DE4014435A1

DE4014435A1 - Liq. temp. controller esp. for thermostat - has evaporative and air heat exchangers in cooling system

Info

Publication number: DE4014435A1
Application number: DE19904014435
Authority: DE
Inventors: Peter Huber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-05
Filing date: 1990-05-05
Publication date: 1991-11-07

Abstract

A temp. controller for liq. media, esp. for use in thermostats, has a cooling device, a heating device and a circulation pump. The cooling device has an evaporative heat exchanger (7), which operates with a refrigerant and forms part of a refrigerator, and an air heat exchanger (5). The liq. medium is passed, via a valve system (8), through these heat exchangers (5,7) separately or together in accordance with a preset target value and the temp. of the medium. ADVANTAGE - Corners of large temp. range (e.g. from -50deg.C. or less to +300 deg.C. or more), while having relatively low constuction cost. Cooling device allows rapid and continuous cooling, e.g. from above +150 deg.C.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperiereinrichtung für zu temperierende, flüssige Medien, insbesondere zum Einsatz in sogenannten Kälte-Wärme-Thermostaten, mit einem eine Kühleinrichtung sowie eine Heizeinrichtung und eine Umwälz pumpe aufweisenden Temperieraggregat.The invention relates to a temperature control device for liquid media to be tempered, in particular for use in so-called cold-heat thermostats, with one Cooling device as well as a heating device and a circulation pump-equipped temperature control unit.

Kälte-Wärme-Thermostate sind für unterschiedliche Temperatur bereiche bereits bekannt. Bei bestimmten Anwendungsfällen wird angestrebt, einen möglichst großen Temperaturbereich abzudecken, der sich weit unter den Nullpunkt und in einen Heizbereich von über 150°C erstreckt. Um dies zu realisieren ist unter Berücksichtigung der physikalischen Gegebenheiten ein vergleichsweise großer Aufwand erforderlich.Cooling and heating thermostats are for different temperatures areas already known. For certain applications the aim is to have the largest possible temperature range to cover that far below zero and into one Heating range of over 150 ° C extends. To realize this is taking into account the physical conditions a comparatively large effort is required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Temperier einrichtung für einen Kälte-Wärme-Thermostaten zu schaffen, mittels der ein sehr großer und insbesondere auch kontinuier lich durchfahrbarer Temperaturbereich abgedeckt werden kann, wobei aber gleichzeitig der konstruktive Aufwand vergleichsweise gering ist.The object of the present invention is a tempering to create a device for a cold-heat thermostat, by means of a very large and especially continuous passable temperature range are covered can, but at the same time the design effort is comparatively small.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Kühleinrichtung des Temperieraggre gates zumindest einen zu einer Kältemaschine gehörenden und mit Kältemittel arbeitenden Verdampfer-Wärmetauscher sowie einen oder mehrere Luft-Wärmetauscher aufweist und daß diese Wärmetauscher über eine Ventilanordnung in Abhängig keit einer Sollwert-Vorgabe sowie der Temperatur des zu temperierenden Mediums wahlweise separat oder gemeinsam durchströmbar sind.To solve this problem, the invention in particular proposed that the cooling device of the tempering unit gates at least one belonging to a refrigerator and evaporator heat exchanger working with refrigerant as well has one or more air heat exchangers and that depending on this heat exchanger via a valve arrangement of a setpoint and the temperature of the tempering medium either separately or together are flowable.

Durch diese Anordnung und Aufteilung der Kühleinrichtung mit mehreren, unterschiedlich arbeitenden Wärmetauschern ist ein sehr schnelles und auch kontinuierliches Abkühlen aus hohen Temperaturbereichen zum Beispiel von oberhalb 150°C gut möglich. Dabei wird die Kühlung über den Luft-Wärmetauscher bei Temperaturbereichen vorgenommen, wo eine Kühlung durch den Verdampfer-Wärmetauscher wegen dem darin enthaltenen Kältemittel, welches nur eine begrenzte Temperaturverträg lichkeit hat, noch nicht möglich ist.Through this arrangement and division of the cooling device with several, differently working heat exchangers is one very fast and also continuous cooling from high Temperature ranges for example from above 150 ° C are good possible. The cooling is via the air heat exchanger made at temperature ranges where cooling by the evaporator heat exchanger because of the contained therein Refrigerant, which only has a limited temperature tolerance has, is not yet possible.

Mittels der vorgesehenen Ventilanordnung kann der Verdampfer- Wärmetauscher bei Unterschreiten einer für ihn "verträglichen" Temperatur zugeschaltet werden. Außerdem kann damit die Kühleinrichtung abgeschaltet und bedarfsweise die Heizein richtung eingeschaltet werden.By means of the valve arrangement provided, the evaporator Heat exchanger when it falls below a "tolerable" level Temperature can be switched on. In addition, the Cooling device switched off and the heater if necessary direction can be switched on.

