TEMPERIERVORRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR LABORSCHRÄNKE, KLIMASCHRÄNKE, KÄLTESCHRÄNKE ODER UMWELTSIMULATIONSSCHRÄNKE

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8) mit einem Kühlkreislauf (20) mit einem Kälteträger, wobei der Kühlkreislauf (20) eine Kältequelle (22), einen Verbraucher-Wärmetauscher (24) im Rücklauf (22b) der Kältequelle (22) und eine Umwälzpumpe (26) aufweist, wobei zwischen dem Rücklauf (22b) der Kältequelle (22) und dem Vorlauf (24a) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) ein erster Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und zwischen dem Rücklauf (24b) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und dem Vorlauf (22a) der Kältequelle (22) ein zweiter Drei-Wege-Knotenpunkt (42) angeordnet ist, wobei der erste Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt (42) mit einer Bypassleitung (45) verbunden sind und die Umwälzpumpe (26) entweder zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und dem Vorlauf (24a) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) oder zwischen dem Rücklauf (24b) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt (42) angeordnet ist, sowie einen Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank (100) mit einem Probenraum (110) und einer derartigen Temperiervorrichtung (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung, insbesondere für Laborschränke, Klimaschränke, Kälteschränke oder Umweltsimulationsschränke.

[0002] Es ist bekannt eine Temperiervorrichtung zur Temperierung eines Probenraums von Laborschränken, Klimaschränken, Kälteschränken oder Umweltsimulationsschränken einzusetzen, um die Temperatur in dem Probenraum auf eine gewünschte Weise einzustellen.

[0003] Die DE 10 2004 040 737 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung einer konstanten Vorlauftemperatur bei der Flüssigkeitskühlung und in Wärmepumpen, wobei ein eine Speicherflüssigkeit enthaltender Speicherkreis für den Energietransport vorgesehen ist, der jeweils mit einem Kühl-/Heizkreis und einem Verbraucher verbunden ist, wobei in den Speicherkreis ein Speicherbehälter integriert ist, und wobei in dem Speicherkreis in die Verbindung zum Kühl-/Heizkreis ein von Speicherflüssigkeit in einer Richtung durchströmbarer Pufferspeicher und der Verbraucher hintereinander geschaltet sind und parallel zu dem Pufferspeicher eine in ihrem Durchfluss regelbare Verbindung zwischen einer Zulaufleitung und einer Ablaufleitung des Pufferspeichers vorgesehen ist. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, die Vorlauftemperatur konstant zu halten und zu regeln, falls gewünscht, kann die Kühl- bzw. Heizleistung am Verbraucher begrenzt werden. Der Pufferspeicher wirkt dabei als Energiespeicher und die Energie wird bedarfsgerecht entnommen und gespeichert. Eine Ausschaltzeit eines Verdichters kann überbrückt werden, ohne dass die Vorlauftemperatur ansteigt oder absinkt. Allerdings weist diese Vorrichtung den Nachteil auf, dass die gesamte im Speicherkreis vorhandene Speicherflüssigkeit kontinuierlich umgewälzt wird.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Temperiervorrichtung bereitzustellen, mit welcher eine effektivere Temperierung möglich ist.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0007] Bei der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einem Kühlkreislauf mit einem Kälteträger, wobei der Kühlkreislauf eine Kältequelle, einen Verbraucher-Wärmetauscher im Rücklauf der Kältequelle und eine Umwälzpumpe aufweist, ist zwischen dem Rücklauf der Kältequelle und dem Vorlauf des Verbraucher-Wärmetauschers ein erster Drei-Wege-Knotenpunkt und zwischen dem Rücklauf des Verbraucher-Wärmetauschers und dem Vorlauf der Kältequelle ein zweiter Drei-Wege-Knotenpunkt angeordnet, wobei der erste Drei-Wege-Knotenpunkt und der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt mit einer Bypassleitung verbunden sind und die Umwälzpumpe entweder zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt und dem Vorlauf des Verbraucher-Wärmetauschers oder zwischen dem Rücklauf des Verbraucher-Wärmetauschers und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt angeordnet ist.

[0008] Unter einem Drei-Wege-Knotenpunkt soll im Folgenden ein Aufeinandertreffen von wenigstens drei Zu- und/oder Abflüssen verstanden werden. Beispielsweise kann ein Drei-Wege-Knotenpunkt durch ein T-Stück realisiert sein.

