DE202017005985U1

DE202017005985U1 - Kühlung mit Thermoelektrik und Salzlösung in automatischen Probenahmeneräten

Info

Publication number: DE202017005985U1
Application number: DE202017005985.1U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-18
Filing date: 2017-11-18
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2027-11-19

Abstract

Kühleinrichtung zum automatischen Abkühlen von Flüssigkeiten durch die Verwendung von thermoelektrischer Kühlung und einer Wasser-Chemikalien Mischung mit endothermer Reaktion dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch Einsatz einer thermoelektrischen Kühlung abgekühlt wird und durch Zugabe einer Chemikalie, die in Verbindung mit Wasser eine endotherme Reaktion erzeugt, in das zu kühlende Wasser, die Temperatur des zu kühlenden Wassers zusätzlich sinkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlung von z. B. Wasserproben in batteriebetriebenen Probenahmegeräten bei denen aufgrund von nur begrenztem Energievorrat eine Kompressorkühlung nicht eingesetzt werden kann
Automatische Flüssigkeits-Probenahmegeräte werden für die verschiedensten Überwachungsaufgaben eingesetzt. In vielen Fällen als transportable Einheiten mit Batteriebetrieb. Die nachfolgende Untersuchung der entnommenen Proben beinhaltet in der Regel auch biologische Analysen. Um die Proben für die Zeit zwischen Probenentnahme und Untersuchung im Labor möglichst stabil zu halten wird das Probenmedium auf eine Temperatur von etwa 4°C abgekühlt um biologische Veränderungen (Keimwachstum etc.) so weit wie möglich zu verhindern. Die Kühlung der Proben kann auf verschiedene Arten erfolgen. Eine einfache Möglichkeit ist, den Probenraum vor der Probenahme mit Eis oder Trockeneis zu füllen, so dass ein gewisser Kältevorrat vorhanden ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin eine elektrisch betrieben Kompressorkühlung einzusetzen. Diese Art der Kühlung ist sehr effektiv und lässt sich sehr genau steuern. Allerdings benötigt diese Art der Temperierung viel Energie. Dies ist bei batteriebetriebenen Geräten von großem Nachteil, da je nach Umgebungstemperatur, Wassertemperatur und Dauer des Betriebes große Batterien eingesetzt werden müssen. Eine weitere Möglichkeit der elektrischen Kühlung ist der Einsatz von Thermoelektrischen Elementen, sogenannten Peltier-Elementen. Mit diesen kann durch Speisung mit Gleichstrom ein Kühl- bzw. Heizeffekt erzeugt werden. Eine Kühlung auf dieser Basis kann kostengünstig und kompakt aufgebaut werden. Der Nachteil dieser Elemente ist jedoch, dass sie sehr viel Energie benötigen, relativ uneffizient sind und nur eine begrenzte Kühlleistung von etwa 15°C unter der Umgebungstemperatur ermöglichen.
Ein besonderes Problem stellt dabei der Einsatz von transportablen Probenahmegeräten für die Ereignisprobenahme dar. In solchen Einsatzfällen werden Geräte z. B. an Gewässern platziert um dort beim Eintreten von bestimmten Bedingungen, z. B. starker Pegelanstieg im Gewässer, automatisch Proben zu nehmen. Wenn in diesem Fall auch noch die Forderung nach Kühlung der Probe besteht, dann ergeben sich zwangsläufig weitere Probleme. Eine Vorkühlung mit Eis ist nicht mehr möglich. Eine Kompressorkühlung ist zwar einsetzbar, aber teuer, schwer und mit hohem Energiebedarf. Oft sind bei diesen Probenahmeaufgaben nur kleine Probenmengen zu kühlen, sodass eine kleine leistungsfähige Kühlung ausreichen würde.
Auf dem Markt gibt es bereits transportable automatische Probenahmegeräte die mit einer Kühleinrichtung ausgerüstet sind. In der Regel sind dies elektrische Kompressorkühlungen die mit Neztbetrieb (230 Volt 50 Hz) arbeiten. Manche dieser Geräte werden auch mit Gleichstrombetrieb angeboten, sodass anstatt der Netzversorgung eine 12 Volt Batterie eingesetzt werden kann. Für den Betrieb einer solchen Kühlung über 48 Stunden sind dann aber große Batterien mit z. B. 90 Ah notwendig. Insbesondere bei hohen Außen- und Probentemperaturen benötigt die Kühlmaschine längere Einschaltzyklen, sodass die vorhandene Batteriekapazität schneller erschöpft ist. Dass Thermoelektrische Elemente für die Probenkühlung eingesetzt werden ist uns nicht bekannt. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die mögliche Temperaturabsenkung mit etwa 15°C unter die Umgebungstemperatur zu gering ist und die Effizienz zu klein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Proben mit einer Kühleinrichtung abzukühlen, die wenig elektrische Energie benötigt, eine Abkühlleistung von mindestens 20°C erreicht und zudem kostengünstig und kompakt aufzubauen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den darauf rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.