Zweckmäßigerweise ist der Arbeitsbereich des Verdampfer-Wärme- Tauschers unterhalb von etwa 150°C und der Arbeitsbereich des Luft-Wärmetauschers oberhalb der jeweiligen Umgebungs temperatur vorgesehen. Dadurch ergibt sich insgesamt ein sehr effektives Zusammenspiel der einzelnen Kühleinrichtungen mit hoher Kühlrate.The working area of the evaporator heat is expediently Exchangers below about 150 ° C and the working area of the air heat exchanger above the respective environment temperature provided. This results in an overall very effective interaction of the individual cooling devices with high cooling rate.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß innerhalb eines Temperatur bereiches von etwa +150°C bis etwa Umgebungstemperatur die Ventilanordnung zur kontinuierlichen Zuschaltung des Ver dampfer-Wärmetauschers bei gleichzeitig vorzugsweise etwa kontinuierlicher Kühlleistung des Luft-Wärmetauschers ausgebil det ist. Durch diese vorgesehene Überschneidung beim Zu- und Abschalten des Verdampfer-Wärmetauschers bzw. des Luft-Wärme tauschers kann innerhalb des jeweiligen Temperaturbereiches bedarfsweise mit größtmöglicher Kühlleistung auch unter Zuhilfenahme beider Wärmetauscher gearbeitet werden. It is preferably provided that within a temperature range from about + 150 ° C to about ambient temperature Valve arrangement for the continuous connection of the Ver steamer heat exchanger at the same time preferably about continuous cooling capacity of the air heat exchanger trained det. Through this intended overlap when cutting and Switch off the evaporator heat exchanger or the air heat exchanger can be used within the respective temperature range if necessary with the greatest possible cooling capacity even under Both heat exchangers are used.

Zweckmäßigerweise sind der Verdampfer-Wärmetauscher und der Luft-Wärmetauscher mit ihren jeweiligen Eingängen für das zu temperierende Medium vorzugsweise separat an die Umwälzpumpe und die Ausgänge der Wärmetauscher an die Ventilanordnung angeschlossen.The evaporator heat exchanger and the are expedient Air heat exchangers with their respective inputs for that too tempering medium preferably separately to the circulation pump and the outputs of the heat exchangers to the valve assembly connected.

Je nach Stellung der Ventilanordnung werden die Ausgänge der Wärmetauscher mehr oder weniger bzw. ganz geschlossen oder geöffnet, so daß nur ein oder beide Wärmetauscher von der zu temperierenden Flüssigkeit durchströmt werden. Die Stellung der Ventilanordnung ist dabei einerseits von einer äußeren Sollwertvorgabe und auch von der momentan herrschenden Tempe ratur der Flüssigkeit abhängig.Depending on the position of the valve arrangement, the outputs of the Heat exchanger more or less or completely closed or opened so that only one or both heat exchangers from the to tempering liquid are flowed through. The position the valve arrangement is on the one hand from an outer Setpoint specification and also from the currently prevailing temp rature of the liquid.

Um bei hohen Betriebstemperaturen Beschädigungen der Pumpen dichtung und des Motors zu vermeiden, ist vorgesehen, daß der Pumpen-Antriebsmotor sowie vorzugsweise auch die Pumpen wellen-Abdichtung mit Abstand zur Pumpenkammer angeordnet sind.In order to damage the pumps at high operating temperatures seal and to avoid the engine, it is provided that the pump drive motor and preferably also the pumps shaft seal spaced from the pump chamber are.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn innerhalb des Pumpenge häuses die Heizeinrichtung untergebracht ist. Damit läßt sich eine besonders wirksame und verlustarme Wärmeabgabe von der Heizeinrichtung auf das zu temperierende Medium erzielen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Pumpengehäuse topfförmig mit einer Pumpenlaufrad-Kammer sowie einer sich in axialer Richtung anschließenden Heizkammer ausgebildet ist. Dies ergibt eine kompakte Bauweise und trägt mit zu einer guten Wärmeabgabe bei.It is particularly advantageous if within the pumping volume the heater is housed. So that leaves a particularly effective and low-loss heat emission from of the heating device on the medium to be tempered. It is useful if the pump housing is pot-shaped with a pump impeller chamber and one in axial Direction subsequent heating chamber is formed. This results in a compact design and contributes to a good one Heat emission at.

Vorteilhafterweise weist die Heizeinrichtung eine schrauben linienförmig verlaufende Heizschlange auf, die in Drehrichtung des Pumpenlaufrades gewickelt ist, wobei an dem der Pumpen laufrad-Kammer abgewandten Bereich der Heizkammer ein Auslaß stutzen vorgesehen ist. Dies ergibt eine weitestgehend verlustarme Durchströmung der Heizkammer.The heating device advantageously has a screw line-shaped heating coil on, in the direction of rotation of the pump impeller is wound, on which of the pumps impeller chamber facing away from the heating chamber an outlet trim is provided. This results in a largely low-loss flow through the heating chamber.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß innerhalb der Heizkammer ein oder mehrere Verdrängerkörper zur Redu zierung des Heizkammer-Volumens angeordnet sind.A further development of the invention provides that within the heating chamber one or more displacers to reduce Decoration of the heating chamber volume are arranged.

Durch das veringerte Volumen lassen sich in erwünschter Weise kürzere Ausregelzeiten bei Sollwertänderungen oder Laständerungen erzielen.Due to the reduced volume can be desired Way shorter settling times in case of setpoint changes or Achieve load changes.

Vorteilhafterweise ist als Ventilanordnung ein 4-Wege-Ventil mit drei Eingängen jeweils für den Luft-Wärmetauscher, den Verdampfer-Wärmetauscher sowie die Heizeinrichtung und mit einem Sammelausgang vorgesehen. Damit lassen sich in Abhängig keit einer Sollwertvorgabe die verschiedenen Kühleinrichtungen oder die Heizung einschalten.A 4-way valve is advantageously used as the valve arrangement with three inputs each for the air heat exchanger, the Evaporator heat exchanger and the heating device and with a collective exit provided. This can be dependent the various cooling devices or switch on the heating.

