WO2012017009A1 | 2012-02-09 |
US20150233614A1 | 2015-08-20 | |||
US20100227383A1 | 2010-09-09 | |||
US20050006372A1 | 2005-01-13 |
Paten ansprüche ; 1. Vorrichtung zum Temperieren einer Messprobe in einer Messernrichtung zum Messen von Stoffergeaschaften der Messprobe umfassend eine Messzelle zur .Aufnahme der Messprobe , wenigstens ein Temperierungseiement und ein mit dem Temperierungselement wärmeübertragend gekoppeltes Wärmespeichereiemen , wobei Mittel zur Änderung des Wärmeleitwiderstandes zwischen dem Wärmespei chereleaient und der Messze le vorgesehen sind, um das Wärmespeicherelement und die Messzelie wahlweise voneinander wär eübertragend zu entkoppeln oder miteinander wä raeübertragend zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wärmekapazität des Wärmespeichereleraents zur Wärmekapazität der Messzelie größer als 1:1, vorzugsweise mindestens 2:1, vorzugsweise mindestens 5:1 ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Änderung des Wärmeleitwiders tandes einen .Antrieb zum Bewegen des ärmespeichereieinent s , der Messzelie und/oder eines zwischen diesen angeordneten Wärmeübertragungseiements zwischen einer ersten Position, in der das Wärmespeicherelement und die Messzeile in wärmeleitendem Kontakt stehen, und einer zweiten Position, in der das Wärmespeicherelement und die Messzelie voneinander wärmeleitend getrennt sind, umfasst, 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Wärmesp .1c ere1enae t. und die Messzelle miteinander verbindender Fluid-, insbesondere Fiüssigkeitskrei slaaf als Wärmeübe tragungselement vorgesehen ist und dass die Mittel zur Änderung des Wärmele tv/iderstandes eine im Fluidkreislauf angeordnete Puinpe umfassen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet- dass das Temperier ungseiernent ein th rmo- elektrisches Element; insbesondere ein Peltier-Element umfasst oder als solches ausgebildet ist, 5« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Messung des Flammpunktes einer flüssigen oder festen. Messprobe, insbesondere eines Erdölprodukts, ausgebildet ist, wobei die Messzeile eine Messkämmer cur Aufnahme der Messprobe umfasse, weiche vorzugsweise aus einer Messwanne sowie einem Deckel gebildet ist und welche mit einer eine Fu kenstrecke aufweisenden elektrischen Zündung, wenigstens einem Temperaturfühler und einer Druckmesseinrichtung versehen ist, wobei weiters eine Steuervorrichtung zum Steuern der Temperrerungsei.nrichtung, der Zündung und der Anpressvorrichtung und zum Erfassen der Hesswerte der Temperaturfühler und der Druckmesseinrichtung vorgesehen ist, 6, Verfahren zum Messen von Stoffeigenschaften einer Messprobe und anschließenden Abkühlen der Messprobe mitteis einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassend die Schritte; a) Messen der Stoffeigenscha ften der Messprobe bei einer Messtemperatur , b) vor und/oder während Schritt a) : Abkühlen, im wärmendem agend von der Messzelle entkoppelten Zustand, des Wärmespeicherelements mit Hilfe des Temperi.erungse lernen ss , IS c) nach Schritt a) und b) : Reduzieren des ärmeieitwiderstandes zwischen dein armespeicherelement und der Messzelle., um das ärmespeicherelement und die Messzelle miteinander wärmeübertragenci zu koppeln, d) ununterbrochene Wärmeübertragung von der Me stelle auf das Wärmespe i cherelement , wobei die Messp.ro.be von der Messtemperatur auf e ne für die Entnahme der Messprobe geeignete Temperatur gekühlt wird, e; Entnahme der Messprob . 7, Verfahren nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wärmekapazität des vtfärmespeίchere1exnents zur Wärm kapazität der Messzelle gg f . samt Messprobe so gewählt, wird, dass die Temperatur des Wärmespeichereiements am Ende von Schritt d! 200°C, vorzugsweise 16Q°C, besonders bevorzugt 120 '"C nicht überschreitet . |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 2um Temperieren einer Messprobe in einer Messeinrichtung zum Messen von Stoffeigenscnaften der Messprobe umfassend eine Messzelle zur Aufnahme der Messprobe, wenigstens ein
