DE19956481A1 - Thermoregelungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Thermoregelungsvorrichtung vorgeschlagen, die es ermöglicht, einen Verbraucher (U) auf thermogeregelte Weise mittels einer Fluidzirkulation auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu bringen und diese aufrechtzuerhalten. Sie verfügt über einen Fluidkreis für wärmetragendes Fluid, der sich dazu eignet, wahlweise mit einem diathermischen Fluid, mit unter Atmosphärendruck stehendem Wasser oder mit unter Über- oder Unterdruck stehendem Wasser betrieben zu werden. Es ist eine Kühlvorrichtung (3, 4, 9) zum Abkühlen eines Anteils des wärmetragenden Fluids und zum kontrollierten Vermischen des warmen Fluids und eines kalten Fluids vorhanden, um die gewünschte Fluidtemperatur beim Verbraucher ohne Temperaturschwankungen aufrecht erhalten zu können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Thermoregelungsvor­ richtung, auch als Temperaturregelungsvorrichtung bezeichen­ bar, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru­ ches 1. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere mit Wasser oder mit einem diathermischen Öl betriebene Thermoregler.

Thermo- bzw. Temperaturregelungsvorrichtungen sind Vorrich­ tungen, die mittels erzwungener Zirkulation eines wärmetra­ genden bzw. -transportierenden Fluides, bei dem es sich um Wasser oder diathermisches Öl handeln kann, einen hinsicht­ lich der Temperatur bzw. des Wärmebedarfes zu regelnden Ver­ braucher wie zum Beispiel einen Preßstempel, auf die Be­ triebstemperatur bringen. Ihre Aufgabe besteht darin, die vorbestimmte Temperatur durch Betrieb zweier verschiedener Systeme selbsttätig bzw. automatisch konstant zu halten: Zum einen ein im allgemeinen elektrisches Heizsystem und zum an­ deren ein Kühlsystem, das ein verlorenes Fluid oder einen ge­ schlossenen Kreislauf verwendet.

Stand der Technik

Das Konstanthalten der Temperatur ist eine unabdingbare Vor­ aussetzung auf Gebieten, auf denen die Thermoregler vorwie­ gend eingesetzt werden, insbesondere auf dem Sektor des Spritzgießens und der Umformung von Kunststoffmaterialien, wo ihre Verwendung auf die Temperaturregelung von Stempeln, Ex­ trudern oder Zylindern abzielt. Auf diesem Gebiet sind die Präzision und die Stabilität einer Thermoregelungsvorrichtung unumgängliche Bedingungen für das Erzielen eines qualitativ hochwertigen Produktes. Tatsächlich bildet die Kontrolle der in einem Stempel oder in einer Form ablaufenden thermischen Prozesse einen Faktor von großer Wichtigkeit bei der Herstel­ lung gepreßter Teile. Das Erreichen und die nachfolgende ge­ naue Beibehaltung des Einstellpunktes ("set point") hat einen beträchtlichen Einfluß auf die folgenden Aspekte: Schwindung, Deformationen, Fließfähigkeit des Materials, Zyklustempo, Oberflächenaussehen, Präzision der Abmessungen des gepreßten bzw. geformten Teiles.

Eine Vorabstudie der aktuellen Marktsituation hinsichtlich Thermoreglern hat enthüllt, daß auf dem Markt Thermoregler, die die vorgenannten Bedingungen vollständig befriedigen kön­ nen, nicht existieren und daher nicht zur Verfügung stehen. Der Erfinder hat daher eine Studie und gründliche Untersu­ chung angestellt, die darauf gerichtet waren, eine Thermore­ gelungsvorrichtung zu schaffen, die effektiv den Bedürfnissen der verschiedenen Anwendungsgebiete Rechnung trägt und die auf eine sicherlich vorteilhafte technische und industrielle Verbesserung abzielt.

Darlegung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der Resultate der Studie und der Untersuchungen des Erfinders getätigt. Ein vorrangiges Ziel der Erfindung besteht mithin darin, eine Vorrichtung zur präzisen Thermoregulierung vorzuschlagen und bereitzustellen, die stabil und schnell arbeitet, an ein Kon­ zept einer beträchtlichen Energieeinsparung gekoppelt ist, in der Lage ist, mit Druck oder Unterdruck zu arbeiten, gleich­ gültig ob mit Wasser, unter Druck stehendem Wasser oder dia­ thermischem Öl, das Ganze im Bereich eines automatischen Ab­ laufes, der durch eine Mikroprozessorsteuerung befehligt bzw. überwacht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1. Es resultieren daraus beträchtliche industrielle Vor­ teile, sowie Vorteile hinsichtlich der Steuerung und Überwa­ chung des Ablaufes, sowie in ökonomischer Hinsicht.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen

Nähere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch wesentlich offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden beispielhaften Zeichnungen erfolgt, in denen zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den hydrauli­ schen Basiskreis bzw. die hydraulische Ba­ sisschaltung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Thermoreg­ lers in schematischer Darstellung;

