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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung,
die eine Konstanttemperaturflüssigkeit
einer Last zuführt
und zirkuliert.
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3 zeigt ein Beispiel einer
herkömmlichen Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 101,
die einen Kühlkreisabschnitt 103 zum
Kühlen der
Konstanttemperaturflüssigkeit,
deren Temperatur in einer Last 2 erhöht wurde, einen Konstanttemperaturflüssigkeitskreisabschnitt 104,
der, nachdem die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit
durch das Kühlmittel
des Kühlkreislaufabschnitts 103 auf eine
festgelegte Temperatur gekühlt
wurde, die eingestellte Konstanttemperaturflüssigkeit der Last 2 zuführt und
zirkuliert, und einen Steuerabschnitt 105, der die Temperatur
der der Last 2 zugeführten
Konstanttemperaturflüssigkeit
steuert.
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Der
Kühlkreislauf 3 besteht
in dieser Reihenfolge aus einem Kompressor 7, der ein geeignetes Kühlmittel
komprimiert, um ein Kühlgas
mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen, einem Kondensator 8,
der das Kühlgas
abkühlt
und kondensiert, um ein flüssiges
Kühlmittel
mit hohem Druck zu erzeugen, einer Entspannungseinrichtung 9,
die die Kühlflüssigkeit
dekomprimiert, um die Temperatur derselben zu verringern, und einem
Verdampfer 10, der die Kühlflüssigkeit, deren Druck in der
Entspannungseinrichtung 9 reduziert wurde, verdampft, wobei
die Elemente in Reihe geschaltet sind.
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Der
Konstanttemperaturflüssigkeitskreis 104 umfasst
einen Tank 24 für
Konstanttemperaturflüssigkeit,
einen Wärmetauscher 25,
welcher die Konstanttemperaturflüssigkeit,
deren Temperatur in der Last 2 erhöht wurde, abkühlt, eine Heizeinheit 26 mit einer
Heizung 27, welche die Konstanttemperaturflüssigkeit,
die in dem Wärmetauscher 25 auf
eine festgelegte Temperatur gekühlt
wurde, aufheizt, eine Pumpe 28, welche die Konstanttemperaturflüssigkeit in
dem Tank 24, deren Temperatur durch die Heizung 27 auf
eine festgelegte Temperatur eingestellt wurde, einer Last 2 zuführt und
die Flüssigkeit
zirkuliert, und einen Niveauschalter 29, welcher ein Flüssigkeitsniveau
der Konstanttemperaturflüssigkeit
in dem Tank 24 erfasst. Der Wärmetauscher 25, die
Heizeinheit 26 und die Pumpe 28 sind an dem Tank 24 angebracht.
Außerdem
ist um den Außenumfang
der Heizung 27 eine zylindrische Heizungsabdeckung 30 vorgesehen,
deren Boden die Heizung 27 umgibt und deren oberer Abschnitt
geöffnet
werden kann.
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Der
Steuerabschnitt 105 dient der Steuerung der gesamten Vorrichtung
und umfasst eine Temperatursteuerung 42, die entsprechend
einem Temperatursignal eines Temperatursensors 37 ein notwendiges
Signal ausgibt, eine programmierbare Steuerung (nachfolgend abgekürzt PLC) 43,
die entsprechend dem Signal des Niveauschalters 29 in dem Tank 24 ein
Signal ausgibt, einen Niederdruckabschaltschalter 39 und
einen Kühlmittelhochdruckabschaltschalter,
einen elektromagnetischen Kontaktelektromagnetischen Schalter 44,
der den Betrieb des Kompressors 7 und der Pumpe 28,
die Stromzufuhr zu der Heizung 27 und ein Injektionsventil 16 entsprechend
dem Signaloutput von der Temperatursteuerung 42 und der
PLC 43 steuert, und ein Betriebsanzeigepaneel 45,
das die notwendige Anzeige liefert.
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Da
die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 101 eine
Konstanttemperaturflüssigkeit,
deren Temperatur in der Last 2 erhöht wurde, durch den Wärmetauscher 25 abkühlt und
durch die Heizung 27 aufheizt, um eine Konstanttemperaturflüssigkeit
mit festgelegter Temperatur zu erzeugen, ist es einfach, die Temperatureinstellung
der Konstanttemperaturflüssigkeit
durchzuführen.
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Da
die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 101 aber
die Konstanttemperaturflüssigkeit,
welche in dem Wärmetauscher 25 abgekühlt wurde,
durch die Heizung 27 aufheizt, wird die für den Betrieb
erforderliche Energiemenge erhöht.
Bei den üblichen
Betriebsbedingungen der Zirkuliervorrichtung 101 tritt
insbesondere das Phänomen
auf, dass der Kompressor 7, die Pumpe 28 und die
Heizung 27 gleichzeitig Strom führen, und es ist notwendig,
die zulässige
Menge an Stromleitung (Querschnitte, Sicherungen etc.) der Zirkuliervorrichtung 101 zu
erhöhen,
um dieses Phänomen
abzudecken. Dadurch werden die Ausrüstungskosten für die Stromleitungen
erhöht.
