-
Flüssigkeitsumlaufthermostat Nach einem Vorschlag von Höpler sind
seit längeren Jahren Flüssigkeitsumlaufthermostaten im Gebrauch. Bei ihnen wird
die Flüssigkeit eines Bades auf konstanter Temperatur gehalten und um-' gewechselt.
Sie werden zur Konstanthaltung der Temperatur bei Beobachtungen und Messungen physikalischer,
chemischer und biologischer Vorgänge benutzt.
-
Sollen: Temperaturen unterhalb der Zimmertemperatur konstant gehalten
werden, so ist die Zuführung von Kälte erforderlich, die die Temperaturflüssigkeit
kühlt. Die gekühlte Temperaturflüssigkeit wird dann durch einen Heizkörper geheizt,
dessen Stromzufuhr durch ein Kontaktthermometer geregelt wird. Zur Kühlung hat man
bisher entweder einen. Einsatztopf verwendet, in den Eis oder sonstige Kühlmittel
eingebracht wurden, oder man hat kaltes Wasser durch eine eingesetzte Kühlschlange
geführt. Das Durchleiten von Kühlwasser ergibt verhältnismäßig geringe Temperaturkonstanz,
weil Menge und Temperatur des Wassers nicht geregelt sind. Die Benutzung von Eis
gestattet .nur kurzzeitige Versuche und ist verhältnismäßig teuer.
-
Bei dem Flüssigkeitsumlaufthermostat nach der Erfindung wird zur Konstanthaltung
tieferer Temperaturen die Badflüssigkeit durch den Verdampfer einer Kältemaschine
gekühlt und die erzeugte Kälte durch Heizung auf die Solltemperatur geregelt.
-
Es ist zwar eine Einrichtung bekannt, bei der mit einem Kühlaggregat,
dessen Motor von einem Thermostaten geregelt wird, die Flüssigkeit eines Bades auch
bei tieferen. Temperaturen konstant gehalten werden soll. Diese Anordnung vermag
jedoch die Temperaturkonstanz nicht zu erzielen,
die für die Zwecke
des Umlaufthermostaten nach der Erfindung erforderlich ist und die nach der Erfindung
durch die Anwendung von Kühlung urid Heizung erreicht wird.
-
Dieser Hauptgedanke der Erfindung kann in der Weise ausgeführt werden,
daß dem Verdampfer der Kältemaschine abhängig von dem Temperaturfühler der Temperierflüssigkeit
des Thermostaten abwechselnd expandierendes Kühlmiftel aus dem Verflüssiger der
Kältemaschine und warmes. gasförmiges Kühlmittel unmittelbar aus dem Kompressor
der Kältemaschine zugeführt wird. Die Steuerung kann dabei über Magnetventile erfolgen.
-
Um möglichst die zahlreichen im Gebrauch befindlidhen Thermostaten
verwenden zu können, kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die Temperierflüssigkeit
des Thermostaten wie üblich geheizt wird. Dann fällt die Zuführung des komprimierten
gasförmigen Kühlmittels in die Verdampferleitung fort.
-
Kältemaschine und Thermostat können baulich zu einer Einheit zusammengefaßt
werden. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise, daß der auf der Innenseite mit der
Kühlschlange ausgestattete Kessel des Thermostaten mit der Kältemaschine zusammengebaut
wird. Dann können die vorhandenen Thermostaten nach Entfernung des vorhandenen Kessels
in den mit der Kühlschlange ausgestatteten Kessel eingesetzt werden.
-
In den Fig. i und 2 wird die Erfindung dargestellt und nachstehend
beschrieben.