[0009] Mittels der Bypassleitung kann ein Teilkreislauf von dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt über den Verbraucher-Wärmetauscher zum zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt und über die Bypassleitung zurück zum ersten Drei-Wege-Knotenpunkt gebildet werden, welcher es ermöglicht, lediglich die Energiedifferenz, die am Verbraucher-Wärmetauscher zugeführt oder entnommen wurde, über den ersten Drei-Wege-Knotenpunkt auszugleichen, und dabei lediglich eine kleinere Menge an Kälteträger, im Wesentlichen den Kälteträger im Teilkreislauf, umzuwälzen und auf der gewünschten Temperatur zu halten.

[0010] Vorteilhafterweise ist der erste Drei-Wege-Knotenpunkt und/oder der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt als Drei-Wege-Ventil ausgebildet. Dadurch kann der Zu- und Abfluss durch den Drei-Wege-Knotenpunkt entsprechend reguliert werden.

[0011] Es sei darauf hingewiesen, dass unter einem Drei-Wege-Ventil im Sinne der vorliegenden Erfindung jedes Ventil mit mindestens drei Wegen zu verstehen ist. Die Erfindung kann beispielsweise auch durch ein entsprechend verbundenes Vier-Wege-Ventil realisiert werden.

[0012] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Drei-Wege-Knotenpunkt als Drei-Wege-Ventil ausgebildet, wobei der Umwälzpumpe zwischen dem Rücklauf des Verbraucher-Wärmetauschers und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt angeordnet ist, wobei erster Zulauf des Drei-Wege-Ventils mit dem Rücklauf der Kältequelle, ein Ablauf des Drei-Wege-Ventils mit dem Vorlauf des Verbraucher-Wärmetauschers und ein zweiter Zulauf des Drei-Wege-Ventils über den zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt mit dem Rücklauf der Umwälzpumpe und dem Vorlauf der Kältequelle in Verbindung steht.

[0013] Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise folgendermaßen betrieben werden: Die Kältequelle stellt einen kalten Kälteträger zur Verfügung, welcher mithilfe der Umwälzpumpe durch den ersten Zulauf des Drei-Wege-Ventils und den Ablauf des Drei-Wege-Ventils dem Verbraucher-Wärmetauscher zugeführt wird. Über den Verbraucher-Wärmetauscher kann ein Probenraum gekühlt werden, wobei dem Kälteträger im Verbraucher-Wärmetauscher Energie zugeführt wird. In der Regel ist der Kühlkreislauf dabei so groß ausgelegt, dass sich die Temperatur des Kälteträgers durch den Verbraucher nicht zu stark ändert. Im Rücklauf der Umwälzpumpe kann ein Temperatursensor angeordnet sein, mithilfe dessen die zugeführte Energiedifferenz ermittelt werden kann. Der Temperatursensor kann dabei auch Teil einer Sensorkombination sein. Am ersten Zulauf des Drei-Wege-Ventils kann anschließend derart viel kalter Kälteträger zugeführt werden, dass am Ablauf des Drei-Wege-Ventil Kälteträger in der gewünschten Temperatur zur Verfügung steht. Lediglich eine der Menge an zugeführtem kalten Kälteträger entsprechende Menge an vom Verbraucher-Wärmetauscher rücklaufendem wärmerem Kälteträger wird von der Umwälzpumpe direkt zur Kältequelle geführt, um dort erneut abgekühlt werden zu können.

[0014] Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt und dem Verbraucher-Wärmetauscher eine Heizvorrichtung angeordnet ist. Eine derartige Heizvorrichtung ermöglicht eine Temperierung über einen größeren Temperaturbereich, insbesondere eine Temperierung bei Temperaturen, die oberhalb der Temperatur des von der Kältequelle bereitgestellten Kälteträgers liegt.

