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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung,
mit der ein stabiler Betrieb einer externen Vorrichtung erreicht
werden kann, indem die Variationsbreite der Temperatur einer zirkulierenden
Flüssigkeit im
Zusammenhang mit Schwankungen der Wärmelast der externen Vorrichtung,
deren Temperatur gesteuert werden soll, reduziert werden kann, und
auf ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur in dieser Vorrichtung.
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Bspw.
aus der JP 9-325 821 A ist eine Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
bekannt, die eine Leitung für
die Zufuhr einer zirkulierenden Flüssigkeit, die auf eine konstante
Temperatur gesteuert ist, mit Hilfe einer Pumpe aufweist, wobei
die Enden einer Rohrleitung, die einen Strömungskanal für die zirkulierende
Flüssigkeit
in einer externen Vorrichtung, deren Temperatur gesteuert werden
soll, bildet, mit einem Auslassanschluss bzw. einem Rückführanschluss
der Leitung verbunden sind.
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6 zeigt schematisch den
Aufbau eines solchen Beispiels. Eine Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 40 gemäß 6 umfasst einen Tank 41 zur
Speicherung der Temperatursteuerflüssigkeit, eine Leitung 42 mit
einem Auslassanschluss 42a und einem Rückführanschluss 42b, um die
Temperatursteuerflüssigkeit
in dem Tank 41 und Zirkulierflüssigkeit mit einer konstanten
Temperatur, die über
einen Wärmetauscher 43 Wärme tauscht, durch
eine Rohrleitung 41 einer externen Vorrichtung 50 zuzuführen, und
eine Pumpe 44, die in der Leitung 42 vorgesehen
ist, um die Zirkulationsflüssigkeit
mit konstan ter Temperatur der Leitung 51 der externen Vorrichtung 50 zuzuführen, wobei
Temperatursensoren 46, 47 zur Erfassung der Temperaturen
(T1, T2) der zirkulierenden
Flüssigkeit
an dem Auslassanschluss 42a und dem Rückführanschluss 42b der Leitung 42 vorgesehen
sind, so dass eine Steuerung 48 zur Überwachung der Temperatur die
Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit
steuern kann.
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Bei
einer solchen Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 40 wird
im Stand der Technik als Temperatursteuerverfahren zur Steuerung
der Auslasstemperatur T1 der zirkulierenden Flüssigkeit
an dem Auslassanschluss 42a der Leitung 42 auf
eine voreingestellte Temperatur ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem die Durchflussmenge der zirkulierenden Flüssigkeit konstant gehalten
wird, bei dem die zirkulierende Flüssigkeit in dem Wärmetauscher 42 in
dem Tank 41 um eine Wärmemenge entsprechend
der Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit, die durch Schwankungen
der Wärmelast
der externen Vorrichtung 50 angehoben bzw. abgesenkt wurde,
gekühlt/erwärmt wird,
so dass die Auslasstemperatur T1 auf den
voreingestellten Temperaturwert gesteuert wird.
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In
diesem Fall wird angestrebt, dass die Temperaturschwankung zwischen
dem Ausgang und dem Eingang der zirkulierenden Flüssigkeit
in die Rohrleitung 51 (ΔT)
verringert wird, um die Temperatur der externen Vorrichtung selbst
zu stabilisieren. Da die Strömungsmenge
aber konstant ist, variiert die Rückführtemperatur T2 signifikant
entsprechend der Wärmelast,
wie es in 7 gezeigt
ist, so dass auch die Temperaturänderung
zwischen dem Ausgang und Eingang (ΔT) entsprechend der Schwankung
der Wärmelast
signifikant variiert. Dementsprechend variiert auch die Temperatur
der externen Vorrichtung selbst signifikant.
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Andererseits
wird bei der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 40 angestrebt, Schwankungen
der Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit zu verringern und
die Temperatur in dem Tank 41 zu stabilisieren, so dass
die Auslasstemperatur T1 stabilisiert wird.
Tatsächlich
wird aber die Rückführtemperatur
T2, wie oben beschrieben wurde, durch die
Wärmelast
signifikant geändert, so
dass die Schwankung der Auslasstemperatur T1 wie
in 7 gezeigt, erhöht wird.
Somit dauert es eine Zeit bis die Temperatur stabilisiert ist.
