WO2024018008A1 - Temperiersystem mit zwischenkreislauf - Google Patents

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WO2024018008A1
WO2024018008A1 PCT/EP2023/070169 EP2023070169W WO2024018008A1 WO 2024018008 A1 WO2024018008 A1 WO 2024018008A1 EP 2023070169 W EP2023070169 W EP 2023070169W WO 2024018008 A1 WO2024018008 A1 WO 2024018008A1
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WO
WIPO (PCT)
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medium
circuit
valve
temperature control
test
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/070169
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha UDVARI
Original Assignee
SINGLE Group GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
    • G05D23/193—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces
    • G05D23/1931—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces to control the temperature of one space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0077—Other 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a temperature control system for temperature control of at least one test object, comprising at least one temperature control circuit through which a first medium flows, wherein the at least one temperature control circuit is tempered by at least one temperature control device, additionally comprising at least one intermediate circuit through which a second medium flows, wherein a first pump conveys the second medium through the at least one intermediate circuit, and a first heat exchanger transfers heat between the first and the second medium and additionally comprising at least one test circuit through which a third medium flows, wherein a second pump conveys the third medium through the at least one test circuit and a second heat exchanger transfers heat between the second and third media. Furthermore, a method for operating such a temperature control system is provided.
  • Temperature control systems or temperature control devices are used to provide the temperature of machines, media or substances required for the successful implementation of actions or processes in systems and/or processes and/or to control these in a process-appropriate manner.
  • An exemplary area of application for temperature control devices is the plastics processing industry and particularly the injection molding sector. Controlled tool temperatures are essential for the production of consistently high-quality parts.
  • a temperature control device in such a process represents a core component of the overall process.
  • temperature control systems are also used for temperature control of test objects, especially for load tests, for example of engines or thermally stressed systems. Test specimens can therefore represent individual components through to entire systems.
  • WO 2021/203 151 A1 discloses a measuring and testing device for a test unit, in particular for a high-speed electrical machine, with an intermediate frame and at least one bearing block for an intermediate bearing shaft, which can be drive-connected to at least one test unit, the bearing block preferably being galvanically connected to the intermediate frame is separated, characterized in that the bearing block is connected to the intermediate frame via at least one damping device, with at least one damping device being designed as a viscose or sand damper.
  • the DE 10 2010/008 114 B4 relates to a heating system representing a generic system for transmitting thermal energy with a heat pump, comprising at least three separate circuits, with a cooling medium circulating in a cooling circuit, with a pumping medium circulating in a pump circuit, realized by a heat pump , and wherein a heating medium circulates in a heating circuit, wherein heat energy can be transferred from the cooling medium to the pump medium and from the pump medium to the heating medium, characterized in that the cooling medium consists of a mixture of substances, the mixture of substances containing paraffin, and the mixture of substances having a melting point of below 25°C.
  • Another disadvantage of conventional systems is that large temperature differences occur within the entire temperature control system, which often includes longer interconnections of fluid lines.
  • the medium used has its disadvantages either in the particularly warm or cold areas of the temperature control system, for example due to excessive viscosity or boiling behavior. This is detrimental to the efficiency of the temperature control system, can severely limit the possible uses and can also cause damage to the temperature control system or test specimen.
  • the disadvantages listed can therefore cause disruptions to the temperature control process, disruptions to the measuring system or damage to the test object or the temperature control system. To prevent this, high monitoring, maintenance and repair costs are necessary.
  • the control quality in known temperature control systems is not advantageous due to the interference.
  • the object of the present invention is to further develop the known temperature control system in such a way that the disadvantages of the prior art are overcome.
  • a high control quality for the test object should be achieved and simple, safe and fast temperature ramps on the test object should be made possible.
  • test specimen can be thermally connected to the test circuit and/or the intermediate circuit; and the flow and/or pressure of the third medium can be controlled and/or regulated by means of at least one valve which is operatively connected to the test circuit.
  • the invention proposes that the temperature of the third medium can be controlled and/or regulated independently of the pressure and/or flow of the third medium and/or the pressure of the third medium can be controlled and/or regulated independently of the flow of the third medium, preferably by means of the valve, the pressure and/or the flow of the third medium can be changed independently of the temperature of the third medium flowing through the test object, in particular the temperature of the third medium supplied to the test object remains essentially constant at different pressures and/or flows, and by means of at least a first circulation device, preferably comprising at least one first pump, the second medium can be conveyed through the at least one intermediate circuit, and / or by means of at least a second circulation device, preferably comprising at least one second pump, the third medium can be conveyed through the at least one test circuit.
  • the third medium can be conducted through the at least one test object, in particular by means of the valve Flow and/or pressure of the third medium can be controlled and/or regulated by the test object, wherein the third medium can preferably be influenced by means of the valve, in particular independently of the first medium and/or the second medium and/or a fluid decoupling of the third Medium consists of the first and / or second medium.
  • a system for temperature control according to the invention can also be characterized in that the temperature control power supplied to the test circuit can be provided exclusively, at least essentially, by the at least one temperature control circuit, wherein preferably the temperature control power supplied to the test circuit and / or the temperature of the third medium supplied to the test object the first and/or second heat exchanger and/or the first and/or second circulation device can be controlled and/or regulated.
  • the invention also proposes that
  • the at least one test circuit comprises at least one expansion tank, in particular for filling level monitoring and/or for recording volume changes of the third medium in the at least one test circuit;
  • At least one temperature sensor, at least one pressure sensor and/or at least one flow meter is arranged in the at least one test circuit, preferably in front of the at least one test object;
  • At least one temperature sensor in the at least one test circuit, at least one temperature sensor, at least one pressure sensor, at least one pressure gauge and/or at least one venting device is arranged, preferably after the at least one test specimen; and or
  • At least one heating device preferably in operative connection with at least one temperature sensor and / or at least one electrical controller, is present, heat energy preferably being able to be supplied to the third medium, in particular in addition to the temperature control output from the temperature control circuit and / or the intermediate circuit; and or
  • the temperature control system comprises at least one control unit, preferably comprising at least one programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • At least one level detector preferably in the form of a float switch, in particular for level control and/or for regulating the operation of the second circulation device, and/or
  • the first circulation device, the valve of the at least one test circuit, the second circulation device, the heating device, the emptying device, the filling device and/or the solenoid valve can be connected to the control unit and/or can be controlled and/or regulated by the control unit;
  • control unit receives data from the first circulation device, the second circulation device, the solenoid valve, the float switch, the heating device, the valve of the at least one test circuit, the flow meter, at least one temperature sensor of the at least one test circuit and / or at least one pressure sensor of the at least one test circuit .
  • valve of the at least one test circuit is and/or comprises at least one bypass valve, multi-way valve, 3-way valve and/or a plurality of 2-way valves, which in particular has at least one output which leads the third medium into a line, which bypasses at least one examinee; and or
  • At least one temperature sensor of the at least one test circuit is arranged in front of the expansion tank; and or • at least one temperature sensor of the at least one test circuit is arranged downstream of the heating device; and or
  • the at least one test item is arranged via at least one feed and/or at least one return in the at least one test circuit.
  • a temperature control system according to the invention can be characterized in that
  • valve of the at least one test circuit is and/or comprises at least one pneumatic valve
  • At least two test items can be arranged in the at least one test circuit and/or the third medium can flow through them, wherein preferably the flow and/or the pressure of the third medium can be regulated by each test item with a respective valve.
  • At least one storage container in which at least one intermediate circuit is arranged, preferably on the suction line of the first circulation device, wherein preferably a fill level monitoring device regulates the first circulation device directly and/or or via the control unit;
  • At least one pressure measuring device in particular with a measuring orifice, preferably between the first circulation device and the first heat exchanger, in which at least one test circuit is arranged;
  • At least one temperature sensor and/or at least one pressure sensor are arranged in the at least one intermediate circuit, preferably downstream of the first heat exchanger;
  • At least one valve in which at least one intermediate circuit is arranged for regulating the flow of the second medium through the first heat exchanger this valve preferably being a pneumatic 3-way valve and/or bypass valve, in particular an output of the 3-way valve the second medium leads into a line which bypasses the second heat exchanger, in order in particular to control/and or regulate the thermal output of the second heat exchanger, preferably the temperature of the third medium independently of the through Valve adjustable hydraulic operating state of the test circuit can be adjusted, in particular the temperature supplied to the test object on the one hand and the hydraulic operating state exposed to the test object, in particular pressure and / or flow rate of the third medium, on the other hand, can be controlled and / or regulated independently of one another.
  • valve of the at least one intermediate circuit can be connected to the control unit and/or can be regulated by means of the control unit;
  • control unit receives data from the valve of the at least one intermediate circuit and the at least one temperature sensor and at least one pressure sensor for the at least one intermediate circuit;
  • ⁇ comprises or is connected to at least one emptying device, and/or
  • At least one filling device preferably including a valve, pressure reducer and pressure sensor, in particular for supplying at least one gas, preferably nitrogen, comprises or is connected to it.
  • At least two intermediate circuits are energetically connected to one another via at least one first heat exchanger with a temperature control circuit; and or
  • At least two test circuits are energetically connected to one another with an intermediate circuit via at least a second heat exchanger; and or
  • At least a third heat exchanger is arranged in such a way as to transmit temperature control power between the first and the third medium;
  • At least a fourth heat exchanger is arranged in such a way as to release waste heat from the at least one temperature control device to a cooling fluid, in particular cooling water, wherein preferably at least one further system, service water or rooms can be tempered with the cooling fluid; and or
  • At least a fifth, preferably water-cooled, heat exchanger is arranged in the temperature control circuit, in particular in order to dissipate heat from the compressed first medium 2.
  • the invention also proposes that the at least one temperature control device is designed for cooling and/or heating the first medium.
  • the invention also proposes that the system comprises at least two temperature control circuits, with a first temperature control circuit preferably being provided for cooling and a second temperature control circuit for heating.
  • the at least one temperature control circuit is a cooling circuit
  • the temperature control device comprises at least one heat pump and/or at least one compressor; and or
  • At least one oil separator is arranged downstream of the temperature control device, in particular the heat pump and/or the compressor;
  • the cooling circuit at least: a filter dryer, a sight glass, a solenoid valve injection, an expansion valve, a shut-off valve, especially for service purposes, an electronic expansion valve; comprises a temperature sensor and/or a pressure sensor; and or
  • the first medium comprises a refrigerant, in particular R410A, R449A, RI 34a and/or R513A.
  • Heat can be transferred between the liquid first medium and the gaseous first medium via at least a sixth heat exchanger;
  • control unit is operatively connected to the solenoid injection valve and/or the electronic expansion valve and/or controls and/or regulates the solenoid injection and/or the electronic expansion valve.
  • the second medium contains ethylene glycols such as Glysantin G48 or G64, propylene glycols such as Glysofor L or F, heat transfer oils such as Fragoltherm F12 or salt brines such as Fragoltherm W-KFA; and or
  • the third medium contains ethylene glycols such as Glysantin G48 or G64, propylene glycols such as Glysofor L or F or salt brines such as Fragoltherm W-KFA.
  • the invention provides a method for operating a temperature control system according to one of the aforementioned examples, comprising the following steps:
  • Starting the temperature control system (in particular starting at least one circulation device and/or the at least one temperature control device and/or starting an operating program of the control unit and/or establishing an operational state of adjustable components of the system such as at least one valve, switch, controller, monitoring device and/or heating device);
  • the target operating data have a time course and this is carried out automatically using a program of the controller.
  • the invention is therefore based on the surprising finding that the combination of three circuits, in particular an intermediate circuit, which buffers heat output between the temperature control circuit and the test circuit, in combination with a valve of the test circuit, avoids hydraulic disturbances in the test circuit and high temperature ramps can be driven on the test object. This means that the temperature control output can be delivered to a test item without the usual hydraulic disruptions.
  • the pressure and/or the flow rate of the fluid flowing through the test object or of the fluid circulating in the test circuit can be adjusted or regulated and/or controlled independently of the temperature of the fluid and, conversely, the temperature of the fluid without influencing the pressure and the Flow rate of the fluid through the test object can be adjusted or one and the same temperature can be set for different, essentially freely selectable pressures and flow rates.
  • the operating point of the test circuit i.e. pressure, flow rate and temperature, can be set essentially freely in a three-dimensional map not only along predetermined characteristic curves but also within a volume due to the independence of the parameters temperature, pressure and flow rate.
  • the essential temperature control performance is generated by a separate circuit and can be operated independently of the operating status of the test circuit or the test requirements of the test object.
  • Small temperature control outputs for example in the form of heat required for a short time, can be integrated into one of the circuits without much design effort using appropriate additional devices, such as tubular heaters.
  • the three circuits can be filled with optimally coordinated media according to the operating requirements, so that the entire system can run much more efficiently.
  • the temperature differences within the circuits are significantly smaller than in a single temperature control circuit, which would also flow through the test object. This means that the media in the three circuits are used at their optimal operating point. This prevents harmful freezing or boiling due to excessive temperature differences.
  • the system is not limited in its area of application due to the use of only one medium, for example in terms of temperature or temperature changes over time.
  • the advantages of rapid temperature changes on the test object can be realized, since the storage can be used to store a lot of thermal energy, which can be accessed without additional power from the temperature control device. This means that significantly more can be achieved even in the short term Temperature control performance is required than the temperature control device is actually capable of.
  • bypasses including valve devices offers the advantage that large amounts of energy can be transported through a circuit through high flow rates, with individual sections being supplied with throttled energy supply through the bypasses. For example, the amount of thermal energy in the buffer storage of the test circuit can be further increased, while at the same time the thermal energy supplied to the heat exchanger can be reduced. Furthermore, by means of a bypass past the test object, the thermal energy supplied to the test object can be kept much more constant with a low flow through the test object itself than if the entire flow of the test circuit is massively throttled.
