DE1451288A1

DE1451288A1 - Regelanordnung zur Temperaturkonstanthaltung

Info

Publication number: DE1451288A1
Application number: DE19631451288
Authority: DE
Inventors: Rorden Robert James; Marshall Harry Laurance
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1962-02-12
Filing date: 1963-01-18
Publication date: 1969-01-16
Also published as: GB972747A; US3213929A; CH440784A

Description

Dr.phtl.tt.B.HAOBN Patentanwalt

8000 MONCHEN-8OLLN Fran« HaU Strafte 21 796213

VA 3125/915 \ vl^*"^ München, den 16. Januar 1963

· Dr.H./Ke.

Varian Associates

611 Hansen Way

Palo Alto, California, USA

Regelanordnung zur Temperaturkonstanthaltung

Priorität: USAj 12. Februar 1962; US. Ser. No. 172 424

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Temperaturregelung, insbesondere auf eine verbesserte, gedrängt aufgebaute und wirtschaftlich arbeitende, von Medien durchströmte Regelanordnung, die sich in vorteilhafter Weise etwa für die Konstanthaltung der Temperatur von Präzisionselektromagneten einsetzen läßt.

Bei der Verwendung großer Elektromagneten, bei denen Konstanz und ?eldhomogenität in besonders hohem Maße gewährleistet sein _ müssen, wie bei Elektromagneten für auf der Basis magnetischer

Φ Kernresonanz arbeitende Geräte, besteht ein wichtiges und

schwieriges Problem darin« daß jegliche Änderungen der Größe

> dea IiUftspaltee zu erheblichen Veränderungen der Dichte und

.JJ* der Homogenität des Peldes führen. Sobald sich der Elektro-

magnet Infolge Erwärmung ausdehnt, wird die Größe des Luft-

BayeriKheVerainnbank München 820993 - 2 -

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spaltes beeinflußt, so daß eine Verbesserung der Konstanz der Magnettemperatur eine Verbesserung der Konstanz des Magnetfeldes mit sich bringt.

Man hat' daher solche Magneten bisher dadurch auf einer geeigneten Arbeitstemperatur gehalten, daß man die Magnetwicklungen und den zugehörigen Aufbau mit einem strömenden Medium wie Wasser kühlte, wobei das -Kühlmedium ein geschlossenes Schleifensystem durchströmte. Das Medium wurde durch einen Wärmeaustauscher geleitet, mit dessen Hilfe die Wärme des Kühlmediums in Verbindung mit einer zweiten, von einem Medium durchströmten Schleife in der erforderlichen Weise abgeleitet wurde.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer gedrängt aufgebauten und wirtschaftlichen Anordnung zur Temperaturregelung mit einer einzigen, von einem Medium durchströmten Sc hleife, die sich beispielsweise für die Verwendung bei Elektromagneten eignet.

Nach der Erfindung ist weiter die Schaffung einer Anordnung zur Temperaturregelung vorgesehen, die mit einem Wärmeaustauscher ausgerüstet ist, der eine steuerbare Übertragung der Wärme von dem erwärmten, zurückströmenden Medium auf das einströmende Medium ermöglicht, um so eine konstante Temperatur des zuströmenden Mediums zu gewährleisten.

Weiter ist es nach der Erfindung vorgesehen, die vorerwähnte Anordnung zur Temperatursteuerung mit einem Ventil zu, versehen, das an die leitung geschaltet ist, durch die das Me-

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dium in den Wärmeaustauscher einströmt, um die Menge des zwischen dem Wärmeaustauscher und einer Nebenleitung strömenden Mediums zu regulieren.

Weiter ist es nach der Erfindung vorgesehen, eine Anordnung zur Temperaturregelung zu schaffen, die zwei einander konzentrisch zugeordnete, spiralenförmig gewickelte Rohrleitungen enthält, die einen wirtschaftlichen, gedrängt aufgebauten Wärmeaustauscher bilden, wobei eine der genannten Leitungen zur Führung des zuströmenden Mediums und die andere Leitung zur Führung des zurückströmenden Mediums dient und das zuströmende Medium mittels des zurückströmenden Mediums auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Temperaturregelung vorgesehen, bei der die letzterwähnte Ausführung der Regelanordnung ein in die Leitung für das rückströmende Medium geschaltetes Ventil enthält, welches die Durchflußmenge des rückströmenden Mediums zwischen dem Wärmeaustauscher und einer Nebenleitung steuert.