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Zur
Lösung
dieser Probleme ist bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen worden,
wie sie in 4 dargestellt
ist.
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Die
in
4 dargestellte Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
91,
die aus Druckschrift
DE
199 55 389 A1 bekannt ist, umfasst einen Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf
93,
welcher Konstanttemperaturflüssigkeit, die
von einer Last frei zirkuliert wird, auf eine festgelegte Temperatur
abkühlt,
um sie der Last
2 zuzuführen,
einen Kühlmittelkreislauf
92 zum
Kühlen
der Konstanttemperaturflüssigkeit
und einen Steuerabschnitt
94 zum Steuern der Temperatur
der der Last
2 zugeführten
Konstanttemperaturflüssigkeit.
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Der
Kühlmittelkreislauf 92 umfasst
einen Hauptkreislauf mit einem Kompressor 7, einem Kondensator 8,
einem ersten elektronischen Expansionsventil 56, einem
Verdampfer 10 und einer diese Elemente in Reihe verbindenden
Leitung, einen Drucksensor 61 und einen Temperatursensor 62,
die in dem Hauptkreislauf 50 vorgesehen sind, einen Heißgaskreislauf 58 mit
einem zweiten elektronischen Expansionsventil 59, welches
einen Teil des Kühlmittels mit
hoher Temperatur im Bypass zu dem Kondensator 8 und dem
ersten elektronischen Expansionsventil 56 zuführt, so
dass es von dem Verdichter 7 zu dem Verdampfer 10 abgeführt werden
kann, und einen Zirkulierkreislauf 12 mit einem elektronischen Expansionsventil 57.
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Der
Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf 93 umfasst
einen Tank 24 für
Konstanttemperaturflüssigkeit,
einen Überlauftank 64 in
dem Tank 24, einen Wärmetauscher 25,
welcher Konstanttemperaturflüssigkeit,
die von der Last 2 zirkuliert wird, in dem Verdampfer 10 abkühlt, einen
Temperatursensor 37, welcher die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit
feststellt, einen Niveauschalter 29 und eine Pumpe 28,
welche Konstanttemperaturflüssigkeit, deren
Temperatur auf eine festgelegte Temperatur eingestellt wurde, zu
der Last 2 zuführt
und sie zirkuliert.
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Der
Steuerabschnitt 94 umfasst eine PLC 43, einen
elektromagnetischen Kontakt/elektromagnetischen Schalter 67,
ein Betriebsanzeigepaneel 45 und eine Expansionsventilsteuerung 96.
Die Expansionsventilsteuerung 96 steuert den Öffnungsgrad der
elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 individuell,
um die Konstanttemperaturflüssigkeit durch
die Signale von den Temperatursensoren 37, 62 und
dem Drucksensor 61 auf eine festgelegte Temperatur einzustellen.
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Da
der Öffnungsgrad
der ersten und zweiten elektronischen Expansionsventile 56, 59 durch
den Steuerabschnitt 94 gesteuert wird, um die Kühlkapazität des Kühlkreislaufes 92 so
zu steuern, dass die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit,
die der Last 2 zugeführt
wird, genau gesteuert werden kann, kann bei der in 4 gezeigten Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 91 die
Heizung 27 zur Herstellung der Konstanttemperaturflüssigkeit
mit festgelegter Temperatur, die bei der in 3 gezeigten Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 vorgesehen
ist, entfallen.
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Da
die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 91 gemäß 4 die Kühlkapazität des Kühlkreislaufs 92 lediglich
durch Steuerung des Öffnungsgrades
der ersten und zweiten elektronischen Expansionsventile 56, 59 steuert,
ist die Zeit zum Erreichen einer Zieltemperatur kurz. Es kann aber
nicht gesagt werden, dass die Steuerbarkeit von Störungen (Änderungen
der Durchflussrate der Konstanttemperaturflüssigkeit, Änderungen der externen Wärmelast, Änderungen
der Temperatur des Kühlwassers
in dem Kondensator und dgl.) gut wäre.
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Der
Fachmann entnimmt
DE
44 39 780 A1 eine Kompressor-Kältemaschine mit einem Kältemittelkreislauf
und einem Solekreislauf, welcher über eine Wärmetauschereinrichtung Kälte an das
zu kühlende
Gut abgibt. Der Kältemittelkreislauf
weist ein Motor-Verdichter-Aggregat, einen Verflüssiger, eine Drosseleinrichtung,
einen Verdampfer und Leitungen auf, welche diese Elemente in Reihe
verbinden. Ein Bypass zu dem Verflüssiger und der Drosseleinrichtung über ein
weiteres Expansionsventil ist bei der aus
DE 44 39 780 A1 bekannten
Vorrichtung nicht vorgesehen. Der Solekreislauf der aus
DE 44 39 780 A1 bekannten
Kältemaschine
weist eine Flüssigkeitspumpe
und einen Wärmetauscher
auf. Ferner ist ein Temperaturfühler
vorgesehen, der die Solerücklauftemperatur
erfasst. Der Kältemittelkreislauf
weist Temperaturfühler
auf, welche die Temperatur des Kältemittels
vor und nach dem Verdampfer erfassen. Die von dem Temperaturfühler im
Solekreislauf erfasste Temperatur geht in die Regelung der Drehzahl des
Motor-Verdichter-Aggregats ein.
