisierung bei verschiedenen Temperaturen, unter Verwendung eines primären Kühlmediums. Die Vorrichtung ist mit einem innerhalb eines Isolationsbehälters angeordneten isolierten Gefäß zur Aufnahme des Kühlmediums und einer Messapparatur ausgebildet. Die Messapparatur weist ein Temperierelement mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Messzelle und eine Kühlvorrichtung zum Temperieren des Temperierelements auf. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
• Feststoffoberflächen werden herkömmlich mit Hilfe der Gasadsorption charakterisiert. Die dazugehörigen Untersuchungen werden zumeist in Vakuumapparaturen bei Drücken von weniger als 10^-8 bar bis hin zum Sättigungsdampfdruck des verwendeten Sondenmoleküls durchgeführt. Dabei wird die größtmögliche Messspanne mit einer Messtemperatur erreicht, bei welcher der Sättigungsdampfdruck dem maximal möglichen Druck der Vakuumapparatur entspricht. Der maximale mögliche Druck der Vakuumapparatur ist üblicherweise der atmosphärische Druck. Damit ergibt sich als Messtemperatur die Siedetemperatur des verwendeten Sondenmoleküls.
• Mit der weitgehenden Inertheit sowie der im Vergleich zu anderen Gasen einfachen und kostengünstigen Verfügbarkeit hat sich Stickstoff als tiefkalte Flüssigkeit zur Kühlung der Messzelle auf eine Messtemperatur von 77 K beziehungsweise - 196 °C zum Standardkühlmedium und Standardsondenmolekül für Gassorptionsmessungen zur Charakterisierung von Feststoffoberflächen entwickelt. Allerdings gibt es auch Erkenntnisse, welche eine ausnahmslose Eignung von Stickstoff für derartige Untersuchungen in Frage stellten und schließlich im Jahr 2015 zu einer generellen Empfehlung der Verwendung des Edelgases Argon durch die „International Union of Pure and Applied Chemistry“, kurz IUPAC, deutsch „Internationale Union für reine und angewandte Chemie“, führten.
• Einerseits liegt der Vorteil von Argon gegenüber Stickstoff in der Eigenschaft des einatomigen Edelgases ohne Quadrupol-Moment, was unerwünschte Wechselwirkungen zwischen der Festkörperoberfläche und dem adsorbierten Sondenmolekül, auch kurz als Adsorbat bezeichnet, reduziert. Andererseits ist analog zu Untersuchungen mit Stickstoff zur Kühlung der Messzelle auf eine Messtemperatur von etwa 87 K beziehungsweise - 186 °C flüssiges Argon zu verwenden, welches kommerziell nicht überall erhältlich und deutlich preisintensiver als Stickstoff ist. Damit sind die Untersuchungen von Feststoffoberflächen mit Argon nur wenig verbreitet.
• Aus der US 2017 / 0 370 817 A1 geht eine Vorrichtung hervor, mit welcher sich ein in einem mit flüssigem Stickstoff bei einer Temperatur von 77 K befüllten Dewar-Behälter angeordneter Messzellenhalter durch gezieltes Heizen auf 87 K erwärmen und regeln lässt. Dabei werden durch eine sorgfältige Auswahl bestimmter Materialien bezüglich der Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten und Geometrien definierte Temperaturbereiche erreicht.
• Die Auslegung einer derartigen Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle und die Temperaturregelung basieren im Wesentlichen auf dem Ausgleich von Wärmeströmen. 1 zeigt schematisch einen Bilanzraum B der Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle mit einer Messstelle M und einem Kühlkörper K.
• Infolge der Imperfektion der verwendeten Isolierung wird eine Wärme Q_iK, kurz für Wärmestrom Isolation kalt, durch eine Außenwand der Vorrichtung, speziell ein Gehäuse, und anschließend in die Flüssigkeit zur Kühlung, insbesondere den flüssigen Stickstoff, übertragen. Dabei ist der Füllstand des flüssigen Stickstoffs hoch. Zudem strömt bei geringen Füllständen des flüssigen Stickstoffs eine Wärme Q_iw, kurz für Wärmestrom Isolation warm, aus der oberhalb der Füllstandslinie befindlichen Gasphase in den Bilanzraum B ein. Beide Wärmemengen sind temperaturabhängig und füllstandsabhängig sowie für weitere Betrachtungen vernachlässigbar gering.
• Des Weiteren strömt eine Wärme Qa durch die im Vergleich zum Gehäuse konstruktionsbedingt schlechter isolierte Oberseite der Vorrichtung ein. Durch die Oberseite wird der Zugang zur Messkammer und zur Messstelle M der Vorrichtung sichergestellt, was die Isolation beeinflusst. Zudem wird vom Kühlkörper K eine Wärme Q_K in den flüssigen Stickstoff übertragen, welcher dabei entsprechend der eingebrachten Wärme verdampft. Die Kühlung des Kühlkörpers K wird folglich durch die Verdampfungsenthalpie des flüssigen Stickstoffs gewährleistet. Beim Verdampfen des flüssigen Stickstoffs sinkt der Füllstand ab, bis der flüssige Stickstoff vollständig verdampft ist.
• Die Vorrichtung weist eine konstante Temperatur an der Messstelle M auf, wenn folgende Bilanz erfüllt ist $${\text{Q}}_{\text{K}}={\text{Q}}_{\text{a}}+{\text{Q}}_{\text{H}}.$$

