DE69525617T2 - Vorrichtung zum Erwärmen und zum Konstanthalten der Temperatur einer Flüssigkeit, insbesondere von Aquariumwasser - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe eine Flüssigkeit erwärmt und bei einer konstanten Temperatur gehalten werden kann.
• Insbesondere kann die offenbarte Vorrichtung dazu verwendet werden, um das Wasser von Aquarien zu erwärmen, und in der Tat handelt es sich hierbei um die Anwendung, auf die in der vorliegenden Beschreibung direkt Bezug genommen wird, wenn auch ohne dadurch eine Beschränkung zu implizieren, da der Umfang andere Fachgebiete umfaßt, wie z. B. diejenigen, die Photolabors und/oder -studios betreffen, in denen der Bedarf bestehen kann, ein gewisses Volumen von Flüssigkeit zu erwärmen und bei einer konstanten Temperatur zu halten. Herkömmliche Heizvorrichtungen umfassen im allgemeinen ein Heizelement und eine elektrische Schaltung inklusive eines Thermostats und eines Schalters, durch den das Heizelement mit einem externen elektrischen Netz verbunden ist; die in Frage stehenden Bestandteile sind in einem Gehäuse zusammen mit Mitteln untergebracht, die eine Kontrolle der Vorrichtung ermöglichen, extern von einem Benutzer zugänglich sind und auch Mittel umfassen, durch die der Betriebszustand des Heizelementes visuell angegeben wird. Ein Beispiel einer derartigen Heizvorrichtung, das im italienischen Patent Nr. 30694 B/86 offenbart ist, umfaßt ein Gehäuse, das vollständig aus Glas gebildet und wie ein Rohr geformt ist, von dem ein Ende geschlossen ist, während das gegenüberliegende Ende offen und mit einer Kappe ausgestattet ist, wobei die Einzelteile derart im Gehäuse untergebracht und darin fest versiegelt sind, um ein im wesentlichen vollständiges Eintauchen der Vorrichtung in die zu heizende Flüssigkeit zu ermöglichen.
• Eine derartige Lösung bringt gewisse Nachteile mit sich, die sich v. a. aus der Beschaffenheit des Materials ergeben, das bei der Konstruktion des Gehäuses verwendet wird, sowie aus der Art des Wärmetauschmechanismus: insbesondere letzterer ist für den niedrigen energetischen Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung, d. h. für den niedrigen Wirkungsgrad bezüglich der Wärmeübertragung verantwortlich.
• In der Tat macht die zerbrechliche Beschaffenheit des Glases das Gehäuse grundsätzlich unsicher und setzt den Benutzer aufgrund der Art, in der die Vorrichtung während des Betriebs in das Wasser getaucht wird, dem Risiko eines Stromschlages aus.
• Was den geringen Wirkungsgrad des Wärmeaustausches betrifft, so ist dieser hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß aus Gründen der Sicherheit bezüglich elektrischer Vorrichtungen der Art, die dazu vorgesehen sind, in Kontakt mit Flüssigkeiten zu funktionieren, die Heizelemente in einem bestimmten Abstand vom Glas angeordnet sind, um die Überhitzung und das Zerbrechen zu vermeiden, die sich aus dem Wärmestoß ergeben, so daß die Leitungskomponente bei der Übertragung der Wärmeenergie durch die Luftschicht, welche die Heizelemente physisch von der Fläche trennt, durch die der Wärmeaustausch letztlich stattfindet, stark gehemmt wird. In einer zweiten Art von Lösung, die in WO-A-9 531 882 oder in der italienischen Patentanmeldung Nr. VI 94 A 000068, eingereicht vom vorliegenden Anmelder, offenbart wird, wird ein bedeutend effektiverer Wärmeaustausch durch die Anwendung einer besonderen Struktur und Positionierung des Gehäuses um die Heizelemente erzielt, wobei die Heizelemente in Kontakt mit der Wärmetauschfläche angebracht werden können, während die Übereinstimmung mit allen einschlägigen Sicherheitsstandards beibehalten wird.
• Die Vorrichtung funktioniert jedoch in beiden oben erwähnten vorhandenen Lösungen, und im allgemeinen in herkömmlichen Anwendungen, während sie in die Flüssigkeit eingetaucht ist, und die Wärmeausgabe wird durch das Gehäuse auf eine nicht selektive Weise an die gesamte Masse der Flüssigkeit, die erwärmt werden soll, abgestrahlt. Als Ergebnis werden aufgrund einer gewissen Schichtung der Temperaturen um die Heizvorrichtung selbst langsame Konvektionsströme innerhalb der Masse der Flüssigkeit erzeugt, deren Auswirkungen eine schnelle Ausgleichung der Hitze verhindern, die auf die Masse der Flüssigkeit angewandt wird, und den Temperaturgradient in großer Nähe zur Vorrichtung reduzieren, wobei dies den kinetischen Prozeß, durch den die Wärme übertragen wird, negativ beeinflußt.