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Aus
US 5,809,794 A ist
eine Steuereinrichtung für
ein Expansionsventil eines Heiz-, Ventilations-, Klimaanlagen- oder
Kühlsystems
bekannt. Das System weist eine Kühlmittel-Schleife
und einen Wasserkreislauf auf. Der Kühlmittel-Kreislauf umfasst einen Verdampfer,
ein Expansionsventil, einen Kondensator und einen Kompressor. Das
gesamte System wird durch eine elektronische Steuereinrichtung gesteuert.
Ein Bypass zu dem Kondensator und dem Expan sionsventil sowie eine
Regelung eines in diesem Bypass angeordneten Expansionsventils ist der
Druckschrift nicht zu entnehmen. Der Wasserkreis ist über einen
Wärmetauscher
mit dem Verdampfer verbunden. Außerdem ist eine Luftzuführung als
Last vorgesehen. In den Verbindungsleitungen zwischen Luftzuführung und
Wärmetauscher
ist in jeder Richtung jeweils ein Temperatursensor vorgesehen, welche
mit dem Steuergerät
verbunden sind. In dem Kühlmittelkreis
sind Temperatursensoren angeordnet, welche ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden
sind. Die Wassertemperaturabweichung zwischen der Einlasswassertemperatur
und der Auslasswassertemperatur, gemessen durch die Sensoren im
Wasserkreislauf, wird zur Repositionierung des Expansionsventils
herangezogen
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In
Druckschrift
EP 1 162
419 A1 wird ein Heißwasserzuführsystem
mit einem Wärmepumpenkreis
beschrieben, das einen Wärmepumpenkreis und
einen Heißwasserkreis
aufweist. In dem Wärmepumpenkreis
sind ein Kompressor, ein Wärmetauscher
als Kondensator, ein Expansionsventil und ein Luftwärmetauscher
als Verdampfer mit einem Ventilator angeordnet. Der Heißwasserkreis
weist einen Heißwasser-Speichertank
und eine Pumpe auf. Der Heißwasserkreis
ist auch mit dem Wärmetauscher verbunden.
Das System sieht außerdem
eine Steuereinheit vor. Alle zehn in der Druckschrift geschilderten
Ausführungsbeispiele
weisen keinen Bypass zu Expansionsventil und Kondensator mit einem
zweiten Expansionsventil auf.
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Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
vorzuschlagen, mit der Energie eingespart werden kann, deren Zeit
zum Erreichen einer Zieltemperatur kurz ist, deren Steuerbarkeit
bei Störungen
exzellent ist und deren Größe reduziert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert.
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Eine
Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf, welcher
eine Konstanttemperaturflüssigkeit,
die von einer Last zurückgeführt wird,
auf eine festgelegte Temperatur abkühlt oder aufheizt, um sie dann
der Last zuzuführen,
einen Kühlkreislauf
zum Kühlen oder
Heizen der Konstanttemperaturflüssigkeit
und einen Steuerabschnitt, wobei der Kühlkreislauf einen Hauptkreis
mit einem Kompressor, dessen Drehgeschwindigkeit durch eine Inverterstromquelle
gesteuert wird, einem Kondensator, einem ersten elektronischen Expansionsventil, einem
Verdampfer und Rohrleitungen, welche den Kompressor, den Kondensator,
das erste elektronische Expansionsventil und den Verdampfer in Reihe
verbinden, und einen Heißgaskreis
mit einem zweiten elektronischen Expansionsventil, welches im Bypass
zu dem Kondensator und dem ersten elektronischen Expansionsventil
geschaltet ist, um einen Teil des Kühlmittels mit hoher Temperatur,
das von dem Kompressor abgeführt wird,
dem Verdampfer zuzuführen,
aufweist, wobei der Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf einen Tank
für Konstanttemperaturflüssigkeit,
einen Wärmetauscher
in dem Verdampfer, welcher die von der Last zirkulierende Konstanttemperaturflüssigkeit kühlt oder
heizt, wenigstens einen Temperatursensor, welcher die Temperatur
eine Konstanttemperaturflüssigkeit
feststellt, und Zirkuliereinrichtungen, welche eine Konstanttemperaturflüssigkeit,
deren Temperatur auf eine festgelegten Temperatur eingestellt wurde,
der Last zuführen
und zirkulieren, aufweist und wobei der Steuerabschnitt den Öffnungsgrad
der ersten und zweiten elektronischen Expansionsventile und die
Drehgeschwindigkeit des Kompressors entsprechend einem Signal des
Temperatursensors steuert, um die Temperatur der der Last zugeführten Konstanttemperaturflüssigkeit
zu steuern.
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Vorzugsweise
umfasst der Kühlkreislauf
wenigstens einen Temperatursensor oder Drucksensor, welcher die
Temperatur oder den Druck des Kühlmittels
erfasst. Der Steuerabschnitt steuert den Öffnungsgrad des ersten elektronischen
Expansionsventils gemäß einem
Signal von dem Temperatur- oder Drucksensor in dem Kühlkreislauf
anstelle des Signals von dem Konstanttemperaturflüssigkeitstemperatursensor
oder zusammen mit dem Signal von dem Konstanttemperaturflüssigkeitstemperatursensor.
