EP2249112B1 - Vorrichtung zum Temperieren eines Temperierfluids - Google Patents

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EP2249112B1
EP2249112B1 EP10003528.6A EP10003528A EP2249112B1 EP 2249112 B1 EP2249112 B1 EP 2249112B1 EP 10003528 A EP10003528 A EP 10003528A EP 2249112 B1 EP2249112 B1 EP 2249112B1
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EP
European Patent Office
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container
fluid
annular space
temperature control
pipe
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EP10003528.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2249112A3 (de
EP2249112A2 (de
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Peter Manfred Huber
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Peter Huber Kaeltemaschinenbau AG
Original Assignee
Peter Huber Kaeltemaschinenbau GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/002Liquid coolers, e.g. beverage cooler
    • F25D31/003Liquid coolers, e.g. beverage cooler with immersed cooling element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/005Combined cooling and heating devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0077Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for tempering, e.g. with cooling or heating circuits for temperature control of elements

Definitions

  • the present invention relates to a device for tempering a tempering fluid, in particular a thermal oil, with a particular helical heater, a cooling device, which is formed in particular by the evaporator of a refrigeration cycle, and a particular closed fluid guide for guiding the tempering in the device and between the device and a consumer.
  • a tempering fluid in particular a thermal oil
  • a cooling device which is formed in particular by the evaporator of a refrigeration cycle
  • a particular closed fluid guide for guiding the tempering in the device and between the device and a consumer.
  • thermostats serve, for example, to heat a consumer, for example a reactor in a chemical operation, to a certain temperature, to hold it for a predetermined time at this temperature and to cool it again after this time. It is not only important to comply with the specified temperatures exactly, but also to achieve these quickly and to cool down again quickly.
  • the best known devices can cover a temperature range of -120 ° C to + 400 ° C. In these devices, the circulating in the fluid guide temperature control fluid is heated with the heater or cooled with the cooling device and fed to a connected to the fluid guide consumers and then returned from this to the device.
  • the schematic in Fig. 6 shown known temperature control device 1 has a helical heater 3 and a first evaporator 5 of a refrigeration cycle 7.
  • a compressor 9, a condenser 10, a second evaporator 11 and an expansion valve 12 are further arranged.
  • the heating device 3 is located in a horizontal cylinder 13, at one end of which a circulation device in the form of an impeller 15 is arranged.
  • a arranged in a sleeve, not shown, shaft 17 of the impeller 15 is guided through an end face of the cylinder 13 and is driven by a drive 19 arranged outside the cylinder.
  • a fluid guide 21 for guiding the Temperierfluids passes through the cylinder 13 and through the formed as a heat exchanger between the fluid guide 21 and the refrigerant circuit 7 first evaporator 5 and between the device 1 and a consumer, not shown, supplied via a feed line 23 tempering and of the can be recycled to the temperature control device 1 via a return line 25 Temperierfluid.
  • the temperature control fluid guided through the fluid guide 21 by means of the impeller 15 thus flows through the evaporator 5, where it is cooled when the evaporator 5 is operated, and the heating device 3, where it is heated when the heating device 3 is operated.
  • the sleeve and the shaft 17 have a certain length outside of the cylinder 13. In addition, they are as thin as possible in order to conduct as little heat in the direction of the drive 19.
  • a seal located between the sleeve and the shaft 17 is a seal (not shown).
  • the bulkhead 27 is disposed at a smooth rotated position of the sleeve, so that a good heat transfer between the sleeve and the bulkhead 27 results.
  • the temperature at the seal is kept so low, even if the temperature of the tempering fluid in the cylinder 13 can reach a temperature of 400 ° C that no high-temperature seal is required for the seal of the shaft.
  • the first evaporator 5 is formed as a heat exchanger.
  • the second evaporator 11 is a so-called suction gas cooler. Through this flows out of the compressor 9 exiting cold refrigerant. Warm refrigerant returned from the first evaporator 5 to the compressor 9 flows around the second evaporator 11 and is thereby cooled.
  • the second evaporator 11 therefore acts as a heat exchanger between the cold refrigerant and the hot refrigerant, so that the compressor 9 is already supplied pre-cooled refrigerant.
  • the known temperature control device 1 requires a relatively large amount of space.
  • the US 2005/0269067 A1 discloses a device according to the preamble of claim 1.
  • the heating device and the cooling device can be arranged nested one inside the other. This results in a significant space savings, since the heater is arranged around the cooling device or within the heater.
  • the heating device and the cooling device in a common, in particular cylindrical container, which is formed as part of the fluid guide arranged.
  • the heating device and the cooling device can be arranged nested in one another in a particularly compact manner.
  • a circulation device is arranged in the fluid guide.
  • the circulation device is an impeller which is rotatably arranged in the fluid guide, so that by a rotational movement of the Impeller, the tempering fluid can be circulated in the fluid guide.
  • the circulation device is designed so that it sets the tempering fluid in the container in rotation, and means are provided, through which the rotating tempering in the winding direction between the turns of the container arranged in the heating and / or cooling device ,
  • the rotational movement of the tempering fluid caused by the circulation device is therefore utilized to guide the tempering fluid between the turns of the heating and / or cooling device, so that the turns are particularly well, in particular laminar, flowing around the rotating fluid, whereby the tempering fluid is particularly effective is heated or cooled.
  • the circulation device is likewise arranged in the common container for the heating device and the cooling device. This saves additional space.
  • the tempering fluid flows in the vertical direction in the region of the heating device and the cooling device. This allows gravity to be used for the circulation. In addition, a venting of the fluid guide is facilitated.
  • the container may be formed as a cylinder with vertical cylinder axis in use. This results in good flow conditions, in particular in conjunction with a pump with a vertical axis of rotation.
  • the container has a first, outer tube of a container insert.
  • the tube is arranged between the heating device and the cooling device and thus creates for each of these a separate, permeable by tempering fluid chamber. Heating and cooling device can thereby be flowed through separately, in particular one after the other.
  • the heating and cooling device can be flowed around in succession by the tempering fluid.
  • the tempering fluid can be heated and cooled simultaneously, whereby a sluggish control behavior of the heating and / or the cooling device compensated and the tempering within a narrow tolerance range, for example, 0.1 Kelvin, can be controlled to a desired temperature.
  • the container insert comprises a second, inner tube, which is arranged within the first, outer tube, so that between the inner tube and the outer tube, an inner annular space and between the outer tube and the container, an outer annular space is formed.
  • the heater is in the inner annulus and the cooling device is arranged in the outer annulus or vice versa, the cooling device is in the inner annulus and the heater is disposed in the outer annulus. In both cases, the formation of the two annular spaces that the heating and the cooling device are immersed in the tempering fluid intensive and cool this particularly effective or heat.
  • the outer tube may be formed as an overflow tube and the tempering fluid can be supplied via a flow to one of the two annular spaces and reach by overflow into the other annulus. In a simple way, such a flow through both annular spaces can be realized one after the other.
  • the inner tube rests on the bottom of the container and has the outer tube to the container bottom at a distance. Furthermore, the inner annular space is closed by a plate down and the outer annular space at the lower end has a connection to the return line of the fluid line.
  • a clever fluid management is realized in a simple manner. The fluid returning via the return from a consumer connected to the device thus initially reaches the outer annular space at the lower end, preferably flowing upwards in the position of use of the device, and then flowing in the upper region of the device Outer annulus to flow into the inner annulus and sink there.
  • an intermediate bottom is inserted at the lower end in the inner tube, which has a particular centrally arranged passage opening. Further, in the space between the intermediate bottom and the container bottom, an impeller is used and this space is connected via an opening in the inner tube with the outer annular space. This causes an advantageous integration of the impeller in the fluid guide.
  • the opening is formed by a in the direction of rotation of the pump impeller spirally outwardly bent portion of the inner tube between the intermediate bottom and the container bottom.
  • the impeller promotes the tempering fluid which has entered the space to the outside, the inner tube bent in this section serving as a guide, so that the tempering fluid enters the outer annular space through the opening in the inner tube at a particularly high speed.
  • an ascending ramp may be provided which extends from the opening of the inner tube into the outer annulus and preferably between the turns of the heating or cooling means in the outer annulus. Due to the rising ramp, the fluid is directed obliquely upwards and directly between the turns. Due to the ramp, the speed of the tempering fluid receives a vertical component, which is advantageous for a helical flow through the outer annular space.
  • the inner annular space is connected via a preferably oval opening in the wall of the inner tube with a flow line of the fluid guide.
