CN110618084B - 测试室和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在相对于环境可密封的温度绝缘的测试空间(14)中调节流体，特别是空气的方法，以及一种用于接收测试材料的测试室的测试空间。借助于测试室的温度控制装置的级联冷却装置(10)，在测试空间(14)内实现在‑60℃至+180℃的温度范围内的温度。级联冷却装置具有第一冷却回路(11)和第二冷却回路(12)。第一冷却回路(11)具有第一制冷剂、级联换热器(15)、第一压缩机(16)、冷凝器(17)和第一膨胀元件(18)。第二冷却回路(12)具有第二制冷剂、布置在测试空间中的换热器(13)、第二压缩机(27)、级联换热器和第二膨胀元件(28)。所述级联换热器由第一冷却回路冷却，所述换热器随后借助于第一冷却回路由第一冷却回路的旁路(35)冷却。所述旁路穿过换热器并桥接级联换热器，所述第一压缩机关闭，所述第一制冷剂在旁路的低压侧(22)在所述级联换热器中以气态的状态被引导并冷凝。

Description

测试室和方法

技术领域

本发明涉及一种用于调节流体，特别是空气的方法和测试室，包括用于接收测试材料的温度绝缘的测试空间，所述测试空间相对于环境可密封，通过测试室的温度控制装置的级联冷却装置在测试空间内实现在-60℃至+180℃的温度范围内的温度，级联冷却装置具有第一冷却回路和第二冷却回路，第一冷却回路具有第一制冷剂、级联换热器、第一压缩机、冷凝器和第一膨胀元件，第二冷却回路具有第二制冷剂、布置在测试空间中的换热器、第二压缩机、级联换热器和第二膨胀元件，所述级联换热器由第一冷却回路冷却。

背景技术

这种测试室通常用于测试物体的，特别是装置的物理和/或化学性质。因此，在其内可以设定-60℃至+180℃的温度范围的温度测试室或气候测试室是已知的。在气候测试室中，可以另外设定期望的气候条件，将装置或更确切地说测试材料暴露在该气候条件下一段限定的时间。这种测试室经常或部分地实现为移动设备，其仅使用所需的供应线连接至建筑物并且包括用于控制温度和调节的所有必要的结构部件。接收待测试材料的测试空间的温度经常在测试空间内的空气流通管道中被控制。空气流通管道在测试空间中形成空气处理空间，其中布置有分别用于加热或冷却流过空气流通管道或测试空间的空气的换热器。为此目的，风扇或通风机吸入存在于测试空间中的空气并将其在空气流通管道中引导到相应的换热器，反之亦然。因此可以控制测试材料的温度或甚至使测试材料经历限定的温度变化。例如，在测试间隔期间，温度可以在测试室的最大温度和最小温度之间反复地交替。例如，从EP 0 344 397 A1中已知这种测试室。

由于对测试室的温度范围内的温度控制的高要求，在测试室运行时，负荷要求经常发生波动。因此，必须能够连续调整由相应的压缩机和膨胀元件产生的制冷量。然而，例如，希望压缩机不会过于频繁地打开和关闭，以便延长压缩机的使用寿命。该要求经常通过以下方式解决：在冷却回路的高压侧和低压侧之间形成具有另一个可调整的膨胀元件的管段，制冷量能够通过膨胀元件经过换热器或级联换热器引回到相应的压缩机。在由相应的冷却回路中各自的压缩机引起的质量流的这种基于需求的分配中，实际温度和设定温度之间微小的温差可以分别在换热器或级联换热器中得到补偿，而不必在相应的压缩机中导致不利的负荷条件。然而，在这种情况下，不利的是，不管由冷却装置补偿的温差有多大，当换热器中存在微小的温差时，压缩机总是必须处于运行状态。例如，压缩机的完全的制冷量必须可用于仅为总制冷量的<1％的冷却要求，以便能够在换热器中保持所需的设定温度。然后，大部分制冷量经由管段引回到相应的压缩机。由于不可能不断地打开和关闭压缩机，并且如果需要也必须在冷凝器处操作风扇，所以级联冷却装置也消耗相对大量的能量以用于微小的温差，该微小的温差能够利用上述已知的操作方法在换热器中予以补偿。

