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Publication number: DEC0007461MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. April 1953 Bekanntgemacht am 24. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Nach einem Vorschlag von Höpler sind seit längeren Jahren Flüssigkeitsumlaufthermostaten im Gebrauch. Bei ihnen wird die Flüssigkeit eines Bades auf konstanter Temperatur gehalten und umgewechselt. 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,

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die für die Zwecke des Umlaufthermostaten nach der Erfindung erforderlich ist und die nach der Erfindung durch die Anwendung von Kühlung und Heizung erreicht wird.

: 5 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 Kühlmittel aus dem

ίο 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 befindlichen 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 im 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 ausge-statteten Kessel eingesetzt werden.

In den Fig. 1 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 1, 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 Füg. 2 ist das Schema eines Flüssigkeitsumlaufthermostaten dargestellt, in dessen durch die strichpunktierte Begrenzungslinie angedeuteten Kessel S .die Rohrschlange 6 für die ^: Kühlflüssigkeit sicif befindet. Die Flüssigkeit des Umlauf thermostaten wird durch eine Pumpe 7 über einen Rohr-odef Schlauchanschluß 8 demVerbraucher 9 zugeführt und gelangt dann über eine Rückleitung 10 in den Kessels zurück. Die Tem-

'· peratur der Thermostatenflüssigkeit wird durch ein Kontaktthermometer 20 in an sich bekannter Weise gemessen, dessen Kontakte die dargestellten Magnetventiie 13 und, 19, 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 eijj Filter 11, 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 19 unmittelbar zur Verdampferschlange 6 im Umlaufthermostaten abzweigt. '

Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung ist folgende:

Das Kontaktthermometer 20 wird auf die gewünschte, unterhalb der Zimmertemperatur liegende Temperatur eingestellt. Dann ist der Kontakt des Thermometers geschlossen, das Magnetventil 13 ist offen, das Magnetventil 19 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 Filtern, 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 5 des Thermostaten auf die eingestellte gewünschte Temperatur, dann wird der Kontakt des Kontaktthermometers 20 geöffnet, das Magnetventil 13 geschlossen und das Magnetventil 19 gleichzeitig geöffnet. Es strömt dann das warme, noch gasförmige Kühlmittel über die Leitung 18 und das Magnetventil 19 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 20 wird alsbald seinen Kontakt wieder schließen, dadurch die Leitung 18 mit Hilfe des Magnetventils 19 sperren und gleichzeitig das Magnetventil 13 wieder öffnen. Dieses Spiel wiederholt sich nach Maßgabe der Anzeige des Kontaktthermometers 20.

Gleichzeitig wird durch die Pumpe 7 die im Kessel 5 auf konstanter Temperatur gehaltene Flüssigkeit über die Leitung 8 dem Verbraucher 9

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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 19 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 20 geregelt. Dieses Kälteschema wird man insbesondere dann verwenden, wenn normale, schon bisher im Handel befindliche Umlauf thermostaten ohne Änderung verwertet werden sollen.

Fig. ι zeigt, wie die an Hand des Kälteschemas nach Fig. 2 beschriebenen Teile konstruktiv angeordnet sind. In einem aus Streben 21, 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 Kesselwandüng 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. 1 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 — 30⁰ und Zimmertemperatur bei einer Genauigkeit von im Mittel ± o,i⁰¹ konstant halten. Die zuerst beschriebene Ausführungsform mit abwechselnder Zuleitung von Wärme und Kälte in den Verdampfer 6 ist besonders geeignet für die tieferen Temperaturbereiche.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Thermostat, bei dem die Flüssigkeit eines Bades auf konstanter Temperatur gehalten und umgewechselt wird, sogenannter Flüssigkeitsumlaufthermostat, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung tieferer Temperaturen die Badflüssigkeit durch den Verdampfer (6) einer Kältemaschine (1, 2, 3) gekühlt und die erzeugte Kälte durch Heizung auf die Solltemperatur geregelt wird.
2. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Heiz- und Kühlvorgang sich gegenseitig abwechseln.
3. Thermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdampfer (6) abhängig von dem Temperaturfühler (Kontaktthermometer 20) der Temperierflüssigkeit abwechselnd expandierendes Kühlmittel aus dem Ver-. flüssiger (2) der Kältemaschine und warmes, gasförmiges Kühlmittel unmittelbar aus dem Kompressor (1) der Kältemaschine zugeführt wird.
4. Thermostat nach Anspruch.3, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnde Umschaltung durch Magnetventile (13, 19) erfolgt, die vom Kontaktthermometer (20) gesteuert werden.
5. Thermostat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuführen des gasförmigen Kältemittels ein Rückströmen des im Verflüssiger (2) vorhandenen Kühlmittels durch ein Rückschlagventil (17) verhindert wird.
6. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Heiz- und Kühlvorgang gleichzeitig auf die Badflüssigkeit einwirken.
7. Thermostat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte unabhängig von der Temperatur der Badflüssigkeit zugeführt wird, letztere aber in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Heizschlange geheizt und die Wärmezufuhr mit Hilfe eines Kontaktthermometers (20) geregelt wird.
8. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Kühlschlange ausgebildete Verdampfer (6) der Kältemaschine an der Innenseite des Kessels des Thermostaten entlang geführt wird (Fig. 1).
9. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kältemaschine und Flüssigkeitsumlaufthermostat in einem Gehäuse zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
10. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verdampferschlange

(6) enthaltender Thermostatenkessel mit der Kältemaschine in einem Gehäuse derart zusammengebaut ist, daß an sich vorhandene Thermostaten in den Kessel (5) eingesetzt werden können.

Angezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 223618.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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