[发明专利]用于气态介质或液态介质的调温单元

说明书

本发明涉及借助一些热电模块对气态或液态介质调温的调温单元，热电模块布置在基体与冷却体之间，并且介质管路布置在该基体中，气态或液态介质流经该介质管路，其中，该介质管路在基体中以单头螺旋线的形式从外向内引导地布置。

为了精确测量在试验台上的内燃机的燃料消耗量，对馈送到内燃机的燃料的温度和压力的精确调节是必需的。在此，燃料消耗量的测量常常借助已知的科氏(Coriolis)流量传感器进行。在US 2014/0123742 A1中可找到这种燃料消耗量测量的一个例子，该测量基于液态燃料的调节。在此，燃料的温度经由换热器借助冷却液体调节。强烈的负荷变化引起在燃料消耗方面和在回程的介质温度(输入温度)方面的强烈波动。但是，这种换热器是迟钝的并且仅允许慢的温度变化。由此，所述借助换热器的调节对于强烈的负荷变化(输入温度变化)是不合适的。这对于目前的现有技术导致了在这种负荷变化之后，必须保持稳定时间。在这段时间中，温度是不稳定的并且对于流量传感器高精度测量是不可能的。对于更独立于输入温度变化的操作，换热器的功率密度必须提升。但是，这在技术上是不能实现的，并且如果完全可能，则要求重新设计换热器。对于不变的功率密度，则产生了大得多的空间需求。另一种可能性可能在于换热器更激进的调节动作。然而这又意味着过冲和下冲(Unterschwingen)和与此伴随的在可能的设定温度变化方面较差的动态性。然而，扩大换热器仅对液体的情况有帮助。在气态介质的情况下，流量变化直接导致压力变化和设定温度变化。因此，换热器必须使得格外快的设定温度变化是可能的，然而这对于借助冷却液体运行的换热器实际上并不能实现。为此，对于不变的质量可用的功率必须再提高，在这种情形中仅提高功率没有用。替代的方案还剩下更激进地调节换热器的调节器，但这又会引起更大的过冲和下冲。由此，精确且快速的温度调节是不可能的。

在不要设定恒定的温度时，借助换热器的动态温度调节也是相对不精确的。除此以外，这种换热器需要用于换热器运行的控制器和附加的构件，这也使得设备更昂贵。

在DE 10 2010 046 946 A1中提出，借助热电模块(所谓的珀尔帖元件)对在调节设备中的燃料的温度进行调温。由此，由于所实现的较低的储存质量，高度动态的温度调节是可能的，借助这种温度调节，燃料既可加热又可冷却。该设备也特别针对液态燃料的调节。

对于像天然气或氢气的气态燃料，出现附加的问题，即气态燃料通常在高压下存在或被供应，并且因此为了在内燃机中作为燃料使用必须首先降低压力到需要的、较低的压力。然而，在诸如例如天然气的气态燃料降低压力时，燃料强烈地冷却，这对于调节设备的后续的部件是有问题的，例如由于冷凝物形成和气体管路或气体管路中的其它部件结冰。因此，通常在降低压力之前加热气态燃料，从而通过降低压力产生期望的燃料温度。由于在馈送的气态燃料压力方面的波动和由于在降低压力后温度与同样可变化的气态燃料的成分的相关性，在降低压力之前对气态燃料的温度调节必须是高度动态的，从而能维持在降低压力之后和流量测量之前的温度恒定。此外，所需要的用于燃料调温的发热功率也强烈取决于当前的流量，这同样在流量快速改变的情况下使高度动态的温度调节是必须的。

这种高度动态的温度调节一方面决定了调节方法并且另一方面决定了调温单元，所述调节方法能够实施高度动态的(在快速温度变化的含义下)调节干涉，所述调温单元能够也实现高度动态的调节干预。这种调温单元因此必须能够在非常短的时间中对流过的燃料施加所需的温度变化。此外，也期望高的温度稳定性，即便是在未对温度调节的动态提出高要求的情形下，因为在某些应用情形中需要高度精确并且高度恒定的温度调节。这些要求决定了具有高加热功率和冷却功率的调温单元，在此，在有些情况下也必须快速地在加热和冷却之间转换。除此以外，精确的温度调节由此也必须是可能的，从而避免过于强烈的过度调温(或过度加热或过度冷却)。

DE 10 2010 046 946 A1给出提示，对于高度动态的温度调节，调温单元的较小的热储存质量是有利的。