HU211223B - Apparatus for heat treatment processes - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés hőkezelés! művelet végrehajtására, amely különösen az élelmiszer- és vegyiparban, ezen belül pedig kiemelten a gyógyszerés kozmetikai iparban alkalmazható előnyösen.

Valamely műanyag hőkezelésére, tehát az idő függvényében előre megadott lefolyású fűtésre, illetve hűtésre, továbbá valamely kémiai reakció előre meghatározott hőmérsékleti programmal történő foganatosítására már ismeretesek különféle eljárások, illetve az ezeket foganatosító berendezések.

Ilyen ismert berendezések például az ún. autoklávok, amelyek általában korrózióálló acélból vannak kialakítva, vagy saválló zomácréteggel vannak bevonva, s amelyek általában keverőeszközzel is el vannak látva.

Az ilyen készülékekben a legkülönfélébb vegyipari műveletek, illetve kémiai reakciók foganatosíthatók, mint például bepárlás, lepárlás, oldás, kristályosítás stb.

A reakció, vagy az egyéb művelet során szükséges hő bevezetése vagy elvonása a különböző hőközvetítő közegek révén történik, amelyek az autokláv kettős falú köpenye közötti köpenytérben áramolva az autokláv belső terét hűtik, illetve fűtik, vagyis a hő megfelelő közvetítését biztosítják.

Nem feltétlenül szükséges az autokláv kettős falú köpennyel történő kiképzése; csupán az a fontos, hogy az autokláv belső tere az áramló hőközvetílő közeget befogadó hőközveü'tö térrel hővezető kapcsolatban legyen.

A gyakorlatban hőközvetítés céljára leggyakrabban vizet, hűtőközeget és vízgőzt használnak, amelyek segítségével az előírt hőmérséklet az autokláv belső terében általában biztosítható.

Tekintettel arra, hogy a gyakorlatban alkalmazott, ismert berendezések különösen a gyógyszeriparban általában többcélúak, és egy-egy folyamat vagy művelet során többféle hőmérsékletre történő fűtésre, ill. hűtésre egyaránt szükség lehet, az ilyen ismert berendezéseknél igen sok szelep kezelésére lehet szükség, és nehezen biztosítható az egyes közegek keveredésének elkerülése.

A szakaszos üzemmódból, valamint abból következően, hogy az egyes hőátadó közegek fajtája és mennyisége is időben változik, a hömérsékletszabályozásnak, különösen a megadott hőmérséklet-idő összefüggés szerinti szabályozásnak akadálya a készülék falánál fellépő hőátadási tényezőnek és a rendszer hőkapacitásának, valamint időállandójának az aktuális közeg fajtájától és áramlási sebességétől függő megváltozása.

Ezeknek a kedvezőtlen tényezőknek a kiküszöbölésére kifejlesztettek olyan berendezést is, amelynél az autokláv köpenyterében csak egyféle hőátadó közeg közel állandó mennyiségének áramoltatása történik, és ezt a hőközvetítő közeget másutt hűtik, vagy fűtik.

Ez a berendezés sem jelent azonban megoldást arra az esetre, ha a fűtés és a hűtés gyakori egymásutánisága, vagy a hőmérséklet-idő összefüggés szigorú betartása technológiai követelmény, különösen, ha ehhez egyéb járulékos követelmények társulnak.

Ilyen járulékos követelmény lehet például a zománcozott készülékek védelme a hirtelen hőmérsékletváltozástól, vagy a helyi túlmelegedések, illetve túlhűtések elkerülésének szükségessége a hőközvetítő közeg bevezetésének környezetében.

Ezen problémák megoldatlansága esetében a berendezések belsejében uralkodó átlagos vagy helyi hőmérséklet eltér az adott időpontban technológiai-műveleti szempontból meghatározott optimális értéktől, aminek az lehet a következménye, hogy káros kémiai mellékreakciók zajlanak le, és a termék-kitermelés az egyébként elérhetőnél kisebb.

Kristályosításnál például az ilyen esetben kapott kristályhalmaz morfológiai tulajdonságai általában nem megfelelőek, ez pedig a kitermelés igen alacsony szintjét jelenti, mert az anyagot újra kell oldani és kristályosítani, vagy a túlméretes szemcséket meg kell őrölni.