发明内容

本发明的目的是提出一种测试室和一种用于调节测试室的测试空间中的空气的方法，借助于这两者，测试室能够以节能的方式操作。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求15的特征的测试室来实现。

根据本发明的用于调节流体，特别是空气的方法包括用于接收测试材料的温度绝缘的测试空间，所述测试空间相对于环境可密封，通过测试室的温度控制装置的级联冷却装置在测试空间内实现在-60℃至+180℃的温度范围内的温度，级联冷却装置具有第一冷却回路和第二冷却回路，第一冷却回路具有第一制冷剂、级联换热器、第一压缩机、冷凝器和第一膨胀元件，第二冷却回路具有第二制冷剂、布置在测试空间中的换热器、第二压缩机、级联换热器和第二膨胀元件，所述级联换热器由第一冷却回路冷却，所述换热器随后借助于第一冷却回路由第一冷却回路的旁路冷却，所述旁路穿过换热器并且桥接级联换热器，所述第一压缩机被关闭，所述第一制冷剂在旁路的低压侧在级联换热器中以气态的状态被引导并冷凝。

在根据本发明的方法中，通过测试室的侧壁、底壁和顶壁的温度绝缘，很大程度地防止了与测试空间的环境的温度交换。换热器连接至第二冷却回路或集成在第二冷却回路中，使得在第二冷却回路中流通的第二制冷剂流过换热器。第二冷却回路的换热器布置在测试空间中或者更确切地说布置在测试空间的空气处理空间中。由于级联冷却装置包括两个级联冷却回路，第二冷却回路通过级联换热器联接至第一冷却回路，使得级联换热器用作第二冷却回路的冷凝器。第一冷却回路和第二冷却回路分别包括第一压缩机和第二压缩机。在第一冷却回路中，用于压缩的第一制冷剂的冷凝器在第一制冷剂的流动方向上布置在第一压缩机的下游。被压缩的制冷剂(其在被压缩后是高度加压的并且基本上是气态的)在冷凝器中冷凝，然后以基本上液态的状态可利用。液化的第一制冷剂继续流过第一膨胀元件，其中由于压力下降，第一制冷剂通过膨胀再次变成气态。因此，液态第一制冷剂流过级联换热器，而级联换热器被第一制冷剂冷却。随后，气态第一制冷剂被第一压缩机吸入并再次压缩。第二冷却回路对应于第一冷却回路运行，其中级联换热器在这种情况下用作冷凝器而不是使用第一冷却回路的冷凝器，所述级联换热器本身由第一冷却回路冷却。膨胀元件应当理解为至少为膨胀阀、节流件、节流阀或其他合适的流体管线收缩件。

在本发明中，旨在借助于第一冷却回路的旁路来冷却换热器，第一冷却回路的旁路穿过换热器并桥接级联换热器。根据温度要求，换热器然后可以通过第一冷却回路和第二冷却回路的组合或仅通过第一冷却回路冷却。如果不能获得特别低的温度，则打算使用两个冷却回路进行制冷，其中第二压缩机在这种情况下能够停止运行。单独通过该措施操作测试空间就可以节能。

由于当第一压缩机运行时，即使在换热器中仅需要小的制冷量，级联换热器也基本上总是被冷却，因此，第一制冷剂或者更确切地说被压缩的制冷剂的质量流可以在经由压缩机上游的管段重新导引质量流之前被引导通过级联换热器。尽管第一制冷剂然后也被重新供应给第一压缩机，但是当不需要时，可以将冷却能量储存在级联换热器或第二冷却回路中。然后，在被压缩的第一制冷剂中发现的热能可以被排放到级联换热器，或者可以分别从级联换热器中减去热能，使得制冷量被储存在级联换热器中。代替换热器，级联换热器由此可以通过桥接旁路被冷却或被提供有制冷量。如果第一压缩机关闭，则该制冷量可以借助于第一制冷剂经由它来的路径被引导回到低压侧，从而能够提前关闭第一压缩机。