  
• Damit in der Vorrichtung, insbesondere an der Messstelle M, eine konstante Temperatur sichergestellt ist, wird genau so viel Heiz-Wärme Q_H in die Vorrichtung eingeleitet, dass die Differenz der Ströme zwischen der durch den Kühlkörper K abgeführten Wärme Q_K und der von außen in die Vorrichtung eindringenden Wärme gerade ausgeglichen wird. Die in die Vorrichtung einströmende Wärme wird mittels eines Regelkreises geregelt.
• Mit aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Vorrichtungen werden das Ausgleichen der Wärmeströme und damit die erforderliche konstante Temperatur durch ein gezieltes Heizen, insbesondere ein gezieltes Zuführen von Wärme im Bereich zwischen der Messstelle M, speziell einem Messzellenhalter, und dem Kühlkörper K, erreicht. Die Heiz-Wärme Q_H dient dabei sowohl dem Temperieren des Messzellenhalters beziehungsweise der Messstelle M als auch der Kompensation der durch den Kühlkörper K abgeführten Wärme. Das Halten der bestimmten Temperatur der Messstelle M wird folglich auf Kosten der Verdampfung von flüssigem Stickstoff und damit der zur Verfügung stehenden Messzeit geregelt, was insbesondere bei mikroporösen Adsorbentien dazu führen kann, dass eine Sorptionsisotherme nicht vollständig gemessen werden kann.
• Die gesamte Vorrichtung ist für die bestimmte Temperatur auszulegen. Wenn die Kühlleistung beispielsweise durch eine Materialauswahl oder eine Geometrie zu gering ausfällt, werden die gewünschten tiefkalten Temperaturen nicht erreicht. Für Untersuchungen bei höheren Temperaturen ist hingegen eine größere Heiz-Wärme Q_H erforderlich, welche jedoch durch Verdampfen einer größeren Menge flüssigen Stickstoffs kompensiert wird. Dadurch verringert sich bei Temperaturen oberhalb der Auslegungstemperatur der Vorrichtung die zur Verfügung stehende Messzeit erheblich, welche dann für bestimmte Untersuchungen nicht mehr ausreicht.
• Neben der dargestellten Vorrichtung und dem damit verwirklichten Prinzip gibt es weitere Verfahren zum Durchführen von Sorptionsuntersuchungen beziehungsweise von Sorptionsversuchen bei einer bestimmten Temperatur. Dazu gehören unter anderem die Verwendung von sogenannten Kryostaten und Kryokühlern, das heißt Kompressionskältemaschinen, sowie die direkte Kühlung mit kryogenen Flüssigkeiten in Verbindung mit Vorrichtungen zum Ermöglichen der Untersuchungen.
• So ist in der WO 2020 / 157 646 A1 eine Probengefäßanordnung zum Durchführen von Sorptionsanalysen in einem mit einer Kühlflüssigkeit befüllten Behälter gezeigt. Die Anordnung weist ein im Behälter aufgehängtes Probengefäß mit einem Probenaufnahmebereich zur Aufnahme der zu analysierenden Probe und einen Docht auf. Der den Probenaufnahmebereich umgebende Docht erstreckt sich vom Probenaufnahmebereich in Richtung eines Bodens des Behälters und führt die Kühlflüssigkeit über den Probenaufnahmebereich.
• In der DE 27 04 300 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Präparaten für die Mikroskopie aus nativen histologischen Objekten sowie physiko-chemisch ähnlichen Produkten durch Kryofixation offenbart. Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens weist ein ein flüssiges Kühlmedium aufnehmendes Dewargefäß, ein in das Kühlmedium eintauchendes metallisches Kühlelement und einen isolierenden Deckel auf, in welchem eine Kühlkammer mit hochglanzpolierter metallischer Kühlfläche ausgebildet ist. Die Kühlkammer steht mit dem Kühlelement in Verbindung.
• Aus der US 4 474 015 A gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gesteuerten Abkühlen einer zumindest teilweise flüssigen Probe hervor. Die Vorrichtung weist ein mit einer elektrischen Stromquelle verbundenes Kühlmodul auf, welches auf dem Peltiereffekt basierend funktioniert. Dabei ist eine wärmeabsorbierende Fläche vorgesehen. Ein Behälter für die Probe steht in thermischer Berührung mit der Fläche.
• In der DE 103 49 893 B3 sind eine Kühlvorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Detektors beschrieben. Die Kühlvorrichtung weist einen Behälter zum Aufnehmen eines Kühlmittels, ein Peltier-Element, dessen eine Seite wärmeleitend mit einem Innenraum des Behälters verbunden ist, und dessen andere Seite wärmeleitend mit dem Detektor verbindbar ist, eine steuerbare Stromquelle zum Treiben eines steuerbaren Stroms durch das Peltier-Element, eine Temperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Detektors und eine Temperatur-Regeleinrichtung zum Steuern der Stromquelle abhängig von einer Abweichung der Temperatur des Detektors von einer SollTemperatur des Detektors auf.
• Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Untersuchungen in einer kryogenen Flüssigkeit ist die Temperatur der kryogenen Flüssigkeit von deren Reinheit und über den Sättigungsdampfdruck vom Luftdruck abhängig, was zu wetterlagenabhängigen Temperaturänderungen von mehreren Zehntel Kelvin über die mehrere Stunden anhaltende Messdauer führen kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle für Gassorptions-Untersuchungen in einem breiten Temperaturbereich bereitzustellen. Dabei sollen die Standzeiten für die Untersuchungen über den gesamten Temperaturbereich maximal sein. Die Vorrichtung soll einfach aufgebaut und herzustellen sein, die Kosten der Herstellung und des Betriebs, insbesondere bei Untersuchungen, sollen minimal sein. Die Untersuchungen sollen zudem bei stabilen Temperaturen möglich sein.
• Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle, insbesondere zum Temperieren einer Gassorptions-Messzelle auf tiefkalte Temperaturen, gelöst. Die Vorrichtung ist mit einem insbesondere innerhalb eines Isolationsbehälters angeordneten isolierten Gefäß zur Aufnahme eines Kühlmediums und einer Messapparatur ausgebildet. Die Messapparatur weist ein Temperierelement mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Messzelle und eine Kühlvorrichtung zum Temperieren des Temperierelements auf. Das Temperierelement und die Kühlvorrichtung sind in Richtung einer Längsachse ausgerichtet und liegen wärmeübertragend aneinander an. Dabei weist die Kühlvorrichtung ein Befestigungselement zum Fixieren des Temperierelements an einer Wandung des Gefäßes sowie zur Wärmeübertragung zwischen der Messapparatur und dem Kühlmedium auf.
• Nach der Konzeption der Erfindung ist in Richtung der Längsachse der Vorrichtung zwischen dem Temperierelement und der Kühlvorrichtung ein thermoelektrisches Kühlelement zum Kühlen des Temperierelements und der Messzelle angeordnet.
• Die Ausbildung des thermoelektrischen Kühlelements hat den Vorteil, dass kein Anteil des Kühlmediums durch zusätzliches Beheizen der Vorrichtung, speziell durch zusätzliches Beheizen des Temperierelements, verbraucht wird. Als Kühlmedium können bevorzugt kryogene Flüssigkeiten, wie flüssiger Stickstoff und Fluide mit einem Siedepunkt unterhalb von 123,15 K, aber auch Kühlflüssigkeiten mit Siedepunkten unterhalb von 230 K genutzt werden.
• Das isolierte Gefäß zur Aufnahme des Kühlmediums und der Messapparatur ist vorzugsweise als ein mehrwandiges, insbesondere doppelwandiges Gefäß, ausgebildet. Dabei ist der Zwischenraum zwischen den Wänden hochvakuumisoliert.
• Das Temperierelement mit der Aufnahmeöffnung und die Messzelle sind bevorzugt jeweils rotationssymmetrisch um die Längsachse ausgebildet.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das thermoelektrische Kühlelement die Form einer Scheibe, beispielsweise einer Kreisringscheibe auf. Das vorteilhaft als Peltierelement ausgebildete thermoelektrische Kühlelement liegt dabei mit einer in Richtung der Längsachse ausgerichteten Oberseite vorzugsweise flächig an einer Unterseite des Temperierelements an.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung mit mindestens einem Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur des Temperierelements und der Messzelle sowie einer Regelvorrichtung ausgebildet. Der Temperatursensor ist mit der Regelvorrichtung, insbesondere elektrisch verbunden.
• Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das thermoelektrische Kühlelement mit der Regelvorrichtung elektrisch verbunden ist. Dabei ist die Regelvorrichtung derart konfiguriert, mit einem vom Temperatursensor empfangenen Signal das thermoelektrische Kühlelement zu steuern und einen vorgegebenen Sollwert der Temperatur des Temperierelements konstant zu halten.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlvorrichtung einen Kühlkörper, ein Wärmeübertragungselement sowie mindestens ein Federelement auf, welche rotationssymmetrisch um die Längsachse der Vorrichtung ausgebildet sein können.
• Der Kühlkörper und das Befestigungselement sind sich vorzugsweise direkt kontaktierend und fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt, oder einstückig ausgebildet. Unter der einstückigen Ausbildung wird dabei eine aus einem Stück beziehungsweise aus einem Teil gefertigte beziehungsweise ausgebildete Komponente verstanden.
• Der Kühlkörper beziehungsweise das Befestigungselement sind vorteilhaft aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, insbesondere einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten größer als 100 W/(m K), speziell aus Kupfer, gefertigt.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kühlvorrichtung ein thermisches Nebenwiderstandselement auf, welches in Richtung der Längsachse der Vorrichtung zwischen dem Kühlkörper und dem Temperierelement angeordnet ist. Dabei sind der Kühlkörper und das Nebenwiderstandselement einerseits sowie das Nebenwiderstandselement und das Temperierelement andererseits jeweils fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt. Das Nebenwiderstandselement kann aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten kleiner als 40 W/(m K), insbesondere aus einem Edelstahl, ausgebildet sein.