Dabei weist die Ventilanordnung zweckmäßigerweise eine temperaturabhängig arbeitende Stellbegrenzung mit einer Ansprechtemperatur von z. B. gleich oder größer 150°C auf. Dadurch kann ein Umschalten auf den Verdampfer-Wärmetauscher bei hohen Temperaturen, wo das im Verdampfer-Wärmetauscher befindliche Kältemittel Schaden nehmen würde, vermieden werden.The valve arrangement expediently has one temperature-dependent adjustment limitation with a Response temperature of z. B. equal to or greater than 150 ° C. This can switch to the evaporator heat exchanger at high temperatures, where that's in the evaporator heat exchanger existing refrigerant would be avoided will.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.Additional embodiments of the invention are in the others Subclaims listed. The invention is as follows with its essential details using the drawings explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Kreislaufschema eines Kälte-Wärme-Thermostaten, Fig. 1 is a circuit diagram of a refrigerant heat thermostats,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Kälte-Wärme-Thermostaten mit einem Temperieraggregat, Fig. 2 is a side view of a cold-heat circulator and a temperature-control unit,

Fig. 3 eine Vorderseitenansicht eines Temperieraggregates, Fig. 3 is a front side view of a Temperieraggregates,

Fig. 4 eine Rückseitenansicht eines Kälte-Wärme-Thermo staten mit zum Temperieraggregat gehörenden Luft- Wärmetauscher, Fig. 4 is a rear side view of a cold-heat thermal Staten with belonging to the tempering air heat exchanger,

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung einer Umwälzpumpe mit Antrieb und Heizeinrichtung und Fig. 5 is a longitudinal sectional view of a circulation pump with drive and heating device and

Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung eines Verdampfer-Wärme tauschers. Fig. 6 is a longitudinal sectional view of an evaporator heat exchanger.

Fig. 1 zeigt ein Kreislauf-Schema eines Kälte-Wärme-Thermo staten 1 - kurz: Thermostat 1 - mit einem Kreislauf 2 für das zu temperierende Medium sowie einem Kühlkreislauf 3, in dem sich Kältemittel befindet. Fig. 1 shows a circuit diagram of a cold heat thermostat 1 - in short: Thermostat 1 - with a circuit 2 for the medium to be tempered and a cooling circuit 3 , in which there is refrigerant.

Zu dem Kreislauf 2 für das zu temperierende Medium gehören eine Umwälzpumpe 4, an die sich parallel geschaltet ein Luftwärmetauscher 5, eine Heizeinrichtung 6 sowie ein zum Kühlkreislauf 3 gehörender Verdampfer-Wärmetauscher 7 an schließen. Die Wärmetauscher 5 und 7 sowie die Heizeinrich tung 6 sind mit ihren Auslässen jeweils an eine Ventilan ordnung 8 angeschlossen. Der Ausgang 9 dieser Ventilanord nung 8 bildet eine Sammelleitung die zu einem Kühlmantel 10 eines Temperierbehälters 11 führt.The circuit 2 for the medium to be tempered include a circulating pump 4 , to which an air heat exchanger 5 , a heating device 6 and a evaporator heat exchanger 7 belonging to the cooling circuit 3 are connected in parallel. The heat exchangers 5 and 7 and the Heizeinrich device 6 are each connected to a Ventilan arrangement 8 with their outlets. The output 9 of this Ventilanord voltage 8 forms a manifold which leads to a cooling jacket 10 of a temperature control container 11 .

Eine Rückführleitung 12 verbindet den Kühlmantel 10 und den Einlaß der Umwälzpumpe 4 und schließt damit den Temperierme dium-Kreislauf.A return line 12 connects the cooling jacket 10 and the inlet of the circulation pump 4 and thus closes the tempering medium circuit.

Mit 13 ist noch ein Ausdehnungsgefäß bezeichnet, welches bei einem geschlossenen Kreislauf 2 zuschaltbar und bei einem offenen Kreislauf mit einem externen Temperierbad abgesperrt ist.With 13 an expansion vessel is also designated, which can be switched on in a closed circuit 2 and shut off in an open circuit with an external temperature bath.

Zu dem Kühlkreislauf 3 gehört außer dem Verdampfer-Wärme tauscher 7 ein Kompressor 14, ein Kondensator 15 sowie ein Expansionsventil 16.In addition to the evaporator heat exchanger 7, the cooling circuit 3 also includes a compressor 14 , a condenser 15 and an expansion valve 16 .

Mit dem Kälte-Wärme-Thermostat 1 kann ein Temperaturbereich von beispielsweise -50°C oder weniger bis +300°C oder mehr abgedeckt werden. Bei solchen Thermostaten ist man bestrebt eine möglichst kurze Ausregelzeit bei Sollwertänderungen oder Laständerungen zu erzielen. Dazu muß die Temperierflüs sigkeit entsprechend schnell erwärmt oder aber abgekühlt werden. Beim Abkühlen aus hohen Temperaturen oberhalb von beispielsweise 150°C ist problematisch, daß bei direkter Beaufschlagung des Verdampfer-Wärmetauschers 7 das im Kühl kreislauf befindliche Kältemittel Schaden nehmen könnte. Die Kühleinrichtung insgesamt ist deshalb aufgeteilt in eine Kühl einrichtung mit Luft-Wärmetauscher 5 sowie mit Verdampfer- Wärmetauscher 7, wobei diese Wärmetauscher in Abhängigkeit einer Sollwert-Vorgabe sowie in Abhängigkeit von der Tempe ratur des zu temperierenden, im Kreislauf 2 befindlichen Mediums aktivierbar sind. Dies erfolgt mit Hilfe der Ventil- Anordnung 8. Diese bildet im wesentlichen ein Vier-Wege- Ventil mit drei Eingängen 17 und einem Sammelausgang 9.A temperature range of, for example, -50 ° C. or less to + 300 ° C. or more can be covered with the cold-heat thermostat 1 . With such thermostats, the aim is to achieve the shortest possible settling time in the event of setpoint changes or load changes. For this purpose, the Temperierflüs liquid must be warmed up or cooled accordingly quickly. When cooling from high temperatures above, for example, 150 ° C., it is problematic that the refrigerant in the cooling circuit could be damaged if the evaporator heat exchanger 7 is directly acted upon. The cooling device as a whole is therefore divided into a cooling device with an air heat exchanger 5 and with an evaporator heat exchanger 7 , these heat exchangers being activated as a function of a setpoint specification and as a function of the temperature of the medium to be temperature-controlled in the circuit 2 . This is done with the help of the valve arrangement 8 . This essentially forms a four-way valve with three inputs 17 and a collective output 9 .

