DE3727298A1 - Klimaschrank - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Klimaschrank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits derartige Klimaschränke bekannt, die zum Beispiel zur Prüfung und auch Fertigung elektronischer Bauteile benötigt werden. Hier werden zum Beispiel die verschiedensten Temperaturen simuliert, um die Materialien oder Gegenstände zu testen.

Auch in der pharmazeutischen Industrie werden derartige Klimaschränke benötigt.

Die bekannten Klimaschränke zeigen nun den schweren Nachteil, daß die Regelmöglichkeit, insbesondere der zeitlichen Temperaturgenauigkeit, begrenzt ist.

Es ist weiter ein Labor-Wärmeschrank, insbesondere Heizluftsterilisator, mit einem mäanderförmig gebogenen Heizkörper mit zwei elektrischen und/ oder mechanischen Anschlußstellen für einen quaderförmigen Heizraum bekannt, wobei der Heizkörper in der Ansicht von vorn U-förmig gebogen ist und in einer von einem Innenkessel und einem Außenkessel gebildeten Vorkammer angeordnet ist, wobei darüber hinaus im hinteren der Tür gegenüberliegenden Bereich des Wärmeschrankes eine Kammer angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Kammern eine offene Verbindung vorhanden ist. Hiermit können überraschend gute Regelergebnisse mit geringem Aufwand erzielt werden, wenn anstelle der Kesseltemperatur die Temperatur in der Vorkammer als Hilfsgröße verwendet wird (DE-PS 33 29 855).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Klimaschrank der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß die Temperaturregelung wesentlich verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Dadurch wird die überraschende Wirkung erzielt, daß die systembedingten Temperaturschwankungen in der Vorwärmekammer ausgeregelt werden, ohne in den Nutzraum durchzuschlagen.

Diese systembedingten Temperaturschwankungen haben im wesentlichen zwei Ursachen:

• a) das thermostatische Einspritzventil mit Durchfluß/Sperren in Zweipunkt-Charakteristik,
• b) das ständige Auf- und Abschalten der Heißgasinjektion durch die Elektromagnetventile. Diese Maßnahme wird zur Leistungsregelung angewandt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht von vorn auf die Ausführungsform;

Fig. 2 eine Draufsicht nur auf den Heizkörper;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf einen Teil der Ausführungsform;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht auf die Ausführungsform;

Fig. 5 eine schematische Ansicht von vorn;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die vorangegangene Ausführungsform und

Fig. 7 das Schaltschema des Kältekreislaufes.

Fig. 1 zeigt unten den Maschinenraum 50 und oben den Arbeitsraum 1, der gut isoliert ist, was hier nicht sichtbar ist. Oben sieht man ein Kontrollthermometer 8 sowie ein weiteres Schaltelement 9. Darüberhinaus können auch noch weitere Schalt- und Steuerelemente darunter angeordnet sein.

Weiter zeigt Fig. 1 die Höhe h und die Breite b des Außenkessels 15. Innerhalb desselben zwischen diesem und dem Innenkessel 3 sieht man den Heizkörper 2, der mäanderförmig gebogen ist, so daß er sich an diese beiden Seitenteile und das Unterteil des Heizraumes in verhältnismäßig geringem Abstand, jedoch berührungsfrei anschließt. An den beiden Enden des Heizkörpers 2 sind die beiden Anschlüsse 5 und 6 desselben in der Rückwand des Heizkörpers verschraubt. Weitere Verbindungen zwischen dem Arbeitsraum 1 und dem Heizkörper 2 sind nicht vorhanden, so daß sich mit Ausnahme dieser beiden Anschlüsse auch keine Wärmebrücken ergeben können.

Der Innenkessel 3 ist leicht demontierbar mit der Rückwand verbunden. Die später noch gezeigte Vorkammer 14 ist bevorzugt allseitig mit Ausnahme der vorderen Öffnung geschlossen, wodurch eine größere Homogenität des Wärmeüberganges von dem Heizkörper 2 auf den Innenraum des Kessels 3 erreicht wird. Dies bedeutet, daß örtliche Überhitzungen von Teilen, die in größerer Nähe der Seitenwände liegen als andere, vermieden werden. Dadurch wird der Heizraum innerhalb des Kessels gleichmäßig erwärmt.

Unten ist der Maschinenraum 50 zu sehen, der alle Teile des Kältekreislaufes aufnimmt, die später noch erläutert werden. Es ist nur eine einfache Trennwand zwischen dem Arbeitsraum 1, in dessen Innenkessel 3 die zu erwärmenden oder zu kühlenden Geräte angeordnet sind und dem Maschinenraum 50 vorhanden.