Temper.ierungse1emen und ein mit dem Temperie.rungseiere t wärmeübe tragend gekoppeltes Wärmespeicherelement, wobei Mittel zur Änderung des v' ärrae.1eitwiderstandes zwischen dem Wärmespeicherelement und der Messzeile vorgesehen sind, um das Wärmespeicherelement und die Messzelle wahlweise voneinander wärraeübertr gend zu entkoppeln oder miteinander wärmeübertragend zu koppein. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Messen von Stoffeigenscnaften einer Messprobe und anschließendem
Abkühlen der Messprobe mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung , In vielen Fällen müssen bei Qualitätsüberprüfungen von
Stoffen, bei der Definition von Materialkonstanten oder bei Zertifizierungen die entsprechenden Messungen bei
vorgegebenen Temperaturen der Messprobe durchgeführt werden oder es rauss die Temperatur der Probe während des
MessVorgangs variiert werden, Wenn die erforderlichen
Messungen bei Temperaturen durchgeführt werden sollen, die deutlich oberhalb oder unterhalb der Raumtemperatur liegen, ist es üblich die entsprechenden Messvorrichtungen mit einem Kühl- und/oder Heizaggregat zu versehen, Die
Messprobe wird somit bei Raumtemperatur in die
Messvorrichtung gegeben, in der Messvorrichtung auf die erforderliche Temperatur gebracht, die Messung durchgeführt und die Probe dana h wieder auf Raumtemperatur oder in den Bereich der Raumtemperatur gebracht, um diese gefahrlos aus der HessVorrichtung holen zu können. Obwohl die
Temperierschritte für den. Messvorgang ' in vielen Fällen wenig Bedeutung haben, sind sie für den Durchsatz von
Proben (Messungen pro Stunde; von essentieller Bedeutung, weil sie bei Temperaturen weit unterhalb bzw. weit über der Raumtemperatur vergleichsweise lange dauern können.
Bei herkömmlichen Ausführungen von Köhlaggregaten für
Messproben bzw, für die zur Aufnahme der Messproben
vorgesehene Mess elle werden insbesondere im Falle
portabler Messgeräte Pei tier-Eiemente als Temper ierungs- bzw. Kühlelement verwendet. Eine effiziente Kühlung erhält man, wenn das wenigstens eine Peit ier-Element die Probe bzw, die Mosa rolle direkt kontaktiert und ein geringer Wärmeübergangswiderstand erreicht werden kann.
Für den Aufhei z organg der Messzeile können entweder zusätzliche Heizpatronen in der Messzelle oder das Peitier- Element selbst verwendet werden, indem die Polarität der angelegten. Spannungs ve sorgung umgekehrt wird.
Die Beschränkung der Verwendung von. Peit ier-Elementen als Heiz- und Kühlelemente besteht vor allem in der maximal zulässigen Temperatur solcher Elemente von üblicherweise 120"C (in wenigen Fällen bis 200°C). Bei Überschreitung dieser Grenztemperatu.r werden die Peltier-Elemente zerstört bzw. zumindest die Lebensdauer stark reduziert, venu die maximale Temperatur nicht; zu stark überschritten wird. Für Anwendungen mit einer Eellentemperatur von über 200 * 0 muss daher oftmals eine andere Kühitechnoiogie eingesetzt werden oder man trennt das Peit ier-Element von der Messzeüe thermisch so weit, lass die maximale Temperatur am Peitier- Eiement nicht überschritten wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten beschrieben worden, mit. denen eine Überschreitung der
Gren z texnpera tur verhindert werden kann. Eine dieser
Möglichkeiten ist in der EP 540836 Bl gezeigt und liegt in der Verwendung einer „thermischen Diode" , Zwischen dem.
