QUANTIZED (DIGITAL) HEATING PLATE

Abstract: 1. In a subdivided, quantized (digital) heating plate formed by multiple segments (S1 through Sn ), temperature regulated, separated by temperature sensors (W) in order to realize any desired temperature function in relation to time and space [delta(l, t)], its resolution being directly proportional to the number of said segments (S1 through Sn ), characterized by the fact that within a thermically insulating material (I) placed between said segments (S1 through Sn ) which impedes the heat flow between the segments, a thermoconductive material (L) is placed in order to dissipate the inevitably penetrated heat into the environnement.

Description: PATENTANMELDUNG: Digitale Heizplatte 1) Einleitung Man braucht Geräte zur wärmetechnischen Untersuchung bei chemothermischen Reaktionen. Ziel ist es, auf einer beliebigen Fläche, eine beliebige Temperaturverteilung möglichst präzise zu erstellen. 2) Stand der Technik Dem Stand der Technik entsprechend gibt es Geräte mit Heizblöcken, die folgenden prinzipiellen Aufbau besitzen (Skizze 1): Der rechteckige Heizblock (A) besitzt zwei Heizquellen (B1, B2) und zwei Wärmefühler (C1, C2) als Sensoren an den beiden äusseren Blockenden. Die Heizquellen erzeugen zwei unterschiedliche Temperaturen, um den über die Blocklänge angestrebten Temperaturverlauf zu erzielen. Angestrebt ist bisher ein linearer Temperaturverlauf nach der Be- y ziehung ?!= al + b. Hierbei gilt: a = Änderungskonstante 1 = Längsausdehnung des Heizblockes b = niedrigster Wert des Temperaturverlaufes, der min destens etwas oberhalb der Umgebungstemperatur liegen muss, Die Temperaturverteilung zwischen den beiden Heizquellen B1 und B2 beruht beim Blockprinzip allein auf der Wärmeleiteigenschaft des gewählten Materials. Sie verhindert die angestrebte Temperaturverteilung auch dann, wenn Kontrollstellen zusätzlich (C3, C4) in den Blockbereich zwischen den Heizquellen (B1, B2) verlegt werden. Selbst wenn zusätzliche Heizquellen (B3, B4) in den Blockbereich eingebaut werden, ist das Ergebnis unbefriedigend. Die block- und materialbedingte Wärmeverteilung erfordert auch erheblichen Zeitbedarf, durchschnittlich 2 Stunden für z. B. d = 1500 C. Prinzipbedingt ergeben sich zusätzliche Nachteile: - Die Abweichung vom Sollwert ist erheblich und für viele An wendungen unzureichend, ,.B. 30 %. - Die Reproduzierbarkeit'(l, t) ist für die meisten Anwendungen ebenfalls unzureichend. - Der bisher geschilderte Aufbau verhindert nicht, dass ungewollt Wärme (dem physikalischen Gesetz folgend) von heisseren zu kälteren Stellen abfliesst, mit der Folge,dass die Verteilung noch mehr abweicht. - Der Zeitbedarf zum Erreichen einer Sollverteilung ist,durch diesen Aufbau bedingt, überhaupt nicht beeinflussbar und variiert mit den Umgebungsbedingungen; jede wissenschaftliche Untersuchung bei chemo-thermischen Reaktionen hat somit, empirisch bedingt, einen hohen Unsicherheitsfaktor und Zeitbedarf. - Die in Querrichtung benötigte Temperaturkonstanz ist beim Block prinzip unzureichend; man hat versucht, mit Wasserkühlung das Längsverhalten gegen Schwankungen zu verbessern; dabei ist jedoch das Querverhalten des Temperaturverlaufs weiter verschlechtert worden. 3) DiqitaleHeiglae Den Forderungen besser Rechnung tragend wird erfindungsgemäss hier eine digitale Heizplatte vorgeschlagen (Skizze 2). Statt eines Blocks wird die Heizfläche in möglichst kleine Segmente (S1, S2 .... Sn) unterteilt. Jedes einzelne Segment (Skizze 3) besitzt eine Heizquelle (H) und einen Wärmefühler (W) als Sensor, die in einer Masse (M) angeordnet sind. Die Form eines Segments kann so gewählt werden, dass sie den geometrischen Anforderungen an beliebige Heizflächen gerecht wird. Skizze 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung dieser Segmente zu einer beispielsweise rechteckigen Heizfläche. Jedes Segment kann aufgrund seines Aufbaus eine definierte - von anderen Segmenten unabhängige - Solltemperatur annehmen. Da der Wärmefluss von einem wärmeren zu einem kälteren Segment unterbunden werden muss, befindet sich zwischen den Segmenten (Skizze 3a) ein thermisches Isoliermaterial (I). In dieses Isoliermaterial (I) ist ein thermisch leitendes Material (L) eingebaut, derart dass die unvermeidbar durchgedrungene Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Die digitale Heizplatte besteht aus einer genügend grossen Anzahl von Segmenten der beschriebenen Art. Auf dieser digitalen Heizplatte können Temperaturverläufe beliebigen Kurvenformen folgend realisiert werden. Ein spezielles Material (G) auf der Heizfläche erfüllt zwei Zwecke: 1. zeitliche Schwankungen der Isttemperatur jedes einzelnen Segmen tes werden stark reduziert (Skizze 4) 2. über mehrere Segmente hinweg übt es eine integrierende Wirkung aus (Skizze 5). Alle Segmente könne zentral gesteuert werden. Dieses ist möglich, weil jedes Segment eine vollkommen in sich abgeschlossene Einheit bildet. Eine Temperaturstörung kann sofort ausgeregelt werden, weil die Heizleistung jedes Segmentes ein Vielfaches der Nennleistung darstellt. Die Verbindung zwischen Heizelement und Segment, bzw. Masse (M), ist so verlustfrei wie möglich ausgelegt. Das Gleiche gilt für die Verbindung zum Sensor. Die Soll-Ist-Abweichung eines jeden Segmentes ( + 00 C) gilt bei der digitalen Heizplatte für die gesamte Fläche; demgemäss hoch ist die Reproduzierbarkeit der Temperatur. Die Segmentbildung bei der digitalen Heizplatte hat einen weiteren Vorteil zur Folge: der Zeitbedarf zum Erreichen deq Sollwertes jeden Segmentes lässt sich z. B. auf drei Minuten beid2, mS= 150 C herab- setzen - auch hier ist dieser Wert für die gesamte Heizfläche gültig. Ein weiterer Vorteil der Segmentbildung bei der digitalen Heizplatte ist, dass jedes einzelne Segment sich sehr schnell regeln lässt bedingt durch seine dementsprechend viel geringere Wärmekapazität. Hiervon abgeleitet entfällt eine Wasserkühlung vollständig.