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Bei
der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 40 gemäß 6 wird das Verfahren zur
Steuerung der Temperatur gemäß dem Stand
der Technik, bei dem die Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit in dem Rückführanschluss 42b der
Leitung 42 auf die voreingestellte Temperatur gesteuert
wird, angestrebt, die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
konstant zu halten und die zirkulierende Flüssigkeit in dem Wärmetauscher 43 um
einen Wert zu kühlen/zu
heizen, der der Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit entspricht, welche
durch die Schwankungen der Wärmelast
der externen Vorrichtung 50 angehoben/gesenkt wurde, so
dass die Rückführtemperatur
T2 auf die voreingestellte Temperatur gesteuert
wird.
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In
diesem Fall wird bei der externen Vorrichtung 50 angestrebt,
die Temperaturschwankung zwischen dem Ausgang und dem Eingang der
zirkulierenden Flüssigkeit
(ΔT) wie
oben beschrieben zu reduzieren und die Temperatur der externen Vorrichtung
selbst zu stabilisieren. Da aber die Strömungsmenge konstant ist, wird
die Rückführtemperatur
T2 entsprechend der Wärmelast signifikant geändert. Um
die Rückführtemperatur
T2 konstant zu halten, muss dann die Breite
der Absenkung/Steigerung der Auslasstemperatur T1 erhöht werden.
Dementsprechend wird die Schwankung der Temperatur zwischen dem
Ausgang und dem Eingang (ΔT)
wie in 8 gezeigt erhöht.
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Andererseits
wird bei der Konstanttemperatur-Zirkuliervorrichtung 40 angestrebt,
die Breite der Absenkung/Steigerung der Auslasstemperatur T1 zu minimieren, um die Steuerung der Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit zu minimieren. Da
die Schwankung der Rückführtemperatur
T2 bei einer Änderung der Last aber, wie
oben beschrieben wurde, erhöht
wird (vgl. 8), muss
die Breite der Absenkung/Steigerung der Auslasstemperatur T1 erhöht
werden, um die Rückführtemperatur
T2 konstant zu halten. Außerdem dauert
es lange, um die Rückführtemperatur
T2 zu stabilisieren.
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Da
die gesamte Zirkuliervorrichtung in dem Tank 41 in einem
großen
Temperaturbereich erwärmt/abgekühlt werden
muss, ist sehr viel Energie notwendig.
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Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konstanttemperaturflüssigkeits-Zirkuliervorrichtung
vorzuschlagen, bei der die Strömungsmenge der
zirkulierenden Flüssigkeit
sowie deren Temperatur entsprechend der Wärmelast einer externen Vorrichtung
variiert wird, wobei die Schwankungsbreite der Temperatur der zirkulierenden
Flüssigkeit
durch Variation der Wärmelast
minimiert wird, und wobei die Eigenschaft der externen Vorrichtung
stabilisiert wird. Außerdem
soll ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur in dieser Vorrichtung
vorgeschlagen werden.
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Zudem
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in der Konstanttemperatur-Zirkuliervorrichtung
zur Verbesserung der Reaktion auf Schwankungen der Temperatur der
zirkulierenden Flüssigkeit
die Temperaturstabilität
zu verbessern.
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Schließlich ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konstanttemperatur-Zirkuliervorrichtung
vorzuschlagen, bei der die Schwankung des Kühlens und Heizens der die Temperatur
steuernden Flüssigkeit
und der zirkulierenden Flüssigkeit
in der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung verringert
wird, um Energie zu sparen.
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Zur
Lösung
der oben beschriebenen Aufgaben ist gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
vorgesehen, die eine Leitung zur Förderung temperaturgesteuerter
zirkulierender Flüssigkeit
bei einer konstanten Temperatur und einen Zirkulationsströmungskanal
aufweist, welcher beide Enden einer Rohrleitung verbindet, die einen
Strömungskanal
für die
zirkulierende Flüssigkeit
in der externen Vorrichtung bildet, deren Temperatur durch die zirkulierende Flüssigkeit
gesteuert wird, wobei die zirkulierende Flüssigkeit einem Auslassanschluss
und einem Rückführanschluss
der Leitung zugeführt
wird und in dieser zirkulieren kann, wobei die Vorrichtung folgende
Elemente aufweist: einen Strömungsmengensensor,
der in der Leitung vorgesehen ist, und Temperatursensoren zur Erfassung
einer Auslasstemperatur T1 der zirkulierenden
Flüssigkeit
und einer Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit, die zu der Leitung
zurückgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zur Steuerung der Strömungsmenge
und der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit entsprechend einer
Wärmelast der
externen Vorrichtung, die auf der Basis der Ausgaben der Sensoren
erhalten wird, eine Funktion zur Steuerung der Temperatur der zirkulierenden
Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast
aufweist, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Auslasstemperatur
und der Rückführtemperatur
kleiner ist als ein voreingestellter Wert, und zum Erhöhen der
Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit zu dem Wärmelastbereich
der Rohrleitung der externen Vorrichtung entsprechend der Wärmelast,
wenn die Temperaturdifferenz den voreingestellten Wert überschreitet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung führt
die Steuerung die Steuerung so durch, dass die Wärmelast der externen Vorrichtung
ausgehend von der Temperaturdifferenz zwischen der Auslass- und
der Rückführtemperatur
T1, T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit,
die von den Temperatursensoren erfasst werden, und der Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
die von dem Durchflussratensensor erfasst wird, berechnet wird,
wobei, wenn die Wärmelast
größer ist
als ein bestimmter voreingestellter Wert, die Strömungsmenge
oder der Druck der zirkulierenden Flüssigkeit zu dem Wärmelastbereich
in der Rohrleitung der externen Vorrichtung entsprechend der Druckdifferenz
oder der Wärmelast
erhöht wird.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Funktion zur Steuerung der zirkulierenden Flüssigkeit,
die dem Zirkulationsströmungskanal
durch Steuerung der Drehzahl der Pumpe über einen Inverter zugeführt wird,
als eine Steuerfunktion der Steuerung zur Steuerung der Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit vorgesehen.