Ausführungsbeispiele sowie weitere Einzelheiten gemäß der Erfindung werden nachstehend anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 schematisch den Leitungsaufbau einer Ausführungsform einer Anordnung zur Temperaturregelung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figure 2 schematisch die Leitungsführung bei einer gegenüber Figur 1 etwas abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;

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Figur 3 schematisch ein gegenüber Figur 1 und Figur 2 wiederum etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung;

Figur 4 in perspektivischer Ansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispieles einer Regelanordnung nach Figur 1 für die Kühlung eines großen Elektromagneten, wie er bei auf der Basis magnetischer Kernresonanz -arbeitenden Geräten Verwendung findet.

Im einzelnen läßt Figur 1 einen Wärmeaustauscher oder Regenerator 10 der Anordnung zur Temperaturregelung erkennen. Das eingespeiste Medium, beispielsweise Wasser, strömt über die Eingangsleitung oder das Rohr 11 in den Wärmeaustauseher 10 und verläßt diesen über den Leitungsabschnitt 12j von diesem aus gelangt es zu einer zu kühlenden Vorrichtung 13, beispielsweise zu einem Elektromagneten eines Gerätes, das auf der Basis magnetischer Kernresonanz arbeitet. Das erwärmte Medium strömt durch die Leitung 14 zu einer !-Verzweigung 15, deren eine Abzweigleitung 16 mit dem Wärmeaustauscher 10 verbunden ist und dessen zweite Abzweigleitung 17 das rückströmende Medium an dem Wärmeaustauscher 10 vorbei unmittelbar zu dem Auslaß 18 leitet. Die Hauptleitung enthält somit die Abschnitte 11 und 12 sowie den dazwischen befindlichen Leitungsabschnitt des Wärmeaustauschers 10, ferner die Leitungsabschnitte 14, 16 und 18 mit dem ebenfalls in dem Wärmeaustauscher 10 liegenden, zwischen den Leitungsabschnitten 16 und 18 befindlichen Lei·-· tungsstück. Der Leitungsabschnitt 17 bildet eine überbrückung.

Ein in der T-Verzweigung 16 angeordnetes Ventil 19" zur Verteilung des Mediums reguliert den Fluß des rückströmenden Mediums zwischen den Leitungen 16 und 17. Das Ventil 19 ist automatisch von einem Temperaturfühler 21 gesteuert, beispielsweise'

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einem Thermistor, der ein von der Temperatur des zuströmenden Mediums abhängiges Signal liefert. Das elektrische Fehlersigral des Thermistors 21, der in einen Zweig einer Wheatstone¹sehen Brücke eines Hegelkreises 22 geschaltet ist, steuert das Ventel 19, so daß die Menge durch die Nebenleitung 17 rückströmenden Mediums verringert und die Menge durch die Leitung 16 rückströmenden Mediums vergrößert wird, wenn die auf den Thermistor einwirkend« Temperatur fällt und umgekehrt, so daß die Temperatur des in die Vorrichtung 13 einströmenden Mediums konstant bleibt. Das Ventil 19 kann in bekannter Weise als Mo dulationsventil aufgebaut sein, beispielsweise als ein proportional wirkendes oder als Ein-Ausschaltventil. Das Ventil der erstgenannten Bauart teilt den Medienrüekstrom in Abhängigkeit von der auf den Temperaturfühler 21 einwirkenden Temperatur zwischen dem Wärmeaustauscher 10 und der Nebenleitung 17 auf, wogegen ein Ventil nach der zweiterwähnten Bauart die Dauer, während der der Medienrüekstrom entweder durch den Wärmeaustauscher oder die Nebenleitung 17 fließt, in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflußt. Is ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß das Ventil 19 mittels der von dem Thermistor 21 gelieferten elektrischen Signale gesteuert werden kann, sondern es kann beispielsweise auch auf mechanischem Wege eine automatische Steuerung des Ventiles in Abhängigkeit von der Temperatur des zuströmenden Mediums erfolgen. Gegebenenfalls kann auch, anstelle dea Ventiles 19, an der Ausgangsseite des Wärmeaustauschers ein Ventil zur Mischung der Medien verwendet werden, um die durch die Nebenleitung strömende Medienmenge abzuteilen.

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Außer einer Konstanthaltung der Temperatur des zuströmenden Mediums ist es auch wünschenswert, das Temperaturgefälle zwischen der Stelle, an der das Medium in die Vorrichtung 13 eintritt und der Stelle, an der das Medium die "Vorrichtung 13 verläßt, konstant zu halten. Das läßt sich, wenn die Regelanordnung in Verbindung mit einer Quelle 13 konstanter Wärme, verwendet wird, dadurch erreichen, daß die Menge des die Leitung durchströmenden Mediums konstant gehalten wird» Es ist daher, wie mit Bezugsziffer 23 in Tägur 1 angedeutet, ein Regler bekannter Bauart in die Hauptleitung eingeschaltet, um die durchströmende Medienmenge konstant zu halten.