如果第一压缩机关闭，则第一冷却回路的在流动方向上位于第一压缩机上游的低压侧上的气态制冷剂可以通过旁路在级联换热器中引导，第一制冷剂由于分别储存在级联换热器中的制冷量或低热能而在级联换热器中冷凝。第一冷却回路的低压侧的压力由于第一制冷剂的密度减小而下降，第一制冷剂的密度之前由于冷凝而增加。由于在关闭第一压缩机之后桥接旁路中的冷凝压力仅略微改变，因此在换热器上游的旁路中仍然存在压力差，所述压力差能够用于冷却换热器。必要的是，能够提早关闭第一压缩机和(可能还有)冷凝器上的风扇，在一定的时间段内，换热器中的设定温度仍然能够保持，或者温差能够得到补偿。由第一压缩机产生的不需要的制冷量可以在中间储存在级联换热器中并且通过冷凝第一制冷剂而再次排出。由于第一压缩机和第二压缩机的运行时间因此减少，测试室可以以特别节能的方式操作。

可调整的第三膨胀元件可以布置在旁路中，并且在第一冷却回路中，来自第一冷却回路的高压侧的液态第一制冷剂可以借助于第三膨胀元件膨胀成气态第一制冷剂，并且经由换热器被引导至低压侧。因此，也可以使来自高压侧的液态第一制冷剂经由第三膨胀元件蒸发，使得第一制冷剂被引导至换热器中而通过由于压力下降导致的膨胀恢复为气态的状态，换热器由此被冷却。从换热器流出的气态第一制冷剂具有较高的温度水平，这是由于在换热器中排放的制冷量可以再次被引导到第一压缩机。旁路基本上可以分别独立于第二冷却回路或第二压缩机的操作而操作。如果第二制冷剂的第二冷却回路实现为相对低的温度水平，则还可以打算关闭第二压缩机并且运行或关闭第一压缩机。

第二压缩机可以在第一步骤中停止或关闭，第一压缩机能够被操作并且冷凝来自第一冷却回路的高压侧的第一制冷剂，该第一制冷剂能够在处于第一冷却回路中时借助于第一膨胀元件膨胀成气态第一制冷剂，并且能够经由级联换热器被引导至低压侧。因此，换热器中不需要的制冷量仍然可以经由第一膨胀元件从第一冷却回路的高压侧被引导到级联换热器并在那里蒸发，级联换热器的热能能够被排放到第一制冷剂。这导致级联换热器的制冷，第二制冷剂由于第二压缩机关闭而不再流过该级联换热器。

然而，由于第二制冷剂仍然在级联换热器中，来自第二冷却回路的第二制冷剂的热能可以被排放到第一冷却回路的第一制冷剂并且储存在级联换热器中。第二制冷剂可以通过作为一种存储介质而储存制冷量。如果在换热器中需要很少的制冷量，则在级联换热器中储存制冷量是特别合理的。如果需要的话，该换热器同时通过旁路冷却。热能被理解成以焦耳为单位的热量或热含量，热量供应增加了热能，而散热则防止这种情况。因此，级联换热器还可以以这样的方式储存热能，即通过散热可以储存制冷量。

随后，可以在第二步骤中关闭第一压缩机，通过将第一制冷剂冷凝成液态第一制冷剂，能够在级联换热器中实现第一冷却回路的低压侧和高压侧之间的压力差。这预先假定级联换热器已经被充分冷却或者储存的热能很少以至于气态第一制冷剂可以冷凝。为此目的，可以打算使级联换热器充分冷却，直到通过冷却可以获得显著的温差。通过在级联换热器中冷凝第一制冷剂并且通过实现第一冷却回路的低压侧和高压侧之间的压力差，就可以至少确保通过旁路排出第一制冷剂，只要能够在级联换热器中冷凝第一制冷剂或者级联换热器没有充满液态第一制冷剂。