Vorzugsweise sind die Temperatursensoren oder die Drucksensoren
in dem Kühlkreislauf
an einer Einlaufseite bzw. einer Auslaufseite des Verdampfers des
Hauptkreises vorgesehen. Der Steuerabschnitt steuert den Öffnungsgrad
des ersten elektronischen Expansionsventils gemäß der Regelabweichung auf der
Basis eines Signals von den Temperatursensoren oder Drucksensoren,
die an der Einlass- und der Auslassseite des Verdampfers vorgesehen
sind, und steuert den Öffnungsgrad
des zweiten elektronischen Expansionsventils gemäß einem Signal von dem Konstanttemperaturflüssigkeitstemperatursensor.
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Erfindungsgemäß fasst
eine Konstanttemperaturflüssigkeitsvorrichtung
einen Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf,
welcher eine Konstanttemperaturflüssigkeit, die von einer Last
zurückgeführt wird, auf
eine festgelegte Temperatur abkühlt
oder aufheizt, um sie dann wieder der Last zuzuführen, einen Kühlkreislauf
zum Kühlen
oder Heizen der Konstanttemperaturflüssigkeit und einen Steuerabschnitt,
wobei der Kühlkreislauf
einen Hauptkreis mit einem Kompressor, dessen Drehgeschwindigkeit
durch eine Inverterstromquelle gesteuert wird, einem Kondensator,
einem ersten elektronischen Expansionsventil, einem Verdampfer und
Rohrleitungen, welche den Kompressor, den Kondensator, das erste
elektronische Expansionsventil und den Verdampfer in Reihe verbinden,
und einen Heißgaskreislauf
mit einem zweiten elektronischen Expansionsventil, welches im Bypass
zu dem Kondensator und dem ersten elektronischen Expansionsventil
geschaltet ist, um einen Teil des Kühlmittels mit hoher Temperatur,
das von dem Kompressor abgeführt
wird, dem Verdampfer zuzuführen,
umfasst, wobei der Konstanttemperaturflüssigkeitskreislauf einen Tank
für Konstanttemperaturflüssigkeit,
einen Wärmetauscher,
welcher die von der Last zurückgeführte Konstanttemperaturflüssigkeit
in dem Verdampfer kühlt
oder heizt, wenigstens einen Temperatursensor, welcher die Temperatur
der Konstanttemperaturflüssigkeit
erfasst, und Zirkuliereinrichtungen, die eine Konstanttemperaturflüssigkeit,
deren Temperatur auf eine festgelegte Temperatur eingestellt wurde,
der Last zuführen
und zirkulieren, aufweist, und wobei der Steuerabschnitt den Öffnungsgrad
der ersten und zweiten elektronischen Expansionsventile und die
Drehgeschwindigkeit des Kompressors auf der Basis eines Signals von
dem Temperatursensor steuert, um die Temperatur der der Last zugeführten Konstanttemperaturflüssigkeit
auf eine festgelegte Temperatur zu steuern, so dass die Kühlkapazität des Kühlkreises
durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Kompressors zusätzlich zu
der Steuerung durch die ersten und zweiten e- lektronischen Expansionsventile,
gesteuert wird.
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Da
der Steuerabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Kompressors steuert,
um die Temperatur oder den Druck des heißen Gases durch Steuerung der
Frequenz einer Inverterstromquelle des Kompressors zu steuern, und
das heiße
Gas dem Verdampfer zugeführt
wird, wobei das heiße
Gas der Steuerung der ersten und zweiten Expansionsventile zugeordnet
ist, kann die Kühlkapazität des Kühlkreises
gesteuert werden.
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Da
die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kühlkapazität des Kühlkreises
nicht nur durch die Steuerung, die durch die ersten und zweiten
elektronischen Expansionsventile bewirkt wird, sondern auch durch
Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Kompressors steuert, kann
die Konstanttemperaturflüssigkeit,
die der Last zugeführt
wird, genau auf eine festgelegte Temperatur gesteuert werden. Die Zeit,
die zum Erreichen der Zieltemperatur erforderlich ist, wird erheblich
verkürzt
und die Steuerbarkeit bei Störungen
ist exzellent.
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Auch
wenn ein kleiner Kompressor verwendet wird, kann der Kompressor
die gleiche Kühlmittelzirkuliermenge
erreichen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung,
indem der Kompressor bei einer hohen Frequenz arbeitet. Dadurch
kann die Vorrichtung verkleinert werden. Da die Drehgeschwindigkeit
durch Betreiben des Kompressors bei einer niedrigen Frequenz reduziert
werden kann, wenn die Kühlmittelzirkuliermenge
klein ist, können
auch Geräusche,
die von dem Kompressor erzeugt werden, unterdrückt und der Stromverbrauch
reduziert werden.
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Die
Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erfordert keine Heizung zum Aufheizen der Konstanttemperaturflüs sigkeit,
da die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit, die der Last zugeführt wird,
genau auf eine festgelegte Temperatur gesteuert werden kann.