Unten ruht der aus den Teilen 1 und 50 bestehende Klimaschrank auf den Gummifüßen 10 und 11.

Fig. 2 zeigt den Heizkörper 2 nach dem ersten Fertigungsschritt. In diesem Falle ist der Heizkörper in herkömmlicher Weise ebenflächig ausgebildet und mäanderförmig gebogen. Er ist also in herkömmlicher Weise nur in einer Ebene gebogen. Die Länge l ist hier etwas kleiner als die Addition der beiden Höhen h der Seiten des Außenkessels 15 des Arbeitsraumes 1 nach der Fig. 1 plus der Breite b der Bodenfläche.

Es handelt sich hier um einen röhrenförmigen elektrischen Heizkörper 2, der an seinen Enden mit den Anschlüssen 5 und 6 versehen ist. Diese mit einem Nippel versehenen Gewinde sind mit dem rohrförmigen Heizkörper 2 fest verbunden, also zum Beispiel verpreßt oder verschweißt. An den Enden sieht man die steckerförmigen elektrischen Anschlüsse 12, 13, die gegenüber der Wand isoliert sind, was nicht im einzelnen dargestellt werden muß.

Dies gilt auch für die mäanderförmigen Biegungen zwischen den Anschlüssen 5 und 6.

Allerdings sind die Radien R der beiden großen Biegungen größer ausgebildet als die Radien r der beiden inneren Biegungen.

Zur vollständigen Fertigung werden die beiden außenliegenden Teile mit den Radien R aus der dargestellten Ebene nach Fig. 2 nach oben gebogen, so daß sich die U-Form des Heizkörpers 2 nach der Fig. 1 ergibt. Dies ist bereits der zweite und letzte Fertigungsschritt. Dadurch kommt der mittlere Teil mit den kleineren Radien r auf den Bodenteil zu liegen, während die Außenteile mit den größeren Radien R die Seitenteile des U-Teiles bilden.

In dieser Form läßt sich der Heizkörper 2 leicht montieren, indem die beiden Anschlüsse 5 und 6 durch die Löcher in der Rückwand des Arbeitsraumes nach Fig. 1 gesteckt und anschließend mit Muttern verschraubt werden, worauf dann auch die elektrischen Anschlüsse 12 und 13 geklemmt werden können.

Es genügen diese mechanischen Befestigungen mit den beiden Anschlüssen 5 und 6, um den gesamten räumlich gebogenen Heizkörper 2 in seiner Lage nach Fig. 1 im Abstand von sämtlichen Teilen des Schrankes zu halten.

Darüber hinaus ist das Auswechseln sehr einfach, indem die Muttern gelöst und der Heizkörper 2 als Ganzes nach vorn durch den Außenkessel herausgezogen wird.

In ähnlicher Weise kann auch der Innenkessel 3 sehr einfach an der Rückwand des Schrankes befestigt werden. Er kann aber auch in oberen Schienen nur lose eingeschoben werden.

Durch die unterschiedlichen Radien R und r wird eine unterschiedliche Leistungsdichte erreicht. Am Boden will man die größere Leistungsdichte als an den beiden Seitenteilen haben. Zum Beispiel kann man die Leistungsdichte auf diese Weise so einstellen, daß die beiden Seitenteile der U-förmigen Ausbildung zusammen etwa die gleiche Leistung haben wie der Boden.

Wenn man besondere Temperaturschichtungen im Kessel erzeugen will, kann der Heizkörper 2 nicht nur U-förmig, sondern auch noch O-förmig oder kastenförmig ausgebildet sein.

Durch die Verbindung mit der Vorkammer 14 bietet der Heizkörper eine sehr gute Temperaturuniformität und beste oder sogar überraschend gute Voraussetzungen für den Einsatz von Temperaturreglern.

Fig. 3 zeigt die Arbeitskammer 1 mit den sie umgebenden Kammern 14 und 16. Hierzu ist die Kammer 16 dadurch gebildet, daß parallel zu der Rückwand 18 eine getrennte vordere Wand 17 im Abstand a von dieser angeordnet ist. Dadurch entsteht also gewissermaßen eine zusätzliche Vorkammer im hinteren Bereich.