  • the flow line is guided away tangentially in the direction of rotation of the impeller from the inner tube, so that the tempering fluid can flow into the supply line according to its rotation direction of the impeller corresponding rotation direction.
  • the tempering fluid can be removed from the container particularly well.
  • the return line of the fluid guide is guided in the interior of the inner tube.
  • the return line can in particular open into a collector for returning tempering fluid, which is preferably arranged in the center of the container.
  • a collector for returning tempering fluid which is preferably arranged in the center of the container.
  • the collector on a venting device for venting the fluid guide. This allows gas to be removed from the fluid guide.
  • the collector is designed as a transfer pot. Since it is preferably a closed device, in which the fluid guide is closed to the environment, the inner tube is preferably sealed by a distance to the upper edge of the overflow pot further intermediate bottom. Preferably, this further false bottom is in use of the device approximately at half the height of the container. An expansion vessel can then be arranged relatively deep, so that the overall height of the device remains low.
  • the return line and the flow line of the tempering be performed on the same side in the container.
  • the drive for the circulating means may be arranged on the side of the container, which faces away from the side on which the return line and the supply line are guided into the container. This allows a relatively simple piping and good access to all parts of the device.
  • the impeller is coupled via a long shaft with a drive arranged outside the container.
  • the shaft is guided inside a sleeve.
  • the end of the shaft facing the container is surrounded by tempering fluid, in particular within the sleeve.
  • a seal between the shaft and the sleeve is arranged.
  • a heat transfer plate is also provided between the container and the drive, in particular between the container and the seal. This is preferably formed of a highly thermally conductive material, such as aluminum, and is in contact with a smooth rotated portion of the sleeve, so that heat from the sleeve is well transferred to the plate.
  • the heat carrier plate preferably has cooling fins, so that the heat is released from the plate well to the environment. Together with the long shaft, a strong temperature reduction up to the seal in the area of the drive can be achieved. As a result, advantageously no high-temperature seal for the seal between the shaft and the sleeve must be used.
  • the shaft and / or the sleeve made of a poor thermal conductivity material such as stainless steel.
  • the refrigeration cycle to a second evaporator as a so-called suction gas cooler, which is connected to cool the refrigerant as a heat exchanger in front of the compressor.
  • the suction cup cooler cools the refrigerant, preventing overheating of the compressor, which is particularly important in sealed systems.
  • the suction gas cooler is arranged between the container and the drive.
  • the existing due to the long shaft anyway between the container and the drive space is cleverly used by accommodating the Sauggaskühlers, so that there is a further space savings.
  • the fluid guide can have an expansion vessel for the tempering fluid, which is preferably arranged on the device such that the bottom of the expansion vessel in the position of use of the device is approximately at the same height as the further intermediate bottom sealing the venting device for the fluid guide.
  • the expansion vessel which forms a compensation chamber for expanding temperature control fluid, which is necessary in particular in a closed system, is connected in shunt to the fluid guide.
  • a collecting pot for condensed water is provided below the bottom of the expansion vessel, preferably in its center. Since, as mentioned above, the expansion vessel is preferably not involved in the fluid circuit, but is connected in shunt to the fluid guide, and the expansion vessel is not tempered is, takes place in itself no moisture absorption. Nevertheless, for example, water may be present in the tempering fluid due to introduction and evaporate out in the fluid line, in particular if the fluid is heated above 100 ° C. The water content reaches the expansion vessel, which is at about room temperature, where the water condenses. The condensed water segregates with the tempering fluid present in the vessel and sinks to the bottom, which is preferably bevelled towards the collecting vessel. As a result, the water enters the collection pot, from where it can be removed.
  • the expansion vessel is filled with tempering fluid. This results in a boost for the water in the collecting pot, which is visible in the clear glass, in particular on an illuminated bottom of the sight glass.
  • the user of the device can easily detect whether water has accumulated in the system and possibly discharge this via a removal device arranged on the collecting pot.
  • a sight glass is provided for level indication of the tempering, which is connected by means of a communicating tube with the expansion vessel.
  • the level of the display corresponds to the level of the expansion vessel.
  • the sight glass can also be designed as a filling device for the fluid circuit and for this purpose in particular have a large filling opening.
  • tempering device 101 has a container 103 in which a helical heater 105 and a cooling device 107 are arranged nested.
  • the heater 105 is disposed radially inside the cooler 107 in the container.
  • the cooling device 107 is a helically configured evaporator, which is connected to a refrigeration circuit, which also has a compressor 109, a condenser, an expansion device (not shown) and serving as a suction gas cooler 111 second evaporator.
  • the container 103 is part of a fluid guide 112, is guided in the tempering, wherein the heater 105 for heating the temperature control, in particular up to temperatures of up to + 400 ° C and the cooling device 107 is formed for cooling the tempering to temperatures of up to -120 ° C.
  • an impeller 113 is arranged, which is coupled via a shaft 115 with a drive 117.
  • the shaft 115 is led out of the container 103 and disposed within a sleeve 116. Between the sleeve 116 and the shaft 115, a seal 119 is arranged.
  • a bulkhead 121 which is formed of highly thermally conductive material such as aluminum, disposed between the container 103 and the shaft seal 119 at a smooth rotated position of the sleeve 116.
  • the bulkhead wall 121 advantageously has cooling ribs.
  • the fluid guide 112 further comprises a feed line 123 which is guided into the container 103 and supplied with the tempering fluid from the container 103 to a consumer (not shown) connected to the feed line 123 can be. Furthermore, the fluid guide 112 comprises a return line 125, to which also the consumer can be connected and guided by the temperature control fluid back from the consumer into the container 103. As in particular from Fig. 2 it can be seen, the return line 125 and the flow line 123 are located on the side of the container 103, which faces away from the side on which the drive 117 is located.
  • the cylindrical container 103 has an insert of a first, outer tube 127 and a second, inner tube 129.
  • the outer tube 127 forms with an outer wall 131 of the container an outer annular space 133.
  • an inner annular space 135 is formed and the heater 105 is disposed in the inner annular space 135, while the cooling device 107 in the outer annular space 133 is arranged.
  • the inner tube 129 rests on the container bottom 137.
  • the outer tube 127 is spaced from the container bottom 137.
  • the inner annular space 135 is closed by a plate 139 down.
  • an intermediate bottom 141 is inserted, in the middle of which a passage opening 143 is formed.
  • a space 145 is formed between the intermediate bottom 141 and the container bottom 137.
  • a portion of the inner tube 129 between the intermediate bottom 141 and the container bottom 137 is spirally bent outward in the rotational direction of the impeller 113, so that an opening 146 is formed between the space 145 and the outer annular space 133. From the opening 146 of the inner tube 129 into the outer annular space 133 extends a rising ramp 147 (cf. Fig. 3 ) between the turns of the cooling device 107.
  • the inner annular space 135 further has a preferably oval opening (not shown) in the wall 149 of the inner tube 129, in which the feed line 123 opens, the feed line 123 in the direction of rotation of the impeller 113 is tangentially away from the inner tube 129.
  • the return line 129 is guided into the interior of the inner tube 129 and opens into a arranged inside the tube collector 151 for returning tempering fluid.
  • the collector 151 is designed in the form of an overflow pot, in which the refluxing fluid flows in and flows over it.
  • the collector 151 has a venting insert 153, which serves to vent the fluid guide and is designed as an upwardly guided pipe carrying the collector 151. Since it is a closed temperature control, the inner tube 129 is sealed by a further spaced from the upper edge of the overflow 151 further intermediate bottom 155. Below the intermediate bottom 155, the vent pipe 153 is provided with a plurality of passages 157 for discharging gas.
  • tempering fluid is conducted via the return line 125 into the container 103.
  • the tempering fluid flows from the return line 125 into the collector 151.
  • the tempering fluid 151 flows over the collector 151 and flows through the passage opening 143 into the space 145.
  • the spirally bent portion of the inner tube 129 serves as a guide for the fluid, which is passed through the opening 146 via the ramp 147 from the space 145 into the outer annular space 133.
  • the ramp 147 takes advantage of the rotational movement, the fluid between the windings of the cooling device 107, whereby a particular laminar flow around the windings takes place and so a particularly good cooling of the fluid is possible.
  • the tempering fluid which still rotates in the outer annular space 133 in accordance with the rotational direction predetermined by the impeller 113, flows upward in the outer annular space 133, where it flows around the cooling device 107 arranged in the outer annular space 133.
  • the tempering fluid is cooled to a desired temperature.
  • the tempering fluid passes from the outer annular space 133 into the inner annular space 135, where it sinks and thereby flows around the heating device 105.
