DE3937589C2 - Zirkulationsgerät mit Widerstandsheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kombination einer Zirkulationspumpe und eines Widerstands-Heizelementes zu Aufheizung und/oder Temperaturkonstanthaltung ei­ nes Flüssigkeitskörpers. Während die Wärmezufuhr in einem Wasserkreislauf ohne Probleme ist, da die hohe Wärmekapazität des Wassers Heizelemente mit hoher Leistung per Flächeneinheit zuläßt, bringen Heizelemente zur Aufheizung und an­ schließender Temperaturkonstanthaltung erhebliche Probleme mit sich, da zu hohe Wandtemperaturen der Heizelemente zur Dekomposition von empfindlichen Chemi­ kalien führen. So ertragen manche Entwicklerflüssigkeiten nur Übertemperaturen von maximal 6 K, was nur bei sehr geringer Leistungsdichte erreichbar ist. Derartige Wandbelastungen erfordern sehr große Heizelemente. Die Ummantelung dieser Heiz­ elemente führt zu entsprechend großen Flüssigkeitsquerschnitten, wodurch tote Zonen, also Zonen, in denen die Relativgeschwindigkeit zu Null wird, unvermeidlich sind. Da die Energiezufuhr innerhalb der Heizelemente gleichmäßig über deren Län­ ge verteilt ist, treten in solchen toten Zonen die gefürchteten Überhitzungen auf. Gleichzeitig erhöht sich mit der Ausdehnung der Heizschlange die Wärmekapazität, was die Regelung erschwert. Immer aber bildet sich eine Temperaturverteilung über dem Austrittsquerschnitt der Ummantelung aus, die erhebliche Temperaturdifferen­ zen zwischen den - aufgrund der geringen Geschwindigkeit laminar strömenden - Stromfäden aus, so daß der zur Temperaturkonstanthaltung eingesetzte Tempera­ tursensor gegebenenfalls einem zu kalten oder zu warmen Stromfaden ausgesetzt ist. Dies ist wiederum bei Entwicklungsbädern, die eine Temperaturkonstanz von 0,1 K erfordern, extrem schädlich.

Analoge Verhältnisse herrschen bei der Temperaturkonstanthaltung von Bädern, insbesondere medizinischen Badeeinrichtungen, wenngleich dort die Temperatur­ konstanthaltung eine Schwankungsbreite von 1 K zuläßt. In gewissem Umfang wirkt sich auch bei dieser Anwendung eine Überhitzung schädlich aus, da sich Kalkab­ sonderungen in den heißesten Zonen bilden, wodurch diese Bereiche der Heizele­ mente im Lauf der Zeit mit einer stark isolierenden Kesselsteinschicht überzogen werden, die zur Zerstörung des Widerstands-Heizelementes durch örtliche Überhit­ zung und damit zur Einleitung der Netzspannung in das Bad führt.

Eine geringe Übertemperatur ist insbesondere auch bei der Zirkulation von Kältemit­ teln von Bedeutung, da deren Verdampfungsenthalpie um eine Zehnerpotenz unter der von Wasser liegt. In überhitzten Bereichen findet deshalb oft Dampfbildung statt, die zu starken Geräuschen in der Anlage und zu örtlicher Überhitzung der Wider­ stands-Heizelemente und dadurch bei größeren Überhitzungstemperaturen zur Zer­ setzung des Kältemittels führen kann.

Systeme zur Temperaturkonstanthaltung sind in den Entgegenhaltungen beschrie­ ben. Die DE 37 42 807 A1 hat eine Anordnung zum Gegenstand, bei der ein Tank in ei­ nen zweiten Tank mit der Wärmeträgerflüssigkeit hineinragt.