Fig. 1a die Schaltung aus Fig. 1 in einer Konfigu­ ration zum Gebrauch bei der Thermoregulie­ rung eines diathermischen Fluides als wärme­ tragendes Fluid;

Fig. 1b die Schaltung aus Fig. 1 in einer Konfigu­ ration zur Benutzung bei der Thermoregulie­ rung von Wasser als wärmetragendes Fluid;

Fig. 2 im Detail eine im Thermoregler enthaltene Abkühlvorrichtung;

Fig. 3 die Abkühlvorrichtung aus Fig. 2, inte­ griert in ein System mit zwei Kühlfluidquel­ len, die entweder die eine oder die andere alternativ verwendbar sind;

Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 3 in einer Konfi­ guration für die Verwendung einer alternati­ ven Wärmequelle;

Fig. 5a die Schaltung der Fig. 1, ausgestattet mit einem Ejektor in einem Kreis bzw. Strang, der von demjenigen abgezweigt ist, in dem das Prozeßfluid zirkuliert, wobei der Ejek­ tor inaktiv ist;

Fig. 5b die Schaltung aus Fig. 5a mit in Betrieb befindlichem Ejektor;

Fig. 6 die Schaltung der Fig. 5a und 5b mit ei­ nem hinzugefügten Rückgewinnungs- bzw. Wie­ derverwertungssystem für das als Wärmeträger fungierende Fluid;

Fig. 7 die Schaltung der Fig. 6 mit einem hinzuge­ fügten System zum Befüllen und/oder Nachfül­ len eines Speichers mit einem diathermischen Fluid;

Fig. 8 und 9 die Schaltung aus Fig. 7 mit der weiteren Ergänzung eines Systems für die Zufuhr und/oder Ergänzung von Wasser, wobei die Fig. 8 das System zum Auffüllen und die Fig. 9 das System zum Ergänzen oder Nachfüllen zeigt; und

Fig. 10 die Schaltung aus Fig. 8 und 9 mit Her­ vorhebung des Teils, der beim eventuellen Nachfüllen von Wasser beim Betrieb des Sy­ stems mit unter Druck stehendem Wasser aktiv ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

In der Basisschaltung der Fig. 1 und entsprechend der Fig. 1a und 1b ist folgendes ersichtlich:

• - eine Pumpe 1, die gemäß den wiedergegebenen Pfeilen das von einem Verbraucher U kommende Fluid ansaugt und zu diesem zurückfördert, nachdem es ein Heizelement 2 (Widerstand), ein erstes Regelventil 3 und einen mit einem Sekundärkreis verse­ henen Wärmetauscher 4 durchlaufen hat;
• - ein Expansionsgefäß 5, das zur Aufnahme des aus der Aus­ dehnung des zirkulierenden Fluides resultierenden Volumenzu­ wachses geeignet ist, und das mittels eines Verbindungsele­ mente 7 mit einem Sammler bzw. Kollektor 6 verbunden ist;
• - eine Sonde 8 zur Kontrolle bzw. Überwachung der Tempera­ tur;
• - ein in den Sekundärkreis des Austauschers 4 eingeschalte­ tes zweites Regelventil 9;
• - ein manuelles By-Pass-Ventil 10;
• - der hinsichtlich der Temperatur- bzw. Wärmeentwicklung zu regulierende Verbraucher U - dies kann auch eine Mehrzahl von Verbrauchern sein -, der mittels Ventilen V1 und V2 mit dem Kreislauf verbunden ist;
• - ein Paar von Ventilen V3 und V4, zweckmäßigerweise als Zweiwegeventile ausgeführt, die einen Betriebsablauf auf zwei Arten ermöglichen, um zwei alternative Gebrauchskonfiguratio­ nen des Thermoreglers zu ermöglichen:
  Erste Konfiguration (vgl. Fig. 1a): Hindurchströmung durch das Ventil V3, wobei das Ventil V4 geschlossen ist;
  zweite Konfiguration (vgl. Fig. 1b): Hindurchströmung durch das Ventil V4 und das Ausdehnungsgefäß 5, wobei das Ventil V3 geschlossen ist.

Die erste Konfiguration bzw. Schaltung eignet sich insbeson­ dere gut zur Verwendung im Zusammenhang mit diathermischen Fluiden, die bekanntlich unter Atmosphärendruck arbeiten.

Die Zirkulation des Fluides erfolgt dann gemäß der Fig. 1a, wobei das Ventil V4 geschlossen und das Ventil V3 geöffnet ist. Das vom Verbraucher U zurückkehrende Fluid durchquert das Ventil V3, wird von der Pumpe 1 durch den Kollektor 6 hindurch angesaugt und gelangt von dort zum Verbraucher U zu­ rück, wobei es das Heizelement 2, das erste Regelventil 3 und eventuell den Wärmetauscher 4 durchströmt.