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Es
ist auch möglich,
einen Bypassströmungskanal
zur Verbindung des Auslassanschlusses und des Rückführanschlusses der Leitung und ein
elektrisches Ventil in dem Bypassströmungskanal vorzusehen, um die
Strömungsmenge
der darin fließenden
Flüssigkeit
einzustellen, wodurch die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
die in dem Wärmelastbereich
der externen Vorrichtung strömt,
zu steuern, so dass eine Funktion zur Steuerung der Strömungsmenge
der in dem Bypassströmungskanal
fließenden
Flüssigkeit
durch Steuerung des elektrischen Ventils an der Steuerung als eine Funktion
zur Steuerung der Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit vorgesehen werden
kann. In diesem Fall kann das elektrische Ventil ein elektrisches
Dreiwegeventil sein, das an einem Abzweigpunkt zwischen einer Rohrleitung, die
sich von dem Wärmelastbereich
der externen Vorrichtung erstreckt, und dem Bypassströmungskanal
an einem Auslassanschluss einer Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung vorgesehen
ist.
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Außerdem ist
vorzugsweise ein elektrisches Proportionalventil an dem Auslassanschluss
der Leitung in der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
vorgesehen, um die Strömungsmenge der
zirkulierenden Flüssigkeit,
die hierdurch in die Rohrleitung der externen Vorrichtung fließt, zu steuern,
so dass eine Funktion zur Steuerung der in der Rohrleitung der externen
Vorrichtung fließenden Flüssigkeit
durch Steuerung des elektrischen Proportionalventils an der Steuerung
als eine Funktion zur Steuerung der Strömungsmenge oder des Druckes der
zirkulierenden Flüssigkeit
vorgesehen sein kann.
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Ein
Verfahren zur Steuerung der Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Lösung
der oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik ist ein
Temperatursteuerungsverfahren in einer Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
mit einer Leitung zur Förderung
von temperaturgesteuerter zirkulierender Flüssigkeit bei einer konstanten
Temperatur und einem Zirkulationsströmungskanal, der so geformt
ist, dass er beide Enden einer Rohrleitung verbindet, die einen
Strömungskanal
der zirkulierenden Vorrichtung in der externen Vorrichtung bildet,
deren Temperatur durch die zirkulierende Flüssigkeit gesteuert wird, wobei
die zirkulierende Flüssigkeit
einem Auslassanschluss und einem Rückführanschluss der Leitung zugeführt wird, so
dass die zirkulierende Flüssigkeit
darin zirkulieren kann und wobei die Vorrichtung folgende Elemente aufweist:
einen Strömungsmengensensor,
der in der Leitung vorgesehen ist, und Temperatursensoren zur Erfassung
einer Auslasstemperatur T1 der zirkulierenden
Flüssigkeit,
die aus der Leitung kommt, und einer Rückführtemperatur T2 der
zirkulierenden Flüssigkeit,
die zu der Leitung zurückgeführt wird,
wobei das Verfahren umfasst: Berechnen einer Wärmelast der externen Vorrichtung
aus der Temperaturdifferenz zwischen der Auslasstemperatur T1 und der Rückführtemperatur T2 der
zirkulierenden Flüssigkeit,
die durch die beiden Temperatur sensoren erfasst werden, und der
Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
die durch den Strömungsmengensensor
erfasst wird, Steuern der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast,
wenn die Wärmelast
kleiner ist als ein bestimmter voreingestellter Wert, und Erhöhen oder
Reduzieren der Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit zu dem Wärmelastbereich der
Rohrleitung der externen Vorrichtung entsprechend der Wärmelast
zusätzlich
zu der Temperatursteuerung der zirkulierenden Flüssigkeit, wenn die Wärmelast
größer ist
als der bestimmte voreingestellte Wert.