• Das thermoelektrische Kühlelement kann in Richtung der Längsachse der Vorrichtung zwischen dem Temperierelement und dem Wärmeübertragungselement angeordnet sein. Zudem umschließt das thermoelektrische Kühlelement vorzugsweise das Nebenwiderstandselement vollumfänglich, sodass das thermoelektrische Kühlelement um die Längsachse der Vorrichtung zentriert angeordnet ist.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement der Vorrichtung, speziell der Kühlvorrichtung, derart angeordnet, dass das thermoelektrische Kühlelement aufgrund der Federkraft des mindestens einen Federelements gegen das Temperierelement gedrückt angeordnet ist. Das mindestens eine Federelement ist vorzugsweise als eine Scheibenfeder ausgebildet sowie in Richtung der Längsachse der Vorrichtung zwischen dem Kühlkörper und dem Wärmeübertragungselement angeordnet.
• Der Kühlkörper weist vorteilhaft die Form eines Zylinders, insbesondere eines Kreiszylinders, mit einer in Richtung der Längsachse der Vorrichtung ausgerichteten Achse und einem aus einer äußeren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragen auf. Der Kragen ist insbesondere an der zum Befestigungselement weisenden Unterseite des Kühlkörpers und vollumfänglich um die Mantelfläche angeordnet.
• Das Wärmeübertragungselement ist vorzugsweise in der Form eines Hohlzylinders, insbesondere eines Hohlkreiszylinders, mit einer in Richtung der Längsachse der Vorrichtung ausgerichteten Achse ausgebildet. Dabei korrespondieren die äußere Mantelfläche des Kühlkörpers und die innere Mantelfläche des Wärmeübertragungselements in den Abmessungen sowie der Form miteinander, sodass der Kühlkörper und das Wärmeübertragungselement an den Mantelflächen vollflächig aneinander anliegen. Das Wärmeübertragungselement ist in Bezug auf den Kühlkörper in Richtung der Längsachse der Vorrichtung beweglich, insbesondere verschiebbar.
• Das bevorzugt aus Kupfer ausgebildete Wärmeübertragungselement weist an einer zum Temperierelement hin ausgerichteten Stirnseite vorteilhaft einen aus einer inneren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragen auf.
• Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement zwischen einer in Richtung des Kühlelements weisenden Oberseite des aus der äußeren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragens des Kühlkörpers und einer dem Kragen des Kühlkörpers gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeübertragungselements angeordnet.
• Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Federelement zwischen der in Richtung des Kühlelements weisenden Oberseite des Kühlkörpers sowie dem von der inneren Mantelfläche des Wärmeübertragungselements in radialer Richtung hervorstehenden Kragen angeordnet.
• Bei einer Ausbildung der Vorrichtung mit zwei Federelementen kann ein erstes Federelement zwischen der in Richtung des Kühlelements weisenden Oberseite des aus der äußeren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragens des Kühlkörpers und einer dem Kragen des Kühlkörpers gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeübertragungselements angeordnet sein, während ein zweites Federelement zwischen der in Richtung des Kühlelements weisenden Oberseite des Kühlkörpers sowie dem von der inneren Mantelfläche des Wärmeübertragungselements in radialer Richtung hervorstehenden Kragen angeordnet sein kann.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein erster Teilbereich des Befestigungselements das Kühlmedium direkt kontaktierend angeordnet. Das Temperierelement, das thermoelektrische Kühlelement, das Wärmeübertragungselement und ein zweiter Teilbereich des Befestigungselements sind vorteilhaft koaxial zur Längsachse der Vorrichtung ausgerichtet und jeweils an einer äußeren Mantelfläche mit einem Isolationselement vollumfänglich umgeben. Dabei kann das Isolationselement an einer in Richtung der Längsachse nach unten ausgerichteten Stirnseite und an einer äußeren Mantelfläche vollumfänglich von einem Schichtelement umgeben sein.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Befestigungselement stabförmig, insbesondere rundstabförmig, und einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.
• Das mehrteilig ausgebildete Befestigungselement weist vorzugsweise ein Wärmeableitelement, ein Standelement und ein Mantelelement auf, welche koaxial zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind. Dabei können das Wärmeableitelement und das Standelement an in Richtung der Längsachse zueinander weisenden Stirnflächen aneinander anliegen.
• Das Wärmeableitelement ist bevorzugt aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten größer als 200 W/(m K), insbesondere aus Kupfer, ausgebildet.
• Das insbesondere den ersten Teilbereich des Befestigungselements sowie das Standelement jeweils an der Mantelfläche vollumfänglich sowie in Richtung der Längsachse der Vorrichtung, insbesondere über die gesamte Länge beziehungsweise Höhe, umschließende Mantelelement, ist vorteilhaft zumindest mit einem Teilbereich innerhalb des Kühlmediums angeordnet und zum Transportieren des Kühlmediums zum ersten Teilbereich des Befestigungselements aus einem porösen Material ausgebildet.
• Das vorzugsweise eine hohlzylindrische, insbesondere hohlkreiszylindrische Form aufweisende Mantelelement kann an einer äußeren Mantelfläche vollumfänglich von einem Schichtelement umgeben sein.
• Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle, insbesondere zum Temperieren einer Gassorptions-Messzelle auf tiefkalte Temperaturen, und zum Konstanthalten der Temperatur der Messzelle auf einem vorgegebenen Sollwert in einem zeitlichen Intervall zum Durchführen von Untersuchungen, speziell von Adsorptionsuntersuchungen zur Materialcharakterisierung, gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
• - Eintauchen eines Befestigungselements einer Kühlvorrichtung, welche über ein Temperierelement mit der Messzelle zur Wärmeübertragung wärmeleitend kontaktiert ist, in ein Kühlmedium,
• - Bestimmen der Temperatur des Temperierelements und Vergleichen der Temperatur mit dem vorgegebenen Sollwert der Temperatur sowie
• - Regeln der Temperatur mittels eines mit dem Temperierelement thermisch gekoppelten thermoelektrischen Kühlelements zum Kühlen des Temperierelements und Konstanthalten der vorgegebenen Solltemperatur des Temperierelements während des zeitlichen Intervalls.
• Dabei wird die in die Vorrichtung und speziell das Temperierelement beziehungsweise die Messzelle eindringende Wärme durch das thermoelektrische Kühlelement und in das Kühlmedium abgeleitet.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das thermoelektrische Kühlelement zur Gewährleistung einer optimalen Wärmeübertragung mit mindestens einem Federelement gegen das Temperierelement gedrückt. Dabei können auch unterschiedliche Wärmeausdehnungen kompensiert werden.
• Der Temperaturbereich, insbesondere die Lage und die Größe des Temperaturbereichs, in welchem die Messzelle temperiert und geregelt werden kann, wird durch das Material und die Dimensionierung eines zwischen dem Temperierelement und dem Befestigungselement angeordneten Nebenwiderstandselements der Kühlvorrichtung eingestellt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen weitere diverse Vorteile auf:
• - Ermöglichen von Untersuchungen, insbesondere von Gassorptionsuntersuchungen in großem Temperaturbereich, beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von 70 K bis 325 K beziehungsweise im Bereich von - 203 °C bis + 52 °C,
• - Regeln der Temperatur der Messzelle durch Kompensation der Wärmeströme, insbesondere aus der Umgebung, ausschließlich durch gezieltes Variieren der Kühlleistung und damit durch Abführen von Wärme aus der Vorrichtung anstelle durch gezieltes Variieren einer Heizleistung mit Einbringen einer zusätzlichen Heizleistung,
• - dadurch minimaler Wärmestrom in das Kühlmedium, insbesondere die kryogene Flüssigkeit, sodass von der kryogenen Flüssigkeit lediglich ein minimaler Teil pro Zeiteinheit verdampft, damit
• - maximale Standzeit und Messzeit,
• - minimale Abhängigkeit der Standzeit von der eingestellten Zieltemperatur,
• - Möglichkeit sehr tiefer Temperaturen nahe der Verdampfungstemperatur der kryogenen Flüssigkeit, im Fall von flüssigem Stickstoff bei etwa 77 K, sowie
• - minimaler Verbrauch von Kühlmedium, dadurch weniger Kosten und Schonen von Ressourcen.
• Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten, direkt in der kryogenen Flüssigkeit durchgeführten Untersuchungen, beispielsweise mit Argon als Sondenmolekül und flüssigem Argon als kryogene Flüssigkeit, ist die Messtemperatur nicht über den Sättigungsdampfdruck vom Luftdruck und von der Reinheit der kryogenen Flüssigkeit abhängig, sondern wird aktiv geregelt, was Untersuchungen bei sehr stabilen Messtemperaturen gewährleistet.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
• 2a: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle mit einer innerhalb eines Isolationsbehälters angeordneten Messapparatur und einem einteiligen Befestigungselement,
• 2b: die erste Ausführungsform nach 2a in einer Detaildarstellung der innerhalb eines Temperierelements angeordneten Messzelle, sowie
• 3: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren einer Messzelle mit einer innerhalb eines Isolationsbehälters angeordneten Messapparatur und einem mehrteiligen Befestigungselement.
• Die 2a und 2b zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1a zum Temperieren einer Messzelle 30, speziell einer Gassorptions-Messzelle, mit einer innerhalb eines Isolationsbehälters 2 angeordneten Messapparatur und einem einteiligen Befestigungselement 15a. Aus 2b geht eine Detaildarstellung der ersten Ausführungsform nach 2a, insbesondere der innerhalb eines Temperierelements 8 angeordneten Messzelle 30, hervor.