Pel.tier-Eiem.ent und der Messzelle wird eine
Flüssigkeitssehicht eingebaut. Liegt die
Verdampfurtgstemperatur der Flüssigkeit unterhalb der kritischen Temperatur des Peltier-Elements, kann letzteres nicht überhitzt werden, da der Dampf zwischen heißer
Messcelle und Pelt ier-Element ein schlechter Wärmeleiter ist.
Eine andere Möglichkeit (WO 2012/017009 AI) besteht darin, die Kuhleinhei i. (Peitier-Eiement samt zugeordnetem
Kühlkörper) mechanisch von der Messzeile zu trennen, bevor das Peitier-Eiement während des KühlVorganges die
Grenztemperatur überschreitet. Der Kühlvorgang kann durch eine unterbrochene Kühlung beschleunigt werden, indem die Kühleinheit zuerst abgekühlt und dann mit der Messzelle in mechanischen Kontakt gebracht wird, Übe sch eitet die
Temperatur des Peltier-Elements auf Grund des von der
Messzelie kommenden Wär efiusses einen maximalen Viert, wird der mechanische Kontakt wieder unterbrochen und die kältere Seite der Kühleinheit wieder abgekühlt. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt bis die maximale Temperatur des
Peltier-Elements nicht mehr erreicht wird und die
Kühleinheit zum Zwecke der weiteren Kühlung in konstantem Kontakt mit der Probe bzw, Messseile bleiben kann. Der wesentliche Nachteil einer fixen Korduaktierung der Kühleinheit mit der Probe bzw. Messzeile besteht in der LiKiitierung der Temperatur und einer hohen Spit enleistung für die Kühlung während der Kühlphase.
Die besch iebenen Lösungen nach dem Stand der Technik sind mit den folgenden Nachterlen verbunden, i Falle der „thermischen Diode " " ist vor allem die Kühlung der Probe bzw. der Messseile bei hohen Temperaturen sehr langsam, da dre ,,ttrermiscb.e Diode" nur wenig Wärmeleistung in das Feitier—Element transportiert. Für einen schnelleren
Kühlvorgang müsste eine zusätzliche Kühlmefhohe für hohe Temperaturen vorgesehen werden, was meist aus Platz- und Kostengründen nicht sinnvoll möglich ist.
Beim System mi „unterbrochener Kühlung" stellt vor allem der mechanische Aufwand für die Bewegung der Kühieinheit einen großen N chteil betreffend Kosten und das für die Mechanik und den Antrieb notwendige Volumen dar . Des
Werteren ist die Qualität der Oberflächen und deren
Veränderungen über die Lebensdauer ein kritischer Faktor für die Effizienz der Kühlung. Zusätzlich ist wie auch beim System der „thermischen Diode " " und beim System der fixen Kontaktierung eine hohe Spitzenleistung während des
Kühl organges er orderlich, was die gesamte Kühieinheit s hr groß mach .
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zur Temperierung einer Messprobe zu schaffen, mit welcher die Überhitzung eines Pel t ier-El ements verhindert und die
Geschwindigkeit der Temperierung, insbesondere Kühlung der Messprobe erhöht werden kann. Sur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen darin, dass das Verhältnis der Wärmekapazität des
Wärmespeicherelements zur Wärmekapazität der Messzeile größer als 1: 1, vorzugsweise mindestens 2:1, vorzugsweise mindestens 5:1 ist.