Die Schaltung zeichnet sich durch ein besonderes Verbindungs­ element 7 aus, in Form eines zwischen dem Expansionsgefäß 5 und dem Kollektor 6 angeordneten gewundenen Rohres, das ge­ eignet ist, die Verwendung synthetischer diathermischer Flüs­ sigkeiten zu verbessern, die in großem Umfang in Wärmerege­ lungsprozessen eingesetzt werden. Das gewundene Rohr ist beim Ausführungsbeispiel an mindestens einer Stelle seiner Längen­ abmessungen spiralförmig ein- oder mehrfach gewunden.

Obgleich die vorerwähnten Flüssigkeiten über eine außerge­ wöhnliche Temperaturfestigkeit gegenüber hohen Temperaturen aufweisen, vertragen sie es nicht, bei diesen Temperaturen über längere Zeiträume hinweg in außerordentlichem Maße Sau­ erstoff ausgesetzt zu werden, ohne das Auftreten von Oxidati­ onsvorgängen hervorzurufen, die die Haltbarkeit beeinträchti­ gen. Daraus folgt eine Erhöhung der Betriebskosten und eine hohe Umweltverunreinigung, die auf das häufige Ablassen der verbrauchten Flüssigkeit zurückzuführen ist.

Da fast die Gesamtheit der diathermische Fluide verwendenden Systeme mit offenem Gefäß arbeiten, ergibt sich der wichtige Punkt, die im Gefäß befindliche und daher mit der Atmosphäre in Kontakt stehende Flüssigkeit auf niedriger Temperatur zu halten.

Die besondere Form des Verbindungselementes 7 ermöglicht es dem Expansionsgefäß 5, den aus den Ausdehnungen resultieren­ den Volumenzuwachs aufzunehmen und verhindert gleichzeitig eine Wärmeübertragung auf die im Gefäß befindliche Flüssig­ keit, so daß deren Oxidation vermieden wird.

Die zweite Schaltung (siehe Fig. 1b) kann benutzt werden, wenn es sich bei dem die wärmetransportierenden Fluid um Was­ ser handelt. Die gleiche Thermoreguliereinrichtung kann bei offenem Gefäß bei Temperaturen sehr nahe dem Siedepunkt ar­ beiten, während sie im unter Druck stehenden Zustand auch mit darüberliegenden Temperaturen betrieben werden kann.

Für den Übergang zwischen den beiden Betriebsweisen muß die Zirkulation der Flüssigkeit entsprechend der Schaltung erfol­ gen, die sich beim Öffnen des Ventils V4 und Schließen des Ventils V3 ergibt.

Das vom Verbraucher zurückströmende Fluid durchläuft somit das Ventil V4 und das Expansionsgefäß 5, gelangt durch den Kollektor 6 in den Ansaugbereich der Pumpe 1, und wird von dort neuerlich dem Verbraucher U zugeführt, wobei es das Hei­ zelement 2, das Regulierventil 3 und eventuell den Austau­ scher 4 passiert.

Die Komponente, die es dem Wärmeregler ermöglicht, unter­ schiedslos bzw. wahlweise im Überdruckstadium oder unter At­ mosphärendruck zu arbeiten, wobei außerdem ein Übergang zwi­ schen den beiden Stadien während des Regelungsprozesses stattfinden kann, besteht aus einer Entlüftungsvorrichtung 11.

Diese Entlüftungsvorrichtung ist beim Ausführungsbeispiel von einem elektromechanisch betätigbaren Ventil gebildet, das wahlweise ein- und ausgeschaltet bzw. geöffnet und geschlos­ sen werden kann, und das, in Abhängigkeit von der durch die Sensoreinrichtung bzw. Sonde 8 erfaßten Temperatur und von anderen Regelparametern seinen Schaltzustand ändert und somit dem Gefäß 5 die Möglichkeit bietet, bei im EIN-Zustand be­ findlichem Ventil 11 im Zustand GEFÄSS OFFEN, oder, bei im AUS-Zustand befindlichem Ventil, im Zustand GEFÄSS GESCHLOSSEN AUTOMATISCH DRUCKBEAUFSCHLAGT zu arbeiten.

Ein weiteres charakteristisches Element des hier beschriebe­ nen Thermoreglers wird durch die in Fig. 2 wiedergegebene Kühlvorrichtung repräsentiert. In traditionellen Schaltungen bzw. Kreisläufen erfolgt die Abkühlung dadurch, daß im Wärme­ tauscher die gesamte zum Verbraucher geschickte Fluidmenge behandelt wird, was außer dem Erfordernis nach Verwendung ei­ nes ausreichend großen Wärmetauschers das Vorhandensein von Fluktuationen im Regelungsvorgang mit daraus folgendem Ener­ gieaufwand nach sich zieht.