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Somit
kann mit der Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung
Energie eingespart werden, und sie kann in kleinen Dimensionen hergestellt
werden.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung und den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltkreis einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung.
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2 ist
ein Schaltkreis einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung.
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3 ist
ein Schaltkreis einer früher
vorgeschlagenen Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung.
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4 ist
ein Schaltkreis einer anderen früher vorgeschlagenen
Vorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 umfasst
einen Konstanttemperaturkreisabschnitt 4, welcher eine
Konstanttemperaturflüssigkeit,
die von einer Last 2 zurückgeführt wird, auf eine festgelegte Temperatur
abkühlt
oder aufheizt, um sie dann wieder der Last zuzuführen, einen Kühlmittelkreisabschnitt 3 zum
Kühlen
oder Heizen der Konstanttemperaturflüssigkeit und einen Steuerabschnitt 5 zum Steuern
der Temperatur der der Last 2 zugeführten Konstanttemperaturflüssigkeit.
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Der
Kältemittelkreis 3 umfasst
einen Hauptkreis 50 mit einem Kompressor 7, dessen
Drehgeschwindigkeit durch einen Inverterstromquelle gesteuert wird
und der ein geeignetes Kältemittel
komprimiert, um ein Kühlmittel
mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen, einen Kondensator
(bei dem dargestellten Beispiel einen Wasserkühlkondensator) 8,
welcher das Kühlmittelgas
kühlt und
kondensiert, um eine Kühlflüssigkeit
mit hohem Druck zu erzeugen, einen Dekompressor (Entspanner), welcher
die Kühlflüssigkeit
entspannt, um ein Kühlmittel mit
niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu erzeugen, und der ein
elektronisches Expansionsventil 56, dessen Ventilöffnungsgrad
einstellbar ist, umfasst, einen Verdampfer 10, der Kühlmittel
mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, welches
durch das elektronische Expansionsventil 56 dekompromiert
wurde, verdampft, und eine diese Elemente verbindende Leitung, sowie
einen Heißgaskreis 58 mit
einem elektronischen Expansionsventil 59, dessen Ventilöffnungsgrad
einstellbar ist, und das im Bypass zu dem Kondensator und dem elektronischen
Expansionsventil 56 geschaltet ist, um einen Teil eines
Kühlmittels
mit hoher Temperatur, das von dem Kompressor 7 abgeführt wird,
dem Verdampfer 10 zuzuführen.
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Der
Kühlmittelkreis 3 umfasst
einen Zirkulierkreislauf 12, welcher, wenn eine Auslasstemperatur des
Verdampfers 10 hoch ist, Kühlmittel, das in dem Kondensator 8 kondensiert
wurde, von einem Durchflussdurchgang zwischen dem Kondensator 8 und dem
elektronischen Expansionsventil 56 zu einer Einlassseite
des Kompressors 7 zirkuliert, und ein Expansionsventil
(bei dem dargestellten Beispiel ein elektronisches Expansionsventil) 57,
das die Zirkulationsmenge des Kühlmittels
in dem Zirkulationskreislauf 12 einstellen kann. Alle elektronischen
Expansionsventile 56, 57 und 59 werden
durch den Steuerabschnitt 5 gesteuert.
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In
einem Durchflussdurchgang eines Kreuzungsabschnitts zwischen der
Auslassseite des Verdampfers 10 und dem Zirkulierkreislauf 12 ist
ein Drucksensor 61, der den Druck des in diesem Durchflussdurchgang
fließenden
Kühlmittels
erfasst, vorgesehen. In einem Durchflussdurchgang zwischen dem Kreuzungsabschnitt
und der Einlassseite des Kompressors 7 ist ein Temperatursensor 62 vorgesehen,
der die Temperatur des zu dem Kompressor 7 zirkulierten
Kühlmittelgases
erfasst, um ein Signal auszugeben.
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Der
Drucksensor 61 und der Temperatursensor 62 geben
ein Signal an den Steuerabschnitt 5 aus.
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Der
Kompressor 7 umfasst außerdem einen Drehgeschwindigkeitsdetektor 65,
der die Drehgeschwindigkeit des Kompressors erfasst und ein Signal
ausgibt. Das Signal von dem Drehgeschwindigkeitsdetektor 65 wird
an die Steuerung 5 ausgegeben.
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Anstelle
des Drucksensors 61 und des Temperatursensors 62 können auch
ein Temperatursensors 60 und ein Drucksensor 49 verwendet
werden.
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In
dem Kühlmittelkreis 3 sind
ein Hochdruckkühlmitteldruckmesser 19,
der den Druck des Kühlmittelgases
mit hoher Temperatur und hohem Druck erfasst, und ein Hochdruckkühlmittelabschalter 20, der,
wenn der Druck des Druckmessers auf einen festgelegten Druckwert
oder mehr ansteigt, ein Signal ausgibt, in einem Durchflussdurchgang
zwischen dem Kompressor 7 und dem Kondensator 8 vorgesehen.