• Der Isolationsbehälter 2 weist eine ein Volumen umschließende Außenwandung mit einem Abdeckelement 3 zum Verschließen des Volumens an einer Oberseite auf. Die Begriffe Oberseite und Unterseite beziehen sich dabei jeweils auf die vertikale Ausrichtung der Vorrichtung 1a, in welcher auch die Längsachse L ausgerichtet ist. Das vom Isolationsbehälter 2 umschlossene Volumen wird an der Unterseite durch einen Boden begrenzt.
• Innerhalb des Isolationsbehälters 2 ist ein mehrwandiges, insbesondere doppelwandiges Gefäß 4, auch als Dewar-Gefäß bezeichnet, angeordnet. Die Wand des Gefäßes 4 umschließt ein Vakuum-Volumen zur thermischen Isolation eines vom Gefäß 4 umschlossenen Hohlraums 5. Der folglich vakuumisolierte Hohlraum 5 dient der Aufnahme einer kryogenen Flüssigkeit 6, beispielsweise flüssigem Argon oder bevorzugt flüssigem Stickstoff, und kann ein Füllvolumen von etwa 3000 cm³ aufweisen.
• Der Hohlraum 5 ist anteilig mit der kryogenen Flüssigkeit 6 befüllt. Die ebenfalls innerhalb des vakuumisolierten Hohlraums 5 angeordnete Messapparatur ist zum Teil innerhalb der kryogenen Flüssigkeit 6 und damit von der Flüssigkeit 6 umgeben fixiert und erstreckt sich in axialer Richtung entlang der Längsachse L von einem Boden des Gefäßes 4 bis zu einer an der Oberseite des Gefäßes 4 ausgebildeten Öffnung. Die Öffnung dient der Aufnahme der Messapparatur und ist mit dem Abdeckelement 3, welches auch zum Verschließen des Isolationsbehälters 2 dient, verschlossen.
• Das Abdeckelement 3 ist mit einer Durchgangsöffnung 7 zum Durchführen der Messzelle 30 ausgebildet und dient der thermischen Isolation sowie dem Schutz der Messapparatur vor Vereisen durch Kondensation und Gefrieren aus der umgebenden Luft kondensierender Feuchtigkeit. Das Abdeckelement 3 ist aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von weniger als 1 W/(m K), insbesondere PTFE, ausgebildet.
• Die Messapparatur weist das Temperierelement 8 mit einer Aufnahmeöffnung 9 zur Aufnahme der Messzelle 30 sowie eine Kühlvorrichtung auf. Die im Querschnitt kreisförmige Aufnahmeöffnung 9 erstreckt sich von einer Oberseite des zylinderförmigen, speziell kreiszylinderförmigen Temperierelements 8 in vertikaler Richtung nach unten, sodass das Temperierelement 8 im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders beziehungsweise Kreishohlzylinders mit einem geschlossenen Boden aufweist. Die Messzelle 30 liegt am Boden des Temperierelements 8 flächig an.
• Zudem entspricht der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 9 des Temperierelements 8 dem Außendurchmesser der Messzelle 30 zuzüglich eines geringen Spiels zum Einführen der Messzelle 30 in die Aufnahmeöffnung 9, sodass auch die Mantelfläche der Messzelle 30 flächig am Temperierelement 8 anliegt. Das Temperierelement 8 mit der Aufnahmeöffnung 9 und die Messzelle 30 sind rotationssymmetrisch um die Längsachse L ausgebildet.
• Die Formen der Aufnahmeöffnung 9 und der Messzelle 30 korrespondieren damit derart miteinander, dass eine maximale Anlagefläche zwischen dem Temperierelement 8 und der Messzelle 30 für eine maximale Wärmeübertragung gegeben ist. Die mit einem Gassorptionsgerät 32 verbundene Messzelle 30 nimmt die zu untersuchende Probe 31 und das Messgas auf.
• Das Temperierelement 8 ist aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, insbesondere mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten größer als 100 W/(m K), vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildet.
• Das kreiszylinderförmige Temperierelement 8 kann in Richtung der Längsachse L eine Ausdehnung von 42 mm und im Wesentlichen einen Außendurchmesser von 27 mm aufweisen. Im Bereich des Bodens kann der Innendurchmesser des Temperierelements 8 30 mm mit einer Ausdehnung in Richtung der Längsachse L von etwa 2 mm betragen. Die Aufnahmeöffnung 9 ist mit einer Tiefe im Bereich von 28 mm bis 30 mm, insbesondere 28,5 mm, und einem Innendurchmesser im Bereich von 16 mm bis 18 mm, speziell 16,2 mm, ausgebildet.
• Zudem weist das Temperierelement 8 am Boden, auf der zur Anlagefläche mit der Messzelle 30 gegenüberliegenden Unterseite eine Befestigung für die Kühlvorrichtung in Form einer Öffnung, insbesondere mit einer Tiefe von 3 mm, mit einem metrischen Feingewinde MF5 als Innengewinde auf.
• Die Kühlvorrichtung ist aus einem Kühlkörper 10, einem thermischen Nebenwiderstandselement 11, auch als Shunt bezeichnet, und einem hülsenförmigen Wärmeübertragungselement 12 ausgebildet. Das Nebenwiderstandselement 11 dient unter anderem dem Zentrieren und Fixieren eines thermoelektrischen Kühlelements 13. Zudem weist die Kühlvorrichtung Federelemente 14-1, 14-2 sowie ein stabförmiges, insbesondere rundstabförmiges, Befestigungselement 15a auf.
• Der aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, insbesondere mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten größer als 100 W/(m K), vorzugsweise aus Kupfer, ausgebildete Kühlkörper 10 ist über das thermische Nebenwiderstandselement 11 mit dem Temperierelement 8 fest verbunden. Dabei ist das rotationssymmetrisch um die Längsachse L ausgebildete Nebenwiderstandselement 11 beispielsweise in die mit dem Innengewinde versehene Öffnung im Boden des Temperierelements 8 eingeschraubt.
• Das Nebenwiderstandselement 11 stellt eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Temperierelement 8 und dem Kühlkörper 10 her und ist aus einem Material mit einem geringeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als der Kühlkörper 10, insbesondere von weniger als 40 W /(m. K), beispielsweise Edelstahl, ausgebildet. Dabei wird sowohl die Lage als auch die Größe des Temperaturbereichs, in welchem die Messapparatur betrieben und geregelt werden kann, durch das Material und die Dimensionierung, speziell den Durchmesser und die Länge, des Nebenwiderstandselements 11 bestimmt. Der ebenfalls rotationssymmetrisch um die Längsachse L ausgebildete Kühlkörper 10 kann wiederum beispielsweise in eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung in das Nebenwiderstandselement 11 eingeschraubt werden. Das Nebenwiderstandselement 11 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L, auch als Höhe bezeichnet, von 10 mm bei einem Außendurchmesser von 9 mm aufweisen. An der zum Kühlkörper 10 weisenden Unterseite kann das Nebenwiderstandselement 11 mit einem metrischen Feingewinde MF5 als Innengewinde zum Verbinden mit dem Kühlkörper 10 und an der zum Temperierelement 8 weisenden Oberseite mit einem metrischen Feingewinde MF5 als Außengewinde ausgebildet sein. Das Nebenwiderstandselement 11 kann in die im Boden des Temperierelements 8 ausgebildete Öffnung eingeschraubt werden.
• Der Kühlkörper 10 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L beziehungsweise eine Höhe von 22 mm bei einem Außendurchmesser von 18 mm aufweisen. An der zum Befestigungselement 15a weisenden Unterseite ist ein Kragen, beispielsweise mit einer Höhe von 3 mm und einem Außendurchmesser von 25 mm ausgebildet. An der distal zur Unterseite ausgerichteten Oberseite des Kühlkörpers 10 kann ein metrisches Feingewinde MF5 als Außengewinde zum Verbinden mit dem Nebenwiderstandselement 11 vorgesehen sein.
• Zwischen dem Temperierelement 8 und dem Wärmeübertragungselement 12 ist zudem ein ringförmiges, insbesondere kreisringförmiges thermoelektrisches Kühlelement 13 vorgesehen. Das als ein Peltierelement ausgebildete thermoelektrische Kühlelement 13 umschließt das Nebenwiderstandselement 11 vollumfänglich. Dabei ist der Innendurchmesser des Kühlelements 13 größer als der Außendurchmesser des Nebenwiderstandselements 11. Das Kühlelement 13 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L und folglich eine Höhe von 4 mm bei einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm aufweisen.
• Das Kühlelement 13 wird mittels des hülsenförmigen Wärmeübertragungselements 12 an die Unterseite des Temperierelements 8 gepresst. Der Anpressdruck wird über die speziell als Scheibenfedern ausgebildeten Federelemente 14-1, 14-2 erzeugt, welche zwischen dem Kühlkörper 10 und dem Wärmeübertragungselement 12 angeordnet sind. Dabei ist ein erstes Federelement 14-1 zwischen einer in Richtung des Kühlelements 13 weisenden Oberseite des Kragens des Kühlkörpers 10 und einer dem Kragen des Kühlkörpers 10 gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeübertragungselements 12 angeordnet. Das erste Federelement 14-1 weist einen Innendurchmesser im Bereich von 15 mm bis 25 mm, speziell im Bereich von 18 mm bis 20 mm, insbesondere von 18,3 mm, auf und ist derart konfiguriert, eine mittlere Anpresskraft von 33 N zu erzeugen.
• Ein zweites Federelement 14-2 ist zwischen der in Richtung des Kühlelements 13 weisenden Oberseite des Kühlkörpers 10 sowie einem von einer inneren Mantelfläche des Wärmeübertragungselements 12 hervorstehenden Kragen angeordnet und weist einen Innendurchmesser von 11 mm auf. Das zweite Federelement 14-2 ist derart konfiguriert, eine mittlere Anpresskraft von 18 N zu erzeugen.
• Mit den Federelementen 14-1, 14-2 wird die Anpresskraft auf das in Bezug zum Kühlkörper 10 in Richtung der Längsachse L bewegliche Wärmeübertragungselement 12 ausgeübt, welches das thermoelektrische Kühlelement 13 flächig an eine in Richtung des Wärmeübertragungselements 12 weisende Unterseite des Temperierelements 8 andrückt.
• Die thermische Kopplung zwischen dem Temperierelement 8 und dem Kühlkörper 10 über das Nebenwiderstandselement 11 ist dabei derart gering auszubilden, dass ein großer Temperaturregelbereich der Messapparatur möglich ist, ist jedoch ebenso derart groß zu konfigurieren, einen zu großen Unterschied zwischen der Temperatur des Temperierelements 8 und dem Kühlkörper 10 zu vermeiden. Ein großer Temperaturunterschied könnte das thermoelektrische Kühlelement 13 beschädigen.