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Bei
dem Verfahren zur Steuerung der Temperatur kann die Steuerung der
Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit
durch die Steuerung dadurch erfolgen, dass die Auslasstemperatur
T1 der zirkulierenden Flüssigkeit auf eine voreingestellte
Temperatur gesteuert wird, oder dass die Rückführtemperatur T2 der
zirkulierenden Flüssigkeit
auf die voreingestellte Temperatur gesteuert wird.
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Bei
dem Verfahren zur Steuerung der Temperatur durch die Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung,
das wie oben beschrieben gestaltet ist, sind außerdem folgende Schritte vorgesehen:
Durchführen
einer zusammengesetzten Steuerung, bei der eine Funktion zur Variation
der Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
die in der externen Vorrichtung fließt, entsprechend der Wärmelast
dem Stand der Technik hinzugefügt
wird, wobei die Wärmelast
der externen Vorrichtung nur mit der Temperatur der zirkulierenden
Flüssigkeit
gesteuert wird, und insbesondere Erfassen der Auslasstemperatur
T1 und der Rückführtemperatur T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit
durch die Temperatursensoren, die in der Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
vorgesehen sind, Berechnen einer Wärmelast der externen Vorrichtung
aus der Temperaturdifferenz zwischen der Auslasstemperatur T1 und der Rückführtemperatur T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit,
die durch die beiden Temperatursensoren erfasst werden, und der
Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit, die
durch den Strömungsmengensensor
erfasst wird, Steuern der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast,
wenn die Wärmelast
kleiner ist als ein bestimmter voreingestellter Wert, und Erhöhen oder
Verringern der Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit zu dem Wärmelastbereich
der externen Vorrichtung entsprechend der Wärmelast zusätzlich zu der Temperatursteuerung
der zirkulierenden Flüssigkeit,
wenn die Wärmelast
größer ist
als der bestimmte voreingestellte Wert. Dadurch kann die Schwankung
der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit auf ein geringes Niveau
reduziert werden und die Schwankung der Temperatur der externen
Vorrichtung selbst kann gleichzeitig reduziert und stabilisiert
werden.
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Da
bei der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
und dem Verfahren zur Steuerung der Temperatur derselben nicht nur
die Temperatur sondern auch die Strömungsmenge der zirkulierenden
Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast
der externen Vorrichtung variiert wird, kann die Breite der Temperaturschwankung
der zirkulierenden Flüssigkeit
durch die Variation der Wärmelast
verringert werden. Auch wird die Schwankung der Temperatur der externen
Vorrichtung selbst verringert, so dass deren Betriebsverhalten stabilisiert
wird. Die Reaktion auf Temperaturschwankungen der zirkulierenden
Flüssigkeit
wird verbessert und die Stabilität
der Temperatur kann verbessert werden.
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Da
die Menge der Änderung
beim Kühlen und
Heizen der Temperatur steuernden Flüssigkeit und der zirkulierenden
Flüssigkeit
oder dgl. in der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung reduziert
wird, wird eine Energieeinsparung erreicht.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform einer Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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2 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das eine Beziehung zwischen Schwankungen der Wärmelast
in einer externen Vorrichtung und Temperaturen T1,
T2 an Auslass- und Rückführanschlüssen einer Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
in einem Fall darstellt, in dem die Temperatur T1 von
dem Auslassanschluss der Leitung der Konstanttemperatur-Zirkulationsflüssigkeit bei
der ersten Ausführungsform
auf eine voreingestellte Temperatur gesteuert wird,
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3 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das die Beziehung zwischen den Schwankungen der Wärmelast
in der externen Vorrichtung und den Temperaturen T1,
T2 an den Auslass- und Rückführanschlüssen der Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
in einem Fall darstellt, in dem die Temperatur T2 an
dem Rückführanschluss der
Leitung der Konstanttemperatur-Zirkulationsflüssigkeit bei der gleichen Ausführungsform
auf die voreingestellte Temperatur gesteuert ist,
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4 ist
ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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6 ist
ein Blockdiagramm, das eine Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik darstellt,
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7 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das eine Beziehung zwischen Schwankungen der Wärmelast
in der externen Vorrichtung und Temperaturen T1,
T2 an den Auslass- und Rückführanschlüssen einer Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeits
in einem Fall darstellt, in dem die Temperatur T1 an
dem Auslassanschluss der Leitung der Konstanttemperatur-Zirkulationsflüssigkeit
bei dem Stand der Technik auf die voreingestellte Temperatur gesteuert
wird,
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8 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das die Beziehung zwischen den Schwankungen der Wärmelast
in der externen Vorrichtung und den Temperaturen T1 und
T2 an den Auslass- und Rückführanschlüssen der Leitung der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
in einem Fall darstellt, in dem die Temperatur T2 an
dem Rückführanschluss der
Leitung der Konstanttemperatur-Zirkulationsflüssigkeit
bei der gleichen Vorrichtung wie in 7 auf die
voreingestellte Temperatur gesteuert wird.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 umfasst
einen Tank 11 zur Speicherung von Temperatursteuerflüssigkeit,
eine Leitung 12 mit einem Auslassanschluss 12a und
einem Rückführanschluss 12b zur
Zirkulation der Temperatursteuerflüssigkeit in dem Tank 11 und
der zirkulierenden Flüssigkeit
mit einer konstanten Temperatur, die über einen Wärmetauscher 13 wärmegetauscht
wird, wobei sie durch eine Rohrleitung 3 einer externen Vorrichtung 2 tritt,
und eine Pumpe 14, die in der Leitung 12 vorgesehen
ist, um die Konstanttemperatur-Zirkulationsflüssigkeit der Rohrleitung 3 der
externen Vorrichtung 2 zuzuführen. Die oben beschriebene
Leitung 12 weist einen Strömungsmengensensor 15,
der in Reihe mit der Pumpe 14 vorgesehen ist, und Temperatursensoren 16, 17 zur
Erfassung der Abfuhr- und Rückführtemperaturen
T1, T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit
in der Nähe
des Auslassanschlusses 12a und des Rückführanschlusses 12b der
Leitung 12 auf. Die Strömungsmenge
oder der Druck und die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit werden
durch die Steuerfunktion einer Steuerung 18 gesteuert,
die die Strömungsmenge
und die Temperatur, die von den Sensoren ausgegeben werden, in später beschriebener
Weise überwacht.
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Die
externe Vorrichtung 2 umfasst einen Wärmelastbereich 3a entlang
der Rohrleitung 3, die zusammen mit der Leitung 12 einen
Strömungskanal für die zirkulierende
Flüssigkeit
bildet. Der Benutzer der externen Vorrichtung 2 verbindet
einen Ausgang und einen Eingang an beiden Enden der Rohrleitung 3 mit
dem Auslassanschluss 12a bzw. dem Rückführanschluss 12b, um
einen Zirkulationsströmungskanal
herzustellen, in dem die zirkulierende Flüssigkeit zirkuliert, und schließt die externe
Vorrichtung 2 an die Konstanttemperatur- Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 an.
Obwohl die Temperatursensoren 16, 17 in 1 an
dem Auslassanschluss 12a bzw. dem Rückführanschluss 12b vorgesehen
sind, können
die Positionen, an denen die Sensoren 16, 17 angebracht
sind, auch zu der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Rohrleitung 3 der
externen Vorrichtung 2 geändert werden. Es kommt lediglich
darauf an, dass die Positionen nahe der Position eines Objektes
liegen, dessen Temperatur gesteuert werden soll.
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Die
Pumpe 14 wird über
einen Inverter 19 durch die Steuerung 18 auf der
Basis von Ausgangswerten des Strömungsmengensensors 15 und
der Temperatursensoren 16, 17 frequenzgesteuert (Steuerung
der Drehzahl). Hierdurch wird die Strömungsmenge oder der Druck der
zirkulierenden Flüssigkeit,
die dem Zirkulations-Strömungskanal
zugeführt
wird, gesteuert.
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Als
Steuermittel zur Steuerung der Temperatur der Konstanttemperatur-Flüssigkeit
in dem Tank 11 der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 auf
eine konstante Temperatur oder als Steuermittel zur Steuerung der
Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit
in dem Wärmetauscher 13,
der nicht in dem Tank mit einer konstanten Temperatur vorgesehen
sind, werden ein wassergekühltes
System, ein Gefriersystem, ein Pettier-System usw. als Kühlsystem
eingesetzt, während
ein Heizungssystem, ein Heißgassystem
usw. als Heizsystem eingesetzt werden. In diesen Systemen erfolgt
die Steuerung über
die Steuerung 18.