Különösen a gyógyszeriparban fontos a technológia optimális végrehajtása céljából előírt hőmérséklet-idődiagram optimális végrehajtása, mert például túl gyors hűtés esetén előfordulhat, hogy a keletkező kristály minden kémiai jellemzőjében azonos az előállítani kívánttal, csupán például infravörös spektrumában tér el; ez az eltérés azonban a teljes klinikai hatástalansággal jár együtt. Ismeretes még olyan - később részletesen ismertetésre kerülő megoldás is, amely szerint egy autoklávhoz - annak köpenyterén keresztül csővezeték-rendszert és szivattyút, valamint szelepet tartalmazó fűtő- vagy hűtőközeget cirkul áltató hőközvetítő főáramkor, és azzal kapcsolatban álló hőközvetítő mellékáramkör csatlakozik. Ez utóbbi meleg és hideg hőcserélővel, valamint fűtő-, illetve hűtőszeleppel rendelkezik. Az említett szelepeknek a köpenyterében keringtetett hőközlő folyadék hőmérsékletváltozása függvényében történő nyitására-zárására olyan vezérlő rendszer szolgál, amely programadó egységei, külső és belső szabályozó egységeket, valamint a szelepeket közvetlenül működtető beavatkozó egységet tartalmaz. (B.G. Lipták: Instrument Engineers, Handbook, III. Edition; 8.24. ábra.) E megoldásnál azonban elsősorban vezérléstechnikai okok miatt a beállási (egyensúlyelérési) folyamat időigényes, ami elsősorban szakaszos technológiák esetén hátrányos módon műveleú időt emészt fel, és ezalatt a szabályozó előírt minőséget biztosító állapotán kívül tartózkodik (szabályozási hiba). További problémát jelent, hogy az alkalmazott követő szabályozás során (lineárisan csökkenő vagy növekvő alapjel) a beállt állapot csak maradó hibával tud létrejönni (a tényleges hőmérséklet elmarad a kívánt értéktől), ami ugyancsak szabályozási hibaként jelentkezik. Végül hátrányos lehet szabályozástechnikai szempontból az is, ha a hőközlő közeg gyorsan átáramlik („átszalad”) az autokláv köpenyterén, mert nem tudja a hőjét leadni, így a kimenő hőmérsékletet megemeli.

A találmány feladata, hogy olyan berendezést szolgáltasson autoklávos hőkezelési műveletek végrehajtására, amelynél a szabályozás maximális pontosságú és gyorsaságú, és így szakaszos technológiáknál sem kell a műveién idő szükségtelen meghosszabbodásával számolni.

A találmány azon felismerésen alapszik, hogy ha a berendezés vezérlő rendszerében a köpenytérből kilépő közeg hőmérsékletével arányos jelet juttatunk a beavatkozó egységbe, valamint ha külső beavatkozó egységből érkező alapjelet és az autokláv belsejében uralkodó hő2

HU 211 223 Β mérsékletnek megfelelő jelet a programadó egységből kapott alapjellel összegezzük, és e jel-összeget egy, a szűrt jelet módosító kivonóegységből érkező jellel kombinálva vezetjük a belső szabályozó egység bemenetére, a vezérlő rendszerrel működési kapcsolatban álló szelepek lehető leggyorsabb és legpontosabb működtetése, és ezzel a műveleti idő vezérléstechnikai okok miatti meghoszszabbodásának a kiküszöbölése biztosítható.

A fenti felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan berendezéssel oldottuk meg, amelynek hőközlő közeg átáramoltatásához előirányzott köpenytérrel körülvett autoklávja; a köpenytérhez kapcsolódó, a hőközvetítő közeg szelepeket tartalmazó csővezetékekben történő cirkuláltatására szolgáló höközvetítő főáramköre, és ezzel kapcsolatban álló, a hőközvetítő főáramkörbe szükség szerint fűtőközeg vagy hűtőközeg betáplálására szolgáló, meleg hőcserélőt és hideg hőcserélőt tartalmazó hideg szakasszal és meleg szakasszal rendelkező hőközvetítő mellékáramköre: valamint a köpenytérrel és a hőközvetítő főáramkörrel működési kapcsolatban álló vezérlő rendszere van, amelynek külső szabályozó köre és belső szabályozó köre van; a külső szabályozó kör az autoklávtól indul ki, külső szabályozó egységen, belső szabályozó egységen, és beavatkozó egységen át a hőközvetítő főáramkörhöz csatlakozik, míg a belső szabályozókor a hőközvetítő főáramkörtől indul ki, és egy belső hőmérséklet távadón, a belső szabályozó egységen és a beavatkozó egységen keresztül a hőközvetítő főáramkörbe van visszacsatolva, és a vezérlő rendszernek alapjelet szolgáltató programadó egysége van, amely egyrészt az autoklávval, másrészt a külső szabályozó egységgel áll működési kapcsolatban, és amely berendezésnek az a lényege, hogy

- a programadó egység összeadó egységet tartalmazó jelvezetéken át a belső szabályozó egység bemenetére van csatlakoztatva, és az összeadó egység a külső szabályozó egység kimenetével is össze van kötve;

- a vezérlő rendszernek a hőközvetítő főáramkörben cirkuláltatott, a köpenytérből kilépő hőátadó közeg hőmérsékletének megfelelő jelet a beavatkozó egységhez továbbító jelvezetéke van, amelybe az említett jel ingadozásait kiszűrő szűrő, valamint kivonó egység van beiktatva, amelyből egy, a programadó egységet a belső szabályozó egységgel összekötő jelvezetékhez ennek a belső szabályozó egység és az összeadó egység közötti szakaszához kapcsoló jelvezeték van kivezetve.