In der Mitte ist in der Wand 17 eine Öffnung 19 angeordnet, durch die man ein Radial-Lüfterrad 10 sieht. Zwischen der Kammer 16 und der Vorkammer 14, die im übrigen die zuvor beschriebene Bauart aufweist, ist eine im Bodenbereich offene Verbindung vorhanden.

Darüberhinaus sind in dem linken Innenkessel 3 zahlreiche Austrittsöffnungen 22 angeordnet. Der Innenkessel 3 ist überall mit diesen Öffnungen 22 versehen, nur der Boden hat keine Öffnungen.

Unterhalb des Lüfterrades 30 sieht man durch die unterbrochenen Linien angedeutet den Verdampfer 35, der sich somit in der hinteren Kammer 16 befindet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Seitenansicht. Hier sieht man deutlich, daß der Lüfterantrieb 21 für das Lüfterrad 30 an der Rückwand 18 angebracht ist, wobei die Welle 31 des Lüfterrades 30 die Wand durchdringt.

Darunter sieht man wieder den Verdampfer 35 des Kältekreislaufes.

Durch den Pfeil 32 sowie weitere Pfeile ist der Luftstrom angedeutet. Dieser verläuft nach unten, wo er durch die erwähnte offene Verbindung in der Vorkammer 14 gedrückt wird. Dabei durchströmt er den Verdampfer 35 und anschließend den Heizkörper 2. Danach gelangt er durch die zahlreichen Öffnungen 22 des Innenkessels 3 in den Arbeitsraum 1.

In Fig. 5 ist durch eine große Anzahl von Pfeilen die Strömung der Umluft dargestellt, die durch die Öffnungen 22 von den beiden Seiten in das Innere des Innenkessels 3 gelangt.

Im übrigen sind die Bezugszeichen die gleichen wie zuvor, was nicht besonders erwähnt werden muß.

In Fig. 6 sieht man die Strömung am Boden der Vorkammer und im Innenraum durch eine große Anzahl von Pfeilen angegeben. Es wird ersichtlich, daß die Umluft von beiden Seiten auf die Öffnung 19 strömt. Hier wird sie nämlich von dem Lüfterrad 30 durch die Öffnung 19 angesaugt und radial nach allen Seiten nach oben und nach unten durch die Kammer 16 in die Vorkammer 14 geleitet.

Dadurch entsteht der große Vorteil, daß die Luft zunächst in der Vorkammer gleichmäßig erwärmt oder gekühlt wird und erst dann in das Innere des Nutzraumes 1 gelangt, und zwar von allen Seiten.

Es ist auch noch ein nicht dargestellter Temperatur- und/oder Meßfühler in der Vorkammer 14 in der Nähe der Austrittsöffnungen 22 vorhanden. An dieser Stelle ist der Temperatur- und/oder Meßfühler optimal angeordnet.

Insgesamt wird durch die Erfindung eine Vorkammerheizung bzw. -kühlung bewirkt. Die Luft wird durch die kreisrunde Öffnung 19 angesaugt, vom Lüfterrad 30 beschleunigt und radial weggeschleudert. Anschließend wird sie durch den Verdampfer gedrückt und etwas unter die gewünschte Arbeitsraumtemperatur abgekühlt. Danach strömt die Luft durch den Bodenteil des Heizkörpers, wird dort erwärmt und in zwei Luftströme geteilt, die in die Seitenteile der Vorkammer aufsteigen. Hier wird die Luft durch die seitlichen Teile des U-förmigen Heizkörpers nochmals erwärmt, ehe sie durch die im Innenkessel befindlichen Austrittsöffnungen 22 in den Arbeitsraum 1 eintritt.

Durch weitere Luftleitbleche sowie einer entsprechenden Wahl der Größe, Lage und Anzahl der Öffnungen wird mit guter Annäherung erreicht, daß die Luftaustrittsgeschwindigkeiten aus den Öffnungen gleich sind.

Hier ergibt sich eine gute räumliche Temperaturgenauigkeit im Innenraum, da zusätzlich zum Wärme- bzw. Kälteluftstrom auch noch die beiden Seiten und der Boden beheizt bzw. abgekühlt werden. Es entsteht auch kein Auskühleffekt des Luftstromes. Die Luft wird bis unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Arbeitsraum über die Heizkörper geführt und somit erwärmt. Durch die Erfindung weisen daher auch sehr tiefe Arbeitsräume eine gute Wärmehomogenität auf. Außerdem sind die Temperaturen im Arbeitsraum weitgehend unabhängig von der Luftgeschwindigkeit.