Diese Ventilanordnung 8 ist so konstruiert, daß entweder die Heizeinrichtung 6 oder aber einer oder beide Wärmetauscher 5 und 7 durchströmt werden. Um zu verhindern, daß bei Tempera turen beispielsweise oberhalb von +150°C der Verdampfer-Wärme tauscher 7 durchströmt wird, hat die Ventilanordnung 8 eine temperaturabhängig arbeitende Stellbegrenzung, die trotz einer entsprechenden Sollwertvorgabe verhindert, daß das Temperiermedium den Verdampfer-Wärmetauscher 7 durchströmt. Erst bei Unterschreiten einer vorgebbaren Höchsttemperatur (z. B. 150°C) kann der Verdampfer-Wärmetauscher 7 zugeschaltet werden. Oberhalb dieser vorgebbaren Temperaturgrenze ist ein Kühlen des Temperiermediums ausschließlich mit dem Luft-Wärme tauscher 5 vorgesehen.This valve arrangement 8 is constructed so that either the heating device 6 or one or both heat exchangers 5 and 7 are flowed through. To prevent temperatures at temperatures above + 150 ° C, the evaporator heat exchanger 7 is flowed through, the valve assembly 8 has a temperature-dependent control that prevents despite a corresponding setpoint that the tempering medium flows through the evaporator heat exchanger 7 . The evaporator heat exchanger 7 can only be switched on when the temperature falls below a predefinable maximum temperature (e.g. 150 ° C.). Above this predeterminable temperature limit, cooling of the temperature control medium is provided exclusively with the air-heat exchanger 5 .

Die Ventilanordnung 8 ist zum überschneidenden Zu- oder Abschalten des Luft-Wärmetauschers 5 und des Verdampfer-Wärme tauschers 7 ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß bei absinkender Temperiermedien-Temperatur unterhalb von z. B. 150°C zu dem durchströmten Luft-Wärmetauscher 5 kontinuier lich der Verdampfer-Wärmetauscher 7 zugeschaltet wird. Da der Wirkungsgrad des Luft-Wärmetauschers 5 mit absinkender Temperiermedientemperatur abnimmt, wird die Durchströmung dieses Wärmetauschers allmählich zurückgenommen, bis schließ lich etwa bei Erreichen der Umgebungstemperatur der Durch strömkanal durch den Luft-Wärmetauscher 5 vollständig geschlos sen und der Durchströmkanal durch den Verdampfer-Wärmetau scher 7 vollständig geöffnet ist.The valve assembly 8 is designed for overlapping switching on or off of the air heat exchanger 5 and the evaporator heat exchanger 7 . This ensures that when the temperature of the temperature medium drops below z. B. 150 ° C to the flowed through air heat exchanger 5 continuous Lich the evaporator heat exchanger 7 is switched on. Since the efficiency of the air heat exchanger 5 decreases as the temperature of the temperature medium drops, the flow through this heat exchanger is gradually reduced until the flow channel through the air heat exchanger 5 is closed completely when the ambient temperature is reached and the flow channel through the evaporator heat exchanger is sheared 7 is fully open.

Der strichliniert umgrenzte Bereich des Thermostaten 1 bildet insgesamt das Temperieraggregat 18. In den Fig. 2 bis 4 ist die Anorndung und Zuordnung der einzelnen, zum Temperieraggregat 18 gehörenden Bauteile oder Baugruppen dargestellt. Fig. 2 zeigt eine etwas schematisierte Seiten ansicht eines Thermostaten 1, bei dem sich das Temperier aggregat 18 im unteren Bereich des Gehäuses 19 befindet. Es ist hier die Umwälzpumpe 4 mit dort integrierter Heizein richtung 6, der Verdampfer-Wärmetauscher 7, der Luft-Wärme tauscher 5 sowie die Ventilanordnung 8 erkennbar.The region of the thermostat 1 which is delimited by dashes forms the overall temperature control unit 18 . In Figs. 2 to 4, the Anorndung and assignment is shown of the individual belonging to the tempering unit 18 components or assemblies. Fig. 2 shows a somewhat schematic side view of a thermostat 1 , in which the temperature control unit 18 is located in the lower region of the housing 19 . It is the circulation pump 4 with integrated heater 6 there , the evaporator heat exchanger 7 , the air-heat exchanger 5 and the valve assembly 8 can be seen .

An die Umwälzpumpe 4 ist ein zum Luft-Wärmetauscher 5 führen der Druckstutzen 20 sowie ein zum Verdampfer-Wärmetauscher 7 führender Druckstutzen 21 angeschlossen. Außerdem erkennt man noch einen von der Heizung 6 zur Ventilanordnung 8 führenden weiteren Druckstutzen 22.Connected to the circulating pump 4 is a pressure pipe 20 leading to the air heat exchanger 5 and a pressure pipe 21 leading to the evaporator heat exchanger 7 . In addition, one can see another pressure connection 22 leading from the heater 6 to the valve arrangement 8 .