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In
der Steuerung 18 der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 wird
die Steuerung im Wesentlichen wie folgt vorgenommen:
In der
oben beschriebenen Steuerung 18 wird eine Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 sequentiell aus der Temperaturdifferenz
zwischen den Abfuhr- und
Rückführtemperaturen
T1, T2 der zirkulierenden Flüssigkeit,
die durch die Temperatursensoren 16, 17 erfasst
werden, und der Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
die durch den Strömungsmengensensor 15 erfasst
wird, berechnet.
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Wenn
die Temperaturdifferenz zwischen den Ablass- und Rückführtemperaturen
T1, T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit
erhöht
wird, während
die Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 in Betrieb
ist, und somit festgestellt wird, dass die Wärmelast einen voreingestellten
Wert, der nach Bedarf von der Steuerung 18 festgelegt wurde, überschreitet,
so wird die Temperaturdifferenz zwischen den Auslass- und Rückführtemperaturen
T1, T2 reduziert, indem
die Drehzahl der Pumpe 14 entsprechend der Temperaturdifferenz
oder der Wärmelast über den
Inverter 19 erhöht
wird und indem die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
oder der Druck zu dem Wärmelastbereich 3a der
Rohrleitung 3 der externen Vorrichtung 2 erhöht wird.
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Auch
wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Ablass- und Rückführtemperaturen
T1, T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit
erhöht
wird, wenn sie kleiner ist als der voreingestellte Wert der oben
beschriebenen Wärmelast,
so wird die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 13 entsprechend
der Wärmelast
gesteuert ohne die Drehzahl der Pumpe 14 durch den Inverter 19 zu steuern.
Mit anderen Worten wird wie im Stand der Technik die Steuerung in
einer solchen Weise durchgeführt,
dass die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
konstant gehalten wird und dass die zirkulierende Flüssigkeit
in dem Wärmetauscher 13 in
dem Tank 11 um eine Menge entsprechend der Auslasstemperatur
T1 oder der Rückführtemperatur T2 der
zirkulierenden Flüssigkeit,
die durch die Schwankungen der Wärmelast
der externen Vorrichtung angehoben/abgesenkt wurde, gekühlt/geheizt wird,
so dass diese Temperaturen auf voreingestellten Temperaturen gehalten
werden.
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Wenn
die erhöhte
Wärmelast
wie oben beschrieben reduziert wird und die Temperaturdifferenz zwischen
den Auslass- und den Rückführtemperaturen
T1, T2 der zirkulierenden
Flüssigkeit
verringert wird, wird die Drehzahl der Pumpe 14 durch den
Inverter 19 reduziert und die Strömungsmenge wird reduziert,
so dass der Normalzustand wieder hergestellt wird.
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Mit
anderen Worten weist die Steuerung 18, die die zirkulierende
Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 steuert, eine solche Steuerfunktion
auf, dass dann, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den Auslass-
und Rückführtemperaturen
kleiner ist als der voreingestellte Wert, die Temperatur der zirkulierenden
Flüssigkeit entsprechend
der Wärmelast
gesteuert wird. Wenn die Temperaturdifferenz den voreingestellten
Wert überschreitet,
so wird die Strömungsmenge
oder der Druck der zirkulierenden Vorrichtung zu dem Wärmelastbereich 3a der
Rohrleitung 3 in der externen Vorrichtung 2 zusätzlich zu
der Temperatursteuerung der zirkulierenden Flüssigkeit entsprechend der Wärmelast
erhöht.
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Wenn
die Wärmelast
einen bestimmten voreingestellten Wert, der in der Steuerung 18 eingestellt
ist, überschreitet,
wird auf diese Weise nicht nur die Temperatur der zirkulierenden
Flüssigkeit
sondern auch die Strömungsmenge
oder der Druck derselben entsprechend der Wärmelast der externen Vorrichtung 2 variiert,
so dass die Breite der Temperaturschwankung der zirkulierenden Flüssigkeit
aufgrund von Änderungen
der Wärmelast
verringert wird. Die Schwankung der Temperatur der externen Vorrichtung 2 wird
ebenfalls reduziert, so dass das Betriebsverhalten stabilisiert
wird. Die Reaktion auf Temperaturschwankungen der zirkulierenden
Flüssigkeit
wird verbessert und die Stabilität
der Temperatur kann verbessert werden. Da die Schwankungsbreite
beim Kühlen
und Heizen der Temperatursteuerflüssigkeit, der zirkulierenden
Flüssigkeit
usw. in der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
reduziert wird, kann eine Energieeinsparung erreicht werden.