• Mit Hilfe des thermoelektrischen Kühlelements 13 wird der Wärmestrom zwischen dem Temperierelement 8 und der Kühlvorrichtung direkt gesteuert.
• Die Außenseite beziehungsweise äußere Mantelfläche des Kühlkörpers 10 und die Innenseite beziehungsweise innere Mantelfläche des Wärmeübertragungselements 12 sind derart miteinander korrespondierend, insbesondere mit minimaler Oberflächenrauigkeit und damit glatt ausgebildet sowie koaxial zueinander ausgerichtet, dass eine maximale Wärmeübertragung vom Wärmeübertragungselement 12 an den Kühlkörper 10 gewährleistet ist. Der thermische Kontakt zwischen dem Kühlkörper 10 und dem Wärmeübertragungselement 12 kann durch den Einsatz einer Wärmeleitpaste weiter verbessert werden.
• Das aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper 10, insbesondere aus Kupfer, hergestellte Wärmeübertragungselement 12 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L beziehungsweise eine Höhe von 25 mm bei einem Außendurchmesser von 30 mm aufweisen. Der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 12 kann in einem großen mittleren Abschnitt 18 mm betragen. In einem unteren, zum Befestigungselement 15a hin ausgerichteten Abschnitt mit einer Ausdehnung in Richtung der Längsachse L von etwa 5 mm kann der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 12 26 mm betragen, während der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 12 in einem oberen, zum Kühlelement 13 hin ausgerichteten Abschnitt mit einer Ausdehnung von 3 mm in Richtung der Längsachse L 10 mm betragen kann.
• Mit dem mittels der Federelemente 14-1, 14-2 erzeugten Anpressdruck des Kühlelements 13 an das Temperierelement 8 wird zudem sichergestellt, dass die maximale Wärmeübertragung auch dann gewährleistet bleibt, wenn durch ein Abkühlen der Vorrichtung 1a unterschiedliche Ausdehnungen, insbesondere Längenänderungen, der Komponenten auftreten. Dabei werden sich aufgrund unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie verschiedene Metalle und keramische Bestandteile des Kühlelements 13, aufbauende mechanische Spannungen mit Hilfe der Federelemente 14-1, 14-2 selbstständig kompensiert beziehungsweise ausgeglichen.
• Der Kühlkörper 10 ist an einer Unterseite mit dem stabförmigen Befestigungselement 15a verbunden. Das rotationssymmetrisch um die Längsachse L ausgebildete Befestigungselement 15a ist beispielsweise wiederum in eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung in den Kühlkörper 10 eingeschraubt. Der Durchmesser des Befestigungselements 15a ist über der gesamten Länge geringer als der Innendurchmesser des hülsenförmigen Wärmeübertragungselements 12 und damit auch geringer als der Durchmesser des vom Wärmeübertragungselement 12 umschlossenen Kühlkörpers 10.
• Das rundstabförmige Befestigungselement 15a kann mit einer Länge von 183 mm, einem Außendurchmesser von 10 mm und aus Kupfer ausgebildet sein. Am zum Kühlkörper 10 ausgerichteten, oberen Ende des Befestigungselements 15a kann ein metrisches Außengewinde M8 zum Verschrauben mit dem Kühlkörper 10 vorgesehen sein, während am zum oberen Ende distalen unteren Ende des Befestigungselements 15a ein metrisches Innengewinde M3 vorgesehen sein kann.
• Ein erster Teilbereich 15a-1 des als Wärmeleitelement dienenden Befestigungselements 15a steht in direktem Kontakt mit der kryogenen Flüssigkeit 6 als Kühlmedium. Der erste Teilbereich 15a-1 kann über eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L von 28 mm mit Kühlmedium umspült werden, sodass der erste Teilbereich 15a-1 eine Mantelfläche von 8,8 cm² aufweist.
• Das Befestigungselement 15a weist an der vertikal nach unten ausgerichteten Stirnseite ein Stützelement 16 auf. Das Stützelement 16 ist in der Form eines Fußes aus einem Kunststoff, beispielsweise PTFE, ausgebildet, um einerseits das Befestigungselement 15a stirnseitig innerhalb des Hohlraums 5 am Gefäß 4 zu fixieren und andererseits Beschädigungen des Gefäßes 4 zu vermeiden. Das die Form einer Kreisscheibe aufweisende Stützelement 16 kann mit einem Außendurchmesser von 32 mm und einer Dicke von 5 mm ausgebildet sein. Die gekrümmte Unterseite des Stützelements 16 korrespondiert dabei mit der Krümmung des Gefäßes 4 an der Auflagefläche. Das Stützelement 16 kann mit einem Außengewinde versehen sein, welches zum Verbinden mit dem am unteren Ende des Befestigungselements 15a vorgesehenen metrischen Innengewinde M3 korrespondiert.
• Auch über die Ausbildung des Befestigungselements 15a als Wärmeableitstab wird der Temperaturbereich für die Untersuchungen mit der Messapparatur vorgegeben. Dabei werden die Wärmeleitung und damit der Temperaturbereich für die Untersuchungen über drei Parameter festgelegt. Der erste Parameter ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials und damit das Material, aus welchem das Befestigungselement 15a gefertigt ist. Der zweite Parameter ist der Durchmesser und damit die den Wärmestrom bestimmende Querschnittsfläche des stabförmigen Befestigungselements 15a, während der dritte Parameter die Länge des stabförmigen Befestigungselements 15a in Richtung der Längsachse L ist. Ein hoher Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Materials, eine große Querschnittsfläche, das heißt ein großer Durchmesser, und eine geringe Länge des stabförmigen Befestigungselements 15a bewirken jeweils eine hohe Wärmeleitung, sodass Untersuchungen mit der Messzelle 30 bei sehr geringen Temperaturen, beispielsweise nahe 77 K, ermöglicht werden können. Die Ausbildung des Befestigungselements 15a aus Materialien mit einem geringen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten und einer geringen Querschnittsfläche, das heißt einem geringen Durchmesser, und einer großen Länge bewirken eine geringere Wärmeleitung, sodass Untersuchungen mit der Messzelle 30 bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei etwa 195 K, durchgeführt werden können, was andere Gassorptionsexperimente, zum Beispiel mit Kohlenstoffdioxid, kurz CO₂, aber auch anderen Sondenmolekülen ermöglicht.
• Das koaxial und entlang der Längsachse L ausgerichtete Temperierelement 8, thermoelektrische Kühlelement 13, Wärmeübertragungselement 12 und Befestigungselement 15a sind jeweils an der äußeren Mantelfläche mit einem Isolationselement 17a, speziell einem Isolationsschaum, mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von weniger als 1 W/(m.K) vollumfänglich ummantelt. Das Isolationselement 17a liegt mit einer inneren Mantelfläche jeweils an der äußeren Mantelfläche des Temperierelements 8, des thermoelektrischen Kühlelements 13, des Wärmeübertragungselements 12 und des Befestigungselements 15a an. Als Isolationselement 17a kann ein geschlossen-zelliges Polyurethan mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/(m·K) verwendet werden.
• Das Isolationselement 17a selbst ist wiederum an der äußeren Mantelfläche vollumfänglich von einem Schichtelement 18 umgeben. Das das Isolationselement 17a vor äußerer Abnutzung und dem Eindringen der kryogenen Flüssigkeit 6 schützende Schichtelement 18 bedeckt dabei auch zumindest die nach unten gerichtete Stirnseite des Isolationselements 17a. Das Schichtelement 18 ist vorzugsweise aus PTFE mit einer bevorzugten Wandstärke von 5 mm ausgebildet. Der Außendurchmesser des hohlkreiszylindrischen Bereichs des Schichtelements 18 kann 55 mm betragen, während die Ausdehnung entlang der Längsachse L und folglich die Höhe des Schichtelements 18 230 mm betragen kann. Neben dem Schichtelement 18 verhindern auch die geschlossenen Zellen des Schaums des Isolationselements 17a das Eindringen der kryogenen Flüssigkeit 6, insbesondere des flüssigen Stickstoffs, in das Isolationselement 17a.
• Der erste Teilbereich 15a-1 des Befestigungselements 15a ist nicht vom Isolationselement 17a umgeben, um an der äußeren Mantelfläche den direkten Kontakt mit der kryogenen Flüssigkeit 6 zu gewährleisten. Ein zweiter Teilbereich 15a-2 des Befestigungselements 15a ist hingegen vom Isolationselement 17a eingehüllt, sodass der zweite Teilbereich 15a-2 nicht im Kontakt mit der kryogenen Flüssigkeit 6 steht. An der senkrecht zur Längsachse L ausgerichteten Ebene der nach unten gerichteten Stirnseite des Isolationselements 17a grenzen der erste Teilbereich 15a-1 und der zweite Teilbereich 15a-2 des Befestigungselements 15a aneinander.
• An der äußeren Mantelfläche des Temperierelements 8 oder innerhalb der Wandung des Temperierelements 8 ist ein Temperatursensor 19 zum Bestimmen der Temperatur der Wandung des Temperierelements 8 angeordnet, mit welcher die Temperatur des Temperierelements 8 und der in der Messzelle 30 enthaltenen Probe 31 bestimmt werden kann. Als Temperatursensor 19 kann beispielsweise ein herkömmlicher Platin-Messwiderstand Pt1000 verwendet werden. Der Temperatursensor 19 ist in eine im Temperierelement 8 ausgebildete Öffnung, beispielsweise eine Bohrung mit einer Länge von 30 mm und einem Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 4 mm, insbesondere von 3,1 mm, eingeführt.