  • FIG. 1 For example, the level detectors can ensure that a circulation device such as a pump does not start the circuit until there is not enough medium in the circuit or that the pump switches off again as soon as there is too little medium in the circuit, for example due to a leak.
  • a circulation device is understood to be a device that sets a fluid in motion, for example without direct mechanical force acting on a fluid, such as magnetorheological fluid pumps.
  • a control unit which can be connected to all components of the system, facilitates operation and prevents malfunctions. This preferably requires appropriate sensors or sensors on the components of the system. In addition, for automatic control, individual components must be electronically controllable, such as a controllable valve or pump. By programming the control unit, temperature control programs can also be run automatically, which are monitored and regulated by the control unit via the sensors and probes.
  • a further advantage of the invention is that not only can several test specimens be arranged within a test circuit, but that several test circuits can be provided with thermal energy thermally and hydraulically independently of one another by one or more intermediate circuits. Under certain situations, a direct thermal coupling can even be established between a temperature control circuit and a test circuit. This is advantageous, for example, for quick start processes.
  • the temperature control system has several temperature control circuits, one being operated, for example, for cooling and one for heating the temperature control system. Heating or heating means adding heat, whereas cooling means removing heat. By controlling the corresponding intermediate circuits, both heat and cold can be supplied to the at least one test circuit in rapid time sequence.
  • the intermediate circuit of the invention therefore differs significantly from systems known from the prior art in which two temperature control circuits are provided.
  • the temperature control circuits of these two-stage or multi-stage cooling and/or heating systems fulfill the function of the temperature control circuit according to the invention and not that of the intermediate circuit.
  • the waste heat from the temperature control unit can be used, for example to heat other systems or water.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a temperature control system
  • FIGS. 2a and 2b are a schematic representation of a second embodiment of a temperature control system.
  • the following description of embodiments is intended only to illustrate the invention, but not for the purpose of limiting the same, as defined by the appended claims.
  • Relative terms such as “before”, “after”, “upstream” or “downstream” serve for explanation and can refer to a spatial arrangement according to the illustrated embodiments, to a flow direction of the medium or other circumstances to describe a sequence, whereby These terms should not exclude alternative arrangements, in particular other sequences.
  • FIG. 1 A first example of a temperature control system 1 according to the invention according to FIG. 1 is described below.
  • the cooling circuit 2k is shown in simplified form since further details of such a cooling circuit are known to those skilled in the art.
  • a first medium 3 flows through the cooling circuit 2k.
  • the first medium 3 comprises at least one gaseous refrigerant (e.g. R449A).
  • a refrigeration system in the form of a compressor 4 which can be part of a heat pump, which is operated in such a way that heat is removed from the first medium 3.
  • the cooling circuit 2k thus generates the cooling capacity that is required for the temperature control system 1.
  • the then cooled first medium 3 flows through a first heat exchanger 5 and then flows back towards the compressor 4.
  • the temperature control circuit 2 could also be a heat circuit in other embodiments, with a heating source, such as a heat pump, which is operated in such a way that the first medium 3 is heated, being used instead of the refrigeration system 4.
  • the first medium 3 can either be cooled or heated by the different operation of a temperature control device, for example a heat pump.
  • both a cooling and heating system are present, which can be operated in accordance with the requirements for the test characteristics of the test object 21.
  • the design of the temperature control unit is determined by the highest or lowest temperature and the required heating or cooling output.
  • the temperature control system 1 according to the exemplary embodiment of FIG. 1 includes a second circuit, the intermediate circuit 6 (dashed lines). A second medium 7 flows through the intermediate circuit 6.
  • the second medium 7 comprises at least one heat transfer oil (eg FragolTherm 12).
  • a heat transfer oil eg FragolTherm 12
  • appropriate glycol-water mixtures with common additives or salt-based cooling brines can also be used additionally or alternatively.
  • the function of the intermediate circuit 6 is to thermally connect the temperature control circuit 2 to a test circuit 12, in particular to transmit the temperature control performance of the temperature control circuit 2, in particular the cooling circuit 2k, to the test circuit 12.
  • the cooling or heat energy already stored in the medium 3 by the temperature control circuit 2 is removed from it and stored in this way, in particular the cooling power introduced into the first medium 3 in the cooling circuit 2k is stored.
  • the second medium 7 is driven by at least one first circulation device, in particular in the form of a pump 8, which conveys the second medium 7 through the first heat exchanger 5 and thus also, in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 1, the flow through the first heat exchanger 5 for the second Medium 7 controls.
  • thermal energy is transferred between the first medium 3 and the second medium 7 in the first heat exchanger 5 without the media 3, 7 mixing.
  • the first and the second medium 3, 7 are heat-coupled or thermally coupled by the first heat exchanger 5 and the heating or cooling power can be delivered from the temperature control circuit 2 to the intermediate circuit 6 via the first heat exchanger 5.
  • the first medium 3 thus cools the second medium 7, i.e. removes thermal energy from the second medium 7.
  • the heat energy transferred in the first heat exchanger 5 to the second medium 7 or the heat energy extracted from the second medium 7 can be changed when the first temperature control circuit 2 is operated as a cooling circuit 2k by increasing the flow rate of the second medium 7 through the intermediate circuit 6 is changed.
  • the second medium 7 flows from the first heat exchanger 5 to a valve 9.
  • valve 9 has, among other things, the function of a bypass valve.
  • the valve 9 is a three-way valve, with one path leading into the intermediate circuit 6 downstream of the second heat exchanger 10. This has the advantage that no additional resistance is built up for the circulation device 8 and the heat energy supplied into or removed from the second medium 7 in the heat exchanger 5 is controlled by the circulation device 8 independently of the flow of the second medium 7 through the second heat exchanger 10 can be changed.
  • a certain flow of the second medium 7 through the intermediate circuit 6 can be maintained by the bypass, even if a minimum flow of the second medium 7 through the heat exchanger 10 is required by a specific operating situation.
  • one path can also lead directly into a storage container 11 or the valve 9 can also be another valve, in particular as long as it fulfills the defined purpose of bypassing the second heat exchanger 10.
  • the valve 9 can also be arranged at another location (eg in front of the first heat exchanger 5), whereby the flow of the second medium 7 through the second heat exchanger 10 is regulated indirectly via the flow of the first heat exchanger 5.
  • the valve 9 is dynamically and continuously regulated. As soon as a target value (in the exemplary embodiment according to FIG. 1, for example the target temperature of a third medium 13 contained in the test circuit 12, in particular circulated in it) is reached, the first valve 9 can pass the entire volume flow or a partial volume flow through the second Stop heat exchanger 10.
  • the second medium 7 flows into the storage container 11.
  • the storage container 11 is used to store tempered second medium 7, in the case of the exemplary embodiment according to FIG second medium 7. With the help of the storage container 11, steep temperature ramps can be achieved for the test object 21 to be tested during the test, since in addition to the performance of the compressor 4, the stored cooling capacity of the tempered second medium 7 is also available in the storage container 11. For example, in the exemplary embodiment in FIG Can be the corresponding test conditions can be adapted or omitted completely.
  • the first pump 8 transports the second medium 7 from the storage container 11 back into the first heat exchanger 5.
  • the temperature control system 1 includes the previously mentioned test circuit 12, with which testing procedures are carried out on a test specimen 21.
  • the intermediate circuit 6 and the test circuit 12 are thermally or thermally coupled to one another via the second heat exchanger 10.
  • the test circuit 12 is therefore indirectly or not directly coupled to the temperature control circuit 2 (thermally and/or fluidically), but only with the interposition of the intermediate circuit 6.
  • the third medium 13 of the test circuit 12 is tempered via the second heat exchanger 10, in the case of the exemplary embodiment according to. 1, the third medium 13 is cooled in particular.
  • the third medium 13 in the heat exchanger 10 in particular for cooling, releases heat energy to the intermediate circuit 6 or the second medium 7 or absorbs heat energy from it, in particular for heating.
  • the test circuit 12 is thus flowed through by a third medium 13, which is preferably driven by a second circulation device included in the test circuit 12, such as in the form of a pump 16.
  • the third medium 13 comprises in particular a water-glycol mixture, the mixing ratio in a preferred exemplary embodiment being 60% glycol and 40% water.
  • Other mixing ratios e.g. 50% to 50% or the addition of additives are also possible and are determined based on the test characteristics.
  • the test circuit 12 also has at least one expansion tank 14.
  • At least one fill level detector preferably in the form of a float switch 15, is in operative connection with the expansion tank 14.
  • the fill level detector 15 ensures that the second pump 16 can only be operated when the expansion tank 14 is completely filled and thus serves as a level monitor.
  • the expansion tank 14 thus fulfills the function of Fill level compensation or serves to hold the third medium, which can have different volumes depending on the temperature.
  • the test circuit in particular arranged downstream of the heating device 17, comprises a valve 18.
  • the valve 18 is in particular connected upstream of a test object inflow 20 and/or a test object 21.
  • the test item 21 can be arranged between the test item inflow 20 and a test item outflow 22.
  • the valve 18 regulates the flow and/or pressure on the test object 21, in particular at a constant temperature of the fluid supplied to the test object. .
  • the valve 18 is designed as a bypass valve, in particular in the form of a three-way valve, with a path 18a bypassing the test object 21, in particular leading into the test circuit 12 downstream of the test object 21.
  • Temperature and pressure or flow are therefore controlled and/or regulated independently of one another, in particular by the valve 18 having no influence on the temperature of the third medium 13 supplied to the test object 21.
  • the valve 18 is also only in hydraulic operative connection with the third medium 13.
  • the valve 18 controls the hydraulic properties of the third medium without mixing the second and third medium 7, 13.
  • the temperature control power supplied to the test circuit 12 and/or that to the test specimen 21 supplied temperature of the third medium 13 can be controlled and/or regulated by the first and/or second heat exchanger 5, 10 and/or the first and/or second circulation device, in particular without the pressure and/or flow rate of the third medium being influenced.
  • a temperature control device is usually cooled with fluid, such as air, water or another liquid, in order to maintain the working temperature of the temperature control device at an appropriate operating temperature.
  • fluid such as air, water or another liquid
  • the waste heat from the temperature control device eg heat pump or compressor 4
  • another circuit can be used to control the temperature of other components, such as technical systems, or for use as hot water or for heating rooms.
  • FIGS 2a and 2b show a further embodiment of a temperature control system 1′ according to the invention.
  • the cooling capacity of the temperature control system 1' is provided by a compressor 4' (in this case a 2-stage compressor) in the temperature control circuit 2' (cooling circuit 2k').
  • the compressor 4' compresses a first medium 3' (refrigerant) from a gaseous to a liquid state and thus also drives the flow in the cooling circuit 2k'.
  • the temperature control circuit 2' further comprises, preferably arranged after the compressor 4', at least one pressure gauge 118' and at least one mechanical safety pressure limiter 134' to protect the system 1' if, for example, pressures or temperatures are too high.
  • the safety pressure limiter 134' opens at a critical pressure, allowing pressure to escape and protecting the system 1'.
  • at least one low-pressure switch 110' and/or at least one high-pressure switch 111' are arranged in the temperature control circuit 2', in particular before or after the compressor 4' via measuring lines with the cooling circuit 2k'.
  • At least one mechanical shut-off valve 103' which can be used for service purposes, is included in the temperature control circuit 2'.
  • the valve 103 ' there is at least one oil separator 150', which can separate the lubricating oil of the compressor 4' released into the first medium 3', in particular cooling medium, from the first medium 3' and use this oil to lubricate the compressor 4 ' can lead back to the compressor 4' via another shut-off valve 103". This ensures, on the one hand, the lubrication of the compressor 4' and the purity of the first medium 3'.
  • a heat exchanger 160' in the form of, for example, a tube bundle heat exchanger, is arranged in the temperature control circuit 2', to which waste heat from the compressed first medium 3' can be released.
  • the heat exchanger 160' allows parameters of the temperature control circuit 2', 2k' or the first medium 3' to be recorded in order to check whether it is functioning correctly.
  • cooling water 161' flows through the heat exchanger 160', which absorbs part of the waste heat from the first medium 3' and further cools it.
  • the cooling water 161' is introduced via a dirt trap 102'.
  • a pressure 211' and/or temperature sensor 229' monitors the temperature and pressure of the cooling water 161' and sends this information to at least one control unit 25' in the form of a programmable logic controller (PLC). If these values are within the normal range, the temperature control system 1' or the test system can be operated.
  • PLC programmable logic controller
  • At least one pressure-controlled cooling water regulator 114' is arranged, which is connected to the heat exchanger 160' via at least one pressure measuring line. If the pressure of the first medium 3' (refrigerant) increases, the flow of the cooling water 161' is increased via the cooling water regulator 114' and the cooling water 161' transports away more heat from the first medium 3'.
  • a flow meter 216' for the cooling water 161' is arranged downstream of the heat exchanger 160'.
  • a drain valve 162' is arranged on the heat exchanger 160' for draining the cooling water 161'.
  • the heated cooling water 161' can be used to control the temperature of, for example, a system or rooms or process water.
  • a ball shut-off valve 201' is arranged in the temperature control circuit 2', 2k' for service purposes.
  • the first medium 3' then flows through a filter dryer 104', which removes excess moisture, in particular water contained in the first medium 3', from the first liquid medium 3'.
  • Such moisture can get into the circuit of the first medium 3, for example through leaks in the system 1 or through filling processes of the temperature control circuit 2k 'and cause damage there, for example when it freezes, in particular due to the density anomaly of water.
  • a solenoid valve injection 105' is also arranged, which regulates the flow of the first medium 3' when cooling is required.
  • the expansion valve 108' is controlled by measuring the temperature (via at least one temperature sensor 230') and the pressure at the compressor 4'. This controls the injection of the first medium 3'.