在第一冷却回路中，来自第一冷却回路的高压侧的液态第一制冷剂可以借助于第三膨胀元件通过压力差膨胀成气态第一制冷剂，并且通过换热器被引导到低压侧。级联换热器可用作一种冷却散热器。通过将热能从第一制冷剂传递到级联换热器，第二制冷剂或更确切地说存储介质被再加热，第二制冷剂被蒸发并且第一制冷剂被冷却，这导致第一制冷剂的冷凝。如果由于第一制冷剂和第二制冷剂之间的微小的温度差异而不能在级联换热器中冷凝第一制冷剂，或者如果级联换热器充满了液态第一制冷剂，则第一压缩机可以再次运行。第一制冷剂然后可以改变在级联换热器中的流动方向，并且由于因压缩机的运行而产生的设定压力差，第一制冷剂可以再次蒸发，并由第一压缩机吸入。

借助于第一冷却回路中的可调整的第一内部补充制冷并且借助于可调整的第四膨胀元件，第一制冷剂可以经由第四膨胀元件供应到低压侧，第一内部补充制冷具有第二旁路，第二旁路沿流动方向在第一膨胀元件的上游和冷凝器的下游连接到高压侧并且沿流动方向在冷凝器的上游和级联换热器的下游连接到低压侧。分别通过第二旁通或第四膨胀元件，可以供给第一制冷剂，使得可以在第一冷却回路的位于第一压缩机上游的低压侧调整第一制冷剂的吸气温度和/或吸气压力。通过这样，除了别的之外，可以防止第一压缩机过热并因此损坏。通过致动第四膨胀元件，第一压缩机上游的气态第一制冷剂因此可以通过分次添加仍为液态的第一制冷剂而经由第二旁路冷却。第四膨胀元件可以由调整装置致动，该调整装置本身联接至第一冷却回路中位于第一压缩机上游的压力和/或温度传感器。特别有利的是，可以通过第二旁路设定小于30℃，有利地小于40℃的吸气温度。第一制冷剂可以经由第二旁路被引导经过级联换热器，以便延迟第一压缩机自动关闭或延长第一压缩机的运行时间。此外，在运行第一压缩机时，可以动态地向级联换热器供应第一制冷剂，或者根据当前的负荷条件，向级联换热器或换热器供应对冷却吸气温度而言不是必需的过量液态第一制冷剂。

此外，借助于第二冷却回路中的可调整的第二内部补充制冷并且借助于可调整的第五膨胀元件，第二制冷剂可以经由第五膨胀元件供应到低压侧，第二内部补充制冷具有第三旁路，该第三旁路沿流动方向在第二膨胀元件的上游和级联换热器的下游连接到高压侧并且沿流动方向在第二压缩机的上游和换热器的下游连接到低压侧。对于第二冷却回路，也可以实现如上所述的用于第一内部补充制冷的改进操作。

借助于在第一冷却回路中用于第一制冷剂的可调整的第一反注装置并且借助于可调整的第六膨胀元件，第一制冷剂可以经由第六膨胀元件供应到低压侧，第一反注装置具有第四旁路，该第四旁路沿流动方向在第一压缩机的下游和冷凝器的上游连接到高压侧并且沿流动方向在第一压缩机的上游和级联换热器的下游连接到低压侧。在第一制冷剂在位于低压侧的级联换热器中再冷凝之后，如果由于级联换热器中的温度升高而不再发生再冷凝，则第一压缩机必须重新投入运行。由于蒸汽压下降，第一制冷剂在级联换热器中蒸发，并且第一制冷剂的流动方向在级联换热器中改变。在这种情况下，如果在级联换热器中吸入由第一压缩机再冷凝的第一制冷剂将会是不利的。这可以通过第四旁路或者更确切地说第一反注装置来防止，第四旁路或者更确切地说第一反注装置由此实现为将热的气态第一制冷剂供应到第一压缩机上游的低压侧，从而促进在级联换热器中收集的液态第一制冷剂的蒸发。然而，可以通过第一反注装置在第一压缩机的上游设定吸气温度和/或吸气压力。第一反注装置可以形成所谓的热气旁路。