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Der
voreingestellte Wert für
die oben beschriebene Wärmelast
wird in Abhängigkeit
davon eingestellt, um wie viel die Breite der Temperaturschwankung
der zirkulierenden Flüssigkeit
aufgrund der Schwankungen der Wärmelast
reduziert wird.
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Die
Temperatursteuerung der zirkulierenden Flüssigkeit durch die Steuerung 18 umfasst
ein System zur Steuerung der Auslasstemperatur T1 der
zirkulierenden Flüssigkeit
auf die voreingestellte Temperatur und ein System zur Steuerung
der Rückführtemperatur
T2 der zirkulierenden Flüssigkeit auf die voreingestellte
Temperatur T2.
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Wenn
die Auslasstemperatur T1 auf die voreingestellte
Temperatur gesteuert wird, erfolgt der Steuervorgang gesehen von
dem Standpunkt der externen Vorrichtung 2 so, dass die
Temperaturschwankung ΔT
zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Rohrleitung 3 durch
Variation der Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
durch die Pumpe 14 entsprechend der Wärmelast der externen Vorrichtung 2 reduziert
wird (vgl. 2). Daher wird die Schwankung
der Temperatur in der externen Vorrichtung 2 auf ein niedriges
Niveau verringert, so dass ein stabiles Betriebsverhalten erreicht wird.
Die gestrichelte Linie in 2 zeigt
die Eigenschaften der Beispiele im Stand der Technik ohne Variation
der Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit,
wie es auch in 7 gezeigt ist.
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Der
Steuervorgang gesehen von dem Standpunkt der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 ist
derart, dass dann, wenn die Temperaturschwankung ΔT reduziert
wird, auch die Rückführtemperatur
T2 reduziert wird und dementsprechend die
Temperatur in dem Tank 11 stabilisiert wird. Die Schwankung
der Auslasstemperatur T1 wird verringert,
die Reaktionszeit wird verbessert und eine zufrieden stellende Temperaturstabilität der Auslasstemperatur
T1 wird erreicht (vgl. 2).
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Wenn
anstelle der Auslasstemperatur T1 die Rückführtemperatur
T2 auf die voreingestellte Temperatur gesteuert
wird, so erfolgt der Steuervorgang gesehen von der externen Vorrichtung 2 so,
dass die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 variiert wird, so dass Schwankungen
der Rückführtemperatur
T2 wie in dem Fall der Steuerung der Auslasstemperatur
T1 reduziert werden. Dementsprechend kann
die Breite des Absenkens/Steigerns der Auslasstemperatur T1, damit die Rückführtemperatur T2 konstant
gehalten wird, reduziert werden. Dementsprechend wird die Temperaturschwankung ΔT verringert
(vgl. 3). Dementsprechend kann die Schwankung der Temperatur
der externen Vorrichtung 2 auf ein niedriges Niveau verringert
werden, so dass ein stabiles Betriebsverhalten erreicht wird.
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Der
Steuervorgang gesehen von der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 erfolgt
derart, dass Schwankungen der Rückführtemperatur
T2 bei einer Variation der Last reduziert
werden, indem die Strömungsmenge
der zirkulierenden Flüssigkeit
entsprechend der Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 in der oben beschriebenen Weise variiert
wird (vgl. 3). Die Stabilisierung der Rückführtemperatur
T2 wird schnell erreicht, wodurch die Reaktionszeit
verkürzt
wird.
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Somit
kann die Breite des Absenkens/Ansteigens der Auslasstemperatur T1, damit die Rückführtemperatur T2 konstant
gehalten wird, reduziert werden. Auch die Breite des Absenkens/Steigerns der
Temperatur der gesamten zirkulierenden Flüssigkeit in dem Tank 11 wird
reduziert, so dass sich eine Energieeinsparung ergibt.
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Nun
wird mit Bezug auf 4 eine zweite Ausführungsform
der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Wenn
bei der ersten Ausführungsform
die Steuerung 18 die Steuerfunktion zur Steuerung der Strömungsmenge
oder des Druckes der zirkulierenden Flüssigkeit, die der Rohrleitung 3 der
externen Vorrichtung 2 zugeführt wird, aufweist, wird die
Drehzahl der Pumpe 14 durch den Inverter 19 gesteuert. Im
Gegensatz dazu weist die Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 5 gemäß der zweiten
Ausführungsform
einen Bypassströmungskanal 31 zur
Verbindung des Auslassanschlusses 12a mit dem Rückführanschluss 12b der
Leitung 12 in der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 5 auf.