[0015] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Kältequelle ein Kaltwasserreservoir, welches beispielsweise Prozesswasser umfassen kann. Durch Verwendung eines derartigen Kaltwasserreservoirs kann bereits vorhandenes kaltes Wasser einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

[0016] Eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kältequelle Teil eines zweiten Wärmetauschers ist, über welchen ein externer Kältekreislauf an den Kühlkreislauf angekoppelt ist. Der externe Kältekreislauf kann eine Kältemaschine umfassen und mit einem Kälteträger betrieben werden, das Temperaturen deutlich unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser ermöglicht. Eine derartige Trennung von Kühlkreislauf und externem Kältekreislauf ermöglicht zudem, den externen Kältekreislauf bei Einbau in einen Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank derart anzuordnen, dass der externe Kältekreislauf in einem vom Probenraum getrennten Maschinenraum angeordnet ist. Eine derartige Trennung kann weiterhin die Anordnung von einem oder mehreren Laborschränken, Klimaschränken, Kälteschränken oder Umweltsimulationsschränken an einer energieeffizienten, zentralen Kältequelle ermöglichen.

[0017] Vorzugsweise ist der zweite Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher oder Koaxialrohrwärmetauscher ausgebildet. Derartige Wärmetauscher können kompakt aufgebaut sein und eine gute Wärmeübertragung ermöglichen.

[0018] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem zweiten Wärmetauscher und der Bypassleitung ein Pufferspeicher angeordnet. In einem derartigen Pufferspeicher kann eine größere Menge an kaltem Kälteträger vorgehalten werden, wodurch es ermöglicht wird, die Kältemaschine des externen Kältekreislaufs zeitweise, insbesondere auch für längere Zeiten, auszuschalten.

[0019] Vorteilhafterweise mündet der Rücklauf des zweiten Wärmetauschers in einen Pufferspeicher und ein Auslass des Pufferspeichers ist mit dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt, insbesondere dem ersten Zulauf des Drei-Wege-Ventils, verbunden, wobei vorzugsweise ein weiterer Einlass des Pufferspeichers mit dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt und ein weiterer Auslass des Pufferspeichers mit dem Vorlauf des zweiten Wärmetauschers verbunden ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht, dass durch den zweiten Wärmetauscher lediglich die entnommene Energiedifferenz nachgeführt und nicht die gesamte Menge an Kälteträger des Kältekreislaufs umgewälzt werden muss.

[0020] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zweite Wärmetauscher innerhalb des Pufferspeichers angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung kann der Pufferspeicher nicht nur zur Speicherung von kaltem Kälteträger genutzt werden, sondern auch geregelt werden, wenn das Drei-Wege-Ventil keinen Durchfluss durch den Pufferspeicher eingestellt hat. Des Weiteren ermöglicht der innerhalb des Pufferspeichers angeordnete Wärmetauscher eine Vortemperierung des Pufferspeichers. Zudem kann eine Pumpe, die bei einem außerhalb des Pufferspeichers angeordneten Wärmetauscher zur Energieübertragung zwischen Kältequelle und Pufferspeicher erforderlich ist, entfallen.

[0021] Vorzugsweise ist der Rücklauf des zweiten Wärmetauschers insbesondere über ein Drei-Wege-Umschaltventil einerseits mit dem Pufferspeicher und andererseits mittels einer Leitung direkt mit dem ersten Zulauf des Drei-Wege-Ventils verbindbar.

[0022] Ein erfindungsgemäßer Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank mit einem Probenraum umfasst eine wie zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, wobei der Verbraucher-Wärmetauscher derart angeordnet ist, dass er den Probenraum temperiert. Die Vorteile eines derartigen Laborschranks, Klimaschranks, Kälteschranks oder Umweltsimulationsschranks entsprechen den anhand der Temperiervorrichtung beschriebenen Vorteilen.

[0023] Ein bevorzugter erfindungsgemäßer Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank mit einem Probenraum umfasst eine wie zuvor beschriebene Temperiervorrichtung, bei welcher die Kältequelle Teil eines zweiten Wärmetauschers ist, über welchen ein externer Kältekreislauf an den Kühlkreislauf angekoppelt ist, wobei der Verbraucher-Wärmetauscher derart angeordnet ist, dass er den Probenraum temperiert, und wobei der externe Kältekreislauf, vorzugsweise einschließlich des zweiten Wärmetauschers, in einem von dem Probenraum getrennten Maschinenraum angeordnet ist, welcher insbesondere Lüftungsöffnungen aufweist. Insbesondere wird es bei einer derartigen Trennung zwischen externem Kältekreislauf und Kühlkreislauf ermöglicht, in dem externen Kältekreislauf ein brennbares Kältemittel zu verwenden, da der externe Kältekreislauf in einem von dem Probenraum getrennten Maschinenraum angeordnet ist, welcher gut belüftet werden kann, so dass dort die Sicherheitsanforderungen an Kältekreisläufe mit brennbarem Kältemittel erfüllt werden können, was in einem geschlossenen Probenraum nicht möglich ist. Der Energieeintrag in den Probenraum kann mittels des Kühlkreislaufs erfolgen, wobei der zweite Wärmetauscher außerhalb des Probenraums in dem Maschinenraum angeordnet ist.

