DE202010015306U1 - Cooling device for process engineering equipment, such as pumps, in particular dosing pumps - Google Patents
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Abstract
Kühlvorrichtung für verfahrenstechnische Einrichtungen, wie Pumpen, insbesondere Dosierpumpen, Wärmetauscher oder dergleichen,
mit einem zu kühlenden Einrichtungsteil (2) sowie einem mit diesem verbundenen Kühler (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühler (5) wenigstens ein Peltier-Element (6) aufweist.Cooling device for process engineering devices, such as pumps, in particular metering pumps, heat exchangers or the like,
with a device part (2) to be cooled and a cooler (5) connected thereto,
characterized in that
the cooler (5) has at least one Peltier element (6).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für verfahrenstechnische Einrichtungen, wie Pumpen, insbesondere Dosierpumpen, Wärmetauscher oder dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling device for procedural devices, such as pumps, in particular metering pumps, heat exchangers or the like, according to the preamble of
Eine solche Kühlvorrichtung ist beispielsweise aus der Praxis bekannt. Üblicherweise wird die Kühlung mit konventionellen Kühlflüssigkeiten und Wärmetauschern durchgeführt. Eine derartige Kühlung erfordert jedoch ein aufwändiges Kälteaggregat und die teilweise schwierige Handhabung von nicht unproblematischen Kühlflüssigkeiten. Eine solche Kühlung ist daher mit nicht unerheblichem Aufwand verbunden.Such a cooling device is known for example from practice. Usually, the cooling is carried out with conventional cooling liquids and heat exchangers. However, such cooling requires a complex refrigeration unit and the sometimes difficult handling of not unproblematic cooling liquids. Such cooling is therefore associated with not inconsiderable expense.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels der die Kühlung Platz sparend und einfach durchführbar ist.The invention has for its object to provide a cooling device of the type mentioned, by means of the cooling space-saving and easy to carry out.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a cooling device with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für verfahrenstechnische Einrichtungen hat ein zu kühlendes Einrichtungsteil sowie einen mit diesem verbundenen Kühler. Erfindungsgemäß weist der Kühler wenigstens ein Peltier-Element auf. Kälteverfahren mittels Peltier-Elementen gehen zurück auf das technische Gebiet der Thermoelektrik. Bei den Peltier-Elementen handelt es sich um elektronische Bauteile aus Halbleitermaterialien in der Größenordnung von wenigen Zentimetern. Der Peltier-Effekt basiert auf zwei metallischen Leitern unterschiedlichen Materials, welche an den Enden miteinander verlötet sind und einen Leiterkreis bilden. Der Stromfluss durch die Kontaktstellen zwischen den beiden unterschiedlichen Materialien führt in einer Richtung zu einer Abkühlung der Kontaktstelle, wodurch sich ein Kühleffekt erreichen lässt. Derartige Peltier-Elemente ermöglichen eine äußerst Platz sparende und einfach aufgebaute sowie einfach zu regulierende Kühlung. Ein Vergleich mit einem Kältekompressor eines Kühlschranks zeigt die Vorteile der thermoelektrischen Kühlung. Der Kältekompressor des Kühlschranks arbeitet üblicherweise diskontinuierlich in periodischen Kühlphasen. Die Folge ist ein ständiges Sinken und Ansteigen der Temperatur im Kühlraum. Das Erreichen einer konstanten Ist-Temperatur im Kühlraum kann nur mit zusätzlichem Aufwand, wie beispielsweise Steuerelementen in Form von Regelventilen, umgesetzt werden. Peltier-Elemente benötigen keine weiteren Steuereinrichtungen, da sich bei Vorgabe eines bestimmten Stromflusses eine stabile Temperatur im Kühlraum erreichen läßt. Auch im Bereich der Förderung von verflüssigten Gasen ist die Kälteerzeugung wesentlicher Bestandteil der Prozessabläufe. Ein häufig gepumptes Förderfluid ist beispielsweise verflüssigtes Kohlendioxid (CO2), das in verschiedenen Anwendungen, beispielsweise als Löse-, Reinigungs- oder Treibmittel, eingesetzt wird. Das CO2 wird beispielsweise mit einer Membrankolbenpumpe auf Förderdrücke im Bereich von teilweise mehreren hundert bar komprimiert. Insofern lässt sich durch den Einsatz von Peltier-Elementen eine ebenso einfache wie wirksame Kühlung kostengünstig und Platz sparend realisieren.The cooling device according to the invention for process engineering devices has a device part to be cooled as well as a cooler connected thereto. According to the invention, the cooler has at least one Peltier element. Cooling processes using Peltier elements go back to the technical field of thermoelectrics. The Peltier elements are electronic components made of semiconductor materials in the order of a few centimeters. The Peltier effect is based on two metallic conductors of different material, which are soldered together at the ends and form a conductor circle. The current flow through the contact points between the two different materials leads in one direction to a cooling of the contact point, whereby a cooling effect can be achieved. Such Peltier elements allow a very space-saving and simple design and easy to regulate cooling. A comparison with a refrigeration compressor of a refrigerator shows the advantages of thermoelectric cooling. The refrigeration compressor of the refrigerator usually operates discontinuously in periodic cooling phases. The result is a constant sinking and rising temperature in the refrigerator. The achievement of a constant actual temperature in the cold room can be implemented only with additional effort, such as controls in the form of control valves. Peltier elements do not require any further control devices, since a stable current temperature can be achieved in the cooling space given the specification of a specific current flow. Refrigeration is also an integral part of the process in the area of liquefied gas production. A frequently pumped delivery fluid is, for example, liquified carbon dioxide (CO 2 ), which is used in various applications, for example as a solvent, cleaning or blowing agent. The CO 2 is compressed, for example with a diaphragm piston pump to delivery pressures in the range of sometimes several hundred bar. In this respect, the use of Peltier elements makes it possible to realize cooling that is both simple and effective in a cost-effective and space-saving manner.
Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Peltier-Element mit seiner kühlen Seite direkt oder mittels eines wärmeleitenden Zwischenelementes indirekt mit dem zu kühlenden Einrichtungsteil verbunden. Ein direkter Kontakt zwischen dem wenigstens einen Peltier-Element und dem zu kühlenden Einrichtungsteil ermöglicht einen guten Wärmeübergang und damit eine effiziente Kühlung des Einrichtungsteils, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad beim Kühlen erzielen lässt. Sofern ein direkter Kontakt zwischen dem einen Peltier-Element und dem zu kühlenden Einrichtungsteil nicht möglich ist, lässt sich der gute Wärmeübergang aber auch durch das vorerwähnte wärmeleitende Zwischenelement realisieren.Advantageously, the at least one Peltier element with its cool side is connected directly or indirectly by means of a thermally conductive intermediate element to the device part to be cooled. A direct contact between the at least one Peltier element and the device part to be cooled allows a good heat transfer and thus an efficient cooling of the device part, whereby a high efficiency in cooling can be achieved. If a direct contact between the one Peltier element and the device part to be cooled is not possible, however, the good heat transfer can also be achieved by the aforementioned heat-conducting intermediate element.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die warme Seite des wenigstens einen Peltier-Elementes an eine weitere Kühleinrichtung, wie einen Wasserkühler, Luftkühler oder dergleichen, angeschlossen, wobei die weitere Kühleinrichtung vorzugsweise kreislaufförmig geführt ist. Eine solche weitere Kühleinrichtung kann äußerst einfach aufgebaut sein und beispielsweise ein Wasserkühler sein. Insofern lässt sich die Kühlung mit einfach zu handhabenden und auszulegenden Elementen herbeiführen. Der Betrieb einer derartigen Kühlvorrichtung ist gut beherrschbar und kann auch von wenig geschultem Personal oder vollautomatisch überwacht und durchgeführt werden.According to another embodiment, the warm side of the at least one Peltier element is connected to a further cooling device, such as a water cooler, air cooler or the like, wherein the further cooling device is preferably guided in a circular shape. Such a further cooling device can be extremely simple and, for example, be a water cooler. In this respect, the cooling can be achieved with easy-to-use and auszulegenden elements. The operation of such a cooling device is easy to control and can also be monitored and performed by less trained personnel or fully automatically.
Der besondere Vorteil des wenigstens einen Peltier-Elementes ist dessen kontinuierliche Arbeitsweise. Die gewünschte Soll-Temperatur lässt sich in dem zu kühlenden Einrichtungsteil anders als beispielsweise bei den vorerwähnten Kältekompressoren mit äußerst geringem Aufwand einstellen, da die erzielte Kühlleistung eine eindeutige, meist lineare Funktion der an dem wenigstens einen Peltier-Element angelegten Spannung und des daraufhin fließenden Stroms ist.The particular advantage of the at least one Peltier element is its continuous operation. The desired target temperature can be set in the device part to be cooled differently than for example in the aforementioned refrigeration compressors with extremely little effort, since the cooling performance achieved a unique, mostly linear function of the voltage applied to the at least one Peltier element and the then flowing current is.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet das wenigstens eine Peltier-Element mit der weiteren Kühleinrichtung eine Einheit. Dadurch lässt sich das Anbringen des wenigstens einen Peltier-Elementes sowie der weiteren Kühleinrichtung beträchtlich vereinfachen. Die genannte Einheit kann besonders Platz sparend ausgebildet sein.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the at least one Peltier element forms a unit with the further cooling device. This makes it possible to attach the at least one Peltier element and the considerably simplify further cooling device. The said unit can be designed to save space.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das zu kühlende Einrichtungsteil eine ein Prozessfluid führende Rohrleitung, ein Wärmetauscher und/oder eine Pumpe, vorzugsweise ein Pumpenkopf. Insofern kann die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung an unterschiedlichen verfahrenstechnischen Einrichtungen zum Einsatz kommen.According to another embodiment of the invention, the device part to be cooled is a process fluid-carrying pipeline, a heat exchanger and / or a pump, preferably a pump head. In this respect, the cooling device according to the invention can be used on different procedural devices.
Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Peltier-Element an die kühle Seite des Wärmetauschers so angeschlossen, dass die kühle Seite des Wärmetauschers mit Hilfe des wenigstens einen Peltier-Elementes betreibbar ist. Damit lässt sich beispielsweise das in einer Saugleitung geförderte Fluid auf einfache Art und Weise abkühlen.Advantageously, the at least one Peltier element is connected to the cool side of the heat exchanger so that the cool side of the heat exchanger with the aid of the at least one Peltier element is operable. This makes it possible, for example, to cool the fluid conveyed in a suction line in a simple manner.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine Peltier-Element mit der Stirnseite des Pumpenkopfes verbunden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt also die Kühlung unmittelbar im bzw. am Pumpenkopf beispielsweise einer Kolbenmembranpumpe. Auf der Stirnseite des Pumpenkopfes lässt sich das wenigstens eine Peltier-Element besonders vorteilhaft anbringen, da hier eine ebene Fläche zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs und damit ein guter Flächenkontakt zwischen dem zu kühlenden Einrichtungsteil und dem wenigstens einen Peltier-Element zur Verfügung steht.According to another embodiment of the invention, the at least one Peltier element is connected to the end face of the pump head. In this embodiment, therefore, the cooling takes place directly in or on the pump head, for example, a piston diaphragm pump. On the front side of the pump head, the at least one Peltier element can attach particularly advantageous because here a flat surface to achieve a good heat transfer and thus a good surface contact between the device part to be cooled and the at least one Peltier element is available.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die weitere Kühleinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass die Kräfte zum Anbringen des wenigstens einen Peltier-Elementes an dem zu kühlenden Einrichtungsteil von der weiteren Kühleinrichtung aufgenommen werden. Dabei kann das zu kühlende Einrichtungsteil, wie zuvor erwähnt, beispielsweise ein Pumpenkopf oder ein Wärmetauscher sein. Auf diese Weise lässt sich das wenigstens eine Peltier-Element in stetigem Kontakt mit dem zu kühlenden Einrichtungsteil halten, ohne dass das wenigstens eine Peltier-Element selbst Kräfte aufnehmen muss. Vielmehr kann das wenigstens eine Peltier-Element zwischen dem zu kühlenden Einrichtungsteil und der weiteren Kühleinrichtung eingeklemmt sein. Durch die bei dieser Weiterbildung möglichen hohen Anpresskräfte lässt sich ein hoher Wärmeübergang erreichen.According to a further particularly advantageous development of the invention, the further cooling device is designed and arranged such that the forces for attaching the at least one Peltier element to the device part to be cooled are absorbed by the further cooling device. Here, the device part to be cooled, as mentioned above, for example, be a pump head or a heat exchanger. In this way, the at least one Peltier element can be kept in constant contact with the device part to be cooled, without the at least one Peltier element itself having to absorb forces. Rather, the at least one Peltier element can be clamped between the device part to be cooled and the further cooling device. Due to the high contact forces possible in this development, a high heat transfer can be achieved.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung bilden. Es zeigen:Embodiments of the subject invention are described below with reference to the drawing, all described and / or illustrated features alone or in any combination form the subject matter of the present invention, regardless of their combination in the claims or their dependency. Show it:
In
In diesem Ausführungsbeispiel hat die Kühlvorrichtung
Die in
Eine Einheit
Wie eingangs erwähnt, führt der Stromfluss durch eine Kontaktstelle zwischen zwei unterschiedlichen Materialien in einer Richtung im Falle von Peltier-Elementen zu einer Abkühlung der Kontaktstelle, bei Umpolung des Stromflusses hingegen zu einer Erwärmung der Kontaktstelle. As mentioned above, the current flow through a point of contact between two different materials in one direction in the case of Peltier elements leads to a cooling of the contact point, with reversal of the current flow, however, to a heating of the contact point.
In
Das wenigstens eine Peltier-Element
In
Die weitere Kühleinrichtung
Das wenigstens eine Peltier-Element
Das zu kühlende Einrichtungsteil
Wie in
Um ein Verdampfen des Prozessfluides an den warmen Wänden des Förderraums und damit eine Beeinträchtigung des Förderwirkungsgrades zu vermeiden, wird der Pumpenkopf mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
In
Um diesen nachteiligen Effekt zu verhindern, kommt die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zum Einsatz. Die in den
In
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Kühleinrichtung
Damit arbeitet die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung vollständig ohne eine Verdampfung von Kälteflüssigkeiten.Thus, the cooling device according to the invention works completely without evaporation of cold liquids.
Das wenigstens eine Peltier-Element
Es ist auch möglich, das wenigstens eine Peltier-Element umfangsseitig an dem Pumpenkopf zu befestigen.It is also possible to fasten the at least one Peltier element on the circumference of the pump head.
Damit ist eine Kühlvorrichtung geschaffen, mittels der eine Kühlung Platz sparend und einfach durchführbar ist. Ferner ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einfach aufgebaut und mit geringem Aufwand zu bedienen.For a cooling device is provided by means of a cooling space-saving and easy to carry out. Furthermore, the cooling device according to the invention is simple in construction and can be operated with little effort.
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