  • the gaseous first medium 3' flows into a plate heat exchanger 139'. There, a partial volume flow 23' of the first medium 3' in a liquid state is cooled by the first medium 3', which is now gaseous after the expansion valve 108', in order to increase the efficiency of the cooling circuit 272k'.
  • first medium 3' Downstream of the plate heat exchanger 139', moisture is removed from the gaseous first medium 3' using another filter dryer 104".
  • the cleaned or dehumidified first medium 3' now flows through a further valve 103'' for service purposes and a further sight glass 107'' before it flows through an electronically controlled expansion valve 143' through the first heat exchanger 5'.
  • the expansion valve 143' is controlled by a superheat regulator 142' via at least one pressure sensor 140' and/or a temperature sensor 141'.
  • a valve 103 lv for service purposes and a pressure gauge 119' are arranged in the inflow of the compressor 4'.
  • the cooling circuit 2k' is energetically or thermally connected to an intermediate circuit 6' via the first heat exchanger 5'.
  • a second medium 7' flows in the intermediate circuit 6' and is conveyed by a first circulation device in the form of a pump 8'.
  • the pump 8' has a 3-phase motor.
  • the second medium 7' flows through a pressure measuring device with a measuring orifice 217' (pressure difference measurement using a flow tube). Downstream, after the first heat exchanger 5 'on the second medium 7', pressure and temperature are measured at a sensor 214', 215'. These values are passed on to the PLC 25' and displayed there visually for the user so that he can understand the conditions under which the temperature control system 1 'is running.
  • the volume flow of the second medium 7' is regulated by a 3-way valve 9' pneumatically driven with compressed air 218'.
  • An output of the 3-way valve 9' which acts in particular as a bypass valve, leads directly into an inflow for a storage container 11' and bypasses the second heat exchanger 10'.
  • the other output of the 3-way valve 9' leads into the second heat exchanger 10' and from there into the storage container 11'.
  • the first pump 8' sucks the second medium 7' out of the storage container 11' and transports it through the intermediate circuit 6'.
  • the pump 8' is started via a fill level monitoring device 116', which preferably sends the data about the filling status of the storage container 11' to the PLC 25' and the PLC 25' then controls the operation of the pump 8'.
  • the filling and emptying of the intermediate circuit 6' with the second medium 7' also takes place via the storage container 11'.
  • the second medium 7' is fed to the storage container 11' via a filling device 219', with the second medium 7' being superimposed with nitrogen 222' during filling via a valve 220' and a pressure reducer 221' controlled via a pressure sensor 223' due to its hygroscopic properties becomes.
  • the storage container 11' has an emptying device 224'.
  • the intermediate circuit 6' with its second medium 7' and the test circuit 12' with its third medium 13 are energetically connected to one another via the second heat exchanger 10'.
  • a second circulation device preferably in the form of a pump 16' or comprising it, conveys the third medium 13' through the test circuit 12'.
  • the third medium 13' After flowing through the second heat exchanger 10', the third medium 13' reaches an expansion tank 14' including a float switch 15', which sends a signal to the PLC 25' when the expansion tank is full, so that the second pump 16' can be started.
  • the expansion tank 14' is in fluid connection with an emptying device 232' and a filling device 233' including a pump 48' and check valve 49'.
  • the expansion tank 14 ' is in operative connection with a solenoid valve 52' for the system closure, which ensures that As temperatures rise, the valve 52' closes and the pressure in the test circuit 12' increases, thereby preventing the third medium 13' from boiling.
  • the temperature of the third medium 13' is measured with a temperature sensor 231' and the values are sent to the PLC 25'.
  • the second pump 16' Downstream of the expansion tank 14', the second pump 16' is arranged with a three-phase motor, which conveys the third medium 13' through a heating device in the form of a tubular heater 17'.
  • a temperature sensor 234' and an electrical controller 235' are arranged on the heating device 17, which control the heating device 17'.
  • a further emptying device 232′′ and a further temperature sensor 236′ are arranged downstream of the heating device 17′. The temperature sensor 236' passes on the sensed temperature to the PLC 25'.
  • valve 18' in the form of a pneumatic 3-way valve including a pressure gauge 37', which is controlled by the PLC 25' with compressed air 237'.
  • An output 18a' of the 3-way valve 18' which acts in particular as a bypass valve, leads directly into the inflow of the second heat exchanger 10' and thus bypasses the test specimen 21'.
  • the second output of the 3-way valve 18' leads to the test sample flow 20' via two sensors (temperature sensor 238' and pressure sensor 239') and a flow meter 240', each of which is connected to the PLC 25'.
  • the third medium 13' flows through the return 22' and two sensors (temperature sensor 241' and pressure sensor 242') connected to the PLC 25' in the direction of the second heat exchanger 10'.
  • a mechanical pressure gauge 243' and a ventilation device 244' are also arranged in front of the second heat exchanger 10'.
  • the venting device 244' is primarily intended for venting after the test circuit 12' has been put into operation for the first time and can, for example, have a manually operated valve.
  • the tubular heating element 17, 17' can be arranged with pipe connections parallel to the main flow of the test circuit 12, 12', the then existing partial volume flow of third medium 13, 13' heated by the tubular heating element 17, 17' being heated by means of a further Valve is regulated (not shown).
  • a heating element eg a tubular heating element 17, 17 '
  • the medium the further heat circuit releases the heat via a further heat exchanger to the third medium 13, 13 '.
  • the flow of the third medium 13, 13 ' can take place purely by controlling the second pump 16, 16' and the valve 18, 18 'for flow control of the test specimen 21, 21' can be omitted.
  • This allows the energy consumption of the temperature control system 1, 1' to be reduced.
  • the tubular heating element 17' could also bring the third medium 13' to boiling.
  • test circuits 12, 12' together with test specimens 21, 21' are coupled to the intermediate circuit 6, 6'. These can either be tempered by a second heat exchanger 10, 10 'or there are (in series, series or parallel connection) several second heat exchangers 10, 10' for temperature control of the several test circuits 12, 12, '. This means that several testing systems can be operated.
  • the temperature control circuit 2, 2' is arranged centrally, with the temperature control circuit 2, 2' tempering several intermediate circuits 6, 6', each with one or more test circuits 12, 12'.
  • the several intermediate circuits 12, 12' can be tempered with one or more first heat exchangers 5, 5'. This means that several testing systems can be operated.
  • heat or cold is transferred from the cooling water of the temperature control device (e.g. compressor 4, 4') or the first medium 3, 3' to the third medium 13, 13' of the test circuit 12, 12' via further heat exchangers (not shown).
  • the temperature control device e.g. compressor 4, 4'
  • the first medium 3, 3' to the third medium 13, 13' of the test circuit 12, 12' via further heat exchangers (not shown).
  • This serves to optimize energy if, for example, the test circuit 12, 12' is operated at higher temperatures above the on-site cooling water of the compressor 4, 4' or if high heat or cold inputs are required directly on the test circuit 12, 12'.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System (1) zum Temperieren zumindest eines Prüflings (21), umfassend mindestens einen Temperierkreislauf (2), der von zumindest einem ersten Medium (3) durchströmbar ist, wobei der mindestens eine Temperierkreislauf (2) mittels zumindest eines Temperiergeräts (4) temperierbar ist; mindestens einen Zwischenkreislauf (6), der von zumindest einem zweiten Medium (7) durchströmbar ist, wobei mittels zumindest einem ersten Wärmetauscher (5) das erste und das zweite Medium (3, 7) thermisch koppelbar sind; und mindestens einen Testkreislauf (12) durchströmt von zumindest einem dritten Medium (13), wobei mittels zumindest einem zweiten Wärmetauscher (10) das zweite und das dritte Medium (7, 13) thermisch koppelbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (21) thermisch mit dem Testkreislauf (12) und/oder dem Zwischenkreislauf (6) verbindbar ist; und mittels zumindest einem mit dem Testkreislauf (12) in Wirkverbindung stehenden Ventil (18) der Durchflusses und/oder Druck des dritten Mediums (13) steuer und/oder regelbar ist.

Description

Temperiersystem mit Zwischenkreislauf
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperiersystem zum Temperieren von mindestens einem Prüfling, umfassend mindestens einen Temperierkreislauf durchströmt von einem ersten Medium, wobei der mindestens eine Temperierkreislauf von mindestens einem Temperiergerät temperiert wird, zusätzlich umfassend mindestens einen Zwischenkreislauf durchströmt von einem zweiten Medium, wobei eine erste Pumpe das zweite Medium durch den mindestens einen Zwischenkreislauf fördert, und ein erster Wärmetauscher Wärme zwischen dem ersten und dem zweiten Medium überträgt und zusätzlich umfassend mindestens einen Testkreislauf durchströmt von einem dritten Medium, wobei eine zweite Pumpe das dritte Medium durch den mindestens einen Testkreislauf fördert und ein zweiter Wärmetauscher Wärme zwischen dem zweiten und dem dritten Medium überträgt. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Temperiersystems geliefert.
Temperiersysteme oder Temperiervorrichtungen werden verwendet, um in Anlagen und/oder Prozessen eine für die erfolgreiche Durchführung von Handlungen oder Prozessen benötigte Temperatur von Maschinen, Medien oder Substanzen bereitzustellen und/oder diese prozessgerecht zu steuern. Ein beispielhaftes Einsatzgebiet für Temperiergeräte ist die Kunststoff verarbeitende Industrie und hier insbesondere der Spritzgießsektor. Für die Herstellung qualitativ konstant hochwertiger Teile sind kontrollierte Werkzeugtemperaturen zwingend erforderlich. Insofern stellt eine Temperiervorrichtung in einem solchen Prozess ein Kernbestandteil des Gesamtprozesses dar. Im Stand der Technik werden zudem Temperiersysteme zum Temperieren von Prüflingen vor allem für Belastungstest beispielsweise von Motoren oder thermisch belasteten Anlagen verwendet. Prüflinge können somit einzelne Bauteile bis hin zu ganzen Anlagen darstellen. Die WO 2021/203 151 Al offenbart eine Mess- und Prüfeinrichtung für eine Testeinheit, insbesondere für eine schnelldrehende elektrische Maschine, mit einem Zwischenrahmen und zumindest einem Lagerbock für eine Zwischenlagerwelle, welche mit zumindest einer Testeinheit antriebsverbindbar ist, wobei vorzugsweise der Lagerbock vom Zwischenrahmen galvanisch getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock über zumindest eine Dämpfungsvorrichtung mit dem Zwischenrahmen verbunden ist, wobei zumindest eine Dämpfungsvorrichtung als Viskose- oder Sanddämpfer ausgebildet ist.
Die DE 10 2010/008 114 B4 betrifft eine ein gattungsgemäßes System darstellende Heizungsanlage zur Übertragung von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe, umfassend zumindest drei getrennte Kreisläufe, wobei in einem Kühlkreislauf ein Kühlmedium zirkuliert, wobei in einem Pumpkreislauf, realisiert durch eine Wärmepumpe, ein Pumpmedium zirkuliert, und wobei in einem Heizkreislauf ein Heizmedium zirkuliert, wobei Wärmeenergie vom Kühlmedium zum Pumpmedium und vom Pumpmedium zum Heizmedium übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium aus einem Stoffgemisch besteht, wobei das Stoffgemisch Paraffin enthält, und wobei das Stoffgemisch einen Schmelzpunkt von unter 25°C besitzt.
Bekannte Temperiersysteme stören beim Zuführen von Kälte oder Wärme in das Temperiersystem die Hydraulik des Testkreislaufes. Diese Störungen werden durch Ventilsteuerungen ausgelöst, welche zu Druck- oder/und Volumenstromänderungen führen. Das Abfahren von steilen Temperaturrampen eines Prüflings geht somit in herkömmlichen Temperiersystemen auch mit starken Störungen der Hydraulik einher.
Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Systemen ist, dass innerhalb des gesamten Temperiersystems, welches häufig längere Verschaltungen von Fluidleitungen umfasst, starke Temperaturunterschiede auftreten. Das verwendete Medium hat entweder in den besonders warmen oder kalten Bereichen des Temperiersystems seine Nachteile durch z.B. eine zu hohe Viskosität oder das Siedeverhalten. Dies ist nachteilig auf die Effizienz des Temperiersystems, kann die Verwendungsmöglichkeiten stark einschränken und zudem Schäden am Temperiersystem oder Prüfling verursachen. Die aufgeführten Nachteile können demnach Störungen des Temperiervorgangs, Störungen bei der Messanlage oder Schäden am Prüfling oder am Temperiersystem hervorrufen. Um dies zu verhindern, sind hohe Überwachungs-, Instandhaltungs- und Wartungsaufwände von Nöten. Zudem ist die Regelgüte in bekannten Temperiersystemen aufgrund der Störungen nicht vorteilhaft.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das bekannte Temperiersystem derart weiterzuentwickeln, dass die Nacheile des Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere soll eine hohe Regelgüte für den Prüfling erreicht werden und einfache, sichere und schnelle Temperaturrampen am Prüfling ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Prüfling thermisch mit dem Testkreislauf und/oder dem Zwischenkreislauf verbindbar ist; und mittels zumindest einem mit dem Testkreislauf in Wirkverbindung stehenden Ventil der Durchflusses und/oder Druck des dritten Mediums steuer- und/oder regelbar ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den folgenden Beispielen beschrieben.
Zudem wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Temperatur des dritten Mediums unabhängig vom Druck und/oder Durchfluss der dritten Mediums und/oder der Druck des dritten Mediums unabhängig von dem Durchfluss des dritten Mediums steuer- und/oder regelbar ist bzw. sind, vorzugsweise mittels des Ventils der Druck und/oder der Durchfluss des dritten Mediums unabhängig von der Temperatur des durch den Prüfling fliesenden dritten Mediums veränderbar ist, insbesondere die Temperatur des dem Prüfling zugeführten dritten Mediums im Wesentlichen konstant bei unterschiedlichen Drücken und/oder Durchflüssen bleibt, und mittels zumindest einer ersten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine erste Pumpe, das zweite Medium durch den mindestens einen Zwischenkreislauf förderbar ist, und/oder mittels zumindest einer zweiten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine zweite Pumpe, das dritte Medium durch den mindestens einen Testkreislauf förderbar ist.