[0024] Besonders bevorzugt weist der externe Kältekreislauf einen Kohlenwasserstoff, insbesondere Propan oder Isobutan, als Kältemittel auf. Derartige Kältemittel stellen eine klimafreundliche Alternative zu halogenierten Kältemitteln dar, da sie nicht wesentlich zum Treibhauseffekt beitragen, wobei jedoch an die Verwendung derartiger Kältemittel aufgrund der Brennbarkeit erhöhte Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Diese erhöhten Sicherheitsanforderungen können durch die Verwendung einer Temperiervorrichtung mit einer Trennung zwischen externem Kältekreislauf und Kühlkreislauf, wobei der externe Kältekreislauf in einem von dem Probenraum getrennten Maschinenraum angeordnet ist und der Energieeintrag in den Probenraum über den Kühlkreislauf erfolgt, erfüllt werden.

[0025] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im Folgenden detailliert erläutert. Es zeigen

Fig. 1a

eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einer Kältequelle, einem Verbraucher-Wärmetauscher und einer Umwälzpumpe,

Fig. 1b

eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, welcher der in Fig. 1a dargestellten Temperiervorrichtung entspricht und zusätzlich eine Heizvorrichtung aufweist,

Fig. 2a

eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einer Kältequelle, einem Verbraucher-Wärmetauscher, einer Umwälzpumpe, einem Pufferspeicher und einem zweiten Wärmetauscher zur Systemtrennung sowie einer Pumpe zur Energieübertragung zwischen der Kältequelle und dem Pufferspeicher,

Fig. 2b

eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, welcher der in Fig. 2a dargestellten Temperiervorrichtung entspricht und zusätzlich eine Heizvorrichtung aufweist,

Fig. 3a

eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einer Kältequelle, einem Verbraucher-Wärmetauscher, einer Umwälzpumpe, einem Pufferspeicher, einem zweiten Wärmetauscher und einem externen Kältekreislauf mit Kältemaschine sowie einer Pumpe zur Energieübertragung zwischen der Kältequelle und dem Pufferspeicher,

Fig. 3b

eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, welcher der in Fig. 3a dargestellten Temperiervorrichtung entspricht und zusätzlich eine Heizvorrichtung aufweist,

Fig. 4a

eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung mit einer Kältequelle, einem Verbraucher-Wärmetauscher, einer Umwälzpumpe, einem Pufferspeicher, einem zweiten Wärmetauscher und einem externen Kältekreislauf mit Kältemaschine, wobei der zweite Wärmetauscher innerhalb des Pufferspeichers angeordnet ist,

Fig. 4b

eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung, welcher der in Fig. 4a dargestellten Temperiervorrichtung entspricht und zusätzlich eine Heizvorrichtung aufweist,

Fig. 5

eine schematische Darstellung des Pufferspeichers mit darin angeordnetem zweiten Wärmetauscher gemäß Figuren 4a und 4b und

Fig. 6

eine schematische Darstellung eines Laborschranks, Klimaschranks, Kälteschranks oder Umweltsimulationsschranks mit einer Temperiervorrichtung gemäß Fig. 4a.

[0026] Die Figuren 1 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Temperiervorrichtungen 10-1 bis 10-8, Figur 6 illustriert den Einbau einer solchen Temperiervorrichtung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, wobei zur besseren Übersicht nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren angegeben sind.