• Das als Peltierelement ausgebildete thermoelektrische Kühlelement 13 und der Temperatursensor 19 sind jeweils mit einer Regelvorrichtung 33 verbunden. Mit der beispielsweise als ein PID-Regler ausgebildeten Regelvorrichtung 33 wird nach Vorgabe eines Sollwertes der mit dem Temperatursensor 19 ermittelten Temperatur die Kühlleistung des Kühlelements 13 derart variiert, dass sich die gewünschte Sollwerttemperatur am Temperatursensor 19 einstellt. Der Temperatursensor 19 und die elektrischen Anschlüsse des thermoelektrischen Kühlelements 13 werden jeweils über eine elektrische Verbindung, insbesondere eine elektrische Leitung, aus dem Gefäß 4 heraus nach außen geführt und mit der Regelvorrichtung 33 verbunden. Für eine möglichst genaue Temperaturmessung wird die Leitung des Temperatursensors 19 mehrmals, beispielsweise zweimal oder dreimal, an der äußern Mantelfläche entlang um das Temperierelement 8 gewickelt. Dabei wird die Leitung des Temperatursensors 19 zumindest nahe der Temperatur des Temperierelements 8 gekühlt, um einen Wärmeeintrag entlang der Leitung des Temperatursensors 19 zu minimieren und an der Messspitze des Temperatursensors 19 die tatsächliche Temperatur des Tempierelements 8 zu ermitteln.
• Das Temperierelement 8 ist stets oberhalb der Füllstandslinie der kryogenen Flüssigkeit 6 anzuordnen, sodass das Temperierelement 8 nicht mit der kryogenen Flüssigkeit 6 in Kontakt kommt, um die Funktion der Regelung sicherzustellen. Ein direkter Kontakt des Temperierelements 8 mit der kryogenen Flüssigkeit 6, beispielsweise durch Einlaufen der kryogenen Flüssigkeit 6 von oben in das Temperierelement 8 würde zu einer unkontrollierten Abkühlung des Temperierelements 8 führen. Das Befestigungselement 15a ist folglich mit einer gewissen Mindestausdehnung entlang der Längsachse L, insbesondere einer Länge, auszubilden, um das Temperierelement 8 oberhalb der Füllstandslinie der kryogenen Flüssigkeit 6 und im oberen Bereich des Isolationsbehälters 2 zu fixieren. Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass die Kontaktfläche des ersten Teilbereichs 15a-1 des Befestigungselements 15a unterhalb der Füllstandslinie der kryogenen Flüssigkeit 6 angeordnet ist, um die erforderliche Wärme gezielt an die kryogene Flüssigkeit 6 zu übertragen.
• In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1b zum Temperieren der Messzelle 30 mit der innerhalb des Isolationsbehälters 2 angeordneten Messapparatur dargestellt. Gleiche Komponenten der Vorrichtungen 1a, 1b sind mit gleichen Bezugszeichen versehen sowie mit gleichen Dimensionen ausgebildet. So sind das koaxial und entlang der Längsachse L ausgerichtete Temperierelement 8, Wärmeübertragungselement 12 und thermoelektrische Kühlelement 13 der Vorrichtungen 1a, 1b gleich und jeweils an der äußeren Mantelfläche mit einem Isolationselement 17b, speziell dem Isolationsschaum, vollumfänglich ummantelt. Dabei liegt das Isolationselement 17b mit der inneren Mantelfläche jeweils an der äußeren Mantelfläche des Temperierelements 8, des thermoelektrischen Kühlelements 13, des Wärmeübertragungselements 12 und des Befestigungselements 15b an. Das Isolationselement 17b selbst ist wiederum an der äußeren Mantelfläche vollumfänglich von dem ersten Schichtelement 18 umgeben, welches das Isolationselement 17b vor äußerer Abnutzung und dem Eindringen der kryogenen Flüssigkeit 6 schützt. Der erste Teilbereich 15b-1 des Befestigungselements 15b ist, ähnlich wie bei der Vorrichtung 1a aus 2a oder 2b, nicht vom Isolationselement 17b umgeben, um an der äußeren Mantelfläche den direkten Kontakt mit der kryogenen Flüssigkeit 6 zu gewährleisten.
• Der wesentliche Unterschied zwischen der Vorrichtung 1a gemäß der 2a und 2b zur Vorrichtung 1b nach 3 liegt in der Ausbildung eines mehrteiligen Befestigungselements 15b.
• Mit der mehrteiligen Ausbildung des stabförmigen, insbesondere rundstabförmigen, Befestigungselements 15b als Wärmeleitelement mit mehreren Segmenten aus verschiedenen Materialien können verschiedene mittlere Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten für das Befestigungselement 15b eingestellt werden, ohne den Durchmesser des Befestigungselements 15b zu variieren.
• Das Befestigungselement 15b der Vorrichtung 1b ist in drei Einzelkomponenten unterteilt: ein Wärmeableitelement 20, ein Standelement 21 und ein poröses Mantelelement 22. Das Standelement 21 dient lediglich der Anordnung der Messapparatur innerhalb des Gefäßes 4 in der gewünschten vertikalen Position und ist für das Ableiten der Wärme von der Messapparatur an die kryogene Flüssigkeit 6 vernachlässigbar. Das aus Aluminium ausgebildete Standelement 21 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L und folglich eine Höhe von 125 mm bei einem Außendurchmesser von 30 mm aufweisen. An der zum Wärmeableitelement 20 weisenden Oberseite kann das Standelement 21 mit einem metrischen Außengewinde M8 zum Verbinden, insbesondere zum Verschrauben, mit dem Wärmeableitelement 20 ausgebildet sein.
• Das stabförmige, insbesondere rundstabförmige Wärmeableitelement 20 ist aus einem Material mit einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, speziell mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten größer als 200 W/(m K), zum Beispiel aus Kupfer, ausgebildet. Das vorzugsweise einen Durchmesser von mehr als 20 mm, beispielsweise 30 mm, und eine Länge von weniger als 100 mm, insbesondere 55 mm, aufweisende Wärmeableitelement 20 steht in einem ersten Teilbereich 15b-1 an der äußeren Mantelfläche mit der kryogenen Flüssigkeit 6 in Kontakt. Der Durchmesser des Wärmeableitelements 20 der Vorrichtung 1b ist dabei wesentlich größer als der Durchmesser des über der gesamten Länge wärmeleitenden Befestigungselements 15a der Vorrichtung 1a aus 2a und entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des hülsenförmigen Wärmeübertragungselements 12, während die Länge des Wärmeableitelements 20 in Richtung der Längsachse L wesentlich geringer ist als die Länge des Befestigungselements 15a der Vorrichtung 1a aus 2a. Das Wärmeableitelement 20 kann am zum Kühlkörper 10 ausgerichteten, oberen Ende ein metrisches Außengewinde M8 zum Verschrauben mit dem Kühlkörper 10 aufweisen, während am zum oberen Ende distalen unteren Ende des Wärmeableitelements 20 ein metrisches Innengewinde M8 vorgesehen sein kann.
• Das poröse Mantelelement 22, welches den ersten Teilbereich 15b-1 des Befestigungselements 15b sowie das Standelement 21 über der gesamten Länge vollumfänglich umschließt und sich damit in Richtung der Längsachse L an das Isolationselement 17b anschließt, erfüllt die Funktion des kontinuierlichen Förderns kryogener Flüssigkeit 6 als Kühlmedium zum ersten Teilbereich 15b-1 des wärmeleitenden Befestigungselements 15b. Das Isolationselement 17b und das Mantelelement 22 liegen an den zueinander weisenden Stirnseiten aneinander an. Das Mantelelement 22 steht folglich in keinem Kontakt mit dem Wärmeübertragungselement 12 beziehungsweise dem Temperierelement 8 und damit der Messzelle 30 und erstreckt sich auch nicht über den Bereich hinaus, welcher die Probe 31 enthält.
• Der erste Teilbereich 15b-1 des Befestigungselements 15b der Vorrichtung 1b ist im Vergleich zum ersten Teilbereich 15a-1 des Befestigungselements 15a der Vorrichtung 1a aus 2a sowie zum Mantelelement 22 nicht in die kryogene Flüssigkeit 6 eingetaucht.
• Das poröse Mantelelement 22, welches zumindest mit einem unteren Bereich in die kryogene Flüssigkeit 6 hineinragt, wirkt als Docht für die kryogene Flüssigkeit 6. Über Kapillarkraft wird die kryogene Flüssigkeit 6 unabhängig vom Füllstand innerhalb der Poren des Mantelelements 22 kontinuierlich zum ersten Teilbereich 15b-1 als Kontaktfläche des Befestigungselements 15b gefördert.
• Dabei kann der Füllstand der kryogenen Flüssigkeit 6 unterhalb der vertikalen Anordnung des ersten Teilbereichs 15b-1 des Befestigungselements 15b liegen.
• Das hohlzylinderförmige, insbesondere hohlkreiszylinderförmige Mantelelement 22 ist mit einer Porengröße von weniger als 40 µm, insbesondere einer mittleren Porengröße von 20 µm, ausgebildet und an der äußeren Mantelfläche über der gesamten Länge vollumfänglich von einem zweiten Schichtelement 23 umschlossen. Das zweite Schichtelement 23 verhindert einen Austausch kryogener Flüssigkeit 6 über die äußere Mantelfläche des Mantelelements 22, insbesondere ein mantelseitiges Ausdringen der kryogenen Flüssigkeit 6 aus dem Mantelelement 22. Ausschließlich die poröse untere und obere Stirnfläche des Mantelelements 22 ist zum Eindringen und Ausdringen der kryogenen Flüssigkeit 6 ausgebildet. Dabei wird sichergestellt, dass die durch das Mantelelement 22 geleitete kryogene Flüssigkeit 6 nicht in den vom Isolationselement 17b umschlossenen Bereich der Vorrichtung 1b eindringt.
• Das Mantelelement 22 ist aus einem Kunststoff, speziell porösem Polyethylen, ausgebildet, während als zweites Schichtelement 23 vorzugsweise unporöses Polyethylen verwendet wird. Der Durchmesser der inneren Mantelfläche des Mantelelements 22 entspricht dabei dem Durchmesser des Wärmeableitelements 20 und des Standelements 21, insbesondere 30 mm, welche ebenfalls gleich sind, zuzüglich eines Spiels zur Montage. Das Mantelelement 22 kann eine Ausdehnung in Richtung der Längsachse L beziehungsweise eine Höhe von 145 mm bei einem Außendurchmesser von 50 mm aufweisen.
• Das die Form einer Kreisscheibe aufweisende Stützelement 16 kann mit einem Außendurchmesser von 36 mm ausgebildet sein, um ein Abrutschen des porösen Mantelelements 22 zu verhindern.
• Das erste Schichtelement 18 der Vorrichtung 1b kann eine Ausdehnung entlang der Längsachse L und folglich eine Höhe von 115 mm aufweisen und damit entsprechend kürzer sein, als das Schichtelement 18 der Vorrichtung 1a gemäß der 2a und 2b. Dabei ist auch eine um etwa 10 mm kürzere Bauform der innerhalb des Gefäßes 4 angeordneten und zusammenhängenden Komponenten der Vorrichtung 1b gegenüber der Vorrichtung 1a möglich, um insbesondere den Abstand des Temperierelements 8 vom Abdeckelement 3 zu vergrößern und derart die thermische Entkopplung zu verbessern und geringere Messtemperaturen zu erreichen.
• LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1a, 1b