A berendezés egy előnyös kiviteli alakjára az jellemző, hogy a vezérlő rendszer beavatkozó egysége a hőközvetítő főáramkömek a hőközlő közeget az autokláv köpenyterébe szállító csővezetékbe iktatott főáramköri szeleppel, a hőközvetítő mellékáramkör hideg szakaszához tartozó, a főáramkörbe hűtőközeg táplálására szolgáló hűtőszeleppel, valamint a hőközvetítő mellékáramkör meleg szakaszához tartozó, a főáramkörbe fűtőközeg táplálására szolgáló fűtőszeleppel áll működési-vezérlési kapcsolatban.

Egy másik találmányi ismérvnek megfelelően az auloklávnak motorral ellátott keverőeszköze van, és a motor a vezérlő rendszer programadó egységével előnyösen jelvezeték útján működési kapcsolatban áll.

Előnyös a berendezésnek az a kiviteli alakja is, amelynek megfelelően a hőközvetítő főáramkömek a köpenytérbe hőközlő közeget tápláló csővezetékébe egy főköri keringtető szivattyú után az áramlásirányt tekintve előbb a főáramköri szelep van beiktatva, majd a hűtőszeleptől és a fűtőszeleptől érkező csővezetékek torkollnak be, végül egy, a köpenytérbe torkollás előtti ponton a belső szabályozó egységhez csatlakozó jelvezeték indul ki e csővezetéktől.

Végül célszerű, ha a hőközvetítő mellékáramkör hideg szakaszába hideg hőcserélő, a meleg szakaszába pedig meleg hőcserélő van bekapcsolva.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük részletesen, amelyek egyrészt egy ismert, másrészt a találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli példáját tartalmazzák. A rajzokon azl. egy ismert hőkezelő berendezés vázlatos ábrán rajza, egyben működési sémája látható; a 2. ábrán a találmány szerinti berendezésnek a vázlatos rajzát, egyben működési sémáját tüntettük fel.

Az 1. ábrán látható ismert hőkezelő berendezésnek kettős köpenyű 1 autoklávja van, amelybe alulról 18a szelepet tartalmazó 18 csővezeték torkollik, és amelynek a belsejébe felülről 15a motorral meghajtott 15 keverőeszköz nyúlik. A 17 köpenytérbe ugyancsak alul torkollik be a hőközvetítő A főáramkor 19 csővezetéke, a 17 köpenytérből pedig ugyanennek az A főáramkömek a 20 csővezetéke lép ki, amely a berendezés H kézi szabályozóval ellátott főáramköri keringtető 4 szivattyújáig terjed. (Az említett 19 csővezeték e 4 szivattyút és az 1 autokláv 17 köpeny terét köti össze.) A 19 és 20 csővezetékekre rajzolt nyilak a közegáramlás irányát jelzik.

A berendezés hőközvetítő A főáramköréhez kapcsolódó hőközvetítő B mellékáramkörének a 21 csővezetéke a 20 csővezeték a pontjától indul ki, amely a közegáramlási irányt tekintve a 4 szivattyú előtt van. A 21 csővezeték a mellékáramköri keringtető 5 szivattyúig terjed. Az ettől kiinduló 22 csővezeték ab ponton torkollik az A főáramkor 19 csővezetékébe, ennek a 17 köpenytérbe lépési helye előtt. A 22 csővezetékről a c ponton egy további 23 csővezeték van leágaztatva, amely a d ponton az A főáramkor 19 csővezetékébe torkollik. A c és b pontok között a 22 csővezetékbe a közegáramlás irányát tekintve előbb egy 2 meleg hőcserélő, majd egy H kézi szabályozóval ellátott 13 fűtőszelep van beiktatva, míg a 23 csővezetékre a c ponttól a d pont felé haladva előbb egy 3 hideg hőcserélő, majd egy 12 hűtőszelep van rákapcsolva. A 23 csővezeték 3 hideg hőcserélő és 12 hűtőszelep közötti szakaszán T hőmérsékletmérési hely van. A leírt elrendezésből következően a B mellékáramkörnek az a ponttól a b pontig terjedő B_t meleg szakasza, valamint az a és d pontok között B₂ meleg szakasza van. A 2 meleg hőcserélő 2a bemenő nyílással és 2b kimenő nyílással rendelkezik; az előbbihez 25 szelep csatlakozik. Ez utóbbi és a 2a, bemenő nyílás közötti csővezeték-szakaszban T hőmérsék3

HU 211 223 B letmérési hely van kialakítva. A 3 hideg hőcserélő 3a bemenő nyílásához 26a szelepet tartalmazó 26 csővezeték csatlakozik; a 26a szelep és a 3a bemenő nyílás közötti csővezeték-szakaszban itt is T hőmérsékletmérési hely van.