Die Temperierung der Messzeile samt Messprobe erfolgt somit unter Verwendung eines Wärmespeicherelements, das eine relativ hohe Wärmekapazität aufweist. Die Wärmeübertragung erfolgt, im Falle einer Erwärmung der Messzeile von dem Tempert erungselement auf das Wärmespeicherelement und vom Wärmespeicherelement auf die Messzeile, Im Falle der
Abkühlung der Messzeile erfolgt die Wärmeübertragung vom Wärmespeicherelement auf das Te perierungseiement und von der Messzeile auf das Wärmespeicherelement. Das
Wärraespei chereiernent wird zu diesem Zweck vom
Temperierungselement vorgeheizt oder vorgekühlt, wobei die Erwärmung- bzw. Abkühlung der Messzeile durch
wärmeübertragende Kopplung des Wärmespeichere lernents mit der Messzelle und den dadurch hervorgerufenen
Temperaturausgleich zwischen diesen erreicht wird.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Wärmesperenereiement für die Kühlung der Messzeile verwendet. Für den Fall, dass die Messzeile für die Durchführung der erforderlichen
Messungen zuerst erwärmt und nach .Abschiuss der Messungen wieder abgekühlt wird, kann nicht nur der Kühlvorcjang, sondern auch die Erwärmung über den Wärmespeicher erfolgen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass man das
Wärmespei chereiernent dann rasch mit sehr hohen
Temperaturänderungen beaufschlagen müsste, was vor allem bei. der Kühlung zu Problemen führen kann, wenn ma sowohl für den Vorrang der Erwärmung als auch für den Vorgang der Abkühlung dasselbe Wärmespeicherelement verwendet .
Bevorzugt ist daher eine Ausbildung, bei der zwei
verschiedene Wärmespeicherelemente vorgesehen sind, eines wird für den Vorgang der Erwärmung entsprechend vorgewärmt und das andere für den Vorgang des Kühlens entsprechend vorgekühlt. Die Hesszelle kann wahlweise mit dem einen Wärmespeicherelement oder mit dem anderen
Warmespeicherelement wärmeübertragend gekoppelt werden.
Alternativ kann die Erwärmung der Messzeile in
herkömmlicher Weise über Heizelemente direkt in der
Messseile durchgeführt werden.
Die Wärmekapazität des Wärmespeicherelements kann bevorzugt so gewählt werden;, dass die Temperierung der Messzelie in einem einsigen Schritt, d.h. im Gegensatz zur Ausbildung gemäß der WO 2012/017009 AI ohne Unterbrechung des
Temper ierungsvorganges , erzielt werden kann. Im
Anwendungsiaii der Kühlung der Messzelle ist es außerdem möglich, das System durch geeignete Wahl einer hohen
Wärmekapazität des Wärmespeicherele ents so auszulegen, dass die maximale Temperatur des Wärmespeichers nach
Beendigung des KühlVorganges, d.h. nach der
Wärmeübertragung von der Messzelle auf den Wärmespeicher, insbesondere bei Erreichen eines vollständigen
em eraturausgiei chs zwischen der Messzelie und dem
ärmespeichereiement , unter der kritischen Temperatur des Peltier-Eleraents liegt. Eine solche Auslegung gelingt insbesondere dann, wenn das Verhältnis der Wärmekapazität des Wärmespeichereiements zur Wärmekapazität der Messzelie mindestens 2:1, vorzugsweise mindestens 5:1 beträgt. Um ein Verkühlen bzw. Vorheizen des ^ärmespeicherele ents zu ermöglichen; ist eine bevorzugt vollständige Trennung der Messzelle von der das Te perierungselement und das Whirmespei obere1einent urrif ssenden Temperierungseinrichtung vorgesehen. Die wärmeübertragende Kopplung der Messzelle mit dem Wärmespeichere,! e ent und damit der eigentliche emperierungsvorgang der Messzeile erfolgt bevorzugt erst nach dem Vorkühlen bzw. Vorheizen, Das wahlweise
wäriiieübertragende Koppein und Entkoppeln der Messzeile und des Wärmespeicherelements erfolgt hierbei durch Änderung des «rmsieitwiderstandes zwischen der Messzelle und dem Wärmespeichere lernent .