Zur thermischen Abgrenzung ist zwischen dem Luft-Wärmetau scher 5 und dem übrigen Teilen des Temperieraggregates 18 eine Trennwand 23 vorgesehen. Auf der Seite des Luft-Wärme tauschers 5 befindet sich noch der zum Kühlkreislauf 3 ge hörende Kondensator 15 sowie oberhalb des Luft-Wärmetauschers ein Enthitzer 24. Zur Luft-Durchströmung des Luft-Wärme tauschers 5 und auch des Kondensators 15 sowie des Enthitzers 24 ist eine Ventilatoranordnung mit vorzugsweise mehreren Ventilatoren 25 vorgesehen. Die Ventilatoren sind oberhalb des Luft-Wärmetauschers 5 zwischen diesem und dem einseitig darüber befindlichen Enthitzer 24 angeordnet (vgl. auch Fig. 4). For thermal delimitation between the air-Wärmetau shear 5 and the remaining parts of the temperature control unit 18, a partition 23 is provided. On the side of the air-heat exchanger 5 there is still the condenser 15 belonging to the cooling circuit 3 and a desuperheater 24 above the air-heat exchanger. For air flow through the air-heat exchanger 5 and also the condenser 15 and the desuperheater 24 , a fan arrangement with preferably a plurality of fans 25 is provided. The fans are arranged above the air heat exchanger 5 between it and the desuperheater 24 located on one side above it (cf. also FIG. 4).

Die Umwälzpumpe 4 ist bevorzugt als Kreiselpumpe mit einem zentralen Saugstutzen 26 und den etwa tangential außen an der Pumpenkammer angeschlossenen Druckstutzen 20 und 21 ausgebildet. In Fig. 3 ist noch gut erkennbar, daß der zum Luft-Wärmetau scher 5 führende Druckstutzen 20 nicht direkt zum Wärme tauscher führt, sondern länger bemessen ist und schleifenför mig verlegt ist. Die Länge ist dabei so bemessen, daß sich zwischen dem Pumpenauslaß und dem Wärmetauschereingang ein so großes Temperaturgefälle einstellen kann, daß ein Ver eisen des Luft-Wärmetauschers zumindest im Anschlußbereich des Druckstutzen 20 vermieden wird.The circulation pump 4 is preferably designed as a centrifugal pump with a central suction port 26 and the pressure ports 20 and 21 connected approximately tangentially to the outside of the pump chamber. In Fig. 3 is still clearly visible, that the shear-to-air Wärmetau 5 leading discharge nozzle 20 is not directly to the heat exchanger leads, but is dimensioned longer and is laid schleifenför mig. The length is dimensioned such that such a large temperature gradient can be set between the pump outlet and the heat exchanger inlet that ironing of the air heat exchanger is avoided at least in the connection area of the pressure connection 20 .

Da im Bereich der Pumpe 4 Temperaturen von mehreren 100° auftreten können, ist der Pumpen-Antriebsmotor 27 mit Abstand zu der Umwälzpumpe 4 angeordnet. Als Durchführung für die An triebswelle 28 (vergl. auch Fig. 5) dient ein Trägerrohr 29 welches mit einem Ende an die Pumpe 4 und mit seinem anderen Ende an eine motorseitige Pumpenwellen-Abdichtung 30 ange schlossen ist. Das Trägerrohr 29 bildet eine Kühlstrecke, auf der sich ein Temperaturgefälle derart einstellen kann, daß sich im Bereich der Pumpenwellen-Abdichtung 30 und des Antriebsmotors 27 Temperaturen von weniger als 100°C ergeben. Um dies auch auf vergleichsweise kurzer Strecke zu erreichen ist im Verlauf des Trägerrohres, vorzugsweise nahe der Pumpenwellen-Abdichtung 30 ein oder mehrere Kühlkörper 31 zur Wärmeabfuhr mit dem Trägerrohr verbunden. Der Kühlkörper ist zweckmäßigerweise durch eine zur Oberflächenvergrößerung profillierten Alumimiunkühlscheibe gebildet. Das Trägerrohr 29 besteht vorzugsweise aus Edelstahl und weist damit eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, während der aus Aluminium bestehende Kühlkörper 31 eine entsprechend hohe Wärmeleit fähigkeit hat.Since temperatures of several 100 ° can occur in the area of the pump 4, the pump drive motor 27 is arranged at a distance from the circulation pump 4 . As a bushing for the drive shaft 28 (see also FIG. 5) serves a support tube 29 which is connected at one end to the pump 4 and at the other end to a pump shaft seal 30 on the motor side. The carrier tube 29 forms a cooling section, on which a temperature gradient can be set such that temperatures of less than 100 ° C. result in the area of the pump shaft seal 30 and the drive motor 27 . In order to achieve this over a comparatively short distance, one or more heat sinks 31 are connected to the support tube in the course of the support tube, preferably close to the pump shaft seal 30, for heat dissipation. The heat sink is expediently formed by an aluminum cooling disk profiled to increase the surface area. The carrier tube 29 is preferably made of stainless steel and thus has a low thermal conductivity, while the aluminum heat sink 31 has a correspondingly high thermal conductivity.

Der Kühlkörper 31, die Abdichtung 30 sowie der Pumpenan triebsmotor 27 sind, wie in Fig. 3 angedeutet, in einem eigenen Gehäuse 32 eingebaut. The heat sink 31 , the seal 30 and the Pumpenan drive motor 27 are, as indicated in Fig. 3, installed in a separate housing 32 .