  • the tempering fluid is heated to a desired temperature.
  • the cooling device 107 and the heating device 105 can also be operated simultaneously. As a result, as mentioned above, the fluid can be heated to a desired temperature within a smaller tolerance range.
  • the tempering fluid is discharged via the feed line 123. Since the supply line 123, as mentioned above, according to the direction of rotation of the tempering fluid tangentially connected to the wall of the inner tube and the opening in the wall is formed correspondingly oval, the tempering fluid can be particularly well deducted without much change in the direction of flow of the fluid from the container 103 and over the supply line 123 are supplied to the consumer.
  • the cooling device 107 is a first evaporator of the refrigeration cycle
  • the suction gas cooler 111 is a second evaporator of the refrigeration cycle, which are connected in series in the refrigeration cycle.
  • the suction gas cooler 111 as previously with respect to Fig. 1 described, designed as a heat exchanger.
  • the illustrated suction gas cooler 111 is of a helical line section of the refrigerant pipe of the refrigeration cycle is formed, which is connected at one end via a line 159 on the output side to the compressor 109, in particular behind an expansion device, not shown, and with its other end to the input side of the cooling device 107 and by the therefore cold refrigerant flows.
  • the helical line section is arranged around another line section, which is connected at its one end to the compressor 109 on the input side and at the other end to the output side of the cooling device 107 and flows through the therefore warm refrigerant. Therefore, the suction gas cooler 111 cools the warm refrigerant flowing back from the cooler 107 to the compressor 109. This makes it possible to encapsulate the compressor 109. That is, no additional cooling is required for the engine of the compressor 109, but it is only cooled by the gas of the refrigeration cycle.
  • the windings of the suction gas cooler 111 are arranged between the drive 117 and the container 103. Since this space is present anyway because of the long shaft 115, the suction cup cooler 111 is thus housed in the apparatus 101 in a space-saving manner.
  • the suction gas cooler 111 is, as already mentioned above, designed as a heat exchanger between cold refrigerant and warm refrigerant, each separated in the suction gas cooler 111 separated from each other in pipes of the refrigeration cycle flows (see. Fig. 2 ).
  • expansion vessel 161 is connected in shunt to the fluid guide 112 of the device 101.
  • the bottom 163 of the expansion vessel 161 is in the position of use of the device 101 at about the same height as the intermediate bottom 155 above the venting insert 153.
  • the expansion vessel 161 serves as a collecting vessel for itself due to a heating expands fluid or as Vorhaltegefäß with cooling fluid.
  • expansive tempering fluid may flow into the expansion vessel to compensate for the increase in volume of the fluid in the fluid conduit associated with expansion.
  • additional tempering fluid can flow from the expansion vessel into the fluid guide to compensate for the decrease in volume of the fluid associated with cooling.
  • a condensed water collecting pot 165 is disposed in the center of the bottom 163.
  • the expansion vessel 161 is connected in shunt to the fluid guide 112.
  • unwanted water contained in the fluid may evaporate due to possible high temperatures of the fluid and enter the expansion vessel 161 where it condenses since the expansion vessel 161 is not tempered and therefore near room temperature.
  • the condensed water sinks in the expansion vessel 161 and enters the collection pot 165.
  • the bottom 163 bevelled towards the collection pot 165. The water can then be removed from the collecting pot 165, for example via a pipe arranged at the collecting pot 165.
  • an illuminable sight glass with a level indicator may be arranged on the device 101 to indicate the level of the tempering fluid in the fluid line.
  • the level of the level indicator corresponds approximately to the level of the expansion vessel 161.
  • the level indicator can also be provided to display the water level in the collection pot 165.
  • the collection pot 165 via a communicating tube 167 with the lower Connected area of the sight glass.
  • the fluid running in the expansion vessel 161 can pressurize the water contained in the collection pot 165, so that a thrust is generated in the tube 167, which is penetrated by water in the sight glass is visible and observable for a user via the sight glass. This allows the user to recognize whether water has settled in the collection pot 165 and possibly drain it.
  • the sight glass can be designed as a filling device for the fluid circuit.
  • the device 101 can be opened in the region of the sight glass in order to be able to top up fluid, wherein the largest possible filling opening is provided.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren eines Temperierfluids, insbesondere eines Thermoöls, mit einer insbesondere wendelförmigen Heizeinrichtung, einer Kühleinrichtung, die insbesondere durch den Verdampfer eines Kältekreislaufs gebildet ist, und einer insbesondere geschlossenen Fluidführung zur Führung des Temperierfluids in der Vorrichtung sowie zwischen der Vorrichtung und einem Verbraucher.
  • Derartige Vorrichtungen, die auch als Thermostate bezeichnet werden, dienen beispielsweise dazu, einen Verbraucher, beispielsweise einen Reaktor in einem chemischen Betrieb, auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen, eine vorbestimmte Zeit auf dieser Temperatur zu halten und nach Ablauf dieser Zeit wieder abzukühlen. Dabei ist es nicht nur wichtig, die vorgegebenen Temperaturen genau einzuhalten, sondern auch diese schnell zu erreichen und auch wieder schnell abzukühlen. Die besten bekannten Geräte können dabei einen Temperaturbereich von -120°C bis +400°C abdecken. Bei diesen Vorrichtungen wird das in der Fluidführung zirkulierende Temperierfluid mit der Heizeinrichtung erwärmt oder mit der Kühleinrichtung gekühlt und einem an die Fluidführung angeschlossenen Verbraucher zugeführt und dann wieder von diesem zur Vorrichtung rückgeführt.
  • Die in schematischer Darstellung in Fig. 6 gezeigte bekannte Temperiervorrichtung 1 weist eine wendelförmige Heizeinrichtung 3 und einen ersten Verdampfer 5 eines Kältekreislaufs 7 auf. Im Kältekreislauf 7, in dem Kältemittel zirkuliert, sind ferner ein Kompressor 9, ein Verflüssiger 10, ein zweiter Verdampfer 11 und ein Expansionsventil 12 angeordnet. Die Heizeinrichtung 3 befindet sich in einem liegenden Zylinder 13, an dessen einem Ende eine Umwälzeinrichtung in Form eines Pumpenrades 15 angeordnet ist. Eine in einer nicht gezeigten Hülse angeordnete Welle 17 des Pumpenrades 15 ist durch eine Stirnseite des Zylinders 13 geführt und wird von einem außerhalb des Zylinders angeordneten Antrieb 19 angetrieben. Eine Fluidführung 21 zur Führung des Temperierfluids läuft durch den Zylinder 13 und durch den als Wärmetauscher zwischen der Fluidführung 21 und dem Kältekreislauf 7 ausgebildeten ersten Verdampfer 5 sowie zwischen der Vorrichtung 1 und einem nicht dargestellten Verbraucher, dem über eine Vorlaufleitung 23 Temperierfluid zugeführt und von dem über eine Rücklaufleitung 25 Temperierfluid zur Temperiervorrichtung 1 zurückgeführt werden kann.
  • Das mittels des Pumpenrads 15 durch die Fluidführung 21 geführte Temperierfluid durchströmt demnach den Verdampfer 5, wo es bei betriebenem Verdampfer 5 abgekühlt wird, und die Heizeinrichtung 3, wo es bei betriebener Heizeinrichtung 3 erwärmt wird.
  • Da, wie weiter oben erwähnt, das Temperierfluid auf bis zu +400°C durch die Heizeinrichtung 3 erwärmt werden kann, weisen die Hülse und die Welle 17 eine gewisse Länge außerhalb des Zylinders 13 auf. Außerdem sind sie möglichst dünn ausgebildet, um möglichst wenig Wärme in Richtung des Antriebs 19 zu leiten. Schließlich befindet sich zwischen der Hülse und der Welle 17 eine Dichtung (nicht gezeigt). Zwischen der Dichtung und dem Zylinder 13 befindet sich eine Wärmeträgerplatte in Form einer Schottwand 27, die aus gut wärmeleitendem Material, wie beispielsweise Aluminium, besteht. Insbesondere ist die Schottwand 27 an einer glatt gedrehten Stelle der Hülse angeordnet, so dass sich eine gute Wärmeübertragung zwischen der Hülse und der Schottwand 27 ergibt. Damit wird die Temperatur an der Dichtung so niedrig gehalten, auch wenn die Temperatur des Temperierfluids im Zylinder 13 eine Temperatur von 400°C erreichen kann, dass für die Dichtung der Welle keine Hochtemperaturdichtung benötigt wird.