Der Vorteil- der Auftrennung zwischen der Messzelle und der das Temperierungselement und das Wä mesp ieherelernent umfassenden Temperierungseinrichtung sovile der Vorteil der hohen Speicherkapazität des Wärraespeichereiements liegt: darin, dass die Geschwindigkeit des Kuhlvorganges nicht mehr von der- maximalen Leistung der Kühltechnologie abhängt (z.B. Pe.l ier-Eie ente ) . Die Geschwindigkeit bis cum
Ausgleich der Temperaturen der Messzelle und des
Wärmespeicherelements wird fast ausschließlich durch die maximale Wärmeübertragung zwischen der Messzelle und dem Wärme pe icherelement bestimmt .
Die Gleichgewichtstempera ur Td w zwischen der Messzeiie und dem Wärmespeichereleinent ergibt sich im Idealfall (keine Verluste und nicht linearen Effekte) durch; wobei Cm, C»g für die Wärmekapazitäten von Messzelle und Wärmespeicherelement und %%, W s für die Temperaturen der Hesszelie und des Wärraes eichereIements vor dem
Wärmetransport stehen,
Idealerweise liegt die Temperatur T s3 des
Wär iespeicherelements vor dem Start des Wärraetransportes so tief, dass die Gleichgewichtstemperatur It unterhalb jener Temperatur liegt, die für die nächsten Prosessschritte notwendig ist- Damit ist eine weitere Kühlung des gesamten Systems mittels des Temperierungselements ,, insbesondere des Pe11ier-EIements nicht mehr notwendig und der gesamte
Kühlvorgang kann in der kürzest möglichen Zeit
abgeschlossen werden.
Parallel zu den folgenden Prozessschritten inklusive der nächsten Messung kann das viärmespeicherele ent in von der Probe bzw. Hesszelie wärmeübertragend entkoppeltem Zustand durch das Temperierungselement, insbesondere Peltier- Element, auf die Ausgangstemperatur für den nächsten
Kühlvorgang gebracht werden. Da die Zeit zwischen den
Kühl orgängen in den Überwiegenden Fällen der Anwendungen bei Messungen deutlich länger ist als die Zeit für den Kühl organg selbst , ist die notwendige Kühlleistung
deutlich geringer« Das Verhältnis der kontinuierlichen Kühlleistung des Wärmespeichers P BS zur notwendigen
Kühlleistung während des KühlVorganges für die Messzelle P HS ergibt sich aus dem Verhältnis der erforderlichen Kühlzeit t K zur gesamten Zeit für einen Messzyklus t M .
E i; entspricht der übertragenen Wärmeenergie, Mit Hilfe der erfindiuTgsgemähen Vorrichtung kann ein
Verfahren durchgefüh t: werden, das Gegenstand eines zweiten
Aspekts der vorliegenden Erfindung ist. Das
erfindungsge ße Verfahren zum Messen von
Stoffeigenschaften einer Messpro.be und ansch1 ießendem
Abkühlen der Messprobe umfasst die Schritte:
a) Messen der Stoffeigenschaften der Messprobe bei einer Messtemperatur ,
b) vor und/oder während Schritt a): Abkühlen, ira
wärmeübertragend von der Messzelle entkoppelten
Zustand,, des Wärmespeicherelements mit H.i.ife des emperierungse1einents ,
c) nach Schritt a)und b) ; Reduzieren des
Wärmeleitwiderstandes zwischen dem Wärmespeichere lernent und. der Messzelle, um das Wärmespeichere lernent und die Messzelle miteinander wärnieüber tragend zu koppeln, d) ununterbrochene Wärmeübertragung von der Messzelle auf das Wärmespeicherelement , wobei die Messprobe von. der Messtemperatur auf ine für die Entnahme der Messprobe geeignete Temperatur gekühlt wird,
e) Entnahme der Messprobe,
Insbesondere wird das Verhältnis der Wärmekapazität des Wärmespeicherelements zur Wärmekapazität der Messzeile ggf. samt Messprobe dabei so gewählt, da ss die Temperatur des Wärmespeicherelements am Ende von Schritt d; 200 °C.
vorzugsweise 16G°C, besonders bevorzugt 120°C nicht
überschreitet .