[0027] Figur 1a zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 10-1 mit einem Kühlkreislauf 20 mit einem Kälteträger. Der Kühlkreislauf 20 weist eine Kältequelle 22 mit einem Vorlauf 22a und einem Rücklauf 22b, einen Verbraucher-Wärmetauscher 24 mit einem Vorlauf 24a und einem Rücklauf 24b, welcher im Rücklauf 22a der Kältequelle 22 angeordnet ist, und eine Umwälzpumpe 26 im Rücklauf 24b des Verbraucher-Wärmetauschers 24 und im Vorlauf 22a der Kältequelle 22 auf. Die Umwälzpumpe 26 kann alternativ auch im Vorlauf 24a des Verbraucher-Wärmetauschers 24 angeordnet sein. Die Kältequelle 22 kann beispielsweise ein Kaltwasserrervoir, insbesondere ein Prozesswasserreservoir, umfassen, so dass als Kälteträger des Kühlkreislaufs 20 Wasser verwendet werden kann.

[0028] Zwischen dem Rücklauf 22b der Kältequelle 22 und dem Vorlauf 24a des Verbraucher-Wärmetauschers 24 ist ein erster Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und zwischen dem Rücklauf 24b des Verbraucher-Wärmetauschers 24 und dem Vorlauf 22a der Kältequelle 22 ein zweiter Drei-Wege-Knotenpunkt 42 angeordnet, wobei der erste Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt 42 mit einer Bypassleitung 45 verbunden sind. Die Umwälzpumpe 26 ist dabei entweder zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und dem Vorlauf 24a des Verbraucher-Wärmetauschers 24 oder wie in Figur 1 dargestellt zwischen dem Rücklauf 24b des Verbraucher-Wärmetauschers 24 und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt 42 angeordnet.

[0029] Der erste Drei-Wege Knotenpunkt 41 und/oder der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt 42 können als Drei-Wege-Ventil 30 ausgebildet sein. Vorliegend ist lediglich der erste Drei-Wege-Knotenpunkt 41 als Drei-Wege-Ventil 30 ausgebildet, wobei erster Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30 mit dem Rücklauf 22b der Kältequelle 22, ein Ablauf 33 des Drei-Wege-Ventils 30 mit dem Vorlauf 24a des Verbraucher-Wärmetauschers 24 und ein zweiter Zulauf 32 des Drei-Wege-Ventils 30 über den zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt 42 mit dem Rücklauf 26b der Umwälzpumpe 26 und dem Vorlauf 22a der Kältequelle 22 in Verbindung steht.

[0030] Die Temperiervorrichtung 10-1 kann beispielsweise folgenderma-ßen betrieben werden: Die Kältequelle 22 stellt einen kalten Kälteträger, beispielsweise Prozesswasser, zur Verfügung, welches mithilfe der Umwälzpumpe 26 durch den ersten Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30 und den Ablauf 33 des Drei-Wege-Ventils 30 dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 zugeführt wird. Über den Verbraucher-Wärmetauscher 24 kann ein Probenraum 110 gekühlt werden, wobei dem Kälteträger im Verbraucher-Wärmetauscher 24 Energie zugeführt wird. Der Probenraum 110 ist insbesondere Teil eines Laborschranks, Klimaschranks, Kälteschranks oder Umweltsimulationsschranks 100, wie in Figur 6 dargestellt. In der Regel ist der Kühlkreislauf 20 dabei so groß ausgelegt, dass sich die Temperatur des Kälteträgers durch den Verbraucher, im vorliegenden Fall den Probenraum 110 des Laborschranks, Klimaschranks, Kälteschranks oder Umweltsimulationsschranks 100, nicht zu stark ändert. Im Rücklauf 26b der Umwälzpumpe 26 kann ein Temperatursensor 28 angeordnet sein, mithilfe dessen die zugeführte Energiedifferenz ermittelt werden kann. Am ersten Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30 kann anschließend derart viel kalter Kälteträger zugeführt werden, dass am Ablauf des Drei-Wege-Ventil 33 Kälteträger in der gewünschten Temperatur zur Verfügung steht. Lediglich eine der Menge an zugeführtem kalten Kälteträger entsprechende Menge an vom Verbraucher-Wärmetauscher 24 rücklaufendem wärmerem Kälteträger wird von der Umwälzpumpe 26 direkt zur Kältequelle 22 geführt, um dort erneut abgekühlt werden zu können.