  • Wie zuvor erwähnt, ist der erste Verdampfer 5 als Wärmetauscher ausgebildet. Durch Verdampfen von kaltem Kältemittel aus dem Kompressor 9 erfolgt eine Abkühlung des den ersten Verdampfer 5 umströmenden Temperierfluids. Der zweite Verdampfer 11 stellt einen so genannten Sauggaskühler dar. Durch diesen strömt das aus dem Kompressor 9 austretende kalte Kältemittel. Vom ersten Verdampfer 5 zum Kompressor 9 zurückgeführtes warmes Kältemittel umströmt den zweiten Verdampfer 11 und wird dabei abgekühlt. Der zweite Verdampfer 11 wirkt daher als Wärmetauscher zwischen dem kalten Kältemittel und dem warmen Kältemittel, so dass dem Kompressor 9 bereits vorgekühltes Kältemittel zugeführt wird.
  • Bei der zuvor beschriebenen Temperiervorrichtung 1 sind alle Elemente, insbesondere die Heizeinrichtung 3 und die Kühleinrichtung 5 für das Temperierfluid, aber auch der Antrieb 13 für die Umwälzpumpe 15, der Kompressor 9 und der Sauggaskühler 11 nebeneinander angeordnet. Dadurch benötigt die bekannte Temperiervorrichtung 1 relativ viel Platz.
  • Die US 2005/0269067 A1 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Weiterer Stand der Technik ist aus US 749 244 A , US 3 225 821 A , US 4 173 993 A und DE 86 03 494 U1 bekannt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Temperieren eines Temperierfluids anzugeben, die einen geringeren Platzbedarf aufweist und mittels der das Temperierfluid effektiv gekühlt oder erwärmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung ineinander geschachtelt angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Platzeinsparung, da die Heizeinrichtung um die Kühleinrichtung herum oder innerhalb der Heizeinrichtung angeordnet ist.
  • Gemäß Anspruch 1 sind die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung in einem gemeinsamen, insbesondere zylindrischen Behälter, der als Teil der Fluidführung ausgebildet ist, angeordnet. Dadurch lassen sich die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung in einer besonders kompakten Weise ineinander geschachtelt anordnen.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Umwälzeinrichtung in der Fluidführung angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Umwälzeinrichtung um ein Pumpenrad, welches drehbar in der Fluidführung angeordnet ist, so dass durch eine Rotationsbewegung des Pumpenrads das Temperierfluid in der Fluidführung umgewälzt werden kann.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Umwälzeinrichtung so ausgebildet, dass diese das Temperierfluid in dem Behälter in Rotation versetzt, und sind Mittel vorgesehen, durch welche das rotierende Temperierfluid in Windungsrichtung zwischen die Windungen der im Behälter angeordneten Heiz- und/oder Kühleinrichtung geführt wird. Die durch die Umwälzeinrichtung bewirkte Rotationsbewegung des Temperierfluids wird demnach ausgenutzt, um das Temperierfluid zwischen die Windungen der Heiz- und/oder Kühleinrichtung zu führen, so dass die Windungen von dem rotierenden Fluid besonders gut, insbesondere laminar, umströmt werden, wodurch das Temperierfluid besonders effektiv erwärmt bzw. abgekühlt wird.
  • Bevorzugt ist die Umwälzeinrichtung ebenfalls in dem gemeinsamen Behälter für die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung angeordnet. Dadurch wird weiterer Bauraum eingespart.
  • Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung fließt das Temperierfluid im Bereich der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung in vertikaler Richtung. Dadurch kann die Schwerkraft für die Umwälzung ausgenutzt werden. Außerdem ist ein Entlüften der Fluidführung erleichtert.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Behälter als Zylinder mit im Gebrauch vertikaler Zylinderachse ausgebildet sein. Dadurch ergeben sich gute Strömungsverhältnisse insbesondere in Verbindung mit einem Pumpenrad mit vertikaler Drehachse.
  • Gemäß Anspruch 1 weist der Behälter ein erstes, äußeres Rohr eines Behältereinsatzes auf. Dabei ist das Rohr zwischen der Heizeinrichtung und der Kühleinrichtung angeordnet und schafft so für diese jeweils einen eigenen, von Temperierfluid durchströmbaren Raum. Heiz- und Kühleinrichtung können dadurch separat, insbesondere nacheinander durchströmt werden.
  • Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ist auch, wie zuvor erwähnt, dass die Heiz- und die Kühleinrichtung nacheinander von dem Temperierfluid umströmt werden können. Dadurch kann das Temperierfluid gleichzeitig erwärmt und gekühlt werden, wodurch ein träges Regelverhalten der Heiz- und/oder der Kühleinrichtung ausgeglichen und das Temperierfluid innerhalb eines engen Toleranzbereichs, beispielsweise 0,1 Kelvin, auf eine gewünschte Temperatur temperiert werden kann.
  • Gemäß Anspruch 1 weist umfasst der Behältereinsatz ein zweites, inneres Rohr, welches innerhalb des ersten, äußeren Rohres angeordnet ist, so dass zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr ein innerer Ringraum und zwischen dem äußeren Rohr und dem Behälter ein äußerer Ringraum ausgebildet ist. Die Heizeinrichtung ist dabei in dem inneren Ringraum und die Kühleinrichtung ist in dem äußeren Ringraum angeordnet oder umgekehrt, die Kühleinrichtung ist im inneren Ringraum und die Heizeinrichtung ist im äußeren Ringraum angeordnet. In beiden Fällen bewirkt die Ausbildung der beiden Ringräume, dass die Heiz- und die Kühleinrichtung von dem Temperierfluid intensiv umspült werden und dieses besonders effektiv kühlen bzw. erwärmen.
  • Das äußere Rohr kann als Ãœberstromrohr ausgebildet sein und das Temperierfluid kann über einen Vorlauf einem der beiden Ringräume zugeführt werden und durch Ãœberströmen in den anderen Ringraum gelangen. Auf einfache Weise kann so ein Durchströmen beider Ringräume nacheinander verwirklicht werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht das innere Rohr auf dem Boden des Behälters auf und weist das äußere Rohr zum Behälterboden einen Abstand auf. Ferner ist der innere Ringraum durch eine Platte nach unten geschlossen und weist der äußere Ringraum am unteren Ende eine Verbindung zum Rücklauf der Fluidleitung auf. Auch hiermit wird auf einfache Weise eine geschickte Fluidführung realisiert. Das über den Rücklauf von einem an die Vorrichtung angeschlossenen Verbraucher zurücklaufende Fluid gelangt so zunächst am unteren Ende in den äußeren Ringraum, den es bevorzugt in Gebrauchslage der Vorrichtung nach oben durchströmt, um dann im oberen Bereich des äußeren Ringraums in den inneren Ringraum überzuströmen und dort abzusinken.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist am unteren Ende im inneren Rohr ein Zwischenboden eingesetzt, welcher eine insbesondere zentral angeordnete Durchtrittsöffnung aufweist. Ferner ist in dem Raum zwischen dem Zwischenboden und dem Behälterboden ein Pumpenrad eingesetzt und dieser Raum über eine Öffnung im inneren Rohr mit dem äußeren Ringraum verbunden. Dies bewirkt eine vorteilhafte Einbindung des Pumpenrads in die Fluidführung.
  • Vorzugsweise ist die Öffnung durch einen in Drehrichtung des Pumpenrads spiralartig nach außen gebogenen Abschnitt des inneren Rohres zwischen dem Zwischenboden und dem Behälterboden ausgebildet. Das Pumpenrad fördert das in den Raum eingetretene Temperierfluid nach außen, wobei das in diesem Abschnitt aufgebogene innere Rohr als Führung dient, so dass das Temperierfluid mit besonders hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung im inneren Rohr in den äußeren Ringraum eintritt.
  • Zusätzlich kann eine ansteigende Rampe vorgesehen sein, die sich von der Öffnung des inneren Rohres in den äußeren Ringraum und bevorzugt zwischen die Windungen der Heiz- oder Kühleinrichtung im äußeren Ringraum erstreckt. Durch die ansteigende Rampe wird das Fluid schräg nach oben und direkt zwischen die Windungen gelenkt. Durch die Rampe erhält die Geschwindigkeit des Temperierfluids eine vertikale Komponente, was für eine wendelförmige Durchströmung des äußeren Ringraums vorteilhaft ist.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Ringraum über eine bevorzugt ovale Öffnung in der Wand des inneren Rohres mit einer Vorlaufleitung der Fluidführung verbunden.