Wie in Fig. 2 und 4 erkennbar, weist der Luft-Wärmetauscher mehrere etwa parallel nebeneinander angeordnete Rohrschlangen 33 auf, deren Enden jeweils an Sammelrohre 34 angeschlossen sind, wobei das untere Sammelrohr einen mit dem Druckstutzen 20 verbundenen Zulaufanschluß 35 und das obere Sammelrohr einen mit der Ventilanordnung 8 verbundenen Ablaufanschluß 36 aufweist.As can be seen in FIGS. 2 and 4, the air heat exchanger has a plurality of pipe coils 33 arranged approximately parallel to one another, the ends of which are each connected to collecting pipes 34 , the lower collecting pipe being an inlet connection 35 connected to the pressure connection 20 and the upper collecting pipe being one the drain assembly 36 connected to the valve assembly 8 .

Die oberhalb des Luft-Wärmetauschers 5 befindlichen Venti latoren 25 lassen sich einzeln regeln, so daß die Kühlleis tung des Luft-Wärmetauschers 5 auch dadurch variiert werden kann. Außerdem ergibt sich bei Verwendung mehrere kleiner Ventilatoren neben der besseren Anpaßbarkeit an den Kühlluft bedarf auch eine geringere Geräuschentwicklung.The above the air heat exchanger 5 ventilators 25 can be regulated individually, so that the cooling performance of the air heat exchanger 5 can also be varied thereby. In addition, when using several small fans, in addition to the better adaptability to the cooling air, less noise is also required.

Innerhalb des topfförmigen Pumpengahäuses 37 ist das Pumpen laufrad 38 sowie die Heizeinrichtung 6 untergebracht. Das Pumpengehäuse weist dazu eine Pumpenlaufrad-Kammer 39 mit darin befindlichen Pumpenlauf 38 sowie eine sich in axialer Richtung anschließende Heizkammer 40 mit einer darin befind lichen Heizschlange 22 auf (Fig. 5).Inside the pot-shaped pump housing 37 , the pump impeller 38 and the heating device 6 are accommodated. For this purpose, the pump housing has a pump impeller chamber 39 with a pump run 38 therein and a heating chamber 40 adjoining in the axial direction with a heating coil 22 therein ( FIG. 5).

Die Pumpenlaufrad-Kammer 39 ist in axialer Richtung einer seits durch eine Stirnwand 41 des Pumpengehäuses 37 und andererseits durch eine Zwischenwand 43 zwischen Pumpenlauf rad-Kammer 39 und Heizkammer 40 begrenzt. Der Außendurch messer der Zwischenwand 43 ist kleiner als der lichte Innen durchmesser des Pumpengehäuses, so daß ein äußerer Überström ringspalt 44 zu der Heizkammer 4o gebildet ist.The pump impeller chamber 39 is limited in the axial direction on the one hand by an end wall 41 of the pump housing 37 and on the other hand by an intermediate wall 43 between the pump impeller chamber 39 and the heating chamber 40 . The outer diameter of the intermediate wall 43 is smaller than the clear inner diameter of the pump housing, so that an outer overflow annular gap 44 is formed to the heating chamber 4 o.

Der zentral an die Pumpenlaufrad-Kammer 39 angeschlossene Saugstutzen 26 ist durch die Heizkammer 40 sowie die Zwischen wand 43 hindurchgeführt.The centrally connected to the pump impeller chamber 39 suction port 26 is passed through the heating chamber 40 and the intermediate wall 43 .

Die beiden Druckstutzen 20 und 21 sind separat an die Pumpen laufrad-Kammer 39 angeschlossen, wobei sie etwa in tangentialer Richtung abgehen. Dadurch ergeben sich besonders günstige Strömungsverhältnisse und auch ein geringer Strömungswider stand. The two pressure ports 20 and 21 are separately connected to the pump impeller chamber 39 , wherein they go off approximately in the tangential direction. This results in particularly favorable flow conditions and also a low flow resistance.

Wenn die Temperatur des Temperiermediums erhöht werden soll, sind die Auslässe 17 der beiden Wärmetauscher 5 und 7 ge schlossen, so daß die durch die Pumpe 4 geförderte Flüssig keit nicht bei den Druckstutzen 20, 21 austritt sondern über die Heizeinrichtung 6 zu dem an die Heizkamer 40 angeschlos senen Druckstutzen 22 gelangt. Zur Reduzierung des Strömungs widerstandes ist die schraubenlinienförmig verlaufende Heiz schlange 42 in Drehrichtung des Pumpenlaufrades 38 gewickelt.If the temperature of the temperature control medium is to be increased, the outlets 17 of the two heat exchangers 5 and 7 are closed, so that the liquid conveyed by the pump 4 does not emerge from the pressure ports 20 , 21 but via the heating device 6 to the heating chamber 40 connected pressure port 22 arrives. To reduce the flow resistance, the helical heating coil 42 is wound in the direction of rotation of the pump impeller 38 .

Der Druckstutzen 22 ist am pumpenfernen Ende der Heizkammer 40 angeorndet, so daß bei eingeschalteter Heizung die zu tem perierende Flüssigkeit vom Pumpenlaufrad etwa axial bzw. auch schraubenlinienförmig durch die Heizkammer gefördert wird und am Ende dann in den Stutzen 22 gelangt.The pressure port 22 is arranged at the end of the heating chamber 40 remote from the pump, so that when the heating is switched on, the liquid to be pumped is conveyed axially or helically through the heating chamber and then reaches the end 22 in the end.