Die WMrmeübertragung zwischen dem Wärmespeichereiement und der Messzelie kann grundsätzlich beliebig erfolgen, wie z.B. durch erzwungene bzw. natürliche Konvektion, Wärmestrahlung oder Wärmeieitung oder durch Kombina ionen davon, Die natürliche Konfektion kommt aufgrund der
vergleichsweise geringen Energieübe ragung in den meisten. Fällen jedoch nicht in Frage, Die Wärmeübertragung mittels Wärmestrahlung wird bsi hohen Temperaturen ;p- * T ) sehr effizient, für niedrigere Temperaturen,, wie z.B. der
Kühlvorgängen unter 100°C ist die Effizienz eher gering.
Bevorzugt erfolgt die Wärmeübertragung zwischen der
Messzelle und dem Wärmespei chereiemerrt über ein dazwischen angeordnetes WärmeÜbertragungse1einent , mit welchem der Wärmeleitwiderstand zwischen der Messzelle und dem
Wärmespeicherelement eingestellt bzw. geändert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfassen die Mittel zur Änderung des Wärmeleitwider s tand.es einen Antrieb zum.
Bewegen des Wärmespeicherelements, der Messzeiie und/oder eines zwischen diesen angeordneten
Wärmeübertragungselements zwischen einer ersten Position, rn der das Wärmespeicherelement und die Messzeiie in wärmeleitendem FCont&kt stehen, und einer zweiten Position, in der das Wärmespeicherelement und die Messzeile
voneinander wärmeleitend getrennt sind. Die
Wärmeübertragung erfolgt hierbei hauptsächlich durch
Wärmeleitung.
Gemäß einer alternativen Ausführung ist ein das
är espeicherelement und die Messzeiie miteinander
verbindender Fluid-, insbesondere E ' iüssigkeitskreislauf als Wärmeübertragungse.l.ernent vorgesehen, wobei die Mittel zur Änderung des Wärmeleitwiderstandes eine im Fluidkreis lauf a geordnete Pumpe umfassen. Der Wärmetransport mittels Flüssigkeit in einem Rohrsystem funktioniert hierbei ähnlich einer Heizungsanlage und urrifasst eine Kombination von erzwungener Konvention und Wärm reitu g ,
Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor. dass das eropex:i er ungselernent ein thermo-elektrisches Element, insbesondere ein Peltier-Eleraent urrifasst oder als solches ausgebildet ist,
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in einer Vorrichtung bzw. einem verfahren zur Messung des
Flammpunktes einer Messprobe. Die Ausbildung ist in. diesem Zusammenhang bevorzugt derart getroffen, dass die
Vorrichtung zur Messung des Flarß/npunktes einer flüssigen oder festen Messprobe, insbesondere eines Erdölprodukts, ausgebildet ist, wobei die Hesszeile eine Messkamruer zur Aufnahme der Messprobe umfasst, welche vorzugsweise- aus einer Messwanne sowie einem Deckel gebildet ist und welche mit einer eine Eunkenstreoke aufweisenden elektrischen Zündung, wenigstens einem Temperaturfühler und einer
Drucknesseinrichtung versehen ist, wobei weiters erne
Steuervorrichtung zum Steuern der Temperierungsernrichtung, der Zündung und der Anpressvorrichtung ' und zum Erfassen der Messwerte der Temperaturfühler und der Druckmesseinrichtung vorgesehen ist.
Der Flammpunkt einer Substanz wird bei Transport- und
Sicherheitsvorschriften verwendet, um entflammbare und explosive Materialien zu definieren und gibt über das
Vorhandensein von leichtflüchtigen und ent flaironbaren
Komponenten in einer schwer flüchtigen und nichtbrennbaren Substanz Auskunft, Nach ÄSTM ist der Flammpunkt als die niedrigste Temperatur, korrigiert auf barometri sehen Luftdruck von. 101,3 kPa definiert, bei welcher sich durch das Anlegen einer
Testfi amme der Dampf der Probe entflammt, wobei eine Fla me entsteht, welche selbst über die Oberfläche der Probe wandert und mindestens wei Drittel, der Oberfläche bedeckt .