Claims: 4) Patentansprüche 1. Digitale Heizplatte dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Segmenten (S1 bis Sn) diese Heizplatte bilden ed beliebig vor gebbare Temperaturverläufe von Ort und Zeit g (l,t) mit einer Auflösung proportional zur Anzahl der Segmente (S1 bis Sn) rea lisiert werden können, wobei + auch unter der Umgebungstempe, ratur liegen kann. 2. Digitale Heizplatte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente S1 bis Sn eine ebene Fläche bilden. 3. Digitale Heizplatte nach Ansprüchen 1 ud 2 dadurch gekennzei chnet, dass eine Wärmeisolation (I) laut Skizze 3a sich zwischen den Segmenten S1 bis Sn befindet, um den Wärmefluss von einem Segment zum anderen zu behindern. 4 Digitale Heizplatte nach Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekenn zeichnet, dass sich innerhalb der Wärmeisolation (I), u. U, auch allein oder mit Spaltbildung ein wärmeleitendes Material (L) bei findet, um die unvermeidbar durchgedrungene Wärme an die Umge bung abzuführen. 5. Digitale Heizplatte nach Ansprüchen 1 bis 4 durch gekennzei chnet, dass sich ein Material (G) über der durch die Segmente S1 bis Sn gebildeten Fläche befindet um: a) zeitliche Schwankungen der Isttemperatur jedes einzelnen Segmentes stark zu reduzieren Skizze 4) und b) über mehrere Segmente hinweg eine integirierende Wirkung auszuüben (Skizze 5). 6. Digitale Heizplatte nach Ansprüchen 1 bis 5, jedoch abweichend von Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich aus den einzel nene Segmenten S1 bis Sn beliebig gekrümmte Flächen, z. B. Schalen, ebenso wie geschlossene Flächen, z. B. Zylinder, bil den lassen.

Inventors: KORUK, TURGUT
Applicants: KORUK, TURGUT
Application year: 1982
Main classification: H05B3
IPC codes: B01L7, H05B3