A berendezés részét képezi az a vezérlő rendszer is, amelynek a 16 beavatkozó egysége - e kiviteli példa szerint - a 28 jelvezeték útján a 13 fűtőszeleppel, a 28 jelvezetéken keresztül a 12 hűtőszeleppel, a 29 jelvezeték révén pedig az A főáramköri 19 csővezetékbe a főköri keringtető 4 szivattyú és ad pont közé beiktatott 11 főáramköri szeleppel áll működési kapcsolatban. A vezérlő rendszernek a 16 beavatkozó egységgel a 30 jelvezetéken át kapcsolatban álló 7 belső szabályozó egysége van, amely viszont a 31 jel vezetéken keresztül a 6 külső szabályozó egységgel, ez utóbbi pedig a 32 jel vezeték útján a vezérlő rendszer alapjelet szolgáltató 14 programadó egységével áll működési kapcsolatban. A 14 programadó egység a 14a jelvezeték útján a 15a motorral is össze van kötve, annak ki-be kapcsolását, fordulatszám szabályozását végzi.

A vezérlő rendszernek C belső szabályozóköre és D külső szabályozóköre van. A C belső szabályozókor a hőközvetítő A főáramkörtől indul ki, tartalmazza a 32 jelvezetéket, amelybe a bemenő hőmérséklet távadó van beiktatva, részét képezi a 7 belső szabályozó egység és a 30 jelvezeték, valamint a 16 beavatkozó egység, és visszakapcsolódik a hőközvetítő A főáramkörhöz. A D külső szabályozókor az 1 autoklávtól indul ki, tartalmazza a 33 jelvezetéket az abba iktatott 7) belső hőmérséklet távadóval, a 6 külső szabályozó egységet, a 30 jelvezetéket, valamint a 16 beavatkozó egységet, és ugyancsak visszakapcsolódik a hőközvetítő A főáramkörhöz.

A C belső szabályozókor 32 jelvezetéke az A főáramkor 19 csővezetékétől az e ponton indul ki, és a 7 belső szabályozó egységhez csatlakozik. Amint az 1. ábrán látható, az e pont az 1 autokláv és a b pont között helyezkedik el. A D külső szabályozókor 33 jelvezetéke az 1 autoklávot a 6 külső szabályozó egységgel köti össze. A 32 jelvezetékbe bemenő hőmérséklet távadó van beiktatva, míg a 33 jelvezeték 7} belső hőmérséklet távadót tartalmaz.

Megjegyezzük, hogy a fentiekben felsorolt valamennyi szelep, továbbá a 15 keverőeszköz 15a motorja// kézi szabályozóval van ellátva. Megjegyezzük továbbá, hogy a rendszer jelvezetékei például elektromos vezetékek lehetnek.

Az 1. ábra szerinti berendezés a következőképpen működik:

a 4 szivattyú az A főkörben állandó és nagy, a 17 köpenytér tartalmának 1-2 percen belüli cserélődését előidéző sebességgel forgatja (áramoltatja) a hőközlő folyadékot; a nagy sebesség ugyanis a jó hőátadás egyik feltétele. A B mellékáramkör B_s meleg szakaszában, illetve a 2 meleg hőcserlőben a forró hőközlő közeg, a B₂ meleg szakaszában, illetve a 3 meleg hőcserélőben a hideg hőközlő közeg áll ahhoz készenlétben, hogy szükség esetén a hőközvetítő A főáramkörben cirkuláló hőközlő folyadékhoz keverve, és az 1 autokláv 17 köpenyterébe vezetve az 1 autoklávban fűtés, illetve hűtés következzék be. A B; meleg szakasz 13 fűtőszelepe a 11 főáramköri szeleppel ellenütemben működik, ugyanúgy, mint a B₂ hideg szakasz 12 hűtőszelepe.