Figur 2 veranschaulicht eine Temperaturregelanordnung ähnlich der nach figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß sie sich geeigneter in Verbindung mit Vorrichtung 13 einsetzen läßt, deren Erwärmung sich ändert. Änderungen in der Erwärmung der Vorrichtung 13 führen zu Veränderungen der gesamten Tempera— turdifferenz zwischen Einlaß- und Auslaßstelle der Vorrichtung 13. Es ist daher in die Ausgangsleitung 14 ein Temperaturfühler 24, beispielsweise ein Thermistor, geschaltet, um Veränderungen der Temperatur des Mediums zu erfassen; das Ausgangaignal des Temperaturfühlers 24 speist eine zur Überwachung der Strömungsmenge dienende Einrichtung 25, die die^ einströmende Medienmenge größer werden läßt, wenn die auf den Temperatuifihler 24 einwirkende Temperatur einen bestimmten eingestellten Wert übersteigt, und die die einströmende.-,·- Medienmenge geringer werden läßt, wenn die Temperatur unter

diesen eingestellten Wert sinkt. Auf diese Weise wird nicht

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nur die Temperatur an der Eintrittsstelle des Mediums in die Vorrichtung 13, sondern auch die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austrittsstelle konstant gehalten. Die in Figur 1 und 2 gezeigten Strömungsregler können auch an anderen Stellen in die gesamte Regelanordnung geschaltet sein, beispielsweise in die'Ausgangsleitung 18.

Mit'Figur 3 ist eine Ausführungsform wiedergegeben, bei der die !zuströmende Medienmenge zwischen dem Wärmeaustauscher IO und der Nebenleitung 17 aufgeteilt wird, bevor das zuströmende Medium in die Vorrichtung 13 eintritt. Bauteile, die den in Uigur 1 gezeigten entsprechen, tragen in dieser Figur 3 gleiche Bezugszeichen und es entspricht die Arbeitsweise dieses Aus— führungsbeispieles grundsätzlich der in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 kann ebenso wie das in Figur 2 mit einem Strömungsmengenregler versehen sein, wenn es in Verbindung mit Vorrichtung 13, bei denen die Erwärmung schwankt, eingesetzt werden soll.

In i?igur 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Temperaturreglers dargestellt, der auf dem in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Prinzip beruht. Das Gehäuse, das die Regelanordnung und das zu kühlende Gerät aufnimmt, ist nicht gezeigt, um die Übersichtlichkeit, der Zeichnung zu,erhalten. Das zuströmende Medium tritt über das Rohrstück 32 ein und gelangt in eine Einrichtung, die in sich einen Strömungsregler und ein relaisgesteuertes Ein-Ausschaltventil 33 vereinigt; daß Ventil 33 läßt automatisch den Medienstrom einsetzen, wenn der Magnet des zugehörigen, auf der Basis magnetischer Kern-

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resonanz arbeitenden Gerätes eingeschaltet wird. Anschließend gelangt das zuströmende Medium durch den Filter 34 und das Leitungsstück 35 in den Wärmeaustauscher 10.

Der Wärmeaustauscher 10 enthält zwei einander konzentrisch zugeordnete Kupferrohrleitungen, nämlich die innere Rohrleitung 35 und eine äußere Rohrleitung 36, die spiralenförmig zu einem flachen Wärmeaustauscher von gedrängtem Aufbau gewunden sind, der bei einem Minimum an Raumbedarf eine große Wärmeaustauschfläche bietet. An den Enden des Wärmeaustauschers sind Anschlußarmaturen 37 und 38 angebracht, die die äußere Rohrleitung 36 abschließen.

Das zuströmende Medium gelangt von dem Wärmeaustauscher 10 zu dem Thermistor 21, einem Thermometer 39, an dem eine Bedienungsperson die Temperatürreglung überwachen kann, und tritt dann in den Elektromagneten ein, wo es die Magnetwicklungen und den zugehörigen Aufbau kühlt, Das rückströmende Medium gelangt von dem Magneten aus über das Rohrstück 41 an einem weiteren Thermometer 42 vorbei zu dem Ventil 19. Das Ventil 19 leitet das Medium entweder über die Nebenleitung 17 oder über den leitungsabschnitt 16 und die Anschlußarmatur 38 in die äußere Rohrleitung 36 des Wärmeaustauschers. Das rücklaufende Wasser, das durch die äußere Rohrleitung und um die inner· Rohrleitung 35 herum strömt, dient zur Erwärmung dar suetruaenden Flüssigkeit, die über dl« Rohrleitung 35 in den Magneten gelangt. Das rüeketrömende Medium rerlMlt den Wäraeatrtauseher über die Anschluflarmatur 37 sowie in das Rohretück 43 und wird aneehließend abgeleitet.