Diese Nachteile werden durch die in Fig. 2 dargestellte Kühlvorrichtung ausgeräumt, welche sich aus dem Wärmetauscher 4 und aus den beiden Regelventilen 3, 9 zusammensetzt und die in der Lage ist, die vom Verbraucher gewünschte Temperatur durch eine kontrollierte bzw. gesteuerte Mischung von warmem Wasser und abgekühltem Wasser zu garantieren. Man erhält auf diese Weise eine genaue und schnelle Regelung mit drastischer Reduzierung bis zu einer annähernd vollständigen Verhinderung von Temperaturschwankungen der Prozeßflüssigkeit.

Dem als Zweiwegeventil ausgeführten Regelventil 9, das sich im Sekundärkreis des Wärmetauschers 4 befindet, kommt die Aufgabe zu, die von der Kühlquelle, also von der Quelle des Kaltmediums kommende Wassermenge zu regeln, in Abhängigkeit von der zu erreichenden Vorgabe und der Temperatur der Kühl- bzw. Kaltquelle. Dem als Dreiwegeventil ausgeführten Regel­ ventil 3, das in den Primärkreis des Wärmetauschers 4 einge­ schaltet ist, kommt hingegen die Aufgabe zu, das aus dem Wär­ metauscher 4 austretende kältere Fluid mit dem wärmeren Fluid zu mischen, das den Wärmetauscher 4 nicht durchläuft.

Die im Primärkreis des Wärmetauschers 4 zirkulierende Flüs­ sigkeit wird von dem im Sekundärkreis zirkulierenden Fluid heruntergekühlt, dessen Zulauf bzw. Eingang durch das Ventil 9 geregelt wird, gesteuert durch einen Temperaturregler. Der Prozentsatz der Fluidmenge, der im Primärkreis des Austau­ schers 4 zirkuliert, wird vom Öffnungsgrad des Regelventils 3 bestimmt, das ebenfalls von einem Temperaturregler gesteuert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühl­ mittelquelle und der Differenz zwischen auferlegtem und ge­ messenem Wert.

Mit einer derartigen Vorrichtung erzielt man die folgenden Vorteile:

• - Bessere Regelung der Temperatur des zum Verbraucher strö­ menden Fluides, zumal wenn das Regelventil im Proportionalmo­ dus arbeitet und nicht mit Unterbrechungen vom Typ EIN/AUS;
• - Verringerung, annähernd vollständige Vermeidung, von Tem­ peraturschwankungen des Prozeßfluides;
• - unmerkliche Veränderungen der Menge des zum Verbraucher gelangenden Primärfluides während der Temperaturregelungsmaß­ nahmen;
• - Ausschluß des Effektes der Überhitzung des Kühlwassers im Wärmetauscher und folglich Ausschluß des schwerwiegenden Man­ gels kontinuierlicher Verdampfung des Wassers, was bekannt­ lich ein Verstopfen des Wärmetauschers durch Kalkverkrustun­ gen hervorruft.

Das Kühlsystem kann bei Bedarf durch eine innovative Vorrich­ tung komplettiert werden, die stromauf des Regelventils 9 in­ stalliert wird und die, sofern zwei Kühlmittelquellen S1 und S2 zur Verfügung stehen, es ermöglichen, diejenige zu verwen­ den, die in ökonomischer Hinsicht am günstigsten erscheint. Diese Vorrichtung ist in Fig. 3 funktionell illustriert.

Jeder Kühlmittelquelle S1 und S2 ist ein Paar von elektroma­ gnetisch aktivierbaren Ventilen zugeordnet. Die Ventile 20 und 21 befinden sich im Zulauf bzw. Ablauf des Kühlmittels S1, während die Ventile 22 und 23 die Zuführung und Abführung bezüglich der Kühlmittelquelle S2 steuern.

Die Auswahl der Kühlmittelquelle erfolgt automatisch auf Grundlage der Temperaturen, die von Sonden 24 und 25 mittels By-Pass 26 und 27 stromauf der Ventile 21 und 22 ermittelt werden.

Das beschriebene System hebt die wesentlichen Unterschiede zu dem Verfahren hervor, von dem aktuell im Handel befindliche Temperaturregler Gebrauch machen und welches darin besteht, die gesamte zum Verbraucher geschickte Fluidmenge abzukühlen. Daraus ergeben sich jedoch die weiter oben genannten Charak­ teristiken, nämlich häufige Temperaturschwankungen und kom­ plizierte Temperaturregelung.

Bei den derzeit im Handel befindlichen Temperaturreglern bleibt die Fluidmenge, die zum Verbraucher übermittelt wird, dem man die durch Aktivierung des Widerstandes des Erhitzers 2 erzeugte Wärme abtritt, immer konstant, unabhängig vom spe­ ziellen Wert der zu erreichenden Temperatur. Folglich kann man aufgrund der thermischen Trägheit des Systems leicht den vorgegebenen Einstellpunkt überschreiten und muß nachfolgend kontinuierlich eingreifen (abwechselnd Abkühlen und Aufheizen und umgekehrt), um die gesetzte Temperatur mit augenfällig beträchtlichem Energieaufwand halten zu können. Außer daß man eine nicht mehr konstante Entnahme von gekühltem Wasser ga­ rantiert, allerdings in einem Maße ausgeführt, daß die ge­ wünschte Temperatur erhalten wird, hat man nunmehr in die Aufheizphase einen Phasenunterteiler eingeführt, als Kon­ troll- bzw. Steuermittel für die abgegebene elektrische Ener­ gie.