A fűtés folyamata úgy valósul meg, hogy a 13 fűtőszelep a vezérlőjellel arányosan nyitni kezd, amivel egyidejűleg és e nyitás mértékének megfelelő mértékben a 11 főáramköri szelep zár. A 13 fűtőszelep nyitásának a mértékétől függően tehát több, vagy kevesebb forró hőközlő közeg keveredik az A főáramkörben cirkuláló hőközlő folyadékhoz, miáltal a T'_be bemenő hőmérséklet megnövekszik, és a keveredett hőközlő folyadék a 17 köpeny térbe lépve magasabb hőmérsékletével növeli az 1 autokláv belső terének a hőmérsékletét. A 11 főáramköri szelep és a 13 fűtőszelep ellenütemű működésének köszönhetően az utóbbi nyitásakor a 11 főáramköri szelep fojtja az A főáramkörben keringő hőközlő folyadékáramot, amelyet a B mellékáramkör B_b meleg szakaszába terel, amivel a hőközlő folyadékot megfelelő sebességgel átáramolni kényszeríti a gőzzel fűtött 2 meleg hőcserélőn. Az 1. ábrán feltüntetett és a fentiekben ismertetett megoldás így a hőközlő közegnek közel állandó és nagy sebességű átáramlását biztosítja az 1 autokláv 17 köpenyterén át, miáltal javul a hőcsere, és megszűnnek az áramlási sebesség változásából adódó szabályozórendszeri zavarok.

A hűtés folymata a lényegét tekintve a fűtéssel kapcsolatban fentiekben leírtaknak megfelelően zajlik, azonban értelemszerűen a B mellékáramkör B₂ hideg szakaszán át, a hűtő hőközvetítő közegnek, általában sólének a 3 hideg hőcserélőn való keresztül vezetésével. Ebben az esetben magától értetődően a 12 hűtőszelep és a 11 főáramköri szelep működnek ellenütemben.

Egyeidejűleg természetesen csak az egyik, tehát vagy a forró, vagy a hideg hőközlő közeg keverhető hozzá az A főáramkömek keringtetett hőközlő folyadékhoz.

A leírt hűtő-fűtő berendezéshez tartozó, az 1. ábra felső részében látható szabályozórendszer kaszkád felépítésű, és a következőképpen működik:

a főköri PID 6 külső szabályozó egység SP bemenetére van a 14 programadó egység által generált kívánt hőmérséklet jele a 32 jelvezetéken keresztül leadva. A 6 külső szabályozó egység PV bemenetére az 1 autokláv tényleges 7”, belső hőmérsékletét továbbítja a 33 jelvezeték. Ezt a két hőmérséklet-értéket a 6 külső szabályozó egység összehasonlítja, és a 31 jel vezetéken át leadott kimeneti jele azt az információt hordozza, hogy milyen T’_he hőmérsékletű hőközlő közegnek kell az 1 autokláv 17 köpenyterébe belépni ahhoz, hogy a tényleges köpenytéri 7”, hőmérséklet megegyezzék a kívánt értékkel. Ha például a kívánt hőmérséklet magasabb a ténylegesnél, akkor a 6 külső szabályozó egység magasabb T'_be hőmérsékletű hőközlő közeg belépését kéri, tehát melegebb hőközlő közeg előállítására van szükség. A 6 külső szabályozó egység kimenetén (a jelen példa esetében a 31 jelvezetéken) át alapjelként van a kívánt érték a 7 belső szabályozó egységre rávezetve, amelynek a funkciója a kívánt hőmérsékletű belépő hőközlő közeg előállítása, illetve e művelet vezérlése. A 7. belső szabályozó egység PV bemenetére a hőközvetítő A főáramkörről a 32 jelvezetéken át közvetített tényleges T'_he belépő hőmérséklet kerül, és ha ez kisebb, mint az SP bementére vezetett kívánt érték, a 27 és 29 jelvezetékeken keresztül fűtésre

HU 211 223 B ad parancsot, ellenütemben működtetve all főárainkon szelepet és a 13 fűtőszelepet.

A fent leírt rendszernek az a tipikus nyugalmi (beállt, egyensúlyi) állapota, amikor a Tj hőmérséklet (például 50 ’C) megegyezik a kívánt (vagy 50 °C-os) értékkel. Ekkor a 6 külső szabályozó egység Q kimenetén is pontosan ez az érték (tehát 50 ’C) jelenik meg, ami azonos az 1 autokláv 17 köpenyterébe belépő közeg hőmérsékletével. Ebben az állapotban a T’_he hőmérséklet értéknek is ekkorának (50 ’C) kell lennie. A 13 fűtőszelep csak annyira nyit ki, hogy ez az érték (50 ’C) elérhető legyen.