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Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden jeweils als Einrichtungen beschrieben, die zur Kühlung einer angeschlossenen Vorrichtung dienen. Es lab jedoch zu bemerken, daß sich die Erfindung in gleicher Weise anwenden läßt, wenn es darum geht,

nicht
daß eine Vorrichtung gekühlt, sondern erwärmt werden soll.

Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 13 keine Wärme erzeugt, sondern erwärmt und auf einer hohen konstanten !Temperatur gehalten werden muß« Das kann dadurch erreicht werden, daß die Temperatur des zuströmenden Mediums höher ist als die erforderliche hohe Temperatur der Vorrichtung 13. Dann sorgt der Wärmeaustauscher 10 für eine Kühlung des zuströmenden Mediums, da die Temperatur des rüokströmenden Mediums niedriger ist als die Temperatur des Mediums, die auf den Temperaturfühler 21 einwirkt.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1.) Regelanordnung zur Konstanthaltung der Temperatur eines Gerätes, gekennzeichnet durch eine für die Zufuhr eines Mediums zu dem Gerät und für die Abfuhr des Mediums von dem Gerät dienende Flüssigkeitsleitung (11, 12, 14, 16, 18), die mit einem Wärmeaustauscher(lO) in Verbindung steht, der einen ersten, das Medium zuführenden Abschnitt (11, 12) der Hauptleitung sowie einen zweiten, das Medium abführenden Abschnitt (16) der Hauptleitung enthält, so daß zwischen dem den ersten (11, 12) und dem den zweiten (16) Abschnitt durchströmenden Medium ein Wärmeaustausch stattfindet, und die eine zusätzliche ÜTebenleitung (17) aufweist, durch die einer der beiden Leitungsabschnitte (11, 12; 16) des Wärmeaustauschers überbrückbar ist und die über ein Ventil (19) zur Verteilung des Mediums zwischen dem Leitungsabschnitt (16) und der Nebenleitung (17) an die Hauptleitung angeschlossen ist, dessen Einstellung in Abhängigkeit von der Temperatur des die Hauptleitung durchströmenden Mediums veränderbar ist.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine, durch die ITebenleitung (17) überbrückbare Leitungsabschnitt in dem Wärmeaustauscher (10) der erste Leitungsabsch'nitt (11, 12) der Hauptleitung ist, durch den das Medium zu dem Gerät hinströmt.

3. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine, durch die ITebenleitung (17) überbrückbare Leitungsab-

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schnitt des Wärmeaustauschers der zweite Abschnitt der Hauptleitung ist, durch den das Medium von dem Gerät wegströmt.

4. Hegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der die Hauptleitung durchströmenden Medienmenge in die Hauptleitung ein Regler geschaltet ist.

5. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ventiles (19) ein zwischen dem ersten Leitungsabschnitt (11, 12) und dem Gerät in die Hauptleitung geschalteter Temperaturfühler vorgesehen ist.

6. Regelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler geeignet ist, von der Temperatur des Mediums abhängige elektrische Signale für die elektrische Steuerung des^; Ventiles (19) abzugeben.

7. Regelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher zwei Rohrleitungen enthält, die einander konzentrisch zugeordnet sind und von denen die eine der von der Nebenleitung überbrückbare Leitungsabschnitt und die andere ein zur unmittelbaren Zu- bzw. Abfuhr dae Mediums dienender Leitungaabschnitt ist.

8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gakenasalchnet,

daß di· Beiden einander konzentrisch «ugeordneten Wärneauetauacherleitungen tu einer flachen Spirale »it eng aneinander schließenden Windungen geformt Bind.

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9. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 3 und 5 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Hauptleitung geschalteter Regler vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die die Hauptleitung durchströmende Medienmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums steuerbar ist.

10. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler für die Steuerung der die Hauptleitung durchströmenden Medienmenge mittels eines zwischen den zweiten Leitungsabschnitt und das Gerät in die Hauptleitung'geschalteten Temperaturfühlers (24) steuerbar ist.

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