Mit einem solchen System erhält man die folgenden Vorteile:

• - Drastische Reduzierung des elektrischen Energieverbrau­ ches, weil die kontinuierlich vom Unterteiler ausgeführte Mo­ dulation die Abgabe der elektrischen Leistung an die tatsäch­ lichen thermischen Bedürfnisse des Verbrauchers des Tempera­ turreglers anpaßt;
• - bessere Regulierung der Temperatur der zum Verbraucher ge­ leiteten Flüssigkeit, weil die Regulierung ein besseres Er­ reichen des Einstellpunktes ("set point") ermöglicht;
• - Dank des Phasenteilers ist außerdem eine elektronische Kontrolle hinsichtlich des Drehsinnes der Pumpe möglich.

Eine weitere Einsparung erzielt man dank einer Vorrichtung, die die Verwendung alternativer, kostengünstigerer Wärmequel­ len gestattet.

Die Vorrichtung ist in Fig. 4 funktionell dargestellt. Ein Paar von Magnetventilen 28 und 29, vorgesehen im Einlaß und im Auslaß des Sekundärkreises, dienen der Kontrolle bzw. Steuerung des von der alternativen Quelle stammenden Durch­ flusses.

Wenn der Thermoregler den Befehl erhält, im Sinne einer Auf­ heizung zu arbeiten (im allgemeinen in der Anfangsphase, wenn das Ziel darin besteht, beispielsweise einen Stempel oder ei­ nen sonstigen Verbraucher zu erwärmen bzw. Aufzuheizen), kann die Zuführung der gewünschten Wärme auf einfache Weise nicht durch die elektrischen Widerstände erfolgen, sondern mittels einer kostengünstigeren Wärmequelle wie zum Beispiel ein Methan- oder Erdgasbehälter.

Auf die Anforderung einer derartigen Erwärmung wird mittels der Ventile 28, 29 die Zirkulation der von der Alternativ- Wärmequelle stammenden warmen bzw. heißen Flüssigkeit durch den Sekundärkreis des Wärmetauschers ermöglicht. Das Dreiwe­ ge-Regelventil 3 kehrt seine Funktionsweise um, so daß die Flüssigkeit, die im Primärkreis des Wärmetauschers 4 zirku­ liert, von der im Sekundärkreis zirkulierenden Flüssigkeit erwärmt wird. Der Prozentsatz der Fluidmenge, die im Primär­ kreis des Wärmetauschers zirkuliert, wird festgelegt durch den Öffnungsgrad des erwähnten Regelventils 3, so wie bereits im Falle der Abkühlung geschildert.

Die Erläuterungen machen die Intelligenz des Systems deut­ lich, das es ermöglicht, eine Optimierung des Prozesses zu­ sammen mit einer Energieeinsparung zu erzielen.

Funktionsweise mit Unterdruck

Eine weitere industrielle Verbesserung ergibt sich aus der Einschaltung eines Ejektors 12 in die Schaltung bzw. den Kreis des auch als Temperaturregler bezeichenbaren Thermoreg­ lers. Der den bekannten Venturi-Effekt ausnutzende Ejektor 12 wird hier benutzt, um die Zirkulation des in einem mit dem Primärkreis verbundenen Hilfskreis A befindlichen Fluidan­ teils hervorzurufen. Man realisiert somit auf einfache Weise eine wirksame Funktionsweise auf Unterdruckbasis, da es mög­ lich ist, Luft ohne Begrenzung seitens des Verbrauchers anzu­ saugen, wobei eine automatische Eliminierung ohne Elektroven­ tile, Entleerpumpen oder besondere Entlüftungsmaßnahmen mög­ lich ist, wie es im Falle der aktuell im Handel befindlichen Thermoregler geschieht.

Dieses System gefährdet nicht die Zirkulation des Fluides im Verbraucher U; dieser muß daher nicht entleert werden, um aus der Betriebsweise mit Druck in die Betriebsweise mit Unter­ druck überzugehen.

In Fig. 5a ist der normale Kreislauf ersichtlich, wobei der Effekt des Ejektors 12 nicht auftritt. In diesem Fall wird das Fluid von der Pumpe 1 durch den Verbraucher U hindurchge­ drückt, nachdem es das Heizelement und das Regelventil 3 durchströmt hat; das Fluid komplettiert anschließend seinen Kreislauf indem es durch die Ansaugwirkung zur Pumpe 1 zu­ rückkehrt, nachdem es das Ventil V4 und das Expansionsgefäß 5 durchlaufen hat.