Ein Niederdruckkühlmitteldruckmesser 21,
welcher den Druck des Kühlmittelgases
mit niedrigem Druck erfasst, ist an einer Einlass- (Zirkulations)
seite des Kühlmittelgases
in dem Kompressor 7 vorgesehen. Außerdem ist in dem Kondensator 8 ein
Drucksteuerventil 22 vorgesehen, das die Durchflussrate von
zugeführtem
Kühlwasser
einstellt.
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Der
Konstanttemperaturflüssigkeitskreis 4 umfasst
einen Tank 24 für
Konstanttemperaturflüssigkeit,
einen Wärmetauscher 25,
welcher Konstanttemperaturflüssigkeit,
die von der Last 2 in den Verdampfer 10 zurückgeführt wird,
abkühlt
oder aufheizt, einen Temperatursensor 37, der die Temperatur
an der Konstanttemperaturflüssigkeit
erfasst, und eine Pumpe 28, die die Konstanttemperaturflüssigkeit,
die auf die festgelegte Temperatur gekühlt wurde, zirkulierend der
Last 2 zuführt.
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Außerdem umfasst
der Konstanttemperaturflüssigkeitskreis 4 eine
Niveauschalter 29, der das Niveau der Konstanttemperaturflüssigkeit
in dem Tank 24 erfasst, und einen Überlauftank 64 in
dem Tank 24. Der Wärmetauscher 25,
in den der Verdampfer 10 des Kühlmittelkreises 3 integriert
ist, ist an seinem Einlass mit einer Rückführleitung 32 für Konstanttemperaturflüssigkeit,
die von der Last 2 zurückgeführt wird,
und an seinem Auslass mit einer Leitung 30 verbunden, die
mit einem unteren Bereich des Überlauftankes 64 in
Verbindung steht.
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Der
Temperatursensor 37 ist in einer Zufuhrleitung (Zufuhrrohr) 36 vorgesehen,
die mit einem Auslassanschluss der Pumpe 28 verbunden ist.
Ein Druckmesser 38, der den Druck an der Auslassseite der
Konstanttemperaturflüssigkeit
erfasst, und ein Niederdruckabschalter 39, der ein Signal
ausgibt, wenn der von dem Druckmesser 38 festgestellte Druck
einen festgelegten Druckwert erreicht oder darunter absinkt, sind
stromabwärts
des Temperatursensors vorgesehen.
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Außerdem ist
eine Drainageleitung 40 für die Abfuhr der Konstanttemperaturflüssigkeit
aus dem Tank 24 in einer Bodenwand des Tankes 24 vorgesehen.
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Der
Steuerabschnitt 5 verarbeitet Eingangssignale, die von
den Temperatursensoren 37, 62, dem Drucksensor 61 und
dem Drehgeschwindigkeitsdetektor 65 gesandt werden, um
den Öffnungsgrad
der elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 individuell
zu steuern, und steuert die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7,
wobei sie den Steuerungen der elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 zugeordnet
sind.
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Obwohl
der Steuerabschnitt 5 den Öffnungsgrad der elektronischen
Expansionsventile 56, 57 und 59 individuell
auf der Basis eines Signals des Temperatursensors 37, der
die Temperatur des Konstanttemperaturflüssigkeit erfasst, steuert,
kann er auch den Öffnungsgrad
der elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 individuell
auf der Basis eines Signals von dem Temperatursensor 62 (oder dem
Drucksensor 49) oder dem Drucksensor 61 (oder
dem Temperatursensor 60), welche die Temperatur und den
Druck des Kühlmittelgases
individuell erfassen, anstelle eines Signals von dem Temperatursensor 37 oder
zusammen mit einem Signal von dem Temperatursensor 37 steuern.
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Da
der Kompressor 7 ein Kompressor ist, dessen Drehgeschwindigkeit
durch eine Inverterstromquelle gesteuert wird, kann die Drehgeschwindigkeit
des Kompressors 7, der Kühlmittelgas komprimiert, genau
gesteuert werden, indem die Frequenz der Inverterstromquelle geändert wird,
so dass die Temperatur und der Druck des von dem Kompressor 7 komprimierten
Kühlmittelgases
erhöht wird,
wenn die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 zunimmt,
und verringert wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 abnimmt.
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Der
Steuerabschnitt 5 verarbeitet Eingangssignale von den Temperatursensoren 37, 60 und 62, dem
Drucksensor 61 und dem Drehgeschwindigkeitsdetektor 65,
um den Öffnungsgrad
der elektronischen Expansionsventile 56, 57 und 59 individuell
zu steuern und um die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 zu
steuern, und führt
heißes
Gas, das in dem Kompressor 7 erzeugt wurde, dem Verdampfer 10 zu,
so dass die Kühlkapazität des Kühlkreises 3 gesteuert
werden kann.
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Da
die Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kühlkapazität des Kühlmittelkreises 3 nicht
nur durch die Steuerung, die durch die elektronischen Expansionsventile 56 und 59 bewirkt
wird, sondern auch durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 steuert,
kann die Temperatur der der Last 2 zugeführten Konstanttemperaturflüssigkeit
genau auf die festgelegte Temperatur gesteuert werden. Die Zeit,
die zum Erreichen einer Zieltemperatur erforderlich ist, ist bemerkenswert
kurz. Es kann eine exzellente Steuerbarkeit bei Störungen erreicht
werden.