Bei den beiden vorangegangenen Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass das dritte Medium durch den mindestens einen Prüfling leitbar ist, insbesondere mittels des Ventils der Durchfluss und/oder Druck des dritten Mediums durch den Prüfling steuer- und/oder regelbar ist, wobei vorzugsweise mittels des Ventils das dritte Medium beeinflussbar ist, insbesondere unabhängig von dem ersten Medium und/oder dem zweiten Medium und/oder eine fluidale Entkopplung des dritten Mediums von dem ersten und/oder zweiten Medium besteht.
Auch kann ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren dadurch gekennzeichnet sein, dass die dem Testkreislauf zugeführte Temperierleistung ausschließlich, zumindest im Wesentlichen, durch den mindestens einen Temperierkreislauf bereitstellbar ist, wobei vorzugsweise die dem Testkreislauf zugeführte Temperierleistung und/oder die dem Prüfling zugeführte Temperatur des dritten Mediums durch den ersten und/oder zweiten Wärmetauscher und/oder der ersten und/oder zweiten Umwälzeinrichtung steuer- und/oder regelbar ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass
• der mindestens eine Testkreislauf zumindest einen Ausdehnungsbehälter, insbesondere zur Füllstandsüberwachung und/oder zur Aufnahme von Volumenänderungen des dritten Mediums in dem mindesten einen Testkreislauf, umfasst; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens ein Temperaturfühler, zumindest ein Druckfühler und/oder zumindest ein Durchflussmesser, vorzugsweise vor dem mindestens einen Prüfling, angeordnet ist; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens ein Temperaturfühler, zumindest ein Druckfühler, zumindest ein Manometer und/oder zumindest eine Entlüftungsvorrichtung, vorzugsweise nach dem mindestens einen Prüfling, angeordnet ist; und/oder
• zumindest eine Heizvorrichtung, vorzugsweise in Wirkverbindung stehend mit zumindest einem Temperaturfühler und/oder zumindest einem elektrischen Regler, vorhanden ist, wobei vorzugsweise dem dritten Medium, insbesondere zusätzlich zu Temperierleistung aus dem Temperierkreislauf und/oder dem Zwischenkreislauf Wärmeenergie zuführbar ist ; und/oder
• das Temperiersystem zumindest eine Steuereinheit, vorzugsweise umfassend zumindest eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) umfasst. Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass der Ausdehnungsbehälter
• mit zumindest einem Füllstandsdetektor, vorzugsweise in Form eines Schwimmerschalters, insbesondere zur Füllstandregelung und/oder zur Regelung des Betriebs der zweiten Umwälzeinrichtung, in Wirkverbindung steht, und/oder
• mit zumindest einer Entleerungsvorrichtung in Wirkverbindung steht, insbesondere diese umfasst und/oder damit verbunden ist, und/oder
• mit zumindest einer Befüllungsvorrichtung, vorzugsweise samt Rückschlagventil und Pumpe, umfasst oder damit verbunden ist, und/oder
• mit einem ein Magnetventil zum Druckaufbau in dem mindestens einen Testkreislauf verbunden ist.
Bei den beiden vorangegangenen Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass
• die erste Umwälzeinrichtung, das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs, die zweite Umwälzeinrichtung, die Heizvorrichtung, die Entleerungsvorrichtung, die Befüllungsvorrichtung und/oder das Magnetventil mit der Steuereinheit verbindbar und/oder von der Steuereinheit steuer- und/oder regelbar ist bzw. sind; und/oder
• die Steuereinheit Daten erhält von der ersten Umwälzeinrichtung, der zweiten Umwälzeinrichtung, dem Magnetventil, dem Schwimmerschalter, der Heizvorrichtung, dem Ventil des mindestens einen Testkreislaufs, dem Durchflussmesser, mindestens einem Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs und/oder mindestens einem Druckfühlers des mindestens einen Testkreislaufs.
Besonders bevorzugt ist, dass
• das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs zumindest ein Bypassventil, Mehrwegeventil, 3-Wege-Ventil und/oder eine Mehrzahl von 2 Wege-Ventilen ist und/oder umfasst, welches insbesondere zumindest einen Ausgang aufweist, welcher das dritte Medium in eine Leitung führt, welche den mindestens einen Prüfling umgeht; und/oder
• mindestens ein Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs vor dem Ausdehnungsbehälter angeordnet ist; und/oder • mindestens ein Temperaturfühler des mindestens einen Testkreislaufs nach der Heizvorrichtung angeordnet ist; und/oder
• der mindestens eine Prüfling über zumindest einen Vorlauf und/oder zumindest einen Rücklauf in dem mindestens einen Testkreislauf angeordnet ist.
Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren dadurch gekennzeichnet sein, dass
• das Ventil des mindestens einen Testkreislaufs zumindest ein pneumatisches Ventil ist und/oder umfasst; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf mindestens zwei Prüflinge anordbar und/oder mit dem dritten Medium durchströmbar sind , wobei vorzugsweise der Durchfluss und/oder der Druck des dritten Mediums durch jeden Prüfling mit einem jeweiligen Ventil regelbar ist.
Erfmdungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass
• zumindest ein Speicherbehälter in dem mindestens einen Zwischenkreislauf, vorzugsweise an der Saugleitung der ersten Umwälzeinrichtung, angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Füllstandüberwachungsvorrichtung die erste Umwälzeinrichtung direkt und/oder oder über die Steuereinheit regelt; und/oder
• zumindest eine Druckmessvorrichtung, insbesondere mit Messblende, vorzugsweise zwischen der ersten Umwälzeinrichtung und dem ersten Wärmetauscher, in dem mindestens einen Testkreislauf angeordnet ist; und/oder
• mindestens ein Temperaturfühler und/oder mindestens ein Druckfühler in dem mindestens einen Zwischenkreislauf, vorzugsweise stromabwärts des ersten Wärmetauschers, angeordnet sind; und/oder
• zumindest ein Ventil in dem mindestens einen Zwischenkreislauf zur Regulierung des Durchflusses des zweiten Mediums durch den ersten Wärmetauscher angeordnet ist, wobei dieses Ventil vorzugweise ein pneumatisches 3-Wege-Ventil und/oder Bypassventil ist, wobei insbesondere ein Ausgang des 3-Wege-Ventils das zweite Medium in eine Leitung führt, welche den zweiten Wärmetauscher umgeht, um insbesondere die Wärmeleistung des zweiten Wärmetauschers zu steuern/und oder zu regeln, vorzugsweise die Temperatur des dritten Mediums unabhängig des durch das Ventil einstellbaren hydraulischen Betriebszustands des Testkreislaufs einstellbar ist, insbesondere die dem Prüfling zugeführte Temperatur einerseits und der dem Prüfling ausgesetzte hydraulischer Betriebszustand, insbesondere Druck und/oder Durchflussmenge des dritten Mediums, andererseits unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass
• das Ventil des mindestens einen Zwischenkreislaufes mit der Steuereinheit verbindbar und/oder mittels der Steuereinheit regelbar ist; und/oder
• die Steuereinheit Daten von dem Ventil des mindestens einen Zwischenkreislaufes und dem mindestens einen Temperaturfühler und mindestens einen Druckfühler für den mindestens einen Zwischenkreislauf erhält; und/oder
• der Speicherbehälter
■ zumindest eine Entleervorrichtung umfasst oder damit verbunden ist, und/oder
■ zumindest eine Befüllungsvorrichtung, vorzugsweise samt Ventil, Druckminderer und Drucksensor, insbesondere für die Zufuhr zumindest eines Gases, vorzugsweise Stickstoff, umfasst oder damit verbunden ist.
Besonders bevorzugt ist, dass
• mit einem Temperierkreislauf mindestens zwei Zwischenkreisläufe über mindestens einen ersten Wärmetauscher miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
• mit einem Zwischenkreislauf mindestens zwei Testkreisläufe über mindestens einen zweiten Wärmetauscher miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
• zumindest ein dritter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um zwischen dem ersten und dem dritten Medium Temperierleistung zu übertragen; und/oder
• zumindest ein vierter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um Abwärme des mindestens einen Temperiergeräts an ein Kühlfluid, insbesondere Kühlwasser abzugeben, wobei vorzugsweise mit dem Kühlfluid zumindest eine weitere Anlage, Brauchwasser oder Räume temperierbar ist bzw. sind; und/oder
• zumindest ein fünfter, vorzugsweise wassergekühlter, Wärmetauscher im Temperierkreislauf angeordnet ist, insbesondere um Wärme aus dem komprimierten ersten Medium 2 abzuführen. Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass das mindestens eine Temperiergerät zum Kühlen und/oder Heizen des ersten Mediums ausgelegt ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das System zumindest zwei Temperierkreisläufe umfasst, wobei vorzugsweise ein erster Temperierkreislauf zum Kühlen und ein zweiter Temperierkreislauf zum Heizen vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemäßes System zum Temperieren kann auch dadurch gekennzeichnet werden, dass
• der mindestens eine Temperierkreislauf ein Kühlkreislauf ist; und/oder
• das Temperiergerät zumindest eine Wärmepumpe und/oder zumindest einen Kompressor umfasst; und/oder
• stromabwärts des Temperiergerätes, insbesondere der Wärmepumpe und/oder des Kompressors zumindest ein Ölabscheider angeordnet ist; und/oder
• der Kühlkreislauf mindestens: einen Filtertrockner, ein Schauglas, eine Magnetventileinspritzung, ein Expansionsventil, ein Absperrventil, insbesondere für Servicezwecke, ein elektronisches Expansionsventil; einen Temperaturfühler und/oder einen Druckfühler umfasst; und/oder
• das erste Medium ein Kältemittel umfasst, insbesondere R410A, R449A, RI 34a und/oder R513A.
Schließlich schlägt die Erfindung für die vorgenannte Erfindung vor, dass
• über zumindest einen sechsten Wärmetauscher zwischen flüssigem ersten Medium und gasförmigen ersten Medium Wärme übertragbar ist; und/oder
• die Steuereinheit mit der Magnetventileinspritzung und/oder dem elektronischen Expansionsventil in Wirkverbindung steht und/oder die Magneteinspritzung und/oder das elektronische Expansionsventil steuert und/oder regelt.
Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass • das zweite Medium Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F, Wärmeträgeröle wie z.B. Fragoltherm F12 oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält; und/oder
• das dritte Medium Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält.
Weiterhin liefert die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Temperiersystems nach einem der vorgenannten Beispiele, umfassend folgende Schritte:
• Befüllen des mindestens einen Temperier-, Zwischen- und Testkreislaufes mit erstem, zweiten bzw. dritten Medium;
• Eingeben von Zielbetriebsdaten an der Steuereinheit;
• Starten des Temperiersystems (insbesondere das Starten mindestens einer Umwälzeinrichtung und/oder des mindestens einen Temperiergeräts und/oder das Starten eines Betriebsprogramms der Steuereinheit und/oder Herstellen eines betriebsgerechten Zustands von einstellbaren Komponenten des Systems wie z.B. mindestens je ein Ventil, Schalter, Regler, Überwachungsvorrichtung und/oder Heizvorrichtung);
• Messen von Betriebsdaten des mindestens einen Temperier-, Zwischen- und Testkreislaufs mittels der Sensoren, Messeinrichtungen und Fühler des Temperiersystems;
• Übertragen der Betriebsdaten an die Steuereinheit;
• Auswerten der Betriebsdaten in der Steuereinheit; und
• Steuern von Komponenten des Temperierkreislaufes entsprechend den eingestellten Zielbetriebsdaten.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass die Zielbetriebsdaten einen zeitlichen Verlauf aufweisen und dieser automatisch mittels eines Programms der Steuerung ausgeführt wird.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass durch die Kombination dreier Kreisläufe, insbesondere einen Zwischenkreislauf, welcher Wärmeleistung zwischen dem Temperierkreislauf und Testkreislauf puffert, in Kombination mit einem Ventil des Testkreislaufes hydraulische Störungen im Testkreislauf vermieden werden und hohe Temperaturrampen am Prüfling gefahren werden können. Somit kann die Temperierleistung ohne die üblichen hydraulischen Störungen einem Prüfling zugeführt werden. Insbesondere sind der Druck und/oder die Durchflussmenge des durch den Prüfling fliesenden Fluids bzw. des in dem Testkreislauf zirkulierenden Fluids unabhängig von der Temperatur des Fluids einstellbar bzw. regel- und/oder steuerbar und umgekehrt die Temperatur des Fluids ohne Beeinflussung des Druckes und der Durchflussmenge des Fluids durch den Prüfling einstellbar bzw. ein und dieselbe Temperatur kann für unterschiedliche im wesentlichen frei wählbare Drücke und Durchflussmengen eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Arbeitspunkt des Testkreislaufs also Druck, Durchflussmenge und Temperatur in einem dreidimensionalen Kennfeld nicht nur entlang vorgegebener Kennlinien sondern innerhalb eines Volumens im wesentlichen frei eingestellt werden aufgrund der Unabhängigkeit der Parameter Temperatur, Druck und Durchflussmenge. Die wesentliche Temperierleistung wird durch einen separaten Kreislauf erzeugt und kann unabhängig vom Betriebszustand des Testkreislaufes bzw. der Prüferfordemisse des Prüflings betrieben werden. Kleine Temperierleistungen beispielsweise in Form von kurzzeitig benötigter Wärme, können durch entsprechende zusätzliche Vorrichtungen, z.B. Rohrheizkörper, ohne großen konstruktiven Aufwand in einen der Kreisläufe integriert werden.