In der Fig. 5b hingegen ist die Wirkung des Ejektors darge­ stellt. Der Kreis ist im wesentlichen der gleiche, allerdings ist die vom Verbraucher U zum Expansionsgefäß 5 verlaufende Strecke in diesem Fall ein abgeleiteter bzw. abgezweigter Kreis.

Unter Bezugnahme auf den Ejektor 12 ist es möglich, den Zweigkreis D "Verbraucher - Ejektor" und einen sich aufgrund des Öffnens des Ventils 13 einstellenden Primärkreis "Ventil 13 - Ejektor" zu individualisieren. Das Fluid wird nicht mehr durch den Verbraucher hindurchgedrückt, sondern durch den Ef­ fekt des Ejektors 12 vom Verbraucher abgesaugt.

Außer daß ein solcher Effekt eine Funktionsweise mit Unter­ druck garantiert, ermöglicht er die Funktion einer Rückgewin­ nung bzw. Wiederverwertung von Flüssigkeit. Es ist nützlich diese Verfahrensweise in all denjenigen Phasen auszuführen, beispielsweise bei einem Stempelwechsel, in denen es notwen­ dig ist, das Prozeßfluid wiederzuerlangen, indem es in einen geeigneten Speicher transferiert wird.

Dies ist eine Verfahrensweise, die unter der Kontrolle eines Mikroprozessors stattfindet, der auf interaktive Weise den Verbraucher in den auszuführenden Maßnahmen bzw. Handlungen leitet.

Damit sich der Beginn der Phase der Wiedergewinnung ein­ stellt, ist es unter Bezugnahme auf die Fig. 6 notwendig, das Ventil V4 zu öffnen und das Ventil V3 zu schließen. Wenn diese Bedingungen verifiziert sind (gemeinsam mit anderen, die mit der Temperatur und dem Füllstand des Prozeßfluides zusammenhängen), verursacht das nachfolgende Schließen des Ventils V1 am Eingang des Verbrauchers das Öffnen der Elek­ troventile 13, 11 und 17.

Das Öffnen des Ventils 13 versetzt denjenigen Strang in Un­ terdruck, der, unter Passieren der beiden offenen Ventile V2 und V4, den Verbraucher U mit dem Ejektor 12 in Verbindung setzt. Das Öffnen des Ventils 17 hingegen ermöglicht den Ein­ tritt von Luft, die, gemeinsam mit dem vom Verbraucher U stammenden Fluid vom Ejektor angesaugt, den allmählichen Transport des vorerwähnten Fluides zuerst in das Expansions­ behältnis 5 und dann, über das Elektroventil 11, in den mit einem Füllstandsanzeiger 15 ausgestatteten Speicherbehälter 14 ermöglicht.

Im Falle der Verwendung diathermischer Fluide erfolgt deren Zufuhr und/oder Ergänzung durch den Betrieb einer Pumpe 33 und eines Ventils 32, die das im Speicherbehälter 14 enthal­ tene Fluid entnehmen. Die enthaltene Fluidmenge wird vom Füllstandsanzeiger 15 signalisiert. Diese Betriebsphase ist in Fig. 7 wiedergegeben.

Wenn es sich bei dem verwendeten Fluid um Wasser handelt, ist es die gleiche Kühlmittelquelle (die den Sekundärkreis S des Wärmetauschers 4 versorgt), die für die Befüllung des Spei­ cherbehälters 14 sorgt, und zwar mittels eines Elektroventils 30, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Befüllung ge­ schieht automatisch, unter der Kontrolle bzw. Steuerung des Füllstandssensors 15.

Das Wasser wird aus dem Speicherbehälter durch die Pumpe 33 und das Ventil 32 entnommen, wobei gleichzeitig die eventuel­ le Wiederauffüllung des Speicherbehälters 14 unter Vermitt­ lung des Ventils 30 erfolgen kann, wie dies in Fig. 9 wie­ dergegeben ist.

Im Betrieb mit unter Druck stehendem Wasser geschieht die eventuelle Ergänzung des Systems direkt aus der Kühlmittel­ quelle mittels eines Ventils 31, der Pumpe 33 und dem Ventil 32, ohne den Speicherbehälter 14 einzubeziehen, der durch das Ventil 30 und ein Absperrventil 34 abgetrennt ist.

Zu den Zeichnungen ist noch zu erwähnen, daß der bzw. die Verbraucher jeweils mit dem Buchstaben "U" bezeichnet ist bzw. sind. Ferner sind mit den nachstehend aufgelisteten Be­ zugszeichen die hierzu angegebenen Bedeutungen verbunden:
40: Verbindung zu einer eventuellen Wärmemittelquelle;
41: Verbindung zu einer Kühl- bzw. Kältemittelquelle;
42: Verbindung zu einer Wärmemittelquelle.