A fent leírt szabályozórendszer egyik hátránya, hogy egy szabályozó tipikus kimenete beállt állapot esetén (például PV = 50 ’C és SP = 50 ’C) 0%, ami a leghidegebb hőközlő hőmérsékletnek felel meg. Ahhoz, hogy ekkor a kimenet is a példaként említett 50 ’C legyen, egy eltolás (bias) szükséges. Ezt a fent ismertetett hagyományos rendszerben a főköri 6 külső szabályozó egység integráló tagja hozza létre, ami a beállítási (egyensúly-elérési) folyamatot időigényessé teszi. Ez viszont az autoklávban folytatott szakaszos technológiáknál műveleti időt emészt fel, ami alatt a főköri 6 külső szabályozó egység nincs az előírt minőséget biztosító állapotában, és ez szabályozási hibát okoz.

A fent ismertetett hagyományos szabályozó rendszer további hátránya, hogy követő (lineárisan csökkenő, vagy növekvő alapjelű) szabályozás esetén a beállt állapot csak maradó hibával képes létrejönni (a tényleges autokláv-hőmérséklet elmarad a kívánt értéktől). Ez a tényező is szabályozási hibaként jelentkezik.

A fűtés vagy hűtés állapotának a meghatározása (vagyis annak meghatározása, hogy mikor kell fűteni, illetve hűteni) logikai döntés. Egy megfogalmazás szerint akkor kell fűteni, ha a T\ belső hőmérséklet kisebb, mint a kívánt érték (nem pontos; lehet, hogy csak kevésbé kell hűteni). Egy másik megfogalmazás szerint akkor kell fűteni, ha a T’_be hőmérséklet alacsonyabb a kívánt értéknél. Ez már precízebb logikai feltétel, de ez sem pontos, hiszen elég magas T’_k, hőmérsékletű fűtőközeg jön az autokláv köpenyteréből vissza, nem biztos, hogy szükséges fűteni. Egy még precízebb megfogalmazás szerint akkor kell fűteni, ha a köpenytérből kilépő fűtőközeg hőmérséklete alacsonyabb a kívántnál. Az e megfogalmazás szerinti működést azonban zavarja az autokláv köpenyének a dinamikája: ha például a T’_ht hőmérséklet „átszalad” a köpeny téren (nem tudja a hőjét leadni), a 7”_fa hőmérséklet emelkedik.

A 2. ábrán a találmány szerinti berendezés látható, amelynek az 1. ábrával kapcsolatban már említett részeit az ott már alkalmazott hivatkozási számokkal jelöltük. Eltérés az 1. ábrához képest a szabályozó rendszerben van: a találmány szerinti berendezésnek a szabályozó rendszer részét képező 8 szűrője, 9 összeadó egysége, valamint 10 kivonó egysége is van. A 9 összeadó egység a 14 programadó egységet a 7 belső szabályozó egységgel összekötő (a 32 jelvezetékről a h ponton leágaztatott) 37 jelvezetékbe van iktatva, és a 31 jelvezeték útján a 6 külső szabályozó egységgel is működési kapcsolatban áll.

Az említett 37 jelvezetékhez a g ponton, vagyis a összeadó egység és a 7 belső szabályozó egység közötti szakaszon csatlakozik a 10 kivonó egységtől kiinduló 36 jel vezeték, emellett a 10 kivonó egység a 35 jelvezeték révén kapcsolatban áll a 8 szűrővel és a 16 beavatkozó egységgel is (természetesen szabályozástechnikai szűrőről van szó). A 8 szűrőhöz csatlakozó másik, a 34 jelvezeték a hőközvetítő A főáramkörrel áll kapcsolatban, mégpedig annak a 17 köpenytérből kilépő hőközlő közeget szállító 20 csővezetékével az f ponton, és T_ki kimenő hőmérséklet távadó van reá csatlakoztatva.

A 2. ábra szerinti berendezés működése alapvetően azonos az 1. ábra szerintiével, azonban a fent részletezett elemekkel és azok kapcsolatával megtestesített irányítástechnikai elemekkel - előrecsatolás a 37 jelvezeték és a 9 összeadó egység beépítése révén (feed forward); a szokásostól eltérő döntési algoritmus a 16 beavatkozó egység fent részletezett kapcsolata révén, valamint a 8 szűrő beiktatása - igen fontos üzemeltetési előnyök biztosíthatók, amint ez az alábbiakból kitűnik.

A főköri 6 külső szabályozó egység (PID) SP bemenetére van vezetve az alapjelet szolgáltató 14 programadó egység által kívánt hőmérséklet, míg a PV bemenetére az 1 autokláv tényleges belső Τ', hőmérsékletének a jele kerül. A két értéket a 6 külső szabályozó egység összehasonlítja, és a kimeneti jele azt az információt hordozza, hogy milyen T'_he hőmérsékletű hőközlő közegnek kell a 17 köpeny térbe lépnie ahhoz, hogy a tényleges 7”, hőmérséklet megegyezzék a kívánt értékkel. A 7 belső szabályozó egység SP bemenetére a 6 külső szabályozó egység kimenetének és alapjelének a 9 összeadó egység által képezett összege van vezetve. Ez egy olyan eltolást eredményez, aminek eredményeképpen a beállt állapot (például a kívánt érték = 50 ’C; a mért érték = 50 ’C, a kimenet = 0) esetén a 6 külső szabályozó egység az 1 autokláv belső hőmérsékletével megegyező T’_he hőmérsékletű hőközlő egységet kér a 7 külső szabályozó egységtől.