Vorrichtung

2

Isolationsbehälter

3

Abdeckelement

4

Gefäß

5

Hohlraum

6

kryogene Flüssigkeit

7

Durchgangsöffnung Abdeckelement 3

8

Temperierelement

9

Aufnahmeöffnung Temperierelement 8

10

Kühlkörper

11

Nebenwiderstandselement

12

Wärmeübertragungselement

13

thermoelektrisches Kühlelement

14-1

erstes Federelement

14-2

zweites Federelement

15a, 15b

Befestigungselement

15a-1, 15b-1

erster Teilbereich Befestigungselement 15a, 15b

15a-2

zweiter Teilbereich Befestigungselement 15a

16

Stützelement

17a, 17b

Isolationselement

18

(erstes) Schichtelement

19

Temperatursensor

20

Wärmeableitelement Befestigungselement 15b

21

Standelement Befestigungselement 15b

22

Mantelelement Befestigungselement 15b

23

zweites Schichtelement

30

Messzelle

31

Probe

32

Gassorptionsgerät

33

Regelvorrichtung

L

Längsachse

M

Messstelle

B

Bilanzraum

K

Kühlkörper

Qa

Wärme aus der Umgebung

Qik

Wärme durch Isolation aus Vorrichtung 1

Qiw

Wärme durch Isolation in Vorrichtung 1

QH

Heiz-Wärme

QK

Kühl-Wärme

Claims (25)