In dem Bypassströmungskanal 31 ist ein
elektrisches Ventil 32 vorgesehen, um die Strömungsmenge
der von der Seite der Auslassöffnung 12a zu
dem Rückführanschluss 12b über den
Bypass fließenden
Flüssigkeit
einzustellen, um die Strömungsmenge
der in der Rohrleitung 3 in der externen Vorrichtung 2 fließenden zirkulierenden
Flüssigkeit zu
steuern. Dadurch wird der Druck in der Rohrleitung 3 gesteuert.
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Das
elektrische Ventil 32 kann ein elektrisches Dreiwegeventil
sein, welches die Strömung
zu der Seite der Rohrleitung 3 und die Strömung zu
dem Bypassströmungskanal 31 kontinuierlich
oder schrittweise steuern kann, wenn es an einem Abzweigpunkt zwischen
der Rohrleitung 3 und dem Bypassströmungskanal 31 der
externen Vorrichtung 2 an dem Auslassanschlus 12a der
Leitung 12 der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 5 angeordnet
ist, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Es ist auch möglich, nicht
die Konfiguration des elektrischen Dreiwegeventils einzusetzen,
sondern ein oder mehrere elektrische Ventile 32, die die
Strömung
zu der Seite der Rohrleitung 3 und der Seite des Bypassströmungskanals 31 steuern,
an der Seite der Rohrleitung 3 oder an der Seite des Bypassströmungskanals 31 vorzusehen.
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Im
Falle der zweiten Ausführungsform
steuert die Steuerung 18 das elektrische Ventil 32 so, dass
die Strömungsmenge
in dem Bypassströmungskanal 31 abgesenkt
wird, wenn durch die Steuerung 18 auf der Basis der Ausgabewerte
der Temperatursensoren 16, 17 festgestellt wird,
dass die Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 steigt. Hierdurch wird die Strömungsmenge
zu dem Wärmelastbereich 3a der
Rohrleitung 3 erhöht.
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Wenn
die Wärmelast
der externen Vorrichtung 2 gering ist, wird die Strömungsmenge
in dem Bypassströmungskanal 31 erhöht, um die
Strömungsmenge
an der Seite des Wärmelastbereiches 3a zu
verringern. Ist die Wärmelast
kleiner als der voreingestellte Wert, der durch die Steuerung 18 vorgegeben
wird, so wird die Temperatur der Zirkulationsflüssigkeit wie bei der ersten
Ausführungsform entsprechend
der Wärmelast
gesteuert.
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Wenn
das wie oben beschrieben aufgebaute elektrische Ventil 32 eingesetzt
wird, sind die Temperatursensoren 16, 17 an der
Seite der externen Vorrichtung 2 relativ zu den Anschlusspunkten
an dem Auslassanschluss 12a und dem Rückführanschluss 12b der
Leitung 12 der Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 5 vorgesehen.
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Da
der übrige
Aufbau und die Funktionsweise bei der zweiten Ausführungsform
im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform,
werden gleiche oder entsprechende Bereiche in der Zeichnung mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Insoweit wird auf die obige Beschreibung
verwiesen.
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Nun
wird mit Bezug auf 5 eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Eine
Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 6 gemäß der dritten
Ausführungsform umfasst
ein elektrisches Proportionalventil 35 an dem Auslassanschluss 12a der
Leitung 12 der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 6, um
die Strömungsmenge
der in der Rohrleitung 3 der externen Vorrichtung 2 fließenden zirkulierenden Flüssigkeit
zu steuern. Das elektrische Proportionalventil 35 wird
durch die Steuerung 18 auf der Basis der Ausgangswerte
der Temperatursensoren 16, 17 gesteuert, um die
Strömungsmenge
der in der Rohrleitung 3 der externen Vorrichtung 2 fließenden Flüssigkeit
zu steuern, so dass dann, wenn die Wärmelast in der externen Vorrichtung 2 erhöht wird,
das elektrische Proportionalventil 24 entsprechend der Wärmelast
geöffnet
wird, um die Strömungsmenge des
Wärmelastbereiches 3a zu
erhöhen.
Bei dieser Ausführungsform
sind somit das elektrische Ventil 32 und der Bypassströmungskanal 31 der
zweiten Ausführungsform
nicht vorgesehen.
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Die
Temperatursensoren 16, 17 bei der dritten Ausführungsform
können
stromabwärts
des elektrischen Proportionalventils 35 vor Erreichen des Wärmetauschers 13 in
der Konstanttemperatur-Flüssigkeitszirkuliervorrichtung 6 vorgesehen
sein.
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Da
der übrige
Aufbau und die Funktionsweise bei der dritten Ausführungsform
im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform,
werden entsprechende Bereiche in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Insoweit wird wiederum auf die obige Beschreibung verwiesen.