A szabályozó rendszer fűtési vagy hűtési állapotának a meghatározása pontos definíció szerint végezhető; akkor kell fűteni, ha a 17 köpenytérből kilépő hőközlő közeg hőmérséklete alacsonyabb a kívántnál. Ez a döntés a 10 kivonó egység kimenetének az előjele alapján hozható meg.

A 7 belső szabályozó egység, vagyis a „slave” (segédköri szabályozó) SP alapjele tehát a 6 külső szabályozó egység kimenetének, és a 37 jelvezetéken át érkező alapjelnek az összege. így zérus kimenetű szabályzójel esetén a 7 belső szabályozó alapjele megegyezik a 6 külső szabályozó egység alapjelével, ami a beállt nyugalmi állapotnak felel meg. (Ha például a kívánt hőmérséklet a 6 külső szabályozó egységnél SP = 50 ’C azonos a T’l tényleges belső hőmérséklettel, vagyis TI = 50 ’C, akkor a 7 belső szabályozó egységnél a hőmérséklet SP=50 ’C, vagyis egyező hőmérsékletek esetén az 1 autokláv 17 köpenyterébe ugyanolyan hőmérsékletű hőközlő közeg táplálandó, mint amilyen hőmérséklet az 1 autokláv belsejében uralkodik.) Ezzel az előrecsatolással a felfűtési vagy lehűtési beállás gyorsítható, ami szakaszos technológiák5

HU 211 223 Β nál fontos előny. Emellett az előrecsatolás a lineáris fűtésnek vagy hűtésnek az integráló tagtól eredő (korábban már említett) maradó hibáját is csökkenti, hiszen a T’_he hőmérsékletű hőközlő közeg hőmérsékletét már az alapjel elkezdi csökkenteni vagy növelni, nem megvárván a 6 külső szabályozó egység kimenetén megjelenő hibajelet.

A 2. ábra szerinti rendszerben 16 beavatkozó egység (vezérlő egység) vagy hűtési üzemmódra, vagy pedig fűtési üzemmódra vezérli a berendezés működését, mégpedig a T\ú kimenő hőmérséklet távadó által adott jelek alapján. Amint az 1. ábrával kapcsolatban már leírtuk, a hűtési üzemmódban a 11 főáramköri szelep és 12 hűtőszelep, a fűtési üzemmódban pedig a 11 főáramköri szelep és 13 fűtőszelep működnek ellenütemben.

Amint az 1. ábra szerinti berendezés működésének leírása során erre utaltunk, egy erőteljes hűtésnél, illetve fűtésnél a hőközlő közeg „átszalad” a 17 köpenytéren anélkül, hogy a hőjét ki tudná cserélni, vagyis a T’_he hőmérséklet gyorsan megváltoztatja a T_tí értékét. Ez megzavarná a fűtés-hűtés átkapcsolásának az algoritmusát, amit a 8 szűrő beiktatásával ellensúlyoztunk; ez ugyanis a gyors változásokat kiszűri, és csak a hosszabb, tendencia jellegű változásokat számítja be az algoritmusba. így tehát a működést zavaró köpenydinamika a 8 szűrővel javítható, mert ez kiszűri a T’_fá hőmérséklet ingadozásait, amit a 17 köpenytéren átszaladó kőzölő közeg okoz, amely - nem tudván a hőjét leadni - megemeli a T’_h hőmérsékletet.

A döntési algoritmus eltérő a szokásostól, mivel akkor kell fűteni, ha az 1 autokláv 17 köpenyteréből kilépő hőközlő közeg T’_kj hőmérséklete alacsonyabb a kívánt hőmérsékletnél, amely a 7 belső szabályozó egység SP alapjeleként jelenik meg.

Ha tehát

T’_tí <T_7SP fűtés van; ha pedig

T’_W>T_7SP hűtés van.

Ezzel az algoritmussal lényegesen simább átmenet biztosítható a fűtésből a hűtésbe és viszont, mint az 1. ábra szerinti hagyományos megoldással. Minthogy szakaszos technológiáknál az autokláv munkapontja általában e körül az érték körül van, ez a hagyományosnál kifinomultabb megoldás növeli a berendezés értékét.