Zur Messung des Flammpunkts wird eine Messprobe in die Messzelle gegeben und die Messzelle samt Messprobe auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, weiche mit Sicherheit unter der erwarteten Flamrapunkttemperatur liegt. Danach wird die Temperatur der Messzelle samt Messprobe langsam weiter erhöht und in konstanten T mperaturabs tänden eine Zündung vorgenommen. Unmittelbar nach der Zündung wird der Druckanstieg über eine Druckmesseinrichtung, weiche
vorzugsweise als piezoresistirer Druckgeber ausgebildet ist, in der Messzeiie gemessen. Die Flammpunkttemperatur gibt ein weiterer Temperaturfühler an.
Im Rahmen der Erfindung wird unter der ärmekapazität eines Körpers das Verhältnis der ihm zugeführten Wärme zu der damit bewirkten Temperaturerhöhung verstanden: C == : dQ/dl. Die Einheit der Wärmekapazität ist ,J/K. Das
Vlärmes ichere1ement gemäß der Erfindung i.st somit
jeglicher Körper, der in der Lage ist, seine Temperatur unter Wärmezufuhr zu erhöhen bzw. seine Temperatur unter Wärmeabfuhr zu verringern. Für homogene Körper kann man die Wärmekapa ität berechnen als das Produkt der Masse und der auf die Masse gezogenen spezifischen, materialabhängigen Wärmekapazität c des betreffenden Stoffs, Besonders
geeignet im Rahmen der Erfindung sind ärmespsichereiemente mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität von bevorzugt > 0, 25, besonders bevorzugt > 0,45 kJ ' - kg "1 ·Κ~ Α . Das Wärmespeichereiemerit besteht hierbei vorzugsweise aus einem Metall, wie z.B. Kupfer Messing, Stahl, Aluiinium ,
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der
Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei spieis näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine allgemeine Darstellung der Erfindung, Fig. 2 eine erste
Ausf ührungsform der Erfindung und Fig. 3 eine zweite
AusführungsforiTi der Erfindung,
In Fig. 1 ist eine Messzelle mit I bezeichnet, welche im Aurwendungsfall eine Messprobe z.B. einer Flüssigkeit enthält, deren Stoffeigenschaft , z.B. Flammpunkt, bestimmt werden soll. Zur Bestimmung des Flammpunkts wird die
Messprobe auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und danach die erforderlichen Messungen vorgenommen . Danach soll die Messprobe soweit abgekühlt werden, dass die Messprobe ans der Messvorrichtung entnommen werden kann. Zur Abkühlung der Messzell.e bzw. Messprobe umfasse die Vorrichtung ein emperierungse1eraent 2, weiches im vorliegenden
Ausführungsbeispiel als Pe1 ier-Sieraent ausgebildet ist. im Betrieb entzieht das Peltier-Element 2 dem
ärmespeicherelement 3 Wärme und führt diese über den
Kühlkörper 4 ab. Das Wärmespeichereleiaent 3 steht dabei in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Peltier- Element 2. Um. den Kühlvorgang zur Kühlung der Messprobe zu beschleunigen, wird das Wärmespeicherelement 3 bereits während des oben beschriebenen Messverfahrens oder davor vorgekühlt . Während der Vorkühlung sind die Messzeile 1 und das Wärmespeichereiemerit 3 voneinander entkoppelt, sodass im Wesentlichen keine Wärraeübe tragung zwischen diesen erfolgt. Sobald die erforderliehen Messungen abgesch lossen sind, werden die Messzeile 1 und das WärmespeicherClement 3 so ml t " .ei.aander gekoppelt ; dass eine Wärmeübertragung stattfindet und die Messzelle 1 abgekühlt wird. Zu diesem Zweck sind Mittel zur Änderung des Wärme1eitwiders tandes zwischen dem Wärmespeicherelement 3 und der Messzelle 1 vorgesehen, um das Wärmespeichereiement 3 und die Messzelle 1 wahlweise voneinander wärmeübertragend zu entkoppeln oder miteinander wärmeübertragend zu koppeln. Die Mittel zur Änderung des Wärmelei.[-.Widerstandes sind im vorl.legenden Änsf ührungsbeispiel als Wärmeübertragungselement 5 mit verstellbaren Vfärmeöbertragungseigenschaften ausgebildet.