• Außerdem bleibt das ernsthafte Problem der Sicherheit, das sich aus der grundsätzlichen Zerbrechlichkeit des Glases ergibt, ungelöst, es wurde jedoch mindestens ein Versuch unternommen, die Schwierigkeit durch das Formen eines Gehäuses aus Plastikmaterial zu beseitigen: diese Lösung führte zu entschieden unzufriedenstellenden Lösungen, sowohl bezüglich des energetischen Wirkungsgrades, da das bereits kritische Problem des Wärmeaustausches noch verstärkt wurde, als auch bezüglich des Widerstandes gegen die Spannung, die durch den thermischen Kreislauf induziert wird, wozu auch die unerwünschten Auswirkungen in Verbindung mit der Hydrolyse gerechnet werden müssen.
• Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in Frage stehenden Nachteile zu beseitigen, indem eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die dazu in der Lage ist, einen effektiveren Wärmeaustausch sicherzustellen und dadurch das Wasser durch eine Wechselwirkung schneller zu erwärmen, die, sofern sie den kinetischen Mechanismus des Wärmeübertragungsprozesses betrifft, von der umgebenden Masse des Wassers vollständig unabhängig ist.
• US-A-2 511 902 beschreibt einen Tauchsieder: ein metallisches Rohr; ein elektrisches Heizelement, das darauf angeordnet ist; ein äußeres metallisches Rohr, das mit dem inneren Rohr konzentrisch ist und wesentlich vom inneren Rohr beabstandet ist; Mittel, welche die Enden des ringförmigen Raumes zwischen den Rohren versiegeln; wobei die Enden des Rohres offen sind, um den Umlauf der Flüssigkeit, die erwärmt wird, durch das innere Rohr zu erleichtern; eine Stütze, die von einem Ende der Struktur getragen wird, um den Heizer auf dem Boden eines Behälters zu stellen, ohne das Eintreten der Flüssigkeit in das untere Ende des inneren Rohres zu behindern; und eine Metallhülse für die Zuführungsleiter für das Element, und verbunden auf eine flüssigkeitsdichte Weise mit dem äußeren Rohr an einer Stelle neben demjenigen Ende, das der Stütze gegenüberliegt und sich nach oben und nahe an die Achse des Rohres erstreckt.
• Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Heizen und zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in einer Flüssigkeit gemäß Anspruch 1 beansprucht.
• Die Erfindung wird nun als Beispiel mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben, von denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, gesehen in zusammengebautem Zustand;
• Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1 auseinandergezogen und in Perspektive zeigt;
• Fig. 3 die Vorrichtung von Fig. 1 vergrößert und gesehen in einem Schnitt durch III-III zeigt;
• Fig. 4 zwei mögliche Anwendungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem herkömmlichen Aquarium darstellt;
• Fig. 5 ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
• Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 und 3 betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist, um Wasser typischerweise in einem Aquarium (in Fig. 4 mit 30 bezeichnet) zu erwärmen. Eine derartige Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, und, innerhalb des Gehäuses untergebracht, mindestens ein Heizelement 2, einen Thermostat 3 und eine herkömmliche elektrische Schaltung, durch die das Heizelement 2 in Reihe mit dem Thermostat 3 an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist. Die Vorrichtung 4 umfaßt auch Mittel 20, 22 und 31, um damit das Heizelement 2 (z. B. potentiometrisch) zu regulieren, die mit dem Thermostat 3 verbunden sind und von außerhalb des Gehäuses 1 aktiviert werden können, und schließlich leuchtende Anzeigemittel 23, die z. B. eine Lampe umfassen, die derart mit der elektrischen Schaltung verdrahtet sind, um aufzuleuchten und zu erlöschen, wenn das Heizelement 2 aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird.
• Das Innere des Gehäuses 1 weist eine volle Tiefe durch den Hohlraum 5 des rohrförmiger Ausführung auf, die durch eine erste Wand 6 aus Glas umgeben ist; das Heizelement 2 ist um die Glaswand 6 angebracht, und die entgegengesetzten Enden 7a und 7b des Hohlraumes 5 sind auf eine derartige Weise offen, daß die Flüssigkeit, die erwärmt werden soll, hindurchfließen kann.
• Das Gehäuse 1 umfaßt auch eine zweite Wand 8, die außerhalb der ersten Wand 6 angebracht ist und diese umgibt, wobei die zwei Wände sich miteinander verbinden, um einen Hohlraum 9 zu bilden, innerhalb dessen das Heizelement 2 untergebracht ist. Die zweite Wand 8 ist in einem wärme- und elektrisch isolierenden Plastik wie z. B. Ryton oder einem ähnlichen Material ausgeführt und mit der ersten Wand 6 mit Hilfe von zwischengelegten Dichtungen 10 verbunden, die derart ausgeführt sind, um den Hohlraum 9 in einem vollständig wasserdichten Sitz zu umschließen.