  • Bevorzugt ist die Vorlaufleitung dabei in Drehrichtung der Flügelradpumpe tangential vom inneren Rohr weggeführt, so dass das Temperierfluid entsprechend seiner der Drehrichtung der Flügelradpumpe entsprechenden Rotationsrichtung in die Vorlaufleitung einfließen kann. Dadurch lässt sich das Temperierfluid besonders gut aus dem Behälter wegführen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Rücklaufleitung der Fluidführung in das Innere des inneren Rohres geführt. Dabei kann die Rücklaufleitung insbesondere in einen Sammler für rücklaufendes Temperierfluid münden, der vorzugsweise im Zentrum des Behälters angeordnet ist. Vorteilhaft kann so der vorhandene Platz innerhalb des inneren Rohres ausgenutzt werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Sammler eine Entlüftungseinrichtung zur Entlüftung der Fluidführung auf. Dadurch kann Gas aus der Fluidführung entfernt werden.
  • Vorzugsweise ist der Sammler als Ãœberströmtopf ausgebildet. Da es sich bevorzugt um eine geschlossene Vorrichtung handelt, bei der die Fluidführung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist, ist das innere Rohr bevorzugt durch einen zum oberen Rand des Ãœberstromtopfes beabstandeten weiteren Zwischenboden dicht verschlossen. Vorzugsweise befindet sich dieser weitere Zwischenboden bei Gebrauch der Vorrichtung in etwa auf halber Höhe des Behälters. Ein Expansionsgefäß kann dann relativ tief angeordnet werden, so dass die Bauhöhe der Vorrichtung gering bleibt.
  • Bevorzugt sind die Rücklaufleitung und die Vorlaufleitung des Temperierfluids auf derselben Seite in den Behälter geführt. Ferner kann der Antrieb für die Umwälzeinrichtung auf der Seite des Behälters angeordnet sein, die von der Seite abgewandt ist, auf der die Rücklaufleitung und die Vorlaufleitung in den Behälter geführt sind. Dies ermöglicht eine verhältnismäßig einfache Verrohrung und einen guten Zugang zu allen Teilen der Vorrichtung.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Pumpenrad über eine lange Welle mit einem außerhalb des Behälters angeordneten Antrieb gekoppelt. Die Welle ist innerhalb einer Hülse geführt. Das dem Behälter zugewandte Ende der Welle ist insbesondere innerhalb der Hülse von Temperierfluid umspült. Zur Abdichtung der Hülse-Welle-Anordnung ist eine Dichtung zwischen der Welle und der Hülse angeordnet. Vorzugsweise ist zudem zwischen dem Behälter und dem Antrieb, insbesondere zwischen dem Behälter und der Dichtung, eine Wärmeträgerplatte vorgesehen. Diese ist bevorzugt aus einem gut wärmeleitenden Material, wie etwa Aluminium, ausgebildet und steht in Kontakt mit einer glatt gedrehten Stelle der Hülse, so dass Wärme von der Hülse gut auf die Platte übertragen wird. Die Wärmeträgerplatte weist bevorzugt Kühlrippen auf, so dass die Wärme von der Platte gut an die Umgebung abgegeben wird. Zusammen mit der langen Welle kann dadurch eine starke Temperaturreduzierung bis zur Dichtung im Bereich des Antriebs erreicht werden. Dadurch muss vorteilhafterweise keine Hochtemperaturdichtung für die Dichtung zwischen der Welle und der Hülse eingesetzt werden. Vorzugsweise bestehen die Welle und/oder die Hülse aus einem schlecht wärmeleitenden Material wie etwa Edelstahl.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist der Kältekreislauf einen zweiten Verdampfer als so genannten Sauggaskühler auf, welcher zur Kühlung des Kältemittels als Wärmetauscher vor den Kompressor geschaltet ist. Der Sauggaskühler kühlt das Kältemittel und verhindert so ein Ãœberhitzen des Kompressors, was insbesondere bei gekapselten Systemen wichtig ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sauggaskühler zwischen dem Behälter und dem Antrieb angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher der wegen der langen Welle ohnehin zwischen dem Behälter und dem Antrieb vorhandene Platz durch Unterbringung des Sauggaskühlers geschickt genutzt, so dass sich eine weitere Platzeinsparung ergibt.
  • Die Fluidführung kann ein Expansionsgefäß für das Temperierfluid aufweisen, welches vorzugsweise derart an der Vorrichtung angeordnet ist, dass sich der Boden des Expansionsgefäßes in Gebrauchslage der Vorrichtung in etwa auf derselben Höhe befindet wie der die Entlüftungseinrichtung für die Fluidführung abdichtende weitere Zwischenboden. Dadurch wird der Platz oberhalb des Zwischenbodens ausgenutzt. Das Expansionsgefäß, welches einen Ausgleichsraum für sich ausdehnendes Temperierfluid bildet, was insbesondere bei einem geschlossenen System notwendig ist, ist im Nebenschluss an die Fluidführung angeschlossen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb des Bodens des Expansionsgefäßes, vorzugsweise in dessen Mitte, ein Sammeltopf für kondensiertes Wasser vorgesehen. Da, wie oben erwähnt, das Expansionsgefäß vorzugsweise nicht am Fluidkreislauf beteiligt ist, sondern im Nebenschluss an die Fluidführung angeschlossen ist, und das Expansionsgefäß nicht temperiert wird, findet an sich keine Feuchteabsorption statt. Dennoch kann Wasser beispielsweise aufgrund von Einschleppung im Temperierfluid vorhanden sein und in der Fluidleitung ausdampfen, insbesondere wenn das Fluid auf über 100°C geheizt wird. Der Wasseranteil gelangt in das Expansionsgefäß, welches sich auf etwa Raumtemperatur befindet, wo das Wasser daher kondensiert. Das kondensierte Wasser entmischt sich mit dem im Gefäß vorhandenen Temperierfluid und sinkt auf den Boden ab, der vorzugsweise zum Sammelgefäß hin abgeschrägt ist. Dadurch gelangt das Wasser in den Sammeltopf, von wo es abgezogen werden kann.
  • Während des Aufheizens des Temperierfluids und der damit verbundenen Expansion wird das Expansionsgefäß mit Temperierfluid gefüllt. Daraus ergibt sich ein Schub für das Wasser im Sammeltopf, welcher im Scharglas, insbesondere an einem beleuchteten Boden des Schauglases, einsehbar ist. Damit kann der Benutzer der Vorrichtung in einfacher Weise erkennen, ob Wasser im System angefallen ist und dieses gegebenenfalls über eine am Sammeltopf angeordnete Entnahmeeinrichtung ablassen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Füllstandsanzeige des Temperierfluid ein Schauglas vorgesehen, welches mittels einer kommunizierenden Röhre mit dem Expansionsgefäß verbunden ist. Dadurch entspricht der Pegel der Anzeige dem Pegel des Expansionsgefäßes. Das Schauglas kann zudem als Befüllungsvorrichtung für den Fluidkreislauf ausgebildet sein und hierfür insbesondere eine große Einfüllöffnung aufweisen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:
  • Fig. 1
    eine seitliche Ansicht in teilweiser Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung,
    Fig. 2
    eine perspektivische Ansicht in teilweiser Schnittdarstellung eines Ausschnitts der Vorrichtung von Fig. 1,
    Fig. 3
    eine weitere, vereinfachte perspektivische Ansicht des Ausschnitts von Fig. 2,
    Fig. 4
    eine seitliche Ansicht eines Expansionsgefäßes der Vorrichtung von Fig. 1,
    Fig. 5
    eine perspektivische Ansicht des Expansionsgefäßes von Fig. 4 und
    Fig. 6
    eine aus dem Stand der Technik bekannte Temperiervorrichtung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Temperiervorrichtung 101 weist einen Behälter 103 auf, in dem eine wendelförmige Heizeinrichtung 105 und eine Kühleinrichtung 107 ineinander geschachtelt angeordnet sind. Insbesondere ist die Heizeinrichtung 105 radial innerhalb der Kühleinrichtung 107 in dem Behälter angeordnet. Bei der Kühleinrichtung 107 handelt es sich um einen wendelförmig ausgestalteten Verdampfer, der an einen Kältekreislauf angeschlossen ist, welcher zudem einen Kompressor 109, einen Verflüssiger, eine Expansionseinrichtung (nicht gezeigt) und einen als Sauggaskühler 111 dienenden zweiten Verdampfer aufweist. Der Behälter 103 ist Teil einer Fluidführung 112, in der Temperierfluid geführt ist, wobei die Heizeinrichtung 105 zur Erwärmung des Temperierfluids insbesondere bis auf Temperaturen von bis zu +400°C und die Kühleinrichtung 107 zur Abkühlung des Temperierfluids auf Temperaturen von bis zu -120°C ausgebildet ist.