Der Wärmetranspcrt zwischen der Messzelie 1 und dem
Wärmespeichereiement 3 kann mittels Wärmeieitung über
Festkörper bewerkstelligt, werden- In diesem Fall muss ein mechanischer Kontakt zwischen der Messzelie 1 und dem.
Wärmespeichereiement 3 hergestellt werden. Dies kann entweder durch die Bewegung einer Platte, von Keilen oder durch die Rotation einer Ellipse erfolgen. In allen Fällen muss ein mechanischer Teil mit guter Wärmeleitfähigkeit (z.B.: Metall; bewegt werden und mit beiden Elementen in Kontakt gebracht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Messzeile I oder das Wärmespeichereiement 3 durch eine entsprechende Bewegung einer oder beider
Komponenten direkt miteinander in Kontakt zu bringen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das
Wär eübertragunqselement 5 von einem ellipsenförmigen Stab ■ gebildet . Durch eine einfache Drehung des Stabes mit
ellipsenförmigen Querschnitt kann der Wärmefransport
zwischen dem Wärmespeichereiement 3 und der Messzeile 1 ein- und ausgeschalten werden. Die transpo tierte Energie hängt im Wesentlichen von der mittleren Länge, dem
mittleren Querschnitt des Transportkanals {Stab) und der Temperaturdiffβrenz zwischen der Messseile 1 und dem
Wärmespei chereleraent 3 ab.
Bei der alternativen Ausführungsfona gemäß Fig. 3 erfolgt der Wärmetransport über eine Flüssigkeit. In diesem Fall wird eine Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohrsystem 6 mittels einer Pampe 7 vom Wärmespeichereleraent 3 zur
Messzelle 1 and zurück transportiert { erzwungene
onvektion; . Die von der Flüssigkeit an der Messzelle 1 aufgenommene Wä meenergie wird am Wärraespeichereleraent 3 wieder abgegeben, solange dessen Temperatur geringer ist als die der Flüssigkeit. Die übertragbare Wärraeenergie hängt bei gegebenen Mate iaiparametern im Wesentlichen vom Volumens trom der Flüssigkeit ab.
Ähnlich wie Flüssigkeiten können auch Gase (Luft; für den Transport herangesogen werden. Allerdings ist aufgrund der geringen Wärmekapazität von Gasen ein deutlich höherer Volamenfiuss notwendig, was zu großen Kühlkörpern an den einzelnen Komponenten führt.
Gemeinsam ist allen beschriebenen Ausführungsforirten, dass das Wärmespeichere1eraent 3 eine hohe Wärmekapazität
aufweist, sodass das Verhältnis der Wärmekapazität des Wärmespeicherelements 3 zur Wärmekapazität der Messzelle 1 greller als 1:1, vorzugsweise mindestens 2:1, vorzugsweise mindestens 5:1 ist. Dadurch wird erreicht, dass die
Messzelle 1 bei entsprechend vorgekühitem
Wärmespeicherelement 3 rasch abgekühlt wird und des
Wärmespeichere1emsrit 3 dabei nicht eine Temperatur
erreicht, die über der Grenztemperatur des Feit ier-Elements 2 liegt.
Next Patent: FULL-LENGTH MIRROR