Aufgrund der großen Länge können die Heiz- bzw. Kühlkörper eine geringe Leistungsdichte haben. Auf diese Weise sind örtliche Überhitzungen ausgeschlossen. Es besteht somit kein Sicherheitsrisiko.

Fig. 7 zeigt den Kältekreislauf. Oben rechts sieht man den Arbeitsraum 1, der durch die symbolisch angedeutete Trennwand 51, siehe auch Fig. 1, von dem Maschinenraum 50 links neben der mit unterbrochenen Linien angedeuteten Trennwand 51 liegt.

Vom unten links angeordneten Verdampfer 35 führt eine Leitung in Richtung der Pfeile 49 zunächst nach links zu einem Absperrventil 40 und von diesem zu dem Kompressor oder Verdichter 37. Das verdichtete Medium gelangt dann in Richtung des Pfeiles in den Kondensator 42. Die Kühlluft wird in diesem gemäß den Pfeilen von links nach rechts durch das von dem Motor 43 angetriebene Lüfterrad 28 durch den Kondensator gedrückt. Weiter gelangt das Kühlmedium, zum Beispiel R 12, aus dem Kondensator 42 in den Sammler 45, und von da über das Absperrventil 46 und den Trockner 47 durch die Leitung 48 weiter in Richtung des Pfeiles zu dem thermostatischen Expansionsventil 36. Wird der Klimaschrank im Teillastbereich betrieben, ist das Ventil 53 geöffnet. Dann wird ein Teil des Heißgases hinter dem Verdichter 3 abgezweigt und nach Durchlaufen des Drosselventils 54 hinter dem Expansionsventil 35 dem verdampften Kältemittel zugemischt.

Somit wird ersichtlich, daß alle erwähnten Teile des Kältekreislaufes mit Ausnahme des Verdampfers 35 und des Expansionsventils in dem Maschinenraum 50 außerhalb des Arbeitsraumes und auch der erwähnten Kammern 14, 16 liegen.

Durch die Anordnung des Verdampfers 35 in der aus den Kammern 14, 16 gebildeten Einheit, insbesondere in der Kammer 16, entsteht die überraschende Wirkung, daß die systembedingten Temperaturschwankungen in den Vorkammern 14, 16 ausgeregelt werden, ohne in den Nutzraum 1 durchzuschlagen.

Dabei erfolgt die Regelung mittels des Heizkörpers 2 außerordentlich wirksam sowohl bei der Verwendung des Klimaschrankes als Heizschrank wie auch als Kühlschrank.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Der Fachmann hat vielmehr die Möglichkeit, im Rahmen der Ansprüche Abwandlungen hiervon zu schaffen.

Claims (4)

1. Klimaschrank mit einem Heißluftgerät und einer Kältemaschine mit einem Kältekreislauf, der unter anderem einen Verdampfer, einen elektrisch angetriebenen Kompressor, ein Expansionsventil und einen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (2) in einer von einem Innenkessel (3) und einem Außenkessel (15) gebildeten Vorkammer (14) angeordnet ist, ohne die Wände des Innenkessels (3) und des Außenkessels (15) zu berühren, daß dem hinteren der Tür gegenüber liegenden Bereich des Wärmeschrankes (1) eine Kammer (16) durch eine von der Rückwand (18) im Abstand (a) getrennte Wand (17) angeordnet ist, in der eine Öffnung (19) vorgesehen ist, hinter der ein Radial-Lüfterrad (30) liegt, das mit einem Lüfterantrieb (21) an der Rückwand (18) in Antriebsverbindung steht, wobei eine offene Verbindung der Kammer (16) mit dem Bodenteil der Vorkammer (14) vorhanden ist und der Innenkessel (3) mit Austrittsöffnungen (22) versehen ist und daß in der aus der Vorkammer (14) und der damit in der stets offenen Verbindung stehenden hinteren Kammer (16) gebildeten Einheit der Verdampfer (35) der Kältemaschine (50) angeordnet ist.

2. Klimaschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (35) in der hinteren Kammer (16) angeordnet ist.

3. Klimaschrank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (35) im unteren Bereich der hinteren Kammer (16) angeordnet ist.

4. Klimaschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme des Verdampfers (35) und des Expansionsventils (36) alle Teile des Kältekreislaufes (Fig. 7) außerhalb der beiden Kammern (14, 16) in einem getrennten Maschinenraum (50) unter dem Klimaschrank (1) angeordnet sind, der mit diesem eine bauliche Einheit bildet.