Zudem können entsprechend dem Betriebswunsch die drei Kreisläufe mit optimal abgestimmten Medien gefüllt werden, sodass das gesamte System deutlich effizienter laufen kann. Die Temperaturunterschiede innerhalb der Kreisläufe sind deutlich kleiner gegenüber eines einzelnen Temperierkreislaufes, der auch den Prüfling durchströmen würde. Somit werden die Medien der drei Kreisläufe in ihrem optimalen Betriebspunkt verwendet. Ein schädliches Einfrieren oder Sieden aufgrund zu großer Temperaturunterschiede wird damit vermieden. Ferner ist das System nicht aufgrund des Einsatzes nur eines Mediums in seinem Einsatzbereich z.B. hinsichtlich der Temperatur oder der zeitlichen Temperaturänderungen limitiert.
Insbesondere bei Einsatz eines Pufferspeichers im Zwischenkreislauf, können die Vorteile der schnellen Temperaturänderungen am Prüfling realisiert werden, da mittels des Speichers viel thermische Energie aufbewahrt werden kann, die ohne zusätzliche Leistung des Temperiergeräts abgerufen werden kann. Somit kann sogar kurzfristig deutlich mehr Temperierleistung abgerufen werden, als das Temperiergerät überhaupt im Stande ist zu leisten.
Der Einsatz von Bypässen samt Ventilvorrichtungen bietet den Vorteil, dass durch hohe Durchflüsse große Energiemengen durch einen Kreislauf transportiert werden können, wobei einzelne Abschnitte durch die Bypässe mit gedrosselter Energiezufuhr versorgt werden. So kann beispielsweise die Menge an thermischer Energie im Pufferspeicher des Testkreislaufes weiterhin erhöht werden, wohingegen gleichzeitig die zugeführte thermische Energie in den Wärmetauscher reduziert werden kann. Weiterhin kann durch einen Bypass vorbei am Prüfling die zugeführte thermische Energie zum Prüfling bei einem geringen Durchfluss durch den Prüfling selbst deutlich konstanter gehalten werden, als wenn der gesamte Durchfluss des Testkreislaufes massiv gedrosselt wird.
Weitere Ausführungsformen sehen sicherheitsrelevante Komponenten vor wie beispielsweise Ausdehnungsbehälter oder Füllstandsüberwachungsvorrichtungen. Insgesamt liefert die Erfindung viele Möglichkeiten, um den Betrieb des Systems für die Anwender sicher zu machen, auch wenn beispielsweise Fehler im Betrieb oder bei der Befüllung der Kreisläufe mit den entsprechenden Medien gemacht werden. So können beispielsweise die Füllstandsdetektoren sicherstellen, dass eine Umwälzeinrichtung wie z.B. eine Pumpe den Kreislauf nicht in Betrieb nimmt, bevor nicht genügend Medium im Kreislauf vorhanden ist bzw. die Pumpe wieder abstellt, sobald zu wenig Medium z.B. durch eine Leckage, im Kreislauf vorhanden ist. Unter einer Umwälzeinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die ein Fluid in Bewegung versetzt, beispielsweise auch ohne direkte mechanische Krafteinwirkung auf ein Fluid wie z.B. magnetorheologische Fluidpumpen.
Eine Steuerungseinheit, welche mit allen Komponenten des Systems verbunden sein kann, erleichtert den Betrieb und verhindert Störungen. Dafür sind vorzugsweise entsprechende Fühler bzw. Sensoren an den Komponenten des Systems erforderlich. Zudem müssen für eine automatische Steuerung einzelne Komponenten elektronisch regelbar sein, z.B. ein steuerbares Ventil oder Pumpe. Durch das Programmieren der Steuereinheit können zudem automatisch Temperierprogramme abgefahren werden, die über die Sensoren und Fühler durch die Steuereinheit überwacht und geregelt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nicht nur mehrere Prüflinge innerhalb eines Testkreislaufes angeordnet werden können, sondern dass mehrere Testkreisläufe thermisch und hydraulisch unabhängig voneinander von einem oder mehreren Zwischenkreisläufen mit thermischer Energie versehen werden können. Unter bestimmten Situationen kann sogar eine direkte thermische Kopplung zwischen einem Temperierkreislauf und einem Testkreislauf hergestellt werden. Dies ist beispielsweise bei Schnellstartvorgängen vorteilhaft. Weiterhin vorteilhaft ist, dass das Temperier system über mehrere Temperierkreisläufe verfügt, wobei einer beispielsweise zum Kühlen und einer zum Wärmen des Temperiersystems betrieben wird. Unter Erwärmen bzw. Erhitzen wird das Zuführen von Wärme verstanden, wohingegen unter Kühlen das Entziehen von Wärme verstanden wird. Durch die Steuerung der entsprechenden Zwischenkreisläufe wird somit dem mindestens einen Testkreislauf mit schneller zeitlicher Abfolge sowohl Wärme als auch Kälte zuführbar.
Der Zwischenkreislauf der Erfindung unterscheidet sich damit deutlich von aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, in denen zwei Temperierkreisläufe vorgesehen sind. Dabei erfüllen die Temperierkreisläufe dieser zwei- bzw. mehrstufigen Kälte- und/oder Wärmesysteme die Funktion des erfindungsgemäßen Temperierkreislaufs und nicht die des Z wi schenkrei sl aufs .
Zudem kann zum Vorteil der Energieeffizienz die Abwärme des Temperiergeräts genutzt werden, um z.B. weitere Anlagen oder Wasser zu erwärmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsformen erkennbar. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Temperiersystems;
Figuren 2a und 2b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Temperiersystems. Die folgende Beschreibung von Ausführungsformen dient nur der Veranschaulichung der Erfindung, aber nicht zum Zwecke der Einschränkung derselben, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Relative Begriffe wie „vor“, „danach“, „stromaufwärts“ oder „stromabwärts“ dienen der Erläuterung und können sich auf eine räumliche Anordnung gemäß der abgebildeten Ausführungsformen, auf eine Strömungsrichtung des Mediums bzw. andere Umstände zur Beschreibung einer Reihenfolge beziehen, wobei durch diese Begriffe alternative Anordnungen, insbesondere andere Reihenfolgen nicht ausgeschlossen werden sollen.
Im Folgenden wird ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Temperiersystems 1 gemäß Fig. 1 beschrieben. Dieses umfasst einen Temperierkreislauf 2, welcher gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als ein Kühlkreislauf 2k (gepunktete Linien) ausgebildet ist. Der Kühlkreislauf 2k ist vereinfacht dargestellt, da weitere Details eines solchen Kühlkreislaufs dem Fachmann bekannt sind.
Der Kühlkreislauf 2k wird von einem ersten Medium 3 durchströmt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfasst das erste Medium 3 zumindest ein gasförmiges Kältemittel (z.B. R449A). In einem Temperiergerät, gemäß Ausführungsform der Fig. 1 eine Kälteanlage in Form eines Kompressors 4, die Teil einer Wärmepumpe sein kann, die so betrieben wird, dass dem ersten Medium 3 Wärme entzogen wird. Somit erzeugt der Kühlkreislauf 2k die Kälteleistung, die für das Temperiersystem 1 benötigt wird. Das dann abgekühlte erste Medium 3 durchströmt einen ersten Wärmetauscher 5 und strömt dann zurück in Richtung des Kompressors 4.
Der Temperierkreislauf 2 könnte auch in anderen Ausführungsformen ein Wärmekreislauf sein, wobei anstatt der Kälteanlage 4 eine Heizquelle, wie eine Wärmepumpe, die so betrieben wird, dass das erste Medium 3 erwärmt wird, eingesetzt wird. In weiteren Ausführungsformen kann also durch den unterschiedlichen Betrieb eines Temperiergeräts, z.B. einer Wärmepumpe, das erste Medium 3 entweder gekühlt oder erhitzt werden. In weiteren Ausführungsformen sind sowohl eine Kälte- als auch Wärmeanlage vorhanden, welche entsprechend den Anforderungen an die Testcharakteristik des Prüflings 21 betrieben werden können. Die Auslegung des Temperiergeräts wird von der höchsten bzw. niedrigsten Temperatur und der benötigten Wärme- bzw. Kälteleistung bestimmt. Des Weiteren umfasst das Temperiersystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einen zweiten Kreislauf, den Zwischenkreislauf 6 (gestrichelte Linien). Der Zwischenkreislauf 6 wird von einem zweiten Medium 7 durchströmt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfasst das zweite Medium 7 zumindest ein Wärmeträgeröl (z.B. FragolTherm 12). Es können aber auch entsprechende Glykol-Wasser-Gemische mit üblichen Additiven oder Kühlsolen auf Salzbasis zusätzlich oder alternativ verwendet werden. Die Funktion des Zwischenkreislaufes 6 ist es, den Temperierkreislauf 2 mit einem Testkreislauf 12 thermisch zu verbinden, insbesondere die Temperierleistung des Temperierkreislaufs 2, insbesondere des Kühlkreislaufes 2k, an den Testkreislauf 12 zu übertragen. Zugleich wird die bereits vom Temperierkreislauf 2 in dem Medium 3 gespeicherte Kühl- bzw. Wärmeenergie aus diesem abgeführt und so gespeichert, insbesondere die im Kühlkreislauf 2k in das erste Medium 3 eingebrachte Kühlleistung gespeichert.
Das zweite Medium 7 wird von zumindest einer ersten Umwälzeinrichtung, insbesondere in Form einer Pumpe 8, angetrieben, welche das zweite Medium 7 durch den ersten Wärmetauscher 5 befördert und damit auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 den Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher 5 für das zweite Medium 7 steuert. Im ersten Wärmetauscher 5 findet entsprechend dieser Anordnung eine Übertragung von thermischer Energie zwischen dem ersten Medium 3 und dem zweiten Medium 7 statt, ohne dass sich die Medien 3, 7 vermischen. Somit sind durch den ersten Wärmetauscher 5 das erste und das zweite Medium 3, 7 wärmegekoppelt bzw. thermisch gekoppelt und die Heiz- bzw. Kälteleistung kann über den ersten Wärmetauscher 5 vom Temperierkreislauf 2 an den Zwischenkreislauf 6 abgegeben werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kühlt das erste Medium 3 somit das zweite Medium 7 ab, entzieht dem zweiten Medium 7 also Wärmeenergie. Mithilfe der Umwälzeinrichtung 8 kann die in dem ersten Wärmetauscher 5 auf das zweite Medium 7 übertragene Wärmeenergie bzw. aus dem zweiten Medium 7 entzogene Wärmeenergie bei Betreiben des ersten Temperierkreislaufs 2 als Kühlkreislauf 2k verändert werden, indem die Durchflussmenge des zweiten Mediums 7 durch den Zwischenkreislauf 6 verändert wird.
Vom ersten Wärmetauscher 5 aus strömt das zweite Medium 7 zu einem Ventil 9. Das Ventil
9 hat unter anderem die Funktion eines Bypass-Ventils. Mittels des Ventils 9 kann der Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch einen zweiten Wärmetauscher 10 gesteuert werden. Das Ventil 9 ist gemäß Ausführungsform der Fig. 1 ein Drei-Wege- Ventil, wobei ein Weg in den Zwischenkreislauf 6 stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 10 führt. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Widerstand für die Umwälzeinrichtung 8 aufgebaut wird und die in dem Wärmetauscher 5 in das zweite Medium 7 zugeführte bzw. aus diesem abgeführte Wärmeenergie durch Steuerung der Umwälzeinrichtung 8 unabhängig von dem Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den zweiten Wärmetauscher 10 verändert werden kann. Zudem kann durch den Bypass ein gewisser Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den Zwischenkreislauf 6 beibehalten werden, auch wenn ein minimaler Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den Wärmetauscher 10 durch eine bestimmte Betriebs situation gefordert ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann der eine Weg auch direkt in einen Speicherbehälter 11 führen oder das Ventil 9 kann auch ein anderes Ventil sein, insbesondere solange es den definierten Zweck der Umgehung des zweiten Wärmetauschers 10 erfüllt. Entsprechend anderen Ausführungsformen kann das Ventil 9 auch an anderer Stelle (z.B. vor dem ersten Wärmetauscher 5 ) angeordnet sein, wodurch der Durchfluss des zweiten Mediums 7 durch den zweiten Wärmetauscher 10 indirekt über den Durchfluss des ersten Wärmetauschers 5 geregelt wird. Das Ventil 9 wird dynamisch und stufenlos geregelt. Sobald ein Soll-Wert (im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 z.B. die Soll-Temperatur eines in dem Testkreislauf 12 enthaltenen, insbesondere in diesem umgewälzten dritten Mediums 13) erreicht ist, kann das erste Ventil 9 den gesamten Volumenstrom oder einen Teilvolumenstrom durch den zweiten Wärmetauscher 10 stoppen.
Nach dem zweiten Wärmetauscher 10 strömt in dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Medium 7 in den Speicherbehälter 11. Der Speicherbehälter 11 dient zur Speicherung von temperiertem zweiten Medium 7, im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 zur Speicherung von Kälte durch das abgekühlte zweite Medium 7. Mit Hilfe des Speicherbehälters 11 können für den zu testenden Prüfling 21 steile Temperaturrampen im Testverlauf realisiert werden, da neben der Leistung des Kompressors 4 auch die gespeicherte Kälteleistung des temperierten zweiten Mediums 7 im Speicherbehälter 11 zur Verfügung steht. So kann beispielsweise im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 etwa 5-fach schneller von einer Betriebstemperatur von 130°C des Prüflings 21 auf minus 20°C heruntergekühlt werden im Vergleich zu einem Temperiersystem 1 ohne Zwischenkreislauf 6 bzw. Speicherbehälter 11. Die Größe des Speicherbehälters 11 kann an die entsprechenden Testbedingungen angepasst werden oder auch komplett weggelassen werden. Die erste Pumpe 8 transportiert das zweite Medium 7 vom Speicherbehälter 11 wieder in den ersten Wärmetauscher 5.