[0031] Ein in Figur 1b schematisch dargestelltes zweites Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-2 unterscheidet sich von der in Figur 1a dargestellten Temperiervorrichtung 10-1 lediglich dadurch, dass die Temperiervorrichtung 10-2 zusätzlich eine Heizvorrichtung 40 aufweist, welche zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24, insbesondere zwischen dem Drei-Wege-Ventil 30 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 angeordnet ist. Der durch den Ablauf 33 des Drei-Wege-Ventils 30 dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 zugeführte Kälteträger kann durch die Heizvorrichtung 40 auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden, um eine Temperierung innerhalb eines größeren Temperaturbereichs ermöglichen zu können.

[0032] Ein in Figur 2a schematisch dargestelltes drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-3 unterscheidet sich von der in Figur 1a dargestellten Temperiervorrichtung 10-1 dadurch, dass die Kältequelle 22 Teil eines zweiten Wärmetauschers 50 ist, über welchen ein externer Kältekreislauf 60 an den Kühlkreislauf 20 angekoppelt ist. Der zweite Wärmetauscher 50 weist einen Vorlauf 50a und einen Rücklauf 50b auf. Der zweite Wärmetauscher 50 kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher oder Koaxialrohrwärmetauscher ausgebildet sein.

[0033] Zwischen dem zweiten Wärmetauscher 50 und der Bypassleitung 45 kann ein Pufferspeicher 70 angeordnet sein. Der Pufferspeicher 70 kann insbesondere derart angeordnet sein, dass der Rücklauf 50b des zweiten Wärmetauschers 50 in den Pufferspeicher 70 mündet, insbesondere mit einem Einlass 71 des Pufferspeichers 70 verbunden ist, und ein Auslass 72 des Pufferspeichers 70 mit dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41, insbesondere dem ersten Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30, verbunden ist. Weiterhin kann ein weiterer Einlass 73 des Pufferspeichers 70 mit dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt 42 und ein weiterer Auslass 74 des Pufferspeichers mit dem Vorlauf 50a des zweiten Wärmetauschers 50 verbunden sein. Zur Energieübertragung zwischen der Kältequelle 22 und dem Pufferspeicher 70 ist eine Pumpe 55 angeordnet, beispielsweise im Vorlauf 50a des zweiten Wärmetauschers 50.

[0034] Ein in Figur 2b schematisch dargestelltes viertes Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-4 unterscheidet sich von der in Figur 2a dargestellten Temperiervorrichtung 10-3 lediglich dadurch, dass die Temperiervorrichtung 10-4 zusätzlich eine Heizvorrichtung 40 aufweist, welche zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24, insbesondere zwischen dem Drei-Wege-Ventil 30 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24, angeordnet ist.

[0035] Der externe Kältekreislauf 60 der Temperiervorrichtungen 10-3, 10-4 kann an ein Kaltwasserreservoir, beispielsweise an Prozesswasser, angeschlossen sein. Ein in Figur 3a schematisch dargestelltes fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-5 unterscheidet sich von der in Figur 2a dargestellten Temperiervorrichtung 10-3 dadurch, dass der externe Kältekreislauf 60 eine Kältemaschine 62 umfasst. Als Kältemittel des externen Kältekreislaufs 60 kann ein brennbares Kältemittel, beispielsweise ein Kohlenwasserstoff, insbesondere Propan oder Isobutan, verwendet werden.

[0036] Ein in Figur 3b schematisch dargestelltes sechstes Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-6 unterscheidet sich von der in Figur 3a dargestellten Temperiervorrichtung 10-5 lediglich dadurch, dass die Temperiervorrichtung 10-6 zusätzlich eine Heizvorrichtung 40 aufweist, welche zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24, insbesondere zwischen dem Drei-Wege-Ventil 30 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 angeordnet ist.