  • Im Behälter 103 ist ein Pumpenrad 113 angeordnet, welches über eine Welle 115 mit einem Antrieb 117 gekoppelt ist. Die Welle 115 ist aus dem Behälter 103 herausgeführt und innerhalb einer Hülse 116 angeordnet. Zwischen der Hülse 116 und der Welle 115 ist eine Dichtung 119 angeordnet. Da wie zuvor angegeben, relativ hohe Temperaturen im Behälter 103 auftreten können, sind die Welle 115 und die Hülse 116 relativ lang und dünn ausgeführt. Zur Abführung der Wärme ist eine Schottwand 121, welche aus gut wärmeleitendem Material wie etwa Aluminium ausgebildet ist, zwischen dem Behälter 103 und der Wellendichtung 119 an einer glatt gedrehten Stelle der Hülse 116 angeordnet. Durch die Schottwand 121 wird Wärme von der Hülse 116 aufgenommen, die dann von der Schottwand 121 an die Umgebung abgegeben wird. Dazu weist die Schottwand 121 vorteilhafterweise Kühlrippen auf. Durch die Schottwand 121 einerseits und die lange Welle 115 bzw. die lange Hülse 116 andererseits treten im Bereich der Dichtung 119 Temperaturen deutlich unter 100°C auf, so dass entsprechend einfache Dichtungen verwendet werden können.
  • Wie zuvor erwähnt, bildet der Behälter 103 einen Teil der Fluidführung 112. Die Fluidführung 112 umfasst ferner eine Vorlaufleitung 123, welche in den Behälter 103 geführt ist und mit der Temperierfluid aus dem Behälter 103 einem an die Vorlaufleitung 123 angeschlossenen Verbraucher (nicht gezeigt) zugeführt werden kann. Ferner umfasst die Fluidführung 112 eine Rücklaufleitung 125, an die ebenfalls der Verbraucher angeschlossen und mittels der Temperierfluid vom Verbraucher zurück in den Behälter 103 geführt werden kann. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, befinden sich die Rücklaufleitung 125 und die Vorlaufleitung 123 auf der Seite des Behälters 103, die von der Seite abgewandt ist, auf der sich der Antrieb 117 befindet.
  • Der zylinderförmige Behälter 103 weist einen Einsatz aus einem ersten, äußeren Rohr 127 und einem zweiten, inneren Rohr 129 auf. Das äußere Rohr 127 bildet mit einer Außenwand 131 des Behälters einen äußeren Ringraum 133. Zwischen dem inneren Rohr 129 und dem äußeren Rohr 127 ist ein innerer Ringraum 135 ausgebildet und die Heizeinrichtung 105 ist im inneren Ringraum 135 angeordnet, während die Kühleinrichtung 107 im äußeren Ringraum 133 angeordnet ist.
  • Das innere Rohr 129 steht auf dem Behälterboden 137 auf. Demgegenüber ist das äußere Rohr 127 zum Behälterboden 137 beabstandet. Ferner ist der innere Ringraum 135 durch eine Platte 139 nach unten geschlossen. Darüber hinaus ist am unteren Ende in das innere Rohr 129 ein Zwischenboden 141 eingesetzt, in dessen Mitte eine Durchtrittsöffnung 143 ausgebildet ist. Zwischen dem Zwischenboden 141 und dem Behälterboden 137 befindet sich ein Raum 145, in dem das Pumpenrad 113 angeordnet ist. Darüber hinaus ist ein Abschnitt des inneren Rohres 129 zwischen dem Zwischenboden 141 und dem Behälterboden 137 in Drehrichtung des Pumpenrades 113 spiralartig nach außen gebogen, so dass eine Öffnung 146 zwischen dem Raum 145 und dem äußeren Ringraum 133 ausgebildet ist. Von der Öffnung 146 des inneren Rohres 129 in den äußeren Ringraum 133 erstreckt sich eine ansteigende Rampe 147 (vgl. insbesondere Fig. 3) zwischen die Windungen der Kühleinrichtung 107.
  • Der innere Ringraum 135 weist ferner eine bevorzugt ovale Öffnung (nicht gezeigt) in der Wand 149 des inneren Rohres 129 auf, in die die Vorlaufleitung 123 mündet, wobei die Vorlaufleitung 123 in Drehrichtung des Pumpenrads 113 tangential vom inneren Rohr 129 weggeführt ist. Zudem ist die Rücklaufleitung 129 in das Innere des inneren Rohres 129 geführt und mündet in einen im Rohrinneren angeordneten Sammler 151 für rücklaufendes Temperierfluid. Der Sammler 151 ist in Form eines Ãœberströmtopfes ausgebildet, in welchen das rückfließende Fluid einfließt und diesen überströmt.
  • Ferner weist der Sammler 151 einen Entlüftungseinsatz 153 auf, welcher zur Entlüftung der Fluidführung dient und als nach oben weggeführtes Rohr ausgebildet ist, welches den Sammler 151 trägt. Da es sich um einen geschlossenen Temperierkreislauf handelt, ist das innere Rohr 129 durch einen vom oberen Rand des Ãœberströmtopfes 151 beabstandeten weiteren Zwischenboden 155 dicht verschlossen. Unterhalb des Zwischenbodens 155 ist das Entlüftungsrohr 153 mit mehreren Durchtrittsöffnungen 157 zum Abführen von Gas versehen.
  • Bei Betrieb der Temperiervorrichtung 101 wird Temperierfluid über die Rücklaufleitung 125 in den Behälter 103 geleitet. Dabei strömt das Temperierfluid von der Rücklaufleitung 125 in den Sammler 151. Das Temperierfluid 151 überströmt den Sammler 151 und strömt durch die Durchtrittsöffnung 143 in den Raum 145. Von den spiralartig ausgebildeten Flügelelementen des Pumperads 113 wird das Temperierfluid einerseits in eine Rotationsbewegung versetzt und andererseits radial nach außen gefördert. Dabei dient der spiralartig aufgebogene Abschnitt des inneren Rohres 129 als Führung für das Fluid, das durch die Öffnung 146 über die Rampe 147 aus dem Raum 145 in den äußeren Ringraum 133 geleitet wird. Insbesondere führt die Rampe 147 unter Ausnutzung der Rotationsbewegung das Fluid zwischen die Wicklungen der Kühleinrichtung 107, wodurch eine insbesondere laminare Umströmung der Wicklungen erfolgt und so eine besonders gute Kühlung des Fluids möglich ist.
  • Das Temperierfluid, das nach wie vor im äußeren Ringraum 133 entsprechend der vom Pumpenrad 113 vorgegebenen Rotationsrichtung rotiert, fließt im äußeren Ringraum 133 nach oben, wobei es um die im äußeren Ringraum 133 angeordnete Kühleinrichtung 107 strömt. Dabei wird bei betriebener Kühleinrichtung 107 das Temperierfluid auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt. Im oberen Behälterbereich 103 gelangt das Temperierfluid vom äußeren Ringraum 133 in den inneren Ringraum 135, wo es absinkt und dabei die Heizeinrichtung 105 umspült. Bei alternativ zur Kühleinrichtung 107 betriebener Heizeinrichtung 105 erwärmt sich dabei das Temperierfluid auf eine gewünschte Temperatur. Die Kühleinrichtung 107 und die Heizeinrichtung 105 können auch gleichzeitig betrieben werden. Dadurch kann, wie zuvor erwähnt, das Fluid innerhalb eines geringeren Toleranzbereiches auf eine gewünschte Temperatur temperiert werden.
  • Vom inneren Ringraum 135 wird das Temperierfluid über die Vorlaufleitung 123 abgeführt. Da die Vorlaufleitung 123, wie zuvor erwähnt, entsprechend der Rotationsrichtung des Temperierfluids tangential zur Wand des inneren Rohres angeschlossen und die Öffnung in der Wand entsprechend oval ausgebildet ist, kann das Temperierfluid besonders gut ohne große Änderung der Fließrichtung des Fluids vom Behälter 103 abgezogen und über die Vorlaufleitung 123 dem Verbraucher zugeführt werden.