Als dritten Kreislauf umfasst das Temperiersystem 1 den bereits zuvor erwähnten Testkreislauf 12, mit welchem Prüfungsverfahren an einem Prüfling 21 durchgeführt werden. Über den zweiten Wärmetauscher 10 sind der Zwischenkreislauf 6 und der Testkreislauf 12 miteinander thermisch bzw. wärmegekoppelt. Damit ist der Testkreislauf 12 mittelbar bzw. nicht direkt mit dem Temperierkreislauf 2 (thermisch und/oder fluidal) gekoppelt, sondern nur unter Zwischenschaltung des Zwischenkreislaufes 6. Über den zweiten Wärmetauscher 10 wird das dritte Medium 13 des Testkreislaufes 12 temperiert, im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß. Fig. 1 wird das dritte Medium 13 insbesondere gekühlt. Mit anderen Worten gibt das dritte Medium 13 im Wärmetauscher 10, insbesondere zur Kühlung, Wärmeenergie an den Zwischenkreislauf 6 bzw. das zweite Medium 7 ab bzw. nimmt von diesem, insbesondere für eine Erwärmung, Wärmeenergie auf.
Der Testkreislauf 12 wird somit von einem dritten Medium 13 durchströmt, welches vorzugsweise durch eine von dem Testkreislauf 12 umfasste zweite Umwälzeinrichtung, wie in Form einer Pumpe 16, angetrieben wird. Das dritte Medium 13 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, wobei das Mischungsverhältnis in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 60% Glykol und 40% Wasser betragen kann. Auch andere Mischungsverhältnisse z.B. 50% zu 50% oder die Zusätze von Additiven sind möglich und werden basierend auf der Testcharakteristik bestimmt.
Der Testkreislauf 12 weist ferner zumindest einen Ausdehnungsbehälter 14 auf. Insbesondere nachdem das dritte Medium 13 durch den zweiten Wärmetauscher 10 geströmt ist, gelangt es in den Ausdehnungsbehälter 14. In Wirkverbindung mit dem Ausdehnungsbehälter 14 steht zumindest ein Füllstandsdetektor, vorzugsweise in Form eines Schwimmerschalters 15. Der Füllstandsdetektor 15 stellt sicher, dass die zweite Pumpe 16 erst betrieben werden kann, wenn der Ausdehnungsbehälter 14 vollständig gefüllt ist und dienst somit als Füllstandsüberwachung. Somit erfüllt der Ausdehnungsbehälter 14 die Funktion des Füllstandsausgleichs bzw. dient zur Aufnahme des dritten Mediums, welches temperaturabhängig unterschiedliche Volumina aufweisen kann.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 befindet sich in dem Testkreislauf, vorzugsweise stromabwärts des Ausdehnungsbehälters 14 bzw. des zweiten Wärmetauschers 10 zumindest eine Heizvorrichtung 17, beispielsweise in Form eines Rohrheizkörpers. Bei Bedarf kann dieser, insbesondere zusätzlich zu dem Wärmetauscher 10 das dritte Medium 13 erhitzen. Weiterhin umfasst der Testkreislauf, insbesondere stromabwärts der Heizeinrichtung 17 angeordnet, ein Ventil 18. Das Ventil 18 ist insbesondere einem Prüflingszufluss 20 und/oder einem Prüfling 21 vorgeschaltet. Der Prüfling 21 kann zwischen dem Prüflingszufluss 20 und einem Prüflingsabfluss 22 angeordnet sein. Das Ventil 18 regelt den Durchfluss oder/und Druck an dem Prüfling 21, insbesondere bei einer gleichbleibenden Temperatur des dem Prüfling zugeführten Fluids. . Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Ventil 18 als Bypass-Ventil, insbesondere in Form eines Drei-Wege-Ventils, ausgeführt, wobei ein Weg 18a den Prüfling 21 umgeht, insbesondere in den Testkreislauf 12 stromabwärts des Prüflings 21 führt.
Temperatur und Druck bzw. Durchfluss werden demnach unabhängig voneinander gesteuert und/oder geregelt, indem insbesondere das Ventil 18 keinen Einfluss auf die dem Prüfling 21 zugeführte Temperatur des dritten Mediums 13 hat. Das Ventil 18 steht zudem ausschließlich nur in hydraulischer Wirkverbindung mit dem dritten Medium 13. Das Ventil 18 steuert die hydraulischen Eigenschaften des dritten Mediums ohne eine Vermischung des zweiten und dritten Mediums 7, 13. Die dem Testkreislauf 12 zugeführte Temperierleistung und/oder die dem Prüfling 21 zugeführte Temperatur des dritten Mediums 13 ist durch den ersten und/oder zweiten Wärmetauscher 5, 10 und/oder die erste und/oder zweite Umwälzeinrichtung steuer- und/oder regelbar, insbesondere ohne dass Druck und/oder Durchflussmenge des dritten Mediums beeinflusst werden.
Ein Temperiergerät wird üblicherweise mit Fluid, wie Luft, Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gekühlt, um die Arbeitstemperatur des Temperiergeräts auf einer passenden Betriebstemperatur zu halten. In einer weiteren Ausführungsform kann die Abwärme des Temperiergeräts (z.B. Wärmepumpe oder Kompressor 4) über ein weiteres Medium, wie Kühlwasser, aufgenommen und in einen weiteren Kreislauf abgegeben (nicht dargestellt) werden. Ein solcher weiterer Kreislauf kann zum Temperieren von weiteren Komponenten z.B. technischen Anlagen, oder zur Benutzung als Warmwasser oder zum Heizen von Räumen verwendet werden.
Figuren 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems 1‘. Die Kälteleistung des Temperiersystems 1‘ wird durch einen Kompressor 4‘ (in diesem Fall ein 2-stufiger Kompressor) im Temperierkreislauf 2‘ (Kühlkreislauf 2k‘) geleistet. Der Kompressor 4‘ komprimiert ein erstes Medium 3 ‘ (Kältemittel) von einem gasförmigen in einen flüssigen Aggregatzustand und treibt damit auch die Strömung im Kühlkreislauf 2k‘ an. Der Temperierkeislauf 2‘ umfasst ferner, vorzugsweise nach dem Kompressor 4‘ angeordnet, zumindest ein Manometer 118‘ und zumindest einen mechanischen Sicherheitsdruckbegrenzer 134‘ zum Schutz des Systems 1‘ bei beispielsweise zu hohen Drücken bzw. Temperaturen. Der Sicherheitsdruckbegrenzer 134‘ öffnet sich bei einem kritischen Druck, sodass Druck entweichen kann und das System 1‘ geschützt wird. Als weiterer Sicherheits schütz sind zumindest ein Niederdruckschalter 110‘ und/oder zumindest ein Hochdruckschalter 111‘ in dem Temperierkreislauf 2‘, insbesondere vor bzw. nach dem Kompressor 4‘ über Messleitungen mit dem Kühlkreislauf 2k‘ angeordnet, vorhanden.
Auch ist, vorzugsweise dem Niederdruckschalter 110‘ bzw. dem Hochdruckschalter 111‘ folgend, zumindest ein mechanisches Absperrventil 103 ‘ , welches für Servicezwecke genutzt werden kann, vom Temperierkreislauf 2‘ umfasst. Vorzugsweise hinter dem Ventil 103 ‘ angeordnet, ist zumindest ein Ölabscheider 150‘ vorhanden , welcher das in das erste Medium 3‘, insbesondere Kühlmedium, abgegebene Schmieröl des Kompressors 4‘ aus dem ersten Medium 3‘ abscheiden kann und dieses Öl zur Schmierung des Kompressors 4‘ über ein weiteres Absperrventil 103“ wieder zurück zum Kompressor 4‘ führen kann. Somit wird zum einen die Schmierung des Kompressors 4‘ als auch die Reinheit des ersten Mediums 3‘ sichergestellt. Vorzugsweise stromabwärts des Ölabscheiders 150‘, ist ein Wärmetauscher 160‘, in Form z.B. eines Rohrbündelwärmetauschers, in dem Temperierkreislauf 2‘ angeordnet, an dem Abwärme des komprimierten ersten Mediums 3‘ abgegeben werden kann. Der Wärmetauscher 160‘ erlaubt es, dass Parameter des Temperierkreislaufs 2‘, 2k‘ bzw. des ersten Mediums 3‘ erfasst werden können, um die korrekte Funktionsweise dieses zu prüfen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2a und 2b wird der Wärmetauscher 160‘ mit Kühlwasser 161 ‘ durchströmt, welches einen Teil der Abwärme des ersten Mediums 3‘ aufnimmt und dieses weiter kühlt. Das Kühlwasser 161 ‘ wird über einen Schmutzfänger 102‘ eingeführt. Ein Druck- 211‘ und/oder Temperatursensor 229‘ überwacht bzw. überwachen die Temperatur und den Druck des Kühlwassers 161 ‘ und senden diese Informationen an zumindest eine Steuereinheit 25 ‘ in Form einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Sofern diese Werte im Normbereich liegen, kann das Temperiersystem 1‘ bzw. die Testanlage betrieben werden.
Insbesondere vor dem Wärmetauscher 160‘ und/oder dem Drucksensor 211‘ und/oder dem Temperatursensor 229‘ nachgeschaltet, ist zumindest ein druckgesteuerter Kühlwasserregler 114‘ angeordnet, welcher über zumindest eine Druckmessleitung mit dem Wärmetauscher 160‘ verbunden ist. Steigt der Druck des ersten Mediums 3‘ (Kältemittel) an, wird über den Kühlwasserregler 114‘ der Durchfluss des Kühlwassers 161 ‘ erhöht und das Kühlwasser 161 ‘ transportiert mehr Wärme des ersten Mediums 3‘ ab. Insbesondere dem Wärmetauscher 160‘ nachgeschaltet, ist ein Durchflussmesser 216‘ für das Kühlwasser 161 ‘ angeordnet. Ferner ist ein Entleerungsventil 162‘ am Wärmetauscher 160‘ für die Entleerung des Kühlwassers 161 ‘ angeordnet. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann das erwärmte Kühlwasser 161 ‘ zur Temperierung z.B. einer Anlage oder von Räumen oder von Brauchwasser verwendet werden.
Nach dem Wärmetauscher 160‘ ist im Temperierkreislauf 2‘, 2k‘ ein Kugelabsperrventil 201‘ für Servicezwecke angeordnet. Danach strömt das erste Medium 3‘ durch einen Filtertrockner 104‘, welcher überschüssige Feuchtigkeit, insbesondere in dem ersten Medium 3‘ enthaltenes Wasser, aus dem ersten flüssigen Medium 3‘ entfernt. Solche Feuchtigkeit kann z.B. durch Leckagen im System 1 oder aber durch Befüllvorgänge des Temperierkreislaufes 2k‘ in den Kreislauf des ersten Mediums 3 gelangen und dort, z.B. wenn es gefriert, Schäden anrichten, insbesondere durch die Dichteanomalie von Wasser. Vorzugsweise stromabwärts, ist weiterhin eine Magnetventileinspritzung 105‘ angeordnet, welche bei Kühlbedarf den Durchfluss des ersten Mediums 3‘ regelt. Es folgt ein Schauglas 107‘, bevor das erste Medium 3‘ in einem Expansionsventil 108‘ verdampft. Das Expansionsventil 108 ‘ wird gesteuert, indem die Temperatur (über zumindest einen Temperaturfühler 230‘) und der Druck am Kompressor 4‘ gemessen werden. Dies steuert die Einspritzung des ersten Mediums 3‘. Nach dem Expansionsventil 108 ‘ strömt das gasförmige erste Medium 3‘ in einen Plattenwämetauscher 139‘ . Dort wird ein Teilvolumenstrom 23‘ des ersten Mediums 3‘ in flüssigem Aggregatzustand von dem nach dem Expansionsventil 108‘ nun gasförmigen ersten Medium 3‘ gekühlt, um den Wirkungsgrad des Kühlkreislaufes 272k‘ zu erhöhen.
Stromabwärts des Plattenwärmerauschers 139‘ wird dem gasförmigen ersten Medium 3‘ mit einem weiteren Filtertrockner 104“ Feuchtigkeit entzogen. Das gereinigte bzw. entfeuchtete erste Medium 3‘ strömt nun durch ein weiteres Ventil 103 ‘ “ für Servicezwecke und ein weiteres Schauglas 107“, bevor es durch ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil 143 ‘ durch den ersten Wärmetauscher 5‘ hindurchströmt. Das Expansionsventil 143 ‘ wird über zumindest einen Drucksensor 140‘ und/oder einen Temperaturfühler 141 ‘ durch einen Überhitzungsregler 142‘ geregelt. Bevor das abgekühlte erste Medium 3‘ dann wieder in den Kompressor 4‘ strömt, ist ein Ventil 103lv für Servicezwecke und ein Manometer 119‘ im Zufluss des Kompressors 4‘ angeordnet.
Über den ersten Wärmtauscher 5‘ ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2a, 2b der Kühlkreislauf 2k‘ mit einem Zwischenkreislauf 6‘ energetisch bzw. thermisch verbunden. Im Zwischenkreislauf 6‘ strömt ein zweites Medium 7‘, welches von einer ersten Umwälzeinrichtung in Form einer Pumpe 8‘ befördert wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2a, 2b weist die Pumpe 8‘ einen 3-phasigen Motor auf.