Die Heizschlange 42 ist um den durch die Heizkammer 40 hin durchgeführten Saugstutzen 26 herum angeordnet. Für die Funktion der Pumpe ist ein gewisser Außendurchmesser der Pumpenlaufrad-Kammer 39 erforderlich. Um nun in der Heizkammer 40 das Füllvolumen auf eine notwendige Menge zu beschränken, ist darin ein Verdrängerkörper 45 in Form eines koaxial zum Saugstutzen 26 und innerhalb der Heizschlange angeordneten, stirnseitig jeweils geschlossenen Rohres vorgeshen, daß sich von der Zwischenwand 43 bis zur Pumpen-fernen, die Heizkammer 40 begrenzenden Stirnwand 46 erstreckt.The heating coil 42 is arranged around the suction nozzle 26 passed through the heating chamber 40 . A certain outer diameter of the pump impeller chamber 39 is required for the function of the pump. In order to limit the filling volume to a necessary amount in the heating chamber 40 , a displacer 45 in the form of a tube, which is arranged coaxially with the suction nozzle 26 and within the heating coil and is closed on the end side, is provided, from the intermediate wall 43 to the pump , the heating chamber 40 bounding end wall 46 extends.

Zur Steuerung der Ventilanordnung 8 kann das Temperiermedium verwendet werden. In diesem Falle ist zweckmäßigerweise bei der Umwälzpumpe 4 ein weiterer Druckstutzen vorgesehen, von dem über hier nicht dargestellte Steuerventile das Druckmedium zum Steuereingang 47 der Ventilanordnung 8 geführt werden kann (Fig. 1).The temperature control medium can be used to control the valve arrangement 8 . In this case, a further pressure port is expediently provided in the circulation pump 4 , from which the pressure medium can be guided to the control inlet 47 of the valve arrangement 8 via control valves (not shown here) ( FIG. 1).

Fig. 6 zeigt in einer Längsschnittdarstellung den Verdampfer- Wärmetauscher 7, bei dem der von der Umwälzpumpe 4 kommende Druckstutzen 21 sowie ein zur Ventilanordnung 8 führendes Verbindungsrohr 48 erkennbar sind, durch die zu kühlendes Tem periermedium fließt. Mit 49 und 50 sind noch mit dem Kühl kreislauf 3 verbundene Anschlüsse bezeichnet. Fig. 6 shows a longitudinal sectional view of the evaporator heat exchanger 7 , in which the pressure port 21 coming from the circulating pump 4 and a connecting pipe 48 leading to the valve arrangement 8 can be seen, through which the cooling medium flows. With 49 and 50 are still connected to the cooling circuit 3 connections.

Der Thermostat 1 ist so aufgebaut, daß sich insge samt eine sehr günstige Energiebilanz ergibt. Aus den Fig. 2 bis 4 ist ersichtlich, daß die wärmeabgebenden Bauteile - Kompressor 14, Enthitzer 24, Luft-Wärmetauscher 5, Kondensa tor 15 - getrennt von den übrigen Komonenten im hinteren Teil des Gerätes installiert sind. Ebenfalls im hinteren Teil befinden sich die Ventilatoren, die einen zur Wärmeabfuhr notwendigen Luftstrom erzeugen und je nach Bedarf einzeln zugeschaltet werden können. Die Luftzirkulation erfolgt somit nur im hinteren Teil des Gerätes, wobei durch die Trennwand 23 eine Abgrenzung zum vorderen Bereich des Gerätes geschaffen ist. Dadurch werden durch die Luftzirkulation auch keine eventuell auftretenden Dämpfe eines offenen, externen Bad gefäßes vor oder neben dem Gerät erfaßt.The thermostat 1 is constructed so that there is a very favorable energy balance overall. From Fig. 2 to 4 it can be seen that the heat-emitting components - compressor 14 , desuperheater 24 , air heat exchanger 5 , capacitor 15 - are installed separately from the other components in the rear part of the device. Also in the rear are the fans, which generate an air flow necessary for heat dissipation and can be switched on individually as required. The air circulation thus takes place only in the rear part of the device, the partition 23 creating a delimitation from the front area of the device. As a result, the air circulation does not detect any vapors from an open, external bath tank in front of or next to the device.

Bei dem Gerät bzw. Thermostat 1 handelt es sich um einen Umwälzthermostaten, der für das zu temperierende Medium einen Sauganschluß 26 und einen Druckanschluß 9 hat. An diese Anschlüsse können extern entweder ein geschlossenes System (bei zugeschaltetem Ausdehnungsgefäß 13) oder ein Temperier bad (bei abgeschaltetem Ausdehnungsgefäß 13) angeschlossen werden. Durch diese Möglichkeit ist ein praktisch universeller Einsatz des Thermostaten 1 möglich, wobei in vorteilhafter weise ein externes Temperierbad genau an den tatsächlichen Bedarf angepaßt sein kann und so klein wie möglich und so groß wie nötig ausgelegt werden kann.The device or thermostat 1 is a circulation thermostat which has a suction connection 26 and a pressure connection 9 for the medium to be temperature-controlled. Either a closed system (with expansion tank 13 switched on) or a temperature bath (with expansion tank 13 switched off) can be connected externally to these connections. This possibility enables the thermostat 1 to be used practically universally, an external temperature bath advantageously being able to be adapted precisely to the actual need and being designed as small as possible and as large as necessary.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the claims and the drawing features shown can be used both individually and in any combination with each other be essential to the invention.

Claims

1. Temperature control device for liquid media to be temperature-controlled, in particular for use in cold-heat thermostats, with a cooling device and a heating device and a circulating pump having a temperature control device, characterized in that the cooling device of the temperature control unit ( 18 ) has at least one to one Refrigerator belonging and working with refrigerant evaporator heat exchanger ( 7 ) and one or more air heat exchangers ( 5 ) and that these heat exchangers ( 5 , 7 ) via a valve arrangement ( 8 ) depending on a setpoint and the temperature of the medium to be tempered can be flowed through either separately or together.