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Auch
wenn ein kleiner Kompressor verwendet wird, kann die Zirkulationsmenge
des Kühlmittels genauso
groß gemacht
werden wie bei der herkömmlichen
Vorrichtung, indem der Kompressor 7 mit hoher Frequenz
betrieben wird. Dadurch kann die Vorrichtung kleiner gebaut werden.
Ist die Zirkulationsmenge des Kühlmittels
gering, kann die Drehgeschwindigkeit reduziert werden, indem der
Kompressor mit niedriger Frequenz betrieben wird. Dadurch können die
Geräusche
des Kompressors verringert und der Stromverbrauch reduziert werden.
Die der Last zugeführte
Konstanttemperaturflüssigkeit
kann auf den festgelegten Temperaturwert gesteuert werden, so dass
eine Heizung zum Aufheizen der Konstanttemperaturflüssigkeit
nicht erforderlich ist.
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Dementsprechend
kann mit der Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung 1 eine
Energieeinsparung erreicht werden und die Vorrichtung kann klein
gebaut werden.
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Der
Steuerabschnitt 5 umfasst eine PLC (nicht dargestellt),
eine Betriebsanzeige (nicht dargestellt), einen elektromagnetischen
Kontaktelektromagnetischen Schalter (nicht dargestellt). Wenn ein
Signal von dem Niveauschalter 29, dem Niederdruckabschalter 39 oder
dem Kühlmittelhochdruckabschalter 20 in
den Steuerabschnitt 5 eingegeben wird, gibt die PLC ein
Signal an den elektromagnetischen Kontaktelektromagnetischen Schalter aus
und dieser steuert den Betrieb des Kompressors 7 und der
Pumpe 28 durch das Signal.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung.
Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Vorrichtung dahingehend, dass der Überlauftank 64 in
dem Tank 24 in dem Konstanttemperaturflüssigkeitskreis 4 weggelassen ist,
so dass der Tank 24 klein ist. Ein Temperatursensor 46,
der die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit erfasst, ist in der
Nähe der
Auslassseite des Wärmetauschers 25 vorgesehen.
Temperatursensoren 47 und 60, die die Temperatur
des Kühlmittelgases
erfassen, sind an der Einlassseite bzw. der Auslassseite des Verdampfers 10 vorgesehen.
Im Übrigen
ist die Vorrichtung gemäß 2 ähnlich aufgebaut
wie die Vorrichtung gemäß 1.
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Die
Temperatursensoren 37, 46, 47 und 60 geben
Signale an den Steuerabschnitt (Regelung) 5 aus, welcher
den Öffnungsgrad
des elektronischen Expansionsventils 56 entsprechend einer
Regelabweichung auf der Basis der Differenz zwischen den Temperaturen
des Kühlmittels,
die durch die Temperatursensoren 47 und 60 an
der Einlass- bzw. Auslassseite des Verdampfers 10 festgestellt
wurden, steuert (regelt). Die Steuerung 5 steuert die Drehgeschwindigkeit
des Kompressors 7 entsprechend einem Signal des Temperatursensors 37 und
den Öffnungsgrad
des elektronischen Expansionsventils 59 entsprechend dem
Signal des Temperatursensors 46.
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Es
ist auch möglich,
die Drucksensoren 48 und 61 anstelle der Temperatursensoren 47 und 60 zu
verwenden. Auch kann der Öffnungsgrad
des elektronischen Expansionsventils 56 unter Verwendung
einer Regelabweichung auf der Basis der Differenz zwischen den Drücken des
Kühlmittelgases,
die durch die Drucksensoren 48 und 61 an der Einlass- bzw.
Auslassseite des Verdampfers 10 anstelle der Regelabweichung
auf der Basis der Signale von den Temperatursensoren 47 und 60 gesteuert
werden.
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Ein
Beispiel der Steuerung der Vorrichtung gemäß 2 wird nachfolgend
beschrieben.
- A) Wenn die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit,
die durch den Temperatursensor 37 oder den Temperatursensor 46 festgestellt
wurde, größer wird
als die Zieltemperatur (eine eingestellte Temperatur) der Konstanttemperaturflüssigkeit,
wird eine Differenz zwischen den Temperaturen des Kühlmittelgases,
die durch die Temperatursensoren 47 und 60 festgestellt
wurden, oder eine Differenz zwischen den Drücken des Kühlmittelgases, die durch die
Drucksensoren 48 und 61 festgestellt wurden, groß, so dass
die Steuerung 5 das elektronische Expansionsventil 56 entsprechend
der Regelabweichung auf der Basis der Signale von den Temperatursensoren 47 und 60 oder
der Abweichung auf der Basis der Signale von den Drucksensoren 48 und 61 in Öffnungsrichtung
steuert.
Die Steuerung 5 steuert das elektronische
Expansionsventil 59 in Schließrichtung entsprechend dem
Signal des Temperatursensors 46 und führt die Steuerung so aus, dass
die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 erhöht wird.
Diese
Operationen erfolgen gleichzeitig und die Temperatur der durch den
Verdampfer 10 gekühlten
Konstanttemperaturflüssigkeit
erreicht die Zieltemperatur.