  • Wie bereits zuvor erwähnt, handelt es sich bei der Kühleinrichtung 107 um einen ersten Verdampfer des Kältekreislaufs und bei dem Sauggaskühler 111 handelt es sich um einen zweiten Verdampfer des Kältekreislaufs, die hintereinander im Kältekreislauf angeschlossen sind. Dabei ist der Sauggaskühler 111, wie zuvor in Bezug auf Fig. 1 beschrieben, als Wärmetauscher ausgebildet. Der dargestellte Sauggaskühler 111 ist von einem wendelförmigen Leitungsabschnitt der Kältemittelleitung des Kältekreislaufs gebildet, welcher mit seinem einen Ende über eine Leitung 159 ausgangsseitig an den Kompressor 109, insbesondere hinter einer nicht gezeigten Expansionseinrichtung, und mit seinem anderen Ende an die Eingangsseite der Kühleinrichtung 107 angeschlossen ist und durch den daher kaltes Kältemittel fließt. Der wendelförmige Leitungsabschnitt ist um einen anderen Leitungsabschnitt herum angeordnet, der mit seinem einen Ende eingangsseitig an den Kompressor 109 und mit seinem anderen Ende an die Ausgangsseite der Kühleinrichtung 107 angeschlossen ist und durch den daher warmes Kältemittel fließt. Daher kühlt der Sauggaskühler 111 das von der Kühleinrichtung 107 zum Kompressor 109 zurückfließende warme Kältemittel. Dadurch wird es möglich, den Kompressor 109 zu kapseln. Das heißt, dass keine zusätzliche Kühlung für den Motor des Kompressors 109 erforderlich ist, sondern dieser nur durch das Gas des Kältekreislaufs gekühlt wird.
  • Wie gezeigt, sind die Windungen des Sauggaskühlers 111 zwischen dem Antrieb 117 und dem Behälter 103 angeordnet. Da dieser Platz wegen der langen Welle 115 sowieso vorhanden ist, ist der Sauggaskühler 111 damit in einer Platz sparenden Weise in der Vorrichtung 101 untergebracht. Der Sauggaskühler 111 ist, wie bereits weiter oben erwähnt ist, als Wärmetauscher zwischen kaltem Kältemittel und warmen Kältemittel ausgebildet, welches jeweils im Sauggaskühler 111 voneinander getrennt in ineinander angeordneten Rohren des Kältekreislaufs fließt (vgl. Fig. 2).
  • Das in Fig. 4 und 5 dargestellte Expansionsgefäß 161 ist im Nebenschluss an die Fluidführung 112 der Vorrichtung 101 angeschlossen. Dabei befindet sich der Boden 163 des Expansionsgefäßes 161 in Gebrauchslage der Vorrichtung 101 in etwa auf derselben Höhe wie der Zwischenboden 155 oberhalb des Entlüftungseinsatzes 153. Da die Vorrichtung 101 ein geschlossenes Temperiersystem bildet, also die Fluidführung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist, dient das Expansionsgefäß 161 als Auffanggefäß für sich aufgrund einer Erwärmung ausdehnendes Fluid oder als Vorhaltegefäß bei sich abkühlendem Fluid. Insbesondere kann sich ausdehnendes Temperierfluid in das Expansionsgefäß fließen, um den mit der Ausdehnung verbundenen Volumenanstieg des Fluids in der Fluidführung auszugleichen. Demgegenüber kann zusätzliches Temperierfluid aus dem Expansionsgefäß in die Fluidführung fließen, um die mit der Abkühlung verbundene Volumenabnahme des Fluids auszugleichen.
  • Ferner ist in der Mitte des Bodens 163 ein Sammeltopf 165 für kondensiertes Wasser angeordnet. Wie gesagt ist das Expansionsgefäß 161 im Nebenschluss an die Fluidführung 112 angeschlossen. Beim Betrieb der Vorrichtung 101 kann im Fluid enthaltenes, unerwünschtes Wasser aufgrund möglicher hoher Temperaturen des Fluids ausdampfen und in das Expansionsgefäß 161 gelangen, wo es kondensiert, da das Expansionsgefäß 161 nicht temperiert wird und daher nahe Raumtemperatur ist. Das kondensierte Wasser sinkt im Expansionsgefäß 161 ab und gelangt in den Sammeltopf 165. Dazu ist vorzugsweise, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Boden 163 zum Sammeltopf 165 hin abgeschrägt. Das Wasser lässt sich dann, beispielsweise über ein am Sammeltopf 165 angeordnetes Rohr, aus dem Sammeltopf 165 entnehmen.
  • Darüber hinaus kann an der Vorrichtung 101 ein beleuchtbares Schauglas mit einer Pegelstandsanzeige (nicht gezeigt) angeordnet sein, um den Pegelstand des Temperierfluids in der Fluidleitung anzuzeigen. Vorzugsweise entspricht der Pegel der Pegelstandsanzeige in etwa dem Pegel des Expansionsgefäßes 161. Die Pegelstandsanzeige kann auch zur Anzeige des Wasserpegels im Sammeltopf 165 vorgesehen sein. Dabei ist der Sammeltopf 165 über eine kommunizierende Röhre 167 mit dem unteren Bereich des Schauglases verbunden. Da durch Aufheizen des Temperierfluids, wie oben beschrieben, eine Expansion desselbigen erfolgt, kann das ins Expansionsgefäß 161 laufende Fluid das im Sammeltopf 165 enthaltene Wasser mit Druck beaufschlagen, so dass ein Schub in der Röhre 167 erzeugt wird, der sich durch eindringendes Wasser im Schauglas abzeichnet und für einen Benutzer über das Schauglas beobachtbar ist. Dadurch kann der Benutzer erkennen, ob sich Wasser im Sammeltopf 165 abgesetzt hat und dieses gegebenenfalls ablassen.
  • Ferner kann das Schauglas als Befüllungsvorrichtung für den Fluidkreislauf ausgebildet sein. Dafür lässt sich die Vorrichtung 101 im Bereich des Schauglases öffnen, um Fluid nachfüllen zu können, wobei eine möglichst große Befüllöffnung vorgesehen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Temperiervorrichtung
    3
    Heizeinrichtung
    5
    erster Verdampfer
    7
    Kältekreislauf
    9
    Kompressor
    10
    Verflüssiger
    11
    zweiter Verdampfer
    12
    Expansionsventil
    13
    Zylinder
    15
    Pumpenrad
    17
    Welle
    19
    Antrieb
    21
    Fluidführung
    23
    Vorlaufleitung
    25
    Rücklaufleitung
    27
    Schottwand
    101
    Temperiervorrichtung
    103
    Behälter
    105
    Heizeinrichtung
    107
    Kühleinrichtung
    109
    Kompressor
    111
    Sauggaskühler
    112
    Fluidführung
    113
    Pumpenrad
    115
    Welle
    116
    Hülse
    117
    Antrieb
    119
    Dichtung
    121
    Schottwand
    123
    Vorlaufleitung
    125
    Rücklaufleitung
    127
    äußeres Rohr
    129
    inneres Rohr
    131
    Außenwand
    133
    äußerer Ringraum
    135
    innerer Ringraum
    137
    Behälterboden
    139
    Platte
    141
    Zwischenboden
    143
    Durchtrittsöffnung
    145
    Raum
    146
    Öffnung
    147
    Rampe
    149
    Wand des inneren Ringraums
    151
    Sammler
    153
    Entlüftungseinsatz
    155
    Zwischenboden
    157
    Durchtrittsöffnung
    159
    Leitung
    161
    Expansionsgefäß
    163
    Boden des Expansionsgefäßes
    165
    Sammeltopf
    167
    kommunizierende Röhre

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Temperieren eines Temperierfluids, insbesondere eines Thermoöls, mit einer insbesondere wendelförmigen Heizeinrichtung (105), einer Kühleinrichtung (107), die insbesondere durch den Verdampfer eines Kältekreislaufs gebildet ist, und einer insbesondere geschlossenen Fluidführung (112) zur Führung des Temperierfluids in der Vorrichtung (101) sowie zwischen der Vorrichtung und einem Verbraucher,
    wobei die Heizeinrichtung (105) und die Kühleinrichtung (107) ineinander geschachtelt angeordnet sind,
    wobei die Heizeinrichtung (105) und die Kühleinrichtung (107) in einem gemeinsamen, insbesondere zylindrischen, Behälter (103), welcher Teil der Fluidführung (112) ist, angeordnet sind,
    wobei der Behälter (103) ein erstes, äußeres Rohr (127) eines Behältereinsatzes aufweist, welches zwischen der Heizeinrichtung (105) und der Kühleinrichtung (107) angeordnet ist und für diese jeweils einen eigenen, von Temperierfluid durchströmbaren Raum (133, 135) schafft, wobei zwischen dem äußeren Rohr (127) und dem Behälter (103) ein äußerer Ringraum (133) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Behältereinsatz ein zweites, inneres Rohr (129) umfasst, welches innerhalb des ersten, äußeren Rohres (127) angeordnet ist, so dass zwischen dem inneren Rohr (129) und dem äußeren Rohr (127) ein innerer Ringraum (135) ausgebildet ist, wobei die Heizeinrichtung (105) in dem inneren Ringraum (135) und die Kühleinrichtung (107) in dem äußeren Ringraum (133) angeordnet ist oder umgekehrt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Umwälzeinrichtung (113), insbesondere Pumpenrad, in der Fluidführung (112) angeordnet ist, insbesondere in dem gemeinsamen Behälter (103) für die Heizeinrichtung (105) und die Kühleinrichtung (107),
    wobei, weiter bevorzugt, das äußere Rohr (127) als Überströmrohr ausgebildet ist und das Temperierfluid über einen Vorlauf (123) einem der beiden Ringräume (133, 135) zugeführt wird und durch Überströmen in den anderen Ringraum (135) gelangt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine in dem Behälter (103) angeordnete Umwälzeinrichtung (113) vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass das Temperierfluid in dem Behälter (103) in Rotation versetzt wird, und
    dass Mittel (147) vorgesehen sind, durch welche das rotierende Temperierfluid in Windungsrichtung zwischen die Windungen der Heiz- und/oder Kühleinrichtung (105, 107) geführt wird.