• Das Gehäuse 1 umfaßt weiter einen Sockel 11 und einen Kopf oder eine Kappe 12, die mit den gegenüberliegenden Enden des Hohlraumes 9 ebenfalls in einem wasserdichten Sitz verbunden sind und entsprechende durchgehende Löcher 13 und 14 aufweisen, die mit dem Hohlraum 5 in Verbindung stehen.
• Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist der Sockel 11 starr mit der zweiten Wand 8 verbunden, in der Tat sind beide einstückig ausgeführt, während die Kappe 12 entfernbar ist und dementsprechend mit einem Satz von elastisch verformbaren Zähnen 15 versehen ist, die so geformt sind, um in die entsprechenden Schlitze 16, die von der zweiten Wand 8 bereitgestellt werden, auf eine derartige Weise einzugreifen, daß die Zähne 15 eingeschnappt und zurückgehalten werden können, wenn die Kappe 12 an das Gehäuse 1 angebracht wird.
• Im Hohlraum 9 sind auch der Thermostat 3 und die elektrische Schaltung untergebracht, und zu diesem Zweck umfassen die zweite Wand 8 und genauer der Sockel 11 und die Kappe 12 des Gehäuses 1 Buchsen 18 und 19, die dazu dienen, ein Steuerelement 20, das Teil der Regelmittel ist, beziehungsweise ein Kabel 21, das mit der Stromversorgung verbunden ist, aufzunehmen, die beide mit Hilfe von geeigneten Dichtungen 44 in einem wasserdichten Sitz befestigt sind.
• Was das Ausführungsbeispiel der Heizelemente 2 anbetrifft ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß diese von der Art sind, die in WO-A-9 531 882 oder der Anmeldung VI 94 A 000068 beschrieben wird, die vom selben Anmelder eingereicht wurde, die im wesentlichen Folienwiderstände aufweist, die auf Polyester oder eine andere geeignete Unterlage siebgedruckt sind und zusammen mit einer zwischengelegten Isolierschicht um die Glaswand 6 gewickelt sind, so daß das Glasrohr von den Elementen 2 peripher umhüllt ist.
• Der Thermostat 3 ist mit einem Sensor geeigneter, z. B. bimetallischer oder elektronischer Art ausgestattet, aber auf jeden Fall mit einem herkömmlichen Entwurf, der elektrisch mit den Heizelementen 2 verbunden ist und innerhalb eines Thermostatgehäuses 17 enthalten ist, das seinerseits innerhalb des Hohlraumes 9 untergebracht ist; das Gehäuse 17 ist mechanisch an die gegenüberliegenden Enden des Heizelementes 2 verankert und fest an die erste Wand 6 zusammen mit dem letzteren befestigt.
• Fig. 3 stellt auch die Art der Regulierung des Heizelementes 2 durch das Steuerelement 20 dar, das eine mikrometrische Schraube 22 umfaßt, die mit einem Gleitstück 31 verbunden ist und dazu dient, sowohl den elektrischen Widerstand zu verändern als auch die Vorrichtung mit der Stromversorgung zu verbinden oder sie davon zu trennen; die Schraube kann somit wie erforderlich in jede Richtung gedreht werden. Bei Beachtung der Position der Lampe 23 innerhalb des Thermostatgehäuses 17 ist sofort zu erkennen, daß, wenn die Schraube 22 aus durchsichtigem Material ausgeführt ist, das den Durchlaß von Licht begünstigt, die Schraube 22 selbst dazu verwendet werden kann, um den "ein"- oder "aus"-geschalteten Zustand der elektrischen Schaltung außerhalb der Vorrichtung 4 anzugeben, ohne daß es erforderlich wäre, im Gehäuse 1 ein Fenster anzubringen oder weitere speziell angefertigte Anzeigevorrichtungen hinzuzufügen.
• Weiter weist in Fig. 3 die Buchse 19 am Sockel des Gehäuses einen Satz von Nuten 41 auf, in denen die entsprechenden Dichtungen 42 angebracht sind, die das Stromversorgungskabel 21 umgeben, und sie ist auch mit einem Rückhalteelement 40 ausgestattet, das verhindert, daß das Kabel 21 aus der Buchse gezogen wird.