[0037] Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-7, welches sich von der in Figur 3a dargestellten Temperiervorrichtung 10-5 dadurch unterscheidet, dass der zweite Wärmetauscher 50 innerhalb des Pufferspeichers 70 angeordnet ist. Eine vergrößerte Darstellung des Pufferspeichers 70 zeigt Figur 5. Der Rücklauf 50b des zweiten Wärmetauschers 50 mündet in den Pufferspeicher 70, bildet dort insbesondere den Einlass 71 des Pufferspeichers 70, wobei vorzugsweise der Einlass 71 des Pufferspeichers 70 in Bodennähe des Pufferspeichers 70 angeordnet ist. Der Einlass 71 kann insbesondere zwischen dem Boden des Pufferspeichers 70 und einem Lochblech 75 angeordnet sein, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des einströmenden Kälteträgers begünstigt werden kann. Der Auslass 72 des Pufferspeichers 70 kann mit dem ersten Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30 verbunden sein. Zusätzlich kann eine Leitung 80 vorgesehen sein, welche den Rücklauf 50b des zweiten Wärmetauschers 50 direkt mit dem ersten Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils 30 verbindet, durch welche der kalte Kälteträger direkt dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 zugeführt werden kann, ohne den Pufferspeicher 70 durchlaufen zu müssen. Es kann ein (nicht dargestelltes) Drei-Wege-Umschaltventil vorgesehen sein, mittels welchem steuerbar ist, ob dem Zulauf 31 des Drei-Wege-Ventils Kälteträger aus dem Pufferspeicher 70 über den Auslass 72 oder Kälteträger direkt aus dem Rücklauf 50b des zweiten Wärmetauschers 50 zugeführt wird.

[0038] Ein in Figur 4b schematisch dargestelltes achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 10-8 unterscheidet sich von der in Figur 4a dargestellten Temperiervorrichtung 10-7 lediglich dadurch, dass die Temperiervorrichtung 10-8 zusätzlich eine Heizvorrichtung 40 aufweist, welche zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt 41 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24, insbesondere zwischen dem Drei-Wege-Ventil 30 und dem Verbraucher-Wärmetauscher 24 angeordnet ist.

[0039] Figur 6 zeigt einen Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank 100 mit einem Probenraum 110 und einer Temperiervorrichtung 10-1 bis 10-8 wie anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben, wobei der Verbraucher-Wärmetauscher 24 derart angeordnet ist, dass er den Probenraum 110 temperiert. Grundsätzlich ist der Einbau sämtlicher der Temperiervorrichtungen 10-1 bis 10-8 wie anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben in den Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank 100 denkbar. Figur 6 illustriert ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung der in Figur 4b dargestellten Temperiervorrichtung 10-8. Der Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank 100 weist einen von dem Probenraum 110 getrennten Maschinenraum 120 auf, wobei der externe Kältekreislauf 60, vorzugsweise einschließlich des zweiten Wärmetauschers 50, wie in Figur 6 dargestellt einschließlich des Pufferspeichers 70, in welchem der zweite Wärmetauscher 50 angeordnet ist, in dem Maschinenraum 120 angeordnet ist. Der Maschinenraum 120 weist insbesondere Lüftungsöffnungen 122 auf und kann dadurch die Sicherheitsanforderungen zur Verwendung von brennbarem Kältemittel, insbesondere Kohlenwasserstoffen wie Propan oder Isobutan, erfüllen. Vorteilhafterweise ist lediglich der Verbraucher-Wärmetauscher 24 der Temperiervorrichtung 10-8 in oder an dem Probenraum 110 angeordnet, während die weiteren Komponenten der Temperiervorrichtung 10-8 räumlich getrennt in dem Maschinenraum 120 angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

[0040] 