Bevor das zweite Medium 7‘ den ersten Wärmetauscher 5‘ durchströmt und dort vom ersten Medium 3‘ abgekühlt wird, durchströmt das zweite Medium 7‘ eine Druckmessvorrichtung mit Messblende 217‘ (Druckdifferenzmessung mittels Strömungsrohr). Stromabwärts wird nach dem ersten Wärmetauscher 5‘ am zweiten Medium 7‘ Druck und Temperatur an je einem Fühler 214‘, 215‘ gemessen. Diese Werte werden an die SPS 25‘ weitergegeben und dort visuell für den Anwender dargestellt, damit dieser nachvollziehen kann, unter welchen Bedingungen das Temperiersystem 1‘ läuft.
Nach diesen Sensoren wird der Volumenstrom des zweiten Mediums 7‘ durch ein mit Druckluft 218‘ pneumatisch angetriebenes 3-Wege-Ventil 9‘ geregelt. Ein Ausgang des, insbesondere als Bypassventil wirkenden 3 -Wege- Ventils 9‘ führt direkt in einen Zufluss für einen Speicherbehälter 11‘ und umgeht den zweiten Wärmetauscher 10‘. Der andere Ausgang des 3 -Wege- Ventils 9‘ führt in den zweiten Wärmetauscher 10‘ und von dort in den Speicherbehälter 11‘. Die erste Pumpe 8‘ saugt das zweite Medium 7‘ aus dem Speicherbehälter 11‘ heraus und befördert es durch den Zwischenkreislauf 6‘. Die Pumpe 8‘ wird über eine Füllstandsüberwachungsvorrichtung 116‘ gestartet, die bevorzugt der SPS 25‘ die Daten über den Füllzustand des Speicherbehälters 11‘ sendet und die SPS 25‘ dann den Betrieb der Pumpe 8‘ steuert.
Über den Speicherbehälter 11‘ findet auch die Befüllung und Entleerung des Zwischenkreislaufes 6‘ mit dem zweiten Medium 7‘ statt. Über eine Befüllvorrichtung 219‘ wird das zweite Medium 7‘ dem Speicherbehälter 11‘ zugeführt, wobei über ein Ventil 220 ‘ und einen über einen Drucksensor 223 ‘ gesteuerten Druckminderer 221‘ das zweite Medium 7‘ aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaft mit Stickstoff 222‘ beim Einfüllen überlagert wird. Weiterhin verfügt der Speicherbehälter 11‘ über eine Entleervorrichtung 224‘.
Über den zweiten Wärmetauscher 10‘ sind der Zwischenkreislauf 6‘ mit seinem zweiten Medium 7‘ und der Testkreislauf 12‘ mit seinem dritten Medium 13 energetisch miteinander verbunden. Eine zweite Umwälzeinrichtung, vorzugsweise in Form einer Pumpe 16‘ oder diese umfassend, fördert das dritte Medium 13‘ durch den Testkreislauf 12‘. Nach dem Durchströmen des zweiten Wärmetauschers 10‘ gelangt das dritte Medium 13 ‘ in einen Ausdehnungsbehälter 14‘ samt Schwimmerschalter 15‘, der bei gefülltem Ausdehnungsbehälter der SPS 25‘ ein Signal sendet, sodass die zweite Pumpe 16‘ gestartet werden kann. Zudem steht der Ausdehnungsbehälter 14‘ mit einer Entleervorrichtung 232‘ und einer Befüllungsvorrichtung 233 ‘ samt Pumpe 48‘ und Rückschlagventil 49‘ in fluidaler Verbindung. Weiterhin ist steht der Ausdehnungsbehälter 14‘ mit einem Magnetventil 52‘ für den Systemverschluss in Wirkverbindung, welches dafür sorgt, dass bei steigenden Temperaturen das Ventil 52‘ schließt und damit der Druck im Testkreislauf 12‘ steigt, womit ein Versieden des dritten Mediums 13‘ verhindert wird. Vor dem Ausdehnungsbehälter 14‘ wird mit einem Temperaturfühler 231‘ die Temperatur des dritten Mediums 13‘ gemessen und die Werte an die SPS 25‘ geleitet.
Stromabwärts des Ausdehnungsbehälters 14‘ ist die zweite Pumpe 16‘ mit einem dreiphasigen Motor angeordnet, welche das dritte Medium 13 ‘ durch eine Heizvorrichtung in Form eines Rohrheizkörpers 17‘ fördert. An der Heizvorrichtung 17 ist ein Temperaturfühler 234‘ und ein elektrischer Regler 235 ‘ angeordnet, welche die Heizvorrichtung 17‘ steuern. Stromabwärts der Heizvorrichtung 17‘ ist eine weitere Entleervorrichtung 232“ und ein weiterer Temperaturfühler 236‘ angeordnet. Der Temperaturfühler 236‘ gibt die sensierte Temperatur an die SPS 25 ‘ weiter.
Weiter nach der Heizvorrichtung 17‘ ist ein Ventil 18‘ in Form eines pneumatischen 3-Wege- Ventils samt Manometer 37‘ angeordnet, welches mit Druckluft 237‘ gesteuert von der SPS 25‘ geregelt wird. Ein Ausgang 18a‘ des insbesondere als Bypass-Ventil wirkenden 3-Wege- Ventils 18‘ führt direkt in den Zufluss des zweiten Wärmetauschers 10‘ und umgeht somit den Prüfling 21‘. Der zweite Ausgang des 3 -Wege- Ventils 18‘ führt über zwei Fühler (Temperatur- 238‘ und Druckfühler 239‘) und einen Durchflussmesser 240‘, die jeweils mit der SPS 25‘ verbunden sind, in den Prüflingsvorlauf 20‘. Nach dem Prüfling 21‘ strömt das dritte Medium 13 ‘ durch den Rücklauf 22 ‘ und zwei mit der SPS 25 ‘ verbundenen Fühlern (Temperatur- 241‘ und Druckfühler 242‘) in Richtung des zweiten Wärmetauschers 10‘. Vor dem zweiten Wärmetauscher 10‘ ist zudem ein mechanisches Manometer 243 ‘ und eine Entlüftungsvorrichtung 244‘ angeordnet. Die Entlüftungsvorrichtung 244‘ ist vor allem zum Entlüften nach Erstinbetriebnahme des Testkreislaufs 12‘ vorgesehen und kann beispielsweise ein manuell betätigbares Ventil aufweisen.
Entsprechend eines anderen Ausführungsbeispiels, kann der Rohrheizkörper 17, 17‘ mit Rohrverbindungen parallel zu dem Hauptdurchfluss des Testkreislaufs 12, 12‘ angeordnet sein, wobei der dann vorhandene Teilvolumenstrom von durch den Rohrheizkörper 17, 17‘ erwärmten dritten Medium 13, 13‘ mittels eines weiteren Ventils geregelt wird (nicht gezeigt). In weiteren Ausführungsformen ist ein Heizelement (z.B. ein Rohrheizkörper 17, 17‘) in einem in sich geschlossenen weiteren Wärmekreislauf angeordnet, wobei das Medium des weiteren Wärmekreislaufes die Wärme über einen weiteren Wärmetauscher an das dritte Medium 13, 13 ‘ ab gibt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, das jedoch nicht von der beanspruchten Erfindung erfasst ist, jedoch alternativ zu dieser realisierbar ist, kann der Durchfluss des dritten Mediums 13, 13 ‘ rein durch die Steuerung der zweiten Pumpe 16, 16‘ erfolgen und das Ventil 18, 18‘ zur Durchflussregelung des Prüflings 21, 21‘ weggelassen werden. Dadurch kann die Energieaufnahme des Temperiersystems 1, 1‘ reduziert werden. Z.B. bei niedrigen Durchflussmengen führt jedoch eine Steuerung über die Pumpe 16, 16‘ zur Reduzierung der Genauigkeit der Temperaturregelung im Prüfling 21 . Zudem könnte in einer solchen Ausführungsform auch der Rohrheizkörper 17‘ das dritte Medium 13 ‘ zum Sieden bringen.
In einer anderen Ausführungsform sind an den Zwischenkreislauf 6, 6‘ mehrere Testkreisläufe 12, 12‘ samt Prüflingen 21, 21‘ gekoppelt. Diese können entweder durch einen zweiten Wärmetauscher 10, 10‘ temperiert werden oder es existieren (in Reihen-, Serienoder Parallelschaltung) mehrere zweite Wärmetauscher 10, 10‘ zur Temperierung der mehreren Testkreisläufe 12, 12, ‘. Somit können mehrere Prüfanlagen betrieben werden.
In weiteren Ausführungsformen ist der Temperierkreislauf 2, 2‘ zentral angeordnet, wobei der Temperierkreislauf 2, 2‘ mehrere Zwischenkreisläufe 6, 6‘ mit je einem oder mehreren Testkreisläufen 12, 12‘ temperiert. Die mehreren Zwischenkreisläufe 12, 12‘ können mit einem oder mehreren ersten Wärmetauschern 5, 5‘ temperiert werden. Somit können auch mehrere Prüfanlagen betrieben werden.
In weiteren Ausführungsformen wird über weitere Wärmetauscher (nicht dargestellt) Wärme oder Kälte von dem Kühlwasser des Temperiergeräts (z.B. Kompressor 4, 4‘) oder dem ersten Medium 3, 3‘ an das dritte Medium 13, 13‘ des Testkreislaufes 12, 12‘ übertragen. Dies dient zur Energieoptimierung wenn z.B. der Testkreislauf 12, 12‘ bei höheren Temperaturen oberhalb des bauseitigen Kühlwassers des Kompressors 4, 4‘ betrieben wird oder wenn direkt hohe Wärme bzw. Kälteeinträge auf den Testkreislauf 12, 12‘ benötigt werden. Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste und 1‘ Temperiersystem und 2‘ Temperi erkrei sl auf k und 2k‘ Kühlkreislauf und 3 ‘ erstes Medium und 4‘ Kompressor und 5‘ erster Wärmetauscher und 6‘ Zwi schenkrei slauf und 7‘ zweites Medium und 8‘ erste Pumpe und 9‘ Ventil des Zwischenkreislaufs 0 und 10‘ zweiter Wärmetauscher 1 und 11‘ Speicherbehälter 2 und 12‘ Testkreislauf 3 und 13‘ drittes Medium 4 und 14‘ Ausdehnungsbehälter 5 und 15‘ Füllstandsdetektor 6 und 16‘ zweite Pumpe 7 und 17‘ Heizvorrichtung 8 und 18‘ Ventil des Testkreislaufs 8a und 18a‘ Ausleitung aus Ventil ohne Durchfluss durch Prüfling9 und 19‘ Anschluss zu Prüflingszufluss 0 und 20‘ Prüflingszufluss/Vorlauf 1 und 21‘ Prüfling 2 und 22 ‘ Prüflingsabfluss/Rücklauf 3 ‘ T eilvolumenstrom 5‘ Steuereinheit 7‘ Manometer 8‘ Pumpe 9‘ Rückschlagventil 2‘ Magnetventil 02‘ Schmutzfänger 103‘, 103“ Absperrventil 103‘“, 103 iv Absperrventil 104‘ und 104“ Filtertrockner
105‘ Magnetventileinspritzung
107‘, 107“ Schauglas
108‘ Expansionsventil
110‘ Ni ederdruckschalter nr Hochdruckschalter
114‘ Kühl was serregl er
116‘ Füllstandsüberwachungsvorrichtung
118‘ Manometer
119‘ Manometer
134‘ Si cherheitsdruckb egrenzer
139‘ Plattenwärmetauscher
140‘ Drucksensor
14E Temperaturfühler
142‘ Überhitzungsregler
143‘ elektronisches Expansionsventil
150‘ Ölabscheider
160‘ fünfter Wärmetauscher
16E Kühl wasser
162‘ Entleerungsventil or Kugelabsperrventil i r Drucksensor 14‘ Temperaturfühler 15‘ Druckfühler 16‘ Durchflussmesser 17‘ Druckmessung mittels Messblende 18‘ Druckluft 19‘ Befüllungsvorrichtung 20‘ Ventil 2E Druckminderer 22‘ Stickstoff 223 ‘ Drucksensor
224‘ Entl e ervorri chtung
229‘ Temperatursensor
230‘ Temperaturfühler
231‘ Temperaturfühler
232‘, 232“ Entleervorrichtung
233‘ Befüllungsvorrichtung
234‘ Temperaturfühler
235‘ elektrischer Regler
236‘ Temperaturfühler
237‘ Druckluft
238‘ Temperaturfühler
239‘ Druckfühler
240‘ Durchflussmesser
24E Temperaturfühler
242‘ Druckfühler
243 ‘ Manometer
244‘ Entlüftungsvorrichtung
Al, A2 Verbindungen des Testkreislaufs zwischen Fig. 2a und 2b
B1, B2 Verbindungen des Testkreislaufs zwischen Fig. 2a und 2bs

Claims

Patentansprüche System (1) zum Temperieren zumindest eines Prüflings (21), umfassend
• mindestens einen Temperierkreislauf (2), der von zumindest einem ersten Medium (3) durchströmbar ist, wobei der mindestens eine Temperierkreislauf (2) mittels zumindest eines Temperiergeräts (4) temperierbar ist;
• mindestens einen Zwischenkreislauf (6), der von zumindest einem zweiten Medium (7) durchströmbar ist, wobei o mittels zumindest einem ersten Wärmetauscher (5) das erste und das zweite Medium (3, 7) thermisch koppelbar sind; und
• mindestens einen Testkreislauf (12) durchströmt von zumindest einem dritten Medium (13), wobei o mittels zumindest einem zweiten Wärmetauscher (10) das zweite und das dritte Medium (7, 13) thermisch koppelbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (21) thermisch mit dem Testkreislauf (12) und/oder dem Zwischenkreislauf (6) verbindbar ist; und mittels zumindest einem mit dem Testkreislauf (12) in Wirkverbindung stehenden Ventil (18) der Durchflusses und/oder Druck des dritten Mediums (13) steuer- und/oder regelbar ist. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des dritten Mediums unabhängig vom Druck und/oder Durchfluss der dritten Mediums und/oder der Druck des dritten Mediums unabhängig von dem Durchfluss des dritten Mediums steuer- und/oder regelbar ist bzw. sind, vorzugsweise mittels des Ventils (18) der Druck und/oder der Durchfluss des dritten Mediums unabhängig von der Temperatur des durch den Prüfling (21) fliesenden dritten Mediums veränderbar ist, insbesondere die Temperatur des dem Prüfling zugeführten dritten Mediums (13) im Wesentlichen konstant bei unterschiedlichen Drücken und/oder Durchflüssen bleibt, mittels zumindest einer ersten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine erste Pumpe (8), das zweite Medium (7) durch den mindestens einen Zwischenkreislauf (6) förderbar ist, und/oder mittels zumindest einer zweiten Umwälzeinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine zweite Pumpe (16), das dritte Medium (13) durch den mindestens einen Testkreislauf (12) förderbar ist. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Medium (13) durch den mindestens einen Prüfling (21) leitbar ist, insbesondere mittels des Ventils (18) der Durchfluss und/oder Druck des dritten Mediums (13) durch den Prüfling (21) steuer- und/oder regelbar ist, wobei vorzugsweise mittels des Ventils (18) das dritte Medium (13) beeinflussbar ist, insbesondere unabhängig von dem ersten Medium und/oder dem zweiten Medium und/oder eine fluidale Entkopplung des dritten Mediums von dem ersten und/oder zweiten Medium besteht. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Testkreislauf (12) zugeführte Temperierleistung ausschließlich, zumindest im Wesentlichen, durch den mindestens einen Temperierkreislauf (2) bereitstellbar ist, wobei vorzugsweise die dem Testkreislauf (12) zugeführte Temperierleistung und/oder die dem Prüfling (21) zugeführte Temperatur des dritten Mediums (13) durch den ersten und/oder zweiten Wärmetauscher (5, 10) und/oder der ersten und/oder zweiten Umwälzeinrichtung steuer- und/oder regelbar ist. System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• der mindestens eine Testkreislauf (12) zumindest einen Ausdehnungsbehälter (14), insbesondere zur Füllstandsüberwachung und/oder zur Aufnahme von Volumenänderungen des dritten Mediums (13) in dem mindesten einen Testkreislauf (12), umfasst; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf (12) mindestens ein Temperaturfühler (238‘), zumindest ein Druckfühler (239‘) und/oder zumindest ein Durchflussmesser (240‘), vorzugsweise vor dem mindestens einen Prüfling (21), angeordnet ist; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf (12) mindestens ein Temperaturfühler (241‘), zumindest ein Druckfühler (242‘), zumindest ein Manometer (243‘) und/oder zumindest eine Entlüftungsvorrichtung (244‘), vorzugsweise nach dem mindestens einen Prüfling (21), angeordnet ist; und/oder