• Wie schließlich aus Fig. 4 erkennbar ist, kann die Vorrichtung 4 gemäß der Erfindung entweder direkt in das Wasser des Aquariums 30 eingetaucht betrieben werden, oder gekoppelt an einen Kreislauf außerhalb des Behälters. Insbesondere im nicht eingetauchten Beispiel von Fig. 4 ist die Vorrichtung 4 in einen Kreislauf eingebaut, der dazu dient, die Flüssigkeitsfüllung des Aquariums 30 zu filtern, der ein Einlaßrohr 24, eine Filtereinheit 25 und ein Auslaßrohr 26 umfaßt. Die Vorrichtung 4 ist vorzugsweise am Auslaßrohr 26 angeordnet.
• Es ist aus dem oben Angeführten zu sehen, daß die Aufgabe, die am Anfang angegeben wurde, in einer Vorrichtung, wie sie beschrieben und dargestellt wurde, vollständig erfüllt wird, die auch die Vorteile aufweist, leicht eingebaut und ebenso leicht zu Zwecken der Inspektion und Wartung entfernt werden zu können, ganz zu schweigen vom vergleichsweise preiswerten Entwurf und Bau. Außerdem wird es durch die Übernahme einer Konfiguration der Vorrichtung 4 auf der Grundlage einer Vielzahl von Hohlräumen 5, die nebeneinander, parallel zueinander angeordnet und mit einem gemeinsamen Thermostatgehäuse 17 verbunden sind, möglich, Versionen zu schaffen, in denen das Heizpotential durch Hinzufügen von Modulen bedeutend erweitert werden kann, um sich dem Wasservolumen in verschiedenen Arten von Aquarien 30 anzupassen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Heizen und Halten einer konstanten Temperatur in einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Aquarium, in einem Gehäuse (1) enthaltend,

- wenigstens ein Heizelement (2)

- einen Thermostat (3),

- eine elektrische Schaltung, die das wenigstens eine Heizelement in Reihe mit dem Thermostat an ein externes elektrisches Netz anschließt,

- Regelmittel (20, 22, 31) für das wenigstens eine Heizelement, welches mit dem Thermostat verbunden ist,

- Leuchtmittel (23), die den Betriebszustand des wenigstens einen Heizelementes anzeigen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem wärmeisolierenden und dielektrischen Material hergestellt ist und zumindest einen rohrförmigen durchgehenden Hohlraum (5) aufweist, der von einer ersten Glaswand (6) umgeben ist, wobei die einander gegenüberliegenden Enden dieses Hohlraumes offen für das Durchströmen der zu erwärmenden Flüssigkeit sind, daß das Gehäuse eine zweite Wand (8) enthält, die die erste Wand (6) derart umschließt, daß die beiden Wände (6, 8) einen flüssigkeitsdichten Leerraum (9) bilden, der das Heizelement, den Thermostat, die Regelmittel und die Leuchtmittel aufnimmt, und daß das wenigstens eine Heizelement (2) einen Folienwiderstand enthält, der durch Siebdruck auf einem dielektrischen Träger aufgebracht und um die erste Glaswand (6) mit einer zwischengelegten Isolierschicht gewickelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weitere Dichtungen (10) enthält, die zumindest zwischen der ersten Wand (6) und der zweiten Wand (8) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) weiterhin einen Sockel (11) und eine Kappe (12) enthält, die auf die entsprechenden Enden des Leerraumes (9) in flüssigkeitsdichter Verbindung passen und entsprechende Durchgangsbohrungen (13, 14) aufweisen, die mit dem Hohlraum (5) kommunizieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Sockel (11) oder die Kappe (12) einstückig mit der zweiten Wand (8) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (11) oder die Kappe (12) mit elastisch verformbaren Zähnen (15) ausgestattet ist und die zweite Wand (8) Schlitze (16) aufweist, die proportioniert sind um sich den Zähnen (15) derart, anzupassen, daß der Sockel (11) oder die Kappe (12) mit einem Schnappsitz an der zweiten Wand (8) befestigt werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (11) und die Kappe (12) entsprechende Aufnahmesockel (18, 19) aufweisen, die zur Unterbringung eines Steuerelements (20) dienen, das einen Teil der Regelmittel darstellt, bzw. um ein Stromversorgungskabel (21) anzuschließen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wand (8) Aufnahmesockel (18, 19) aufweist, die zur Unterbringung eines extern zugänglichen Steuerelements (20), das einen Teil der Regelmittel darstellt bzw. zum Anschluß eines Stromversorgungskabels (21) dienen, wobei für beide ein flüssigkeitsdichter Sitz vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (20) eine mikrometrische Schraube (22) enthält, die innerhalb und in flüssigkeitsdichter Verbindung mit dem entsprechenden Aufnahmesockel (18) drehbar gehalten ist zur Regulierung der Ausgangsleistung des Heizelements (2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrometrische Schraube (22) in einem transparenten Material ausgeführt ist, das zur Übertragung von Licht geeignet ist, das durch ein leuchtendes Anzeigemittel (23) ausgestrahlt wird, das innerhalb des Leerraumes (9) angeordnet ist.