Die DE-PS 967 751 zeigt eine aufwendige Anlage zur Temperaturkonstanthaltung der Durchsatzströmung. Die Aufheizung erfolgt durch ein Heizelement, das mit der Druckseite der Pumpe kommuniziert und von turbulentem Durchsatz umströmt wird, was eine gleichbleibende Temperaturzunahme aller Stromfäden ausschließt. Die DE 35 18 039 A1 betrifft eine Vorrichtung, die den gleichen Nachteil wie die Anord­ nung nach DE-PS 967 751 aufweist.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der Vorrichtungen nach dem Stande der Technik. Gemäß der Erfindung wird der aufzuheizende Zirkulationsstrom durch ein Rohr geleitet, in dem sich ein rohrförmiges Widerstands-Heizelement befindet, wel­ ches einseitig verschlossen ist. Zwischen diesem rohrförmigen Widerstands- Heizelement und der Innenwand des Rohres verläuft ein Ringspalt geringer radialer Erstreckung. In diesem Ringspalt erfahren sämtliche Stromfäden eine gleichmäßige und gleich hohe Aufheizung. Eine regionale Überhitzung ist auf diese Weise absolut ausgeschlossen. Durch die gleichmäßige Erhitzung genügt es, den Temperatursen­ sor gut leitend mit der Rohroberfläche zu verbinden. Dem Rohr wird eine Zirkulati­ onspumpe nachgeschaltet, wodurch erreicht wird, daß sich der elektrische Tempe­ ratursensor sowie ein ebenfalls erforderlicher Thermostatschalter in unmittelbarer Nähe der elektrisch betriebenen Pumpe befindet, wodurch Leitungen längs des Roh­ res vermieden werden. Es hat sich gezeigt, daß die saugseitige Anordnung zu einer äußerst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung zwischen den über dem Umfang längs der rohrförmigen Widerstands-Heizelemente verlaufenden Stromfäden führt.

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung im Schnitt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Pumpen- und Anschlußbereich.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht von oben in den geöffneten Pumpen-Anschlußbereich.

Fig. 1 zeigt einen Tank 1 mit Entwicklerflüssgkeit. Durch den Krümmer 2 strömt die Flüssigkeit in das Rohr 3, in dem der Heizstab 7 angeordnet ist und gelangt dann in die Saugseite 4 der Pumpe mit dem Motor 5 und wird danach durch den Austrittsstutzen 6 in ein Filter 28 geleitet, um von dort auf der dem Krümmer abgewandten Seite wieder in den Tank 1 zurückzuströ­ men.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt mit vertikaler Schnittebene, wobei das Rohr 3 unterbro­ chen dargestellt ist. Der Heizstab 7 bildet mit dem Rohr 3 den Ringspalt 8 und weist mit dem Ende 9 gegen die Anströmrichtung, so daß die Strö­ mung im Rohrbereich 10 völlig gleichmäßig in den Ringspalt 8 eintritt. Durch die gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung aufgrund der saugseitigen Anordnung wird die Oberfläche des Heizstabes 7 gleichmäßig beaufschlagt, so daß über die Länge des Heizstabes 7 eine lineare Temperaturzunahme des Förderstromes erfolgt. Durch die gleichmäßige Aufheizung weist das Rohr 3 im Bereich 11 der dem durch das Widerstandswendel 12 beheizten Bereich des Heizstabes 7 folgt, eine über den Umfang völlig konstante Temperatur auf. Die Durchsatzströmung gelangt daraufhin in den Ansaugbereich 4 der Kreisel­ pumpe mit dem Schaufelrad 13 und tritt durch den Stutzen 6 aus. Die Verwendung eines vom Endbereich 14 aus elektrisch versorgten Heizstabes 7 führt zu einer äußerst einfachen Konstruktion, denn der Heizstab 7 wird lediglich an einer Stelle durch den O-Ring 15 und das Rohr 3 durch den O-Ring 16 gedichtet, so daß die elektrischen Anschlußleitungen 17 im Gehäuse 18 mit dem Temperatursensor 20 in Fig. 3 und dem Thermostatschalter 19 verdrahtet werden können.