Grundgedanke der Erfindung ist es, zwei Kühlmethoden zu kombinieren. Eine thermoelektrische Kühlung und eine chemische Kühlung mit einer Salzmischung. Beide Methoden ermöglichen eine Temperaturreduzierung von etwa 15°C. Das heißt in Kombination kann eine Abkühlung von deutlich über 20°C erreicht werden. Eine Möglichkeit diese Kombination zu nutzen besteht darin, den Probenbehälter in ein Wasserbad einzustellen, das durch die Thermoelektrische Kühlung relativ schnell um mehr als 10°C abgekühlt werden kann. Der Energiebedarf für diese Kühlung liegt bei etwa 6 Ah wenn eine Wassermenge von z. B. 500 ml gekühlt werden soll. Um eine weitere Reduktion der Temperatur zu erreichen wird nun in diese Wasservorlage ein Salz, wie z. B. Kaliumchlorid eingebracht, was durch die dabei stattfindende endotherme Reaktion eine weitere Abnahme der Wassertemperatur um etwa 15°C bewirkt. Beide Methoden sind mit technisch einfachen Vorrichtungen anwendbar, können kompakt aufgebaut werden und sind kostengünstig herzustellen. Die Betriebskosten sind ebenfalls gering, da lediglich eine Batterieladung mit 6 Ah und z. B. 100 g Kaliumchlorid oder ähnliche Salze notwendig sind. Je nach Umgebungs- und Wassertemperatur kann auch nur eine Methode zur Anwendung kommen. Dies kann auch durch eine Regelung im Gerät selber geschehen. Auch können die beiden Methoden in umgekehrter Reihenfolge zur Anwendung kommen indem zuerst die Salzmischung angesetzt wird und dann das Thermoelektrische Element eingeschaltet wird. Oder aber beide Methoden werden gleichzeitig eingesetzt. Für längere Standby-Zeiten, wie sie insbesondere bei der Ereignisprobenahme vorkommen ist es ratsam, anstatt der Wasservorlage das Salz um den Probenbehälter vorzuhalten und das notwendige Wasser aus einem geschlossenen Vorratsbehälter automatisch zuzugeben. Dies verhindert, dass sich in offen vorgelegtem Wasser im Laufe der Zeit Verunreinigungen bilden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung. Die einzelnen Merkmale der Erfindung können für sich allein oder zu mehreren bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine erfindungsgemäße Kühlung für Flüssigkeitsproben,
Das Probenahmegerät (1) entnimmt aus einem Wasservorrat (10) Proben und füllt diese in einen Probenbehälter (3) ab. Dieser Probenbehälter (3) ist in einem thermisch isolierten Gehäuse (5) untergebracht. An dieses Gehäuse angebaut ist eine thermoelektrische Kühlung (8) mit einer Versorgungsbatterie (9) und ein Vorratsbehälter (6) mit Auslassventil (7) zur Aufnahme einer Chemikalie. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich um den Probenbehälter (3) eine Wasservorlage (4) Die Ansteuerung der thermoelektrischen Kühlung (8) und des Auslassventils (7) erfolgt durch die Steuerung des Probenahmegerätes (1). Der Ablauf der Probenahme mit Kühlung kann beispielsweise wie folgt erfolgen: Das Probenahegerät (1) entnimmt die Wasserprobe aus dem Wasservorrat (10) und füllt diese in den Probenbehälter (3) ab. Danach wird die thermoelektrische Kühlung automatisch (8) eingeschaltet. Dadurch wird die Temperatur der Wasservorlage (4) je nach Einschaltdauer der Kühlung (8) um bis zu 15°C abgekühlt. Nach einer bestimmten Zeit oder nach Erreichen eines bestimmten Temperaturwertes in der Wasservorlage (4) wird die thermoelektrische Kühlung (8) automatisch wieder abgeschaltet. Danach wird das Ventil (7) am Vorratsbehälter (6) automatisch geöffnet, was bewirkt, dass die im Vorratsbehälter (6) gelagerte Chemikalie in den Innenraum des isolierten Gehäuses (5) entleert wird und sich mit dem dort befindlichen Wasser (4) vermischt. Die Chemikalie kann z. B. Kaliumchlorid sein. Eine Mischung von Kaliumchlorid mit Wasser erzeugt eine starke endotherme Reaktion, was bewirkt, dass die Wasservorlage (4) weiter abgekühlt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann im isolierten Behälter anstatt der Wasservorlage (4) die Chemikalie aus dem Vorratsbehälter (6) vorgelegt und das Wasser (4) im Vorratsbehälter (6) vorgehalten werden. In diesem Fall wird zur Kühlung dann zuerst die Wasservorlage (6) durch Öffnen des Ventils (7) in den Innenraum des isolierten Behälters (5) abgelassen, sodass eine Vermischung mit der dort befindlichen Chemikalie (4) erfolgt. Dies erzeugt eine endotherme Reaktion die zur Abkühlung des Gemisches (Wasser und Chemikalie) führt. Danach wird dann die thermoelektrische Kühlung (8) eingeschaltet, was zu einer weiteren Absenkung der Temperatur im Gemisch (4) führt.

Claims

Kühleinrichtung zum automatischen Abkühlen von Flüssigkeiten durch die Verwendung von thermoelektrischer Kühlung und einer Wasser-Chemikalien Mischung mit endothermer Reaktion dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch Einsatz einer thermoelektrischen Kühlung abgekühlt wird und durch Zugabe einer Chemikalie, die in Verbindung mit Wasser eine endotherme Reaktion erzeugt, in das zu kühlende Wasser, die Temperatur des zu kühlenden Wassers zusätzlich sinkt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Wasservorlage thermoelektrisch gekühlt wird und dann eine Chemikalie in das Wasser zugegeben wird die zusammen mit Wasser eine endotherme Reaktion erzeugt und das Wasser somit weiter abkühlt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Mischung aus Wasser und Chemikalie erzeugt wird die eine endotherme Reaktion erzeugt und das Wassergemisch abkühlt und danach dieses Wassergemsich durch Einsatz einer thermoelektrischen Kühlung weiter abgekühlt wird.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrische Kühlung und die Kühlung durch eine endotherme Reaktion von einem Gemisch aus Wasser und Chemikalie parallel angewendet werden.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit gemessen wird und die Kühleinrichtungen nach Erreichen der Soll-Temperatur automatisch abgeschaltet werden.