1. Vorrichtung (1a, 1b) zum Temperieren einer Messzelle (30), insbesondere einer Gassorptions-Messzelle, mit einem isolierten Gefäß (4) zur Aufnahme eines Kühlmediums und einer Messapparatur, wobei die Messapparatur ein Temperierelement (8) mit einer Aufnahmeöffnung (9) zur Aufnahme der Messzelle (30) und eine Kühlvorrichtung zum Temperieren des Temperierelements (8) aufweist, welche in Richtung einer Längsachse (L) ausgerichtet und wärmeübertragend aneinander anliegend angeordnet sind, wobei die Kühlvorrichtung ein Befestigungselement (15a, 15b) zum Fixieren des Temperierelements (8) an einer Wandung des Gefäßes (4) und zur Wärmeübertragung zwischen der Messapparatur und dem Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Längsachse (L) zwischen dem Temperierelement (8) und der Kühlvorrichtung ein thermoelektrisches Kühlelement (13) zum Kühlen des Temperierelements (8) und der Messzelle (30) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) die Form einer Scheibe aufweist, welche mit einer in Richtung der Längsachse (L) ausgerichteten Oberseite an einer Unterseite des Temperierelements (8) anliegend angeordnet ist.
3. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) als ein Peltierelement ausgebildet ist.
4. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (19) zum Bestimmen der Temperatur des Temperierelements (8) und der Messzelle (30) sowie eine Regelvorrichtung (33) ausgebildet sind, wobei der Temperatursensor (19) mit der Regelvorrichtung (33) verbunden ist.
5. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) mit der Regelvorrichtung (33) elektrisch verbunden ist, wobei die Regelvorrichtung (33) derart konfiguriert ist, mit einem vom Temperatursensor (19) empfangenen Signal das thermoelektrische Kühlelement (13) zu steuern und einen vorgegebenen Sollwert der Temperatur des Temperierelements (8) konstant zu halten.
6. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung einen Kühlkörper (10), ein Wärmeübertragungselement (12) sowie mindestens ein Federelement (14-1, 14-2) aufweist.
7. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) und das Befestigungselement (15a, 15b) sich direkt kontaktierend und fest miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet sind.
8. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung ein thermisches Nebenwiderstandselement (11) aufweist, welches in Richtung der Längsachse (L) zwischen dem Kühlkörper (10) und dem Temperierelement (8) angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (10) und das Nebenwiderstandselement (11) sowie das Nebenwiderstandselement (11) und das Temperierelement (8) jeweils fest miteinander verbunden sind.
9. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) in Richtung der Längsachse (L) zwischen dem Temperierelement (8) und dem Wärmeübertragungselement (12) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (14-1, 14-2) derart angeordnet ist, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) aufgrund der Federkraft des mindestens einen Federelements (14-1, 14-2) gegen das Temperierelement (8) gedrückt angeordnet ist.
11. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (14-1, 14-2) als eine Scheibenfeder ausgebildet sowie in Richtung der Längsachse (L) zwischen dem Kühlkörper (10) und dem Wärmeübertragungselement (12) angeordnet ist.
12. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) in der Form eines Zylinders mit einer in Richtung der Längsachse (L) ausgerichteten Achse mit einem aus einer äußeren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragen ausgebildet ist und dass das Wärmeübertragungselement (12) in der Form eines Hohlzylinders mit einer in Richtung der Längsachse (L) ausgerichteten Achse ausgebildet ist, wobei die äußere Mantelfläche des Kühlkörpers (10) und die innere Mantelfläche des Wärmeübertragungselements (12) miteinander korrespondierend ausgebildet sowie vollflächig aneinander anliegend angeordnet sind und das Wärmeübertragungselement (12) in Bezug auf den Kühlkörper (10) in Richtung der Längsachse (L) beweglich ist.
13. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (12) an einer zum Temperierelement (8) hin ausgerichteten Stirnseite einen aus einer inneren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragen aufweist.
14. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (14-1) zwischen einer in Richtung des Kühlelements (13) weisenden Oberseite des aus der äußeren Mantelfläche in radialer Richtung hervorstehenden Kragens des Kühlkörpers (10) und einer dem Kragen des Kühlkörpers (10) gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeübertragungselements (12) angeordnet ist.
15. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (14-2) zwischen der in Richtung des Kühlelements (13) weisenden Oberseite des Kühlkörpers (10) sowie dem von der inneren Mantelfläche des Wärmeübertragungselements (12) in radialer Richtung hervorstehenden Kragen angeordnet ist.
16. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich (15a-1, 15b-1) des Befestigungselements (15a, 15b) das Kühlmedium direkt kontaktierend angeordnet ist.
17. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (8), das thermoelektrische Kühlelement (13), das Wärmeübertragungselement (12) und ein Teilbereich des Befestigungselements (15a, 15b) koaxial zur Längsachse (L) ausgerichtet sind und jeweils an einer äußeren Mantelfläche mit einem Isolationselement (17a, 17b) vollumfänglich umgeben sind.
18. Vorrichtung (1a, 1b) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (17a, 17b) an einer in Richtung der Längsachse (L) nach unten ausgerichteten Stirnseite und an einer äußeren Mantelfläche vollumfänglich von einem Schichtelement (18) umgeben ist.
19. Vorrichtung (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (15a, 15b) stabförmig und einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.
20. Vorrichtung (1b) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (15b) aus einem Wärmeableitelement (20), einem Standelement (21) und einem Mantelelement (22) ausgebildet ist, welche koaxial zur Längsachse (L) angeordnet sind, wobei das Wärmeableitelement (20) und das Standelement (21) an in Richtung der Längsachse (L) zueinander weisenden Stirnflächen aneinander anliegend angeordnet sind.
21. Vorrichtung (1b) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (22), welches einen ersten Teilbereich (15b-1) des Befestigungselements (15b) sowie das Standelement (21) jeweils an der Mantelfläche vollumfänglich sowie in Richtung der Längsachse (L) umschließt, zumindest mit einem Teilbereich innerhalb des Kühlmediums angeordnet und zum Transportieren des Kühlmediums zum ersten Teilbereich (15b-1) des Befestigungselements (15b) aus einem porösen Material ausgebildet ist.
22. Vorrichtung (1b) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (22) eine hohlzylindrische Form aufweist und an einer äußeren Mantelfläche vollumfänglich von einem Schichtelement (23) umgeben ist.
23. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1a, 1b) zum Temperieren einer Messzelle (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und Konstanthalten der Temperatur der Messzelle (30) auf einem vorgegebenen Sollwert in einem zeitlichen Intervall zum Durchführen von Untersuchungen, aufweisend folgende Schritte: - Eintauchen eines Befestigungselements (15a, 15b) einer Kühlvorrichtung, welche über ein Temperierelement (8) mit der Messzelle (30) zur Wärmeübertragung wärmeleitend kontaktiert ist, in ein Kühlmedium, - Bestimmen der Temperatur des Temperierelements (8) und Vergleichen der Temperatur mit dem vorgegebenen Sollwert der Temperatur sowie - Regeln der Temperatur mittels eines mit dem Temperierelement (8) thermisch gekoppelten thermoelektrischen Kühlelements (13) zum Kühlen des Temperierelements (8) und Konstanthalten der vorgegebenen Solltemperatur des Temperierelements (8) während des zeitlichen Intervalls.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (13) mit mindestens einem Federelement (14-1, 14-2) gegen das Temperierelement (8) gedrückt wird, wobei unterschiedliche Wärmeausdehnungen kompensiert werden.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich, in welchem die Messzelle (30) temperiert und geregelt werden kann, durch das Material und die Dimensionierung eines zwischen dem Temperierelement (8) und dem Befestigungselement (15a, 15b) angeordneten Nebenwiderstandselements (11) der Kühlvorrichtung eingestellt wird.

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