-
Zur Erläuterung soll zunächst auf die Funktion des Gerätes eingegangen
werden, die am besten aus dem Kälteschema nach Fig. 2 erkennbar ist. In dem oberen
strichpunktierten Rechteck ist das Kälteaggregat dargestellt, das im wesentlichen
aus einem Kompressor i, einem Verflüssiger 2, einem Sammelbehälter 3 für die Kühlflüssigkeit
besteht. .Schieber 4 haben den Zweck, das Kälteaggregat von den anschließenden Rohrleitungen
abtrennen zu können, um insbesondere beim Auffüllen den Eintritt von Luft und Feuchtigkeit
zu verhindern. Im unteren Teil der Eig. 2 ist das .Schema eines Flüssigkeitsumlaufthermostaten
dargestellt, in dessen durch die strichpunktierte Begrenzungslinie angedeuteten
Kessel 5 die Rohrschlange 6 für die Kühlflüssigkeit sich befindet. Die Flüssigkeit
des Umlaufthermostaten wird durch eine Pumpe 7 über einen Rohr- oder Schlauchanschluß
8 dem Verbraucher g zugeführt und gelangt dann über eine Rückleitung 1o in den Kessel
5 zurück. Die Temperatur der Thermostatenflüssigkeit wird durch ein Kontaktthermometer
20 in an sich bekannter Weise gemessen, dessen Kontakte die dargestellten Magnetventile
13 und 1g in der weiter unten beschriebenen Weise schalten. Als Verbraucher werden
hier Meßgeräte und sonstige Laboratoriumsapparate verstanden, bei denen die Temperatur
konstant gehalten werden soll, z. B. Viskosimeter, Refraktometer u. dgl. Die Kühlflüssigkeit
fließt der Schlange 6 über ein Filter i i, einen Trockner 12, ein Magnetventil 13
sowie das- thermostatische Expansionsventil 14 zu. Der Fühler 15 des Expansionsventils
14 fühlt die Temperatur der Rücklaufleitung 16 für die Kühlflüssigkeit ab. Die Kühlflüssigkeit
fließt dem Verflüssiger 2 über ein Rückschlagventil 17 zu, vor dessen Eingang eine
Leitung 18 über ein, Magnetventil i9 unmittelbar zur Verdampferschlange 6 im Umlaufthermostaten
abzweigt.
-
Die, Wirkungsweise der dargestellten Anordnung ist folgende: Das Kontaktthermometer
2o wird auf die gewünschte, unterhalb der Zimmertemperatur liegende Temperatur eingestellt.
Dann ist der Kontakt des Thermometers geschlossen, das Magnetventil 13 ist offen,
das Magnetventil i9 geschlossen. Die für die Steuerung der Magnetventile erforderliche
Schaltung ist hier nicht dargestellt, sie kann in irgendeiner bekannten Weise erfolgen,
falls gewünscht, kann die Genauigkeit durch Zwischenschaltung einer Verstärkerröhre,
vorzugsweise einer gittergesteuerten Gasentladungsröhre, erhöht werden.
-
Der Kompressor verdichtet das über die Rücklaufleitung 16 angesaugte
gasförmige Kühlmittel und drückt es über das Rückschlagventil 17 dem Verflüssiger
2 zu. Infolge des entstehenden hohen Druckes und entsprechender Abkühlung durch
einen Ventilator wird das Kühlmittel in an sich bekannter Weise verflüssigt und
in dem Sammelbehälter 3 aufgespeichert. Es gelangt dann über das Filter i i, den
Trockner 12 und das geöffnete Magnetventil 13 zum thermostatischen Expansionsventil
14. In an sich bekannter Weise expandiert die Flüssigkeit am Ausgang des thermostatischen
Expansionsventils und erzeugt in der Schlange 6 Kälte. Der Temperaturfühler 15 an
der Rücklaufleitung 16 steuert die Düsenöffnung des thermostatischen Expansionsventils
14 in an sich bekannter Weise. Die Temperatur in der Rücklaufleitung 16 ist bekanntlich
ein Maß für die in der Verdampferschlange 6 verbrauchte Kälteleistung, so daß durch
das thermostatische Expansionsventil die Menge der zugeführten Kühlflüssigkeit geregelt
wird. Sinkt nun beim Betrieb des Gerätes die Temperatur im Kessel s des Thermostaten
auf die eingestellte gewünschte Temperatur, dann wird der Kontakt des Kontaktthermometers
20 geöffnet, das Magnetventil 13 geschlossen und das Magnetventil 1g gleichzeitig
geöffnet. Es strömt dann das warme, noch gasförmige Kühlmittel über die Leitung
18 und das Magnetventil 1g unmittelbar in die Verdampferschlange 6, die dadurch
erhitzt wird und der Kühlflüssigkeit des Thermostaten ihre Wärme mitteilt. Dabei
verhindert das Rückschlagventil 17 ein Rückströmen der unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit
aus dem Verflüssiger 2. Das Kontaktthermometer 2o wird alsbald seinen Kontakt wieder
schließen, dadurch die Leitung 18 mit Hilfe des Magnetventils 1g sperren und gleichzeitig
das Magnetventil 13 wieder öffnen. Dieses Spiel wiederholt sich nach Maßgabe der
Anzeige des Kontaktthermometers 2o.