Fig. 3 zeigt das geöffnete Gehäuse 18 mit dem Temperatursensor 20 und dem Thermostatschalter 19, die beide mit der Wandung des Rohres 3 gut wärmeleitend verbunden sind. Der Temperatursensor 20 ist im nicht beheizten Bereich 11 angeordnet. Gleichzeitig sind die Anschlußleitungen 17, 21, 22, 23 gezeigt. Da die Entwickler­ temperaturen in der Nähe der üblichen Raumtemperaturen liegen, ergeben sich bei extrem hohen sommerlichen Temperaturen dann Probleme, wenn die Raumtempe­ ratur oberhalb der Entwicklertemperatur liegt. Aus diesem Grunde ist dann vorgese­ hen, ein weiteres Rohr 26, wie in Fig. 2 gezeigt, über das Rohr 3 zu montieren und einen Kühlwasserstrom im Gegenstrom zur Zirkulationsrichtung durch den Ringspalt 27 hindurchzuleiten.

Claims (3)

1. Zirkulationseinheit für die Temperaturkonstanthaltung einer Flüssigkeit in einem Tank bestehend aus eine Zirkulationspumpe, einem Widerstands-Heizelement, einem Temperatursensor mit Thermostatschalter und einem Rohr das eine Seite des Tanks mit der an der anderen Seite des Tanks angeordneten Zirkula­ tionspumpe verbindet und in seinem Inneren einen Heizstab mit dem Wider­ stands-Heizelement aufweist, der die Flüssigkeit erwärmt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) die Ausgangsöffnung des Tanks (1) ist über einen Krümmer (2) mit der einen Seite des Rohres (3) und die andere Seite des Rohres (3) mit der Saugseite der Zirkulationspumpe verbunden,
• b) der im Rohr (3) angeordnete Heizstab (7) weist in Durchströmungsrichtung der Flüssigkeit durch das Rohr (3) zuerst einen Bereich mit dem Widerstands- Heizelement (12) und dann einen Bereich ohne Widerstands-Heizelement auf,
• c) zwischen dem Rohr (3) und dem Heizstab (7) ist ein konzentrischer Ringspalt derart ausgebildet, daß die Strömung der Flüssigkeit im Ringspalt laminar ist,
• d) nahe dem Ende des Heizstabes (7) ist außen am Rohr (3) der Temperatursen­ sor (20) und der Thermostatschalter (19) angeordnet,
• e) ein Schaltkasten bildet mit der Zirkulationspumpe eine bauliche Einheit,
• f) das Rohr (3) ist durch eine Öffnung im Gehäuse (18) des Schaftkastens in den Schaltkasten geführt, zum Inneren des Schaltkastens durch einen O-Ring (16) abgedichtet, befindet sich teilweise im Gehäuse und ist dort mit der Saugseite (4) der Zirkulationspumpe verbunden
• g) der Heizstab (7) ist im Inneren des Gehäuses (18) aus dem Rohr (3) herausge­ führt, durch einen einzigen O-Ring (15) gegen das Innere des Gehäuses (18) abge­ dichtet und endet im Gehäuse (18),
• h) im Inneren des Gehäuses (18) sind die Anschlußleitungen (17, 21, 22, 23) vom Temperatursensor (20), Thermoschalter (19) und Heizstab (7) angeordnet,
• i) der Motor (5) der Zirkulationspumpe ist unterhalb der Saugseite (4) zur Vermei­ dung eines Lufteinschlusses angeordnet.

2. Zirkulationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (3) und der Saugseite (4) der Pumpe ein T-Stück (24) angeordnet ist, des­ sen erster Schenkel das Rohr (3) dichtend aufnimmt, während der zweite Schenkel den Heizstab (7) dichtend aufnimmt und dessen dritter Schenkel mit der Saugseite (4) der Pumpe dichtend verbunden ist.

3. Zirkulationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühl­ rohr koaxial um das Rohr (3) angeordnet und an den Enden verschlossen ist und ei­ nen Eintrittsstutzen an einem und einen Austrittsstutzen am anderen Ende aufweist.