- B) Wenn die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit,
die durch den Temperatursensor 37 oder den Temperatursensor 46 festgestellt
wurde, niedriger wird als die Zieltemperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit,
wird ein Unterschied zwischen den Temperaturen des Kühlmittelgases,
die durch die Temperatursensoren 47 und 60 festgestellt
wurden, oder der Unterschied zwischen den Drücken des Kühlmittelgases, die durch die Drucksensoren 48 und 61 festgestellt
wurden, klein, so dass die Steuerung 5 das elektronische Expansionsventil 56 entsprechend
einer Regelabweichung auf der Basis der Signale von dem Temperatursensoren 47, 60 oder
auf der Basis der Signale von den Drucksensoren 48 und 61 in Schließrichtung
steuert.
Die Steuerung 5 steuert das elektronische
Expansionsventil 59 in Öffnungsrichtung
entsprechend einem Signal von dem Temperatursensor 46 und führt die
Steuerung durch, um die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 zu
verringern.
Diese Operationen erfolgen gleichzeitig und die Temperatur
der Konstanttemperaturflüssigkeit
nähert
sich der Zieltemperatur an.
- C) In dem Fall, dass die Zieltemperatur (die eingestellte Temperatur)
der Konstanttemperaturflüssigkeit
wesentlich höher
ist als die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit, die durch den Temperatursensor 37 oder
den Temperatursensor 46 festgestellt wurde, schließt die Steuerung 7 das
elektronische Expansionsventil 56, öffnet das elektronische Expansionsventil 59 und
erhöht
die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7, indem bestimmt
wird, dass die eingestellten Temperaturen um voreingestellte Referenzwerte
oder mehr höher sind
als die Temperaturen, die von den Temperatursensoren 37 und 46 erfasst
wurden.
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Da
die Zufuhr von Kühlmittel
zu dem Verdampfer 10 durch Schließen des elektronischen Expansionsventils 56 gestoppt
wird und das heiße
Gas des Kompressors 7 durch den Heißgaskreislauf 58 dem
Verdampfer 10 zugeführt
wird, wird die Konstanttemperaturflüssigkeit durch den Verdampfer 10 aufgeheizt,
um sich schnell der Zieltemperatur zu nähern.
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Wenn
sich die Temperatur der Konstanttemperaturflüssigkeit der Zieltemperatur
annähert,
bewegt die Verarbeitung sich in den oben beschriebenen Zustand A).
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Da
der Öffnungsgrad
des elektronischen Expansionsventils 56 bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
entsprechend der Regelabweichung von den Temperatursensoren 47 und 60 an
den Einlass- bzw. Auslassseiten des Verdampfers 10 oder der
Regelabweichung von den Drucksensoren 48 und 61 an
der Einlass- bzw. Auslassseite des Verdampfer 10 gesteuert
wird, kann erreicht werden, dass die Steuerung des elektronischen
Expansionsventils 56 in dem Kühlmittelkreis 3 vereinfacht
wird.
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Da
der Öffnungsgrad
des elektronischen Expansionsventils 59 gemäß dem Signal
von dem Temperatursensor 46, welcher die Temperatur des
Konstanttemperaturflüssigkeit
in der Nähe
der Auslassseite des Wärmetauschers 25 erfasst
hat, gesteuert wird und da die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 entsprechend
dem Signal von dem Temperatursensor 37 gesteuert wird,
wird das Betriebsverhalten beim Folgen der Fluktuation einer Wärmelast
verglichen mit einem Fall, bei dem der Öffnungsgrad des elektronischen
Expansionsventils 59 und die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 lediglich
gemäß einem
Signal von dem Temperatursensor 37 gesteuert werden, weiter
verbessert.
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Die
Konstanttemperaturflüssigkeitszirkuliervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Bspw. kann anstelle der bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
vorgesehenen zwei Arten von Temperatursensoren 47 und 60 und Drucksensoren 48 und 61,
welche die Temperaturen und Drücke
des Kühlmittelgases
individuell feststellen, an der Einlass- und Auslassseite des Verdampfers 10 des
Kühlmittelkreises 3 auch
lediglich eine Art von Temperatursensoren 47 und 60 oder
Drucksensoren 48 und 61 vorgesehen sein. Die Zahl
der Sensoren, die Position, an welcher die Sensoren angeordnet sind,
die Art des Sensors oder ein auf der Basis eines Sensorsignals gesteuertes
Objekt kann je nach Bedarf geändert
werden.
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Da
die Kühlkapazität des Kühlmittelkreises 3 durch
Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Kompressors 7 zusätzlich zu
der Steuerung durch die elektronischen Expansionsventile 56 und 59 gesteuert
wird, kann die Temperatur der der Last 2 zugeführten Konstanttemperaturflüssigkeit
genau auf den festgelegten Wert gesteuert werden. Die Zeit, die
erforderlich ist, um die Zieltemperatur zu erreichen, wird merklich
verringert. Die Steuerbarkeit bei Störungen ist exzellent. Eine
Heizung zum Aufheizen der Konstanttemperaturflüssigkeit ist nicht erforderlich. Energie
kann eingespart werden und die Vorrichtung kann klein gebaut werden.