10-1 bis 10-8

Temperiervorrichtung

20

Kühlkreislauf

22

Kältequelle

22a

Vorlauf

22b

Rücklauf

24

Verbraucher-Wärmetauscher

24a

Vorlauf

24b

Rücklauf

26

Umwälzpumpe

26a

Vorlauf

26b

Rücklauf

28

Temperatursensor

30

Drei-Wege-Ventil

31

erster Zulauf

32

zweiter Zulauf

33

Ablauf

41

erster Drei-Wege-Knotenpunkt

42

zweiter Drei-Wege-Knotenpunkt

45

Bypassleitung

50

zweiter Wärmetauscher

50a

Vorlauf

50b

Rücklauf

55

Pumpe

60

externer Kältekreislauf

62

Kältemaschine

70

Pufferspeicher

71

Einlass

72

Auslass

73

Einlass

74

Auslass

75

Lochblech

80

Leitung

100

Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank

110

Probenraum

120

Maschinenraum

122

Lüftungsöffnung

Ansprüche

1. Temperiervorrichtung (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8) mit einem Kühlkreislauf (20) mit einem Kälteträger, wobei der Kühlkreislauf (20) eine Kältequelle (22), einen Verbraucher-Wärmetauscher (24) im Rücklauf (22b) der Kältequelle (22) und eine Umwälzpumpe (26) aufweist, wobei zwischen dem Rücklauf (22b) der Kältequelle (22) und dem Vorlauf (24a) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) ein erster Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und zwischen dem Rücklauf (24b) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und dem Vorlauf (22a) der Kältequelle (22) ein zweiter Drei-Wege-Knotenpunkt (42) angeordnet ist, wobei der erste Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt (42) mit einer Bypassleitung (45) verbunden sind und die Umwälzpumpe (26) entweder zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und dem Vorlauf (24a) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) oder zwischen dem Rücklauf (24b) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt (42) angeordnet ist.

2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und/oder der zweite Drei-Wege-Knotenpunkt (42) als Drei-Wege-Ventil (30) ausgebildet ist.

3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drei-Wege-Knotenpunkt (41) als Drei-Wege-Ventil (30) ausgebildet ist, dass die Umwälzpumpe (26) zwischen dem Rücklauf (24b) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt (42) angeordnet ist, wobei erster Zulauf (31) des Drei-Wege-Ventils (30) mit dem Rücklauf (22b) der Kältequelle (22), ein Ablauf (33) des Drei-Wege-Ventils (30) mit dem Vorlauf (24a) des Verbraucher-Wärmetauschers (24) und ein zweiter Zulauf (32) des Drei-Wege-Ventils (30) über den zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt (42) mit dem Rücklauf (26b) der Umwälzpumpe (26) und dem Vorlauf (22a) der Kältequelle (22) in Verbindung steht.

4. Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt (41) und dem Verbraucher-Wärmetauscher (24) eine Heizvorrichtung (40) angeordnet ist.

5. Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kältequelle (22) ein Kaltwasserreservoir umfasst.

6. Temperiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kältequelle (22) Teil eines zweiten Wärmetauschers (50) ist, über welchen ein externer Kältekreislauf (60) an den Kühlkreislauf (20) angekoppelt ist.

7. Temperiervorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (50) als Plattenwärmetauscher oder Koaxialrohrwärmetauscher ausgebildet ist.

8. Temperiervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Wärmetauscher (50) und der Bypassleitung (45) ein Pufferspeicher (70) angeordnet ist.

9. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (50b) des zweiten Wärmetauschers (50) in den Pufferspeicher (70) mündet und ein Auslass (72) des Pufferspeichers (70) mit dem ersten Drei-Wege-Knotenpunkt (41), insbesondere dem ersten Zulauf (31) des Drei-Wege-Ventils (30), verbunden ist, und dass vorzugsweise ein weiterer Einlass (73) des Pufferspeichers (70) mit dem zweiten Drei-Wege-Knotenpunkt (42) und ein weiterer Auslass (74) des Pufferspeichers (70) mit dem Vorlauf (50a) des zweiten Wärmetauschers (50) verbunden ist.

10. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (50) innerhalb des Pufferspeichers (70) angeordnet ist.

11. Temperiervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (50b) des zweiten Wärmetauschers (50) insbesondere mittels eines Drei-Wege-Umschaltventils einerseits mit dem Pufferspeicher (70) und andererseits mittels einer Leitung (80) direkt mit dem ersten Zulauf (31) des Drei-Wege-Ventils (30) verbindbar ist.

12. Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank (100) mit einem Probenraum (110) und einer Temperiervorrichtung (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher-Wärmetauscher (24) derart angeordnet ist, dass er den Probenraum (110) temperiert.

13. Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank (100) mit einem Probenraum und einer Temperiervorrichtung (10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Verbraucher-Wärmetauscher (24) derart angeordnet ist, dass er den Probenraum (110) temperiert, und wobei der externe Kältekreislauf (60), vorzugsweise einschließlich des zweiten Wärmetauschers (50), in einem von dem Probenraum (110) getrennten Maschinenraum (120) angeordnet ist, welcher insbesondere Lüftungsöffnungen (122) aufweist.

14. Laborschrank, Klimaschrank, Kälteschrank oder Umweltsimulationsschrank nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der externe Kältekreislauf (60) einen Kohlenwasserstoff, insbesondere Propan oder Isobutan, als Kältemittel aufweist.

Zeichnung