• zumindest eine Heizvorrichtung (17), vorzugsweise in Wirkverbindung stehend mit zumindest einem Temperaturfühler (234‘) und/oder zumindest einem elektrischen Regler (235‘), vorhanden ist, wobei vorzugsweise dem dritten Medium, insbesondere zusätzlich zur Temperierleistung aus dem Temperierkreislauf (2) und/oder dem Zwischenkreislauf (6), Wärmeenergie zuführbar ist; und/oder
• das Temperiersystem (1) zumindest eine Steuereinheit, vorzugsweise umfassend zumindest eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (25 ‘) umfasst. System (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungsbehälter (14)
• mit zumindest einem Füllstandsdetektor, vorzugsweise in Form eines Schwimmerschalters (15), insbesondere zur Füllstandregelung und/oder zur Regelung des Betriebs der zweiten Umwälzeinrichtung (16), in Wirkverbindung steht, und/oder
• mit zumindest einer Entleerungsvorrichtung (232‘) in Wirkverbindung steht, insbesondere diese umfasst und/oder damit verbunden ist, und/oder
• mit zumindest einer Befüllungsvorrichtung (233 ‘), vorzugsweise samt Rückschlagventil (49‘) und Pumpe (48‘), umfasst oder damit verbunden ist, und/oder
• mit einem ein Magnetventil (52) zum Druckaufbau in dem mindestens einen Testkreislauf (12) verbunden ist.
System (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass • die erste Umwälzeinrichtung (8), das Ventil (18) des mindestens einen Testkreislaufs (12), die zweite Umwälzeinrichtung (16), die Heizvorrichtung (17), die Entleerungsvorrichtung (232‘), die Befüllungsvorrichtung (233‘) und/oder das Magnetventil (52‘) mit der Steuereinheit (25‘) verbindbar und/oder von der Steuereinheit steuer- und/oder regelbar ist bzw. sind; und/oder
• die Steuereinheit (25 ‘) Daten erhält von der ersten Umwälzeinrichtung (8), der zweiten Umwälzeinrichtung (16), dem Magnetventil (52‘), dem Schwimmerschalter (15), der Heizvorrichtung (17), dem Ventil (18) des mindestens einen Testkreislaufs (12), dem Durchflussmesser (240‘), mindestens einem Temperaturfühler (231‘, 234‘, 236‘, 238‘, 241‘) des mindestens einen Testkreislaufs (12) und/oder mindestens einem Druckfühlers (238‘, 242‘, 243‘) des mindestens einen Testkreislaufs (12). System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• das Ventil (18) des mindestens einen Testkreislaufs (12) zumindest ein Bypassventil, Mehrwegeventil, 3-Wege-Ventil und/oder eine Mehrzahl von 2 Wege-Ventilen ist und/oder umfasst, welches insbesondere zumindest einen Ausgang aufweist, welcher das dritte Medium (13) in eine Leitung (18a) führt, welche den mindestens einen Prüfling (21) umgeht; und/oder
• mindestens ein Temperaturfühler (231 ‘) des mindestens einen Testkreislaufs (12) vor dem Ausdehnungsbehälter (14) angeordnet ist; und/oder
• mindestens ein Temperaturfühler (236‘) des mindestens einen Testkreislaufs (12) nach der Heizvorrichtung (17) angeordnet ist; und/oder
• der mindestens eine Prüfling (21) über zumindest einen Vorlauf (20) und/oder zumindest einen Rücklauf (22) in dem mindestens einen Testkreislauf (12) angeordnet ist.
System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • das Ventil (18) des mindestens einen Testkreislaufs (12) zumindest ein pneumatisches Ventil ist und/oder umfasst; und/oder
• in dem mindestens einen Testkreislauf (12) mindestens zwei Prüflinge (21) anordbar und/oder mit dem dritten Medium (13) durchströmbar sind, wobei vorzugsweise der Durchfluss und/oder der Druck des dritten Mediums (13) durch jeden Prüfling (21) mit einem jeweiligen Ventil (18) regelbar ist. System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• zumindest ein Speicherbehälter (11) in dem mindestens einen Zwischenkreislauf (6), vorzugsweise an der Saugleitung der ersten Umwälzeinrichtung (8), angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Füllstandüberwachungsvorrichtung (116‘) die erste Umwälzeinrichtung (8) direkt und/oder oder über die Steuereinheit (25) regelt; und/oder
• zumindest eine Druckmessvorrichtung, insbesondere mit Messblende (217‘), vorzugsweise zwischen der ersten Umwälzeinrichtung (8) und dem ersten Wärmetauscher, in dem mindestens einen Testkreislauf (6) angeordnet ist; und/oder
• mindestens ein Temperaturfühler (214‘) und/oder mindestens ein Druckfühler (215 ‘) in dem mindestens einen Zwischenkreislauf (6), vorzugsweise stromabwärts des ersten Wärmetauschers (5), angeordnet sind; und/oder
• zumindest ein Ventil (9) in dem mindestens einen Zwischenkreislauf (6) zur Regulierung des Durchflusses des zweiten Mediums (7) durch den ersten Wärmetauscher (5) angeordnet ist, wobei dieses Ventil (9) vorzugweise ein pneumatisches 3-Wege-Ventil und/oder Bypassventil ist, wobei insbesondere ein Ausgang des 3 -Wege- Ventils das zweite Medium (7) in eine Leitung führt, welche den zweiten Wärmetauscher (10) umgeht, um insbesondere die Wärmeleistung des zweiten Wärmetauschers (10) zu steuern/und oder zu regeln, vorzugsweise die Temperatur des dritten Mediums (13) unabhängig des durch das Ventil (18) einstellbaren hydraulischen Betriebszustands des Testkreislaufs (12) einstellbar ist, insbesondere die dem Prüfling (21) zugeführte Temperatur einerseits und der dem Prüfling (21) ausgesetzte hydraulischer Betriebszustand, insbesondere Druck und/oder Durchflussmenge des dritten Mediums, andererseits unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar sind. System (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
• das Ventil (9) des mindestens einen Zwischenkreislaufes mit der Steuereinheit (25‘) verbindbar und/oder mittels der Steuereinheit regelbar ist; und/oder
• die Steuereinheit (25‘) Daten von dem Ventil (9) des mindestens einen Zwischenkreislaufes (6) und dem mindestens einen Temperaturfühler (214‘) und mindestens einen Druckfühler (215‘) für den mindestens einen Zwischenkreislauf (6) erhält; und/oder
• der Speicherbehälter (11) o zumindest eine Entleervorrichtung (224‘) umfasst oder damit verbunden ist, und/oder o zumindest eine Befüllungsvorrichtung, vorzugsweise samt Ventil (220 ‘), Druckminderer (221‘) und Drucksensor (223 ‘), insbesondere für die Zufuhr zumindest eines Gases, vorzugsweise Stickstoff (222‘), umfasst oder damit verbunden ist. System (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
• mit einem Temperierkreislauf (2) mindestens zwei Zwischenkreisläufe (6) über mindestens einen ersten Wärmetauscher (5) miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
• mit einem Zwischenkreislauf (6) mindestens zwei Testkreisläufe (12) über mindestens einen zweiten Wärmetauscher (10) miteinander energetisch verbunden sind; und/oder
• zumindest ein dritter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um zwischen dem ersten und dem dritten Medium (3, 13) Temperierleistung zu übertragen; und/oder • zumindest ein vierter Wärmetauscher derart angeordnet ist, um Abwärme des mindestens einen Temperiergeräts (4) an ein Kühlfluid, insbesondere Kühlwasser (161 ‘) abzugeben, wobei vorzugsweise mit dem Kühlfluid zumindest eine weitere Anlage, Brauchwasser oder Räume temperierbar ist bzw. sind; und/oder
• zumindest ein fünfter, vorzugsweise wassergekühlter, Wärmetauscher (160‘) im Temperierkreislauf (2) angeordnet ist, insbesondere um Wärme aus dem komprimierten ersten Medium 2 abzuführen. System (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Temperiergerät (4) zum Kühlen und/oder Heizen des ersten Mediums (3) ausgelegt ist. System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) zumindest zwei Temperierkreisläufe (2) umfasst, wobei vorzugsweise ein erster Temperierkreislauf (2) zum Kühlen und ein zweiter Temperierkreislauf (2) zum Heizen vorgesehen ist. System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• der mindestens eine Temperierkreislauf (2) ein Kühlkreislauf (2k) ist; und/oder
• das Temperiergerät (4) zumindest eine Wärmepumpe und/oder zumindest einen Kompressor (4) umfasst; und/oder
• stromabwärts des Temperiergerätes (4), insbesondere der Wärmepumpe und/oder des Kompressors (4) zumindest ein Ölabscheider (150‘) angeordnet ist; und/oder
• der Kühlkreislauf (2k) mindestens: einen Filtertrockner (104‘), ein Schauglas (107‘), eine Magnetventileinspritzung ( 105 ‘), ein Expansionsventil ( 108‘), ein Absperrventil (103), insbesondere für Servicezwecke, ein elektronisches Expansionsventil (143 ‘); einen Temperaturfühler und/oder einen Druckfühler umfasst; und/oder
• das erste Medium (3) ein Kältemittel umfasst, insbesondere R410A, R449A, RI 34a und/oder R513A. System (1) nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass über zumindest einen sechsten Wärmetauscher ( 139‘) zwischen flüssigem ersten Medium (3) und gasförmigen ersten Medium (3) Wärme übertragbar ist; und/oder die Steuereinheit (25) mit der Magnetventileinspritzung ( 105 ‘) und/oder dem elektronischen Expansionsventil ( 108‘) in Wirkverbindung steht und/oder die Magneteinspritzung und/oder das elektronische Expansionsventil steuert und/oder regelt. ystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• das zweite Medium (7) Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F, Wärmeträgeröle wie z.B. Fragoltherm F12 oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält; und/oder
• das dritte Medium (13) Etylenglykole wie z.B. Glysantin G48 oder G64, Propylenglykole wie z.B. Glysofor L oder F oder Salzsolen wie z.B. Fragoltherm W-KFA enthält. Verfahren zum Betreiben eines Temp eriersy stems (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte:
• Befüllen des mindestens einen Temperier- (2), Zwischen- (6) und Testkreislaufes (12) mit erstem, zweiten bzw. dritten Medium (3, 7, 13);
• Eingeben von Zielbetriebsdaten an der Steuereinheit (25‘);
• Starten des Temperiersystems (1);
• Messen von Betriebsdaten des mindestens einen Temperier- (2), Zwischen- (6) und Testkreislaufs (12) mittels der Sensoren, Messeinrichtungen und Fühler des Temperiersystems (1); • Übertragen der Betriebsdaten an die Steuereinheit (25‘);
• Auswerten der Betriebsdaten in der Steuereinheit (25‘); und
• Steuern von Komponenten des Temperierkreislaufes (1) entsprechend den eingestellten Zielbetriebsdaten. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielbetriebsdaten einen zeitlichen Verlauf aufweisen und dieser automatisch mittels eines Programms der Steuerung (25‘) ausgeführt wird.
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