2. Temperature control device according to claim 1, characterized in that the working area of the evaporator heat exchanger ( 7 ) is provided below about 150 ° C and the working area of the air heat exchanger ( 5 ) above the respective ambient temperature.

3. Temperature control device according to claim 1 or 2, characterized in that within a temperature range of about + 150 ° C to about ambient temperature, the valve assembly ( 8 ) for the continuous connection of the evaporator heat exchanger ( 7 ) with simultaneously preferably approximately continuously decreasing cooling power of the Air heat exchanger ( 5 ) is formed.

4. Temperature control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the evaporator heat exchanger ( 7 ) and the air heat exchanger ( 5 ) with their respective inputs for the medium to be temperature-controlled preferably separately to the circulation pump ( 4 ) and the outputs the heat exchanger is connected to the valve arrangement ( 8 ).

5. Temperature control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circulating pump ( 4 ) is a centrifugal pump with a central suction nozzle ( 26 ) and preferably several, arranged approximately tangentially, to the heat exchangers ( 5 , 7 ) and optionally to a heating device ( 6 ) leading pressure port ( 20 , 21 , 22 ).

6. Temperature control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pump drive motor ( 27 ) and preferably also the pump shaft seal ( 30 ) are arranged at a distance from the pump chamber ( 39 ).

7. Temperature control device according to claim 6, characterized in that between the pump chamber ( 39 ) and the spaced pump shaft seal ( 30 ) as a passage for the pump shaft ( 28 ) serving support tube ( 29 ) and in the course of this support tube preferably at least one with this verbun dener heat sink ( 31 ) is provided.

8. Temperature control device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heating device ( 6 ) is housed within the pump housing ( 37 ).

9. Temperature control device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pump housing ( 37 ) is pot-shaped with a pump impeller chamber ( 39 ) and an adjoining heating chamber ( 40 ) in the axial direction.

10. Temperature control device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the pump impeller chamber ( 39 ) in the axial direction on the one hand through an end wall ( 41 ) of the pump housing ( 37 ) and on the other hand through an intermediate wall ( 43 ) between the pump impeller chamber ( 39 ) and heating chamber ( 40 ) is limited and that the outer diameter of the intermediate wall ( 43 ) is smaller than the inside diameter of the pump housing ( 37 ) to form an outer overflow annular gap ( 44 ) to the heating chamber ( 40 ).

11. Temperature control device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the centrally connected to the pump wheel-chamber ( 39 ) suction port ( 26 ) through the heating chamber ( 40 ) and the intermediate wall ( 43 ) is passed through.

12. Temperature control device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the heating device ( 6 ) has a helical heating coil ( 42 ) that this is wound in the direction of rotation of the pump impeller ( 38 ) and that the pump impeller chamber ( 39 ) area of the heating chamber ( 40 ) facing away, an outlet connection ( 22 ) is provided.

13. Temperature control device according to one of claims 1 to 12, characterized in that on the outside of the pump impeller chamber ( 39 ) separate, approximately tangentially connected pressure ports ( 20 , 21 ) on the one hand for the evaporator heat exchanger ( 7 ) and on the other hand for the air Heat exchangers ( 5 ) are provided.

14. Temperature control device according to one of claims 1 to 13, characterized in that one or more displacement bodies ( 45 ) for reducing the heating chamber volume are arranged within the heating chamber ( 40 ).

15. Temperature control device according to claim 14, characterized in that the displacer ( 45 ) is a coaxially to the suction nozzle ( 26 ) and inside the heating coil ( 42 ) arranged, each end closed tube that preferably from the partition ( 43 ) to Far from the pump, the heating chamber ( 40 ) limiting end wall ( 46 ) extends.

16. Temperature control device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a partition ( 23 ) is provided between the evaporator heat exchanger ( 7 ) and the air heat exchanger ( 5 ) and that the circulation pump ( 4 ) preferably on the Side of the evaporator heat exchanger ( 7 ) is located.

17. Temperature control device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the leading to the air-heat exchanger ( 5 ) leading pressure port of the circulating pump ( 4 ) is dimensioned in its length such that there is a corresponding temperature gradient between the United States to avoid ice formation the air heat exchanger ( 5 ) and the pump outlet.

18. Temperature control device according to one of claims 1 to 17, characterized in that as a valve arrangement ( 8 ) a 4-way valve with three inputs each for the air heat exchanger ( 5 ), the evaporator heat exchanger ( 7 ) and the heating device ( 6 ) and with a collective output ( 9 ) is provided.

19. Temperature control device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the valve arrangement ( 8 ) for overlapping connection or disconnection of the air-heat exchanger ( 5 ) and the evaporator heat exchanger ( 7 ) is formed.

20. Temperature control device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the valve arrangement ( 8 ) has a temperature-dependent adjustment limitation with a response temperature of z. B. is equal to or greater than 150 ° C.

21. Temperature control device according to one of claims 1 to 20, characterized in that a pressure connection for supplying a control for the valve arrangement ( 8 ) is provided on the circulation pump ( 4 ).

22. Temperature control device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the air heat exchanger ( 5 ) has a plurality of coils ( 33 ) arranged approximately parallel to one another, the ends of which are each connected to header pipes ( 34 ) with an inlet connection ( 35 ) and a drain connection ( 36 ).

23. Temperature control device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the air heat exchanger ( 5 ) several, in particular separately controllable cooling Ven tilators ( 25 ) are assigned.