A találmány alapvetően fontos előnye, hogy az autokláv belső terében ±1 ’C pontossággal (eltéréssel) tartható fenn az előírt hőmérséklet, ami a mindenkori kémiai reakció, vagy más hőkezelési folyamat számára ideális. További előnyt jelent, hogy nem keletkezhetnek károk az autoklávban hirtelen hőmérséklet-változás vagy helyi túlmelegedések, illetve túlhűlések miatt.

A találmány természetesen nem korlátozódik a berendezésnek a fentiekben részletesen ismertetett kiviteli alakjára, hanem az igénypontok által definiált oltalmi körön belül többféle módon megvalósítható.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés hőkezelési műveletek végrehajtására, különösen gyógyszeripari gyártási folyamatokban, amely berendezésnek hőközlő közeg átáramoltatásához előirányzott köpenytérrel körülvett autoklávja, a köpenytérhez kapcsolódó, a hőközvetítő közeg szelepeket tartalmazó csővezetékekben történő cirkuláltatására szolgáló hőközvetítő főáramköre, és ezzel kapcsolatban álló, a hőközvetítő főáramkörbe szükség szerint fűtőközeg vagy hűtőközeg betáplálására szolgáló, meleg hőcserélőt és hideg hőcserélőt tartalmazó hideg szakasszal és meleg szakasszal rendelkező hőközvetítő mellékáramköre, valamint a köpenytérrel és a hőközvetítő főáramkörrel működési kapcsolatban álló vezérlő rendszere van, amelynek külső szabályozó köre és belső szabályozó köre van; a külső szabályozó kör az autoklávtól indul ki, külső szabályozó egységen, és beavatkozó egységen át a hőközvetítő főáramkörhöz csatlakozik, míg a belső szabályozókor a hőközvetítő főáramkörtől indul ki, és egy belső hőmérséklet távadón, a belső szabályozó egységen és a beavatkozó egységen keresztül a hőközvetítő főáramkörbe van visszacsatolva; és a vezérlő rendszernek alapjelet szolgáltató programadó egysége van, amely egyrészt az autók lávval, másrészt a külső szabályozó egységgel áll működési kapcsolatban, azzal jellemezye, hogy

   - a programadó egység (14) összeadó egységet (9) tartalmazó jelvezetéken (37) át a belső szabályozó egység (7) bemenetére van csatlakoztatva, és az összeadó egység (9) a külső szabályozó egység (6) kimenetével is össze van kötve;

   - a vezérlő rendszernek a hőközvetítő főáramkörben (A) cirkuláltatott, a köpenytérből (17) kilépő hőátadó közeg hőmérsékletének megfelelő jelet a beavatkozó egységhez (16) továbbító jel vezetéke (34) van, amelybe az említett jel ingadozásait kiszűrő szűrő (8), valamint kivonó egység (10) van beiktatva, amelyből egy, a programadó egységet (14) a belső szabályozó egységgel (7) összekötő jelvezetékhez (37), ennek a belső szabályozó egység (7) és az összeadó egység (9) közötti szakaszához kapcsoló jelvezeték (14a) van kivezetve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a vezérlő rendszer beavatkozó egysége (16) a hőközvetítő főáramkörnek (A) a hőközlő közeget az autokláv (1) köpenyterébe szállító csővezetékbe (19) iktatott főáramköri szeleppel (11); a hőközvetítő mellékáramkör (B) hideg szakaszához (B₂ tartozó, a főáramkörbe (A) hűtőközeg táplálására szolgáló hűtőszeleppel (12), valamint a hőközvetítő mellékáramkör (B) meleg szakaszához (Β,) tartozó, a főáramkörbe (A) fűtőközeg táplálására szolgáló fűtőszeleppel (13) áll működtető-vezérlési kapcsolatban.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy az autoklávnak (1) motorral (15a) ellátott keverőeszköze (15) van, és a motor (15a) a vezérlő rendszer programadó egységével (14) előnyösen jelvezeték (14) útján működési kapcsolatban áll.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a hőközvetítő főáramkörnek (A) a köpeny térbe (17) hőközlő közeget tápláló csővezetékébe (19) egy főköri keringtető szivattyú (4) után az áramlásirányt tekintve előbb a főáramköri sze6

   HU 211 223 Β lep (11) van beiktatva, majd a hűtőszeleptől (12) és a fűtőszeleptől (13) érkező csővezetékek torkollnak be, végül egy, a köpenytérbe (17) torkollás előtti ponton (e) a belső szabályozó egységhez (7) csatlakozó jelvezeték (32) indul ki e csővezetéktől (19). 5
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a hőközvetítő mellékáramkör (B) hideg szakaszába (B₂) hideg hőcserélő (3), a meleg szakaszába (B j) pedig meleg hőcserélő (2) van bekapcsolva.