-
Gleichzeitig wird durch die Pumpe 7 die im Kessel 5 auf konstanter
Temperatur gehaltene Flüssigkeit über die Leitung 8 dem Verbraucher 9
zu-
und über die Leitung io zurückgeführt, dadurch wird die Temperatur im Verbraucher
in der gewünschten Höhe konstant gehalten. Es gelingt mit dieser Anordnung, die
Temperatur im Mittel auf ± o, i ° genau zu halten. In bestimmten Temperaturbereichen
sind auch noch größere Genauigkeiten erzielbar.
-
Der Erfindungsgedanke ist auch' durchführbar, wenn die Magnetventile
13 und ig sowie die Rückleitung 18 weggelassen werden. Dann arbeitet das
Kühlaggregat im geschlossenen, nur durch den Fühler 15 geregelten Kreislauf, jedoch
wird die Flüssigkeit des Flüssigkeitsumlaufthermostaten in an sich bekannter Weise
geheizt und der Grad der Heizung durch das Kontaktthermometer 2,0 geregelt.. Dieses
Kälteschema wird man. insbesondere dann verwenden, wenn normale, schon bisher im
Handel befindliche Umlaufthermostaten ohne Änderung verwertet werden sollen.
-
Fig. i zeigt, wie die an Hand des Kälteschemas nach Fig. 2 beschriebenen
Teile konstruktiv angeordnet sind. In einem aus Streben :2i, 22, 23, 24 und 25 bestehenden
Gehäuse sind links die Teile des Kälteaggregats, die mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind wie in Fig.2, und rechts der Flüssigkeitsumlaufthermostat bekannter
Bauart zusammengebaut. Die Rohrleitungen 16 und die über das thermostatische Expansionsventil
14 verlaufende Leitung verbinden beide Teile. Der an sich bekannte Flüssigkeitsumlaufthermostat
ist nur insoweit geändert, als die Kesselwandung die Rohrschlange 6 enthält. Bei
dieser Konstruktion können also die schon im Gebrauch befindlichen zahlreichen Flüssigkeitsumlaufthermostaten
gleicher Bauart ohne weiteres verwendet werden, es ist lediglich der Kessel des
vorhandenen Thermostaten zu entfernen und der Thermostat als solcher in das dargestellte
Aggregat der Fig. i einzubauen. Es sei noch erwähnt, daß die Rahmenkonstruktion
eine Isolierung 26 enthält, durch die der Temperaturabfluß vom Kessel des Thermostaten
verhindert wird.
-
Je nach der Art des verwendeten Kühlmittels lassen sich mit Anordnungen
nach der Erfindung Temperaturen im Bereich zwischen -3o' und Zimmertemperatur bei
einer Genauigkeit von im Mittel ± o,i°' konstant halten. Die zuerst beschriebene
Ausführungsfarm mit abwechselnder Zuleitung von Wärme und Kälte in den Verdampfer
6 ist besonders geeignet für die tieferen Temperaturbereiche.