  4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Temperierfluid im Bereich der Heizeinrichtung (105) und der Kühleinrichtung (107) in vertikaler Richtung fließt, und wobei, bevorzugt, der Behälter (103) als Zylinder mit im Gebrauch vertikaler Zylinderachse ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Behälter (103) einen Behältereinsatz (127), insbesondere Rohr, aufweist, welcher zwischen der Heizeinrichtung (105) und der Kühleinrichtung (107) angeordnet ist und für diese jeweils einen eigenen, von Temperierfluid durchströmbaren Raum (133, 135) schafft, wobei, bevorzugt, der Behältereinsatz ein zweites, inneres Rohr (129) umfasst, welches innerhalb des ersten, äußeren Rohres (127) angeordnet ist, so dass zwischen dem inneren Rohr (129) und dem äußeren Rohr (127) ein innerer Ringraum (135) und zwischen dem äußeren Rohr (127) und dem Behälter (103) ein äußerer Ringraum (133) ausgebildet ist, wobei die Heizeinrichtung (105) in dem inneren Ringraum (135) und die insbesondere durch Windungen eines Verdampfers gebildete Kühleinrichtung (107) in dem äußeren Ringraum (133) angeordnet ist oder umgekehrt,
    wobei, weiter bevorzugt, das äußere Rohr (127) als Überströmrohr ausgebildet ist und das Temperierfluid über den Vorlauf (123) einem der beiden Ringräume (133, 135) zugeführt wird und durch Überströmen in den anderen Ringraum (135) gelangt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das innere Rohr (129) auf dem Boden (137) des Behälters (103) aufsteht, während das äußere Rohr (127) zum Behälterboden (137) einen Abstand aufweist, dass der innere Ringraum (135) durch eine Platte (139) nach unten geschlossen ist und dass der äußere Ringraum (133) am unteren Ende eine Verbindung zum Rücklauf (125) aufweist,
    wobei, bevorzugt, am unteren Ende im inneren Rohr (129) ein Zwischenboden (141) eingesetzt ist, welcher eine insbesondere zentral angeordnete Durchtrittsöffnung (143) aufweist, in dem Raum (145) zwischen dem Zwischenboden (141) und dem Behälterboden (137) eine Flügelradpumpe (113) eingesetzt ist und dieser Raum (145) über eine Öffnung (146) im inneren Rohr (129) mit dem äußeren Ringraum (133) verbunden ist,
    wobei, weiter bevorzugt, die Öffnung (146) durch einen in Drehrichtung der Flügelradpumpe (113) spiralartig nach außen gebogenen Abschnitt des inneren Rohres (129) zwischen dem Zwischenboden (141) und dem Behälterboden (137) ausgebildet ist,
    und/oder wobei, weiter bevorzugt, eine ansteigende Rampe (147) vorgesehen ist, die sich von der Öffnung (146) des inneren Rohres (129) in den äußeren Ringraum (133) erstreckt und bevorzugt zwischen die Windungen einer Heiz- oder Kühleinrichtung im äußeren Ringraum geführt ist, und/oder wobei, weiter bevorzugt, der innere Ringraum (135) über eine bevorzugt ovale Öffnung in der Wand (149) des inneren Rohres (129) mit einer Vorlaufleitung (123) verbunden ist, wobei, noch weiter bevorzugt, die Vorlaufleitung (123) in Drehrichtung der Flügelradpumpe (113) tangential vom inneren Rohr (129) weggeführt ist.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rücklaufleitung (125) der Fluidführung in das Innere des inneren Rohres (129) geführt ist,
    wobei, bevorzugt, der Behälter (103) in seinem Zentrum einen Sammler (151) für rücklaufendes Temperierfluid aufweist, in welchen die Rücklaufleitung (125) mündet, wobei der Sammler (151) vorzugsweise eine Entlüftungseinrichtung (153) zur Entlüftung der Fluidführung aufweist,
    wobei, weiter bevorzugt, der Sammler (151) als Überströmtopf ausgebildet ist und das innere Rohr (129) durch einen zum oberen Rand des Überströmtopfes beabstandeten weiteren Zwischenboden (155) dicht verschlossen ist.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rücklaufleitung (125) und die Vorlaufleitung (123) des Temperierfluids auf derselben Seite in den Behälter (103) geführt sind, wobei, bevorzugt, der Antrieb (117) für die Umwälzeinrichtung (113) auf der Seite des Behälters (103) angeordnet ist, die von der Seite abgewandt ist, auf der die Rücklaufleitung (125) und die Vorlaufleitung (123) in den Behälter (103) geführt sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Pumpenrad (113) über eine lange Welle (115) mit einem außerhalb des Behälters (103) angeordneten Antrieb (117) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Behälter (103) und dem Antrieb (117) bevorzugt eine Wärmeträgerplatte (121) angeordnet ist,
    und/oder dass der Kältekreislauf einen zweiten Verdampfer als sogenannten Sauggaskühler (111) aufweist, der zur Kühlung des Kältemittels als Wärmetauscher vor den Kompressor (109) geschaltet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein eine Flügelradpumpe (113) in dem Behälter (103) antreibender Antrieb (117) vorgesehen ist,
    dass eine lange Welle (115) zwischen Flügelradpumpe (113) und Antrieb (117) sowie ein Sauggaskühler (111) vorgesehen sind, und dass der Sauggaskühler (111) zwischen dem Behälter (103) und dem Antrieb (117) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Fluidführung ein Expansionsgefäß (161) für das Temperierfluid aufweist, welches bevorzugt derart angeordnet ist, dass sich der Boden (163) des Expansionsgefäßes (161) in Gebrauchslage der Vorrichtung (101) in etwa auf derselben Höhe wie der die Entlüftungseinrichtung (153) für die Fluidführung abdichtende weitere Zwischenboden (155) befindet.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Expansionsgefäß vorgesehen ist, dass unterhalb des Bodens (163) des Expansionsgefäßes (161), insbesondere in dessen Mitte, ein Sammeltopf (165) für kondensiertes Wasser vorgesehen ist, und dass bevorzugt an dem Sammeltopf (165) eine Entnahmeeinrichtung zum Ablassen von Wasser aus dem Sammeltopf (165) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Boden (163) zum Sammeltopf (165) hin abgeschrägt ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Expansionsgefäß (161) im Nebenschluss an die Fluidführung (112) angeschlossen ist, insbesondere oberhalb des Sammeltopfes (165),
    und/oder dass ein insbesondere beleuchtbares Schauglas mit einer Pegelstandsanzeige zur Anzeige des Pegelstands des Temperierfluids vorgesehen ist, welches mittels einer kommunizierenden Röhre (167) mit dem Expansionsgefäß (161) in Verbindung steht, wobei, bevorzugt, ein unterer Bereich des Schauglases mit einem unteren Bereich des Sammeltopfes (165) in Fluidverbindung steht, und/oder wobei, bevorzugt, das Schauglas als Befullvorrichtung für den Fluidkreislauf ausgebildet ist.
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