Claims (13)

1. Thermoregelungsvorrichtung, um einen Verbraucher (U) auf thermogeregelte Weise mittels einer Fluidzirkulation auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu bringen und diese auf­ rechtzuerhalten, gekennzeichnet durch einen Fluidkreis für wärmetragendes Fluid, geeignet für einen wahlweisen Betrieb mit einem diathermischen Fluid (Öl), mit unter Atmosphären­ druck stehendem Wasser oder mit druckbeaufschlagtem Wasser im Überdrück- oder Unterdruckbetrieb, und durch eine Kühlvor­ richtung (3, 4, 9) zum Abkühlen eines Anteils des wärmetra­ genden Fluides und kontrollierten Vermischen eines warmen Fluides und eines kalten Fluides zum Aufrechterhalten der ge­ wünschten Fluidtemperatur beim Verbraucher ohne Temperatur­ schwankungen (Fig. 1).

2. Thermoregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, die folgendes enthält:

• - einen Verbraucher (U) mit einem Eingang mit zugeordnetem Eingangs-Absperrventil (V1) und mit einem Ausgang mit zuge­ ordnetem Ausgangs-Absperrventil (V2), und verbunden mit einem Zuführstrang bzw. einem Rückführstrang für das wärmetragende Fluid;
• - eine Pumpe (1) zwischen diesen Zuführ- und Rückführsträn­ gen zum Ansaugen des wärmetragenden Fluides vom Ausgang des Verbrauchers und zum Verbringen zum Eingang dieses Verbrau­ chers, nachdem es ein elektrisches Heizelement (2), ein Drei­ wege-Regelventil (3) und einen Wärmetauscher (4) durchlaufen hat, wobei das Regelventil (3) mit dem Wärmetauscher sowie mit den Zuführ- und Rückführsträngen verbunden ist;
• - eine Sonde (8) zum Kontrollieren der Temperatur des im Zuführstrang zum Verbraucher strömenden wärmetragenden Flui­ des;
• - ein manuelles Bypass-Ventil (10) zwischen dem Zu­ führstrang und dem Rückführstrang;
• - ein Expansionsgefäß (5) für das wärmetragende Fluid, das zum einen mit einem Zweigstrang (D) mit dem vom Verbraucher (U) kommenden Rückführstrang und zum anderen mit einem im Rückführstrang zwischen dem Zweigstrang und der Pumpe (1) plazierten Kollektor (6) verbunden ist;
• - ein erstes Absperrventil (V3), das in den Rückführstrang zwischen dem Zweigstrang (D) und dem Kollektor (6) einge­ schaltet ist, sowie ein zweites Absperrventil (V4) innerhalb des Zweigstranges (D), das den Rückführstrang mit dem Expan­ sionsgefäß (5) verbindet; wobei die Eingangs- und Ausgangs­ ventile (V1, V2) des Verbrauchers normalerweise offen sind; und wobei das erste Absperrventil (V3) offen und das zweite Absperrventil (V4) geschlossen ist, um eine Gebrauchskonfigu­ ration des Thermoreglers zum Gebrauch mit einem von einem un­ ter Atmosphärendruck stehenden diathermischen Fluid gebilde­ ten wärmetragenden Fluid zu erhalten, oder wobei, alternativ hierzu, das erste Absperrventil (V3) geschlossen und das zweite Absperrventil (V4) geöffnet ist, um eine Gebrauchskon­ figuration des Thermoreglers zur Benutzung mit einem von Was­ ser gebildeten wärmetragenden Fluid zu erhalten (vgl. Fig. 1a, 1b).

3. Thermoregelungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei in den das Expansionsgefäß (5) mit dem Kollektor (6) verbindenden Strang ein Element (7) eingefügt ist, um den Transfer von Wärme auf das in dem Expansionsgefäß befindliche Fluid zu verhindern, wenn das wärmetragende Fluid ein diathermisches Fluid (Öl) ist, wobei das vorerwähnte Element (7) von wenig­ stens einem gewundenen Rohrelement gebildet ist.

4. Thermoregelungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Expansionsgefäß (5) mit einer Entlüftungsvorrichtung (11) versehen ist, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung umschaltbar ist, um einen Gebrauch des Fluid­ kreises bei offenem Expansionsgefäß und Atmosphärentemperatur oder bei geschlossenem und unter Druck stehendem Expansions­ gefäß zu ermöglichen, wenn es sich bei dem wärmetragenden Fluid um Wasser handelt, dessen Temperatur sich in der Nähe des Siedepunktes oder darüber befindet.

5. Thermoregelungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Entlüftungsvorrichtung ein EIN/AUS-Ventil enthält, das sich in Abhängigkeit zumindest von derjenigen Temperatur öffnet oder schließt, die von der Temperatursonde (8) hinsichtlich des wärmetragenden Fluides in dem Zuführstrang ermittelt wird.

6. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abkühlvorrichtung einen Wärmetauscher (4) ent­ hält, der einen vom wärmetragenden Fluid durchströmten Pri­ märkreis und einen von einem Kühlfluid (zum Beispiel Wasser) durchlaufenden Sekundärkreis enthält, und wobei das in dem zum Verbraucher führende Zuführstrang befindliche Dreiwege- Regelventil (3) die Menge des in den Primärkreis des Wärme­ tauschers eintretenden wärmetragenden Fluides und die Menge des zum Verbraucher zurückströmenden, direkt mit dem aus dem Wärmetauscher austretenden Fluid zu vermischenden, wärmetra­ genden Fluides regelt, während ein Zweiwege-Regelventil (9) die Menge des Kühlfluides im Sekundärkreis des Wärmetauschers regelt, wobei die Regelventile von einem Temperaturregler ge­ steuert bzw. beherrscht werden.

7. Thermoregelungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kühlvorrichtung mit einer Kühlfluidquelle verbunden ist, die sich stromauf des zweiten Regelventils (9) befindet.

8. Thermoregelungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Kühlvorrichtung mit zwei stromauf des zweiten Regelven­ tils (9) angeordneten Kühlfluidquellen verbunden ist, wobei die beiden Kühlfluidquellen bedarfsgemäß selektiv und in Ab­ hängigkeit von den Daten einsetzbar sind, die von mit einer jeweiligen Quelle verbundenen Temperatursonden stammen (Fig. 3).

9. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kühlvorrichtung auch als einleitendes oder an­ fängliches Heizsystem für das wärmetragende Fluid verwendbar ist, das im Primärkreis des Wärmetauschers zirkuliert, wobei der Sekundärkreis unter Ausschluß der Kühlfluidquelle(n) wahlweise mit einer Wärmefluidquelle verbindbar ist, wobei diese Quelle von einer nichtelektrischen Energiequelle ge­ speist wird und die Menge wärmetragenden Fluides im Primär­ kreis von dem Dreiwege-Regelventil (3) geregelt wird (vgl. Fig. 4).

10. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der vom wärmetragenden Fluid durchlaufende Primär­ kreis einen Hilfskreis (A) aufweist, der mit dem Expansions­ gefäß (5) und, über ein Ventil (13), mit dem Zuführstrang verbunden ist, und der ferner über den Abzweigkreis (D) mit dem Rückführstrang in Verbindung steht, wobei in den Hilfs­ kreis ein auf Basis des Venturi-Prinzips arbeitender Ejektor eingeschaltet ist, um den Thermoregler zwischen einem Zustand einer unter Druck stehenden normalen Funktionsweise und einer Unterdruck-Funktionsweise umschalten zu können, wobei das im Hilfskreis (A) befindliche Ventil (13) während der Funktions­ weise mit Druck geschlossen ist, während es im Unterdruck- Betrieb offen ist, zum Ansaugen von Luft aus dem Verbraucher (vgl. 5a, 5b).

11. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Wiederverwendungssystem für Fluid des Verbrau­ chers, insbesondere bei diathermischem Fluid, welches ein Luftansaugventil (17) enthält, das sich im Zuführstrang zwi­ schen dem Eingangsventil (V1) und dem Verbraucher (U) befin­ det, und mit einem Speicherbehälter (14), der einerseits, über das Entlüftungsventil (11), mit dem Expansionsgefäß (5) verbunden ist, und der andererseits, über ein Ventil (16), zwischen dem Heizelement (2) und dem ersten Regelventil (3) mit dem Zuführstrang verbunden ist, derart, daß bei geöffne­ tem oder geschlossenem erstem Regelventil (3) das Ausgangs­ ventil (V2) des Verbrauchers und das im Abzweigkreis befind­ liche zweite Ventil (V4) offen sind, wobei durch Schließen des Eingangsventils (V1) ein Öffnen des im Abzweigkanal be­ findlichen Ventils (13), des zwischen dem Speicherbehälter und dem Zuführstrang befindlichen Ventils (16) und des Luft­ ansaugventils (17) erfolgt, damit sich eine Absaugung der Flüssigkeit aus dem Verbraucher durch den Ejektor (12) ein­ stellt (Fig. 6).

12. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit Mitteln zum Einfüllen und/oder Nachfüllen eines dia­ thermischen Fluides durch Betreiben einer zusätzlichen Pumpe (33) und eines Ventils (32), die das Fluid aus dem Speicher­ behälter (14) entnehmen, um es auf Höhe des Kollektors (6) in den Zuführstrang einzuspeisen (Fig. 7).

13. Thermoregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem System zum Einfüllen und/oder Nachfüllen von Wasser ausgehend vom Speicherbehälter (14) und durch Mittel hindurch, die wahlweise den Speicherbehälter (14) mit dem Se­ kundärkreis (S) des Wärmetauschers oder mit dem Kollektor (6) des wärmetragenden Fluidkreises verbinden (vgl. Fig. 8 bis 10).