此外，借助于在第二冷却回路中用于第二制冷剂的可调整的反注装置并且借助于可调整的第七膨胀元件，第二制冷剂可以经由第七膨胀元件供应到低压侧，反注装置具有第五旁路，该第五旁路沿流动方向在第二压缩机的下游和级联换热器的上游连接到高压侧并且沿流动方向在第二压缩机的上游和换热器的下游连接到低压侧。如上面针对第一反注装置所述的，第二冷却回路可以有利地操作。

特别有利的是，可以在相应的压缩机的上游调整来自冷却回路的相应低压侧的第一制冷剂和/或第二制冷剂的吸气温度和/或吸气压力，和/或在冷却回路的相应的高压侧和相应的低压侧之间，压力差可以得到补偿。因此，除了别的之外，可以防止相应的压缩机过热并因此损坏。特别有利的是，可以设定小于30℃，有利地小于40℃的吸气温度。相应的制冷剂也可以供给，使得可以调整相应压缩机的运行时间。基本上，如果压缩机经常打开或关闭，则是不利的。如果压缩机每次运行较长时间，则可以延长其使用寿命。然而，也可以每次关闭压缩机较长时间。

温度控制装置可以包括调节装置，该调节装置具有在相应的冷却回路中的至少一个压力传感器和/或至少一个温度传感器，膨胀元件的磁阀能够通过调节装置根据测量的温度或压力被致动。调节装置可以包括用于数据处理的手段，其处理来自传感器的数据组并且控制电控阀。然后，调节级联冷却装置的功能也可以适应于相应地使用的制冷剂，例如通过相应的计算机程序。此外，如果需要，调节装置可以发出故障信号并使测试室关闭，以防止测试室或测试材料被测试室的临界的或不希望的操作条件损坏。

如果膨胀元件被实现为具有电动阀(例如电磁阀)的节流件，则制冷剂可以通过节流件和电磁阀供给。因此，节流件可以是可调整的阀或毛细管，制冷剂可以借助于电磁阀经由该节流件被引导。电磁阀又可以由调节装置致动。

-70℃至+180℃，优选-80℃至+180℃的温度范围可以通过温度控制装置在测试室内实现。必要的是，能够通过温度控制装置在测试空间内降低温度范围为>+60℃至+180℃的温度。使用测试空间中的相对高的温度，相应的制冷剂将在换热器中被显着加热。因为这个原因，从技术角度来看，第一冷却回路和第二冷却回路的设计能够适应于至少在相应冷却回路的低压侧被加热到该温度范围的制冷剂。否则，被加热的制冷剂因此不再能够理想地用在相应冷却回路的高压侧。

根据本发明的用于调节流体，特别是空气的测试室包括相对于环境可密封的温度绝缘的测试空间以用于接收测试材料，并且包括温度控制装置以用于控制测试空间的温度，通过温度控制装置在测试空间内能够实现-60℃至+180℃的温度范围，所述温度控制装置包括级联冷却装置，该级联冷却装置具有第一冷却回路和第二冷却回路，第一冷却回路具有第一制冷剂、级联换热器、第一压缩机、冷凝器和第一膨胀元件，第二冷却回路具有第二制冷剂、布置在测试空间中的换热器、第二压缩机、级联换热器和第二膨胀元件，所述级联换热器能够借助第一冷却回路冷却，所述第一冷却回路实现为具有穿过换热器并桥接级联换热器的旁路，所述换热器能够借助第一冷却回路冷却，并且所述温度控制装置包括调节装置，通过该调节装置可以关闭第一压缩机，并且第一制冷剂可以在旁路的低压侧在级联换热器中以气态的状态被引导并冷凝。

参考根据本发明的方法的优点的描述，以获得根据本发明的测试室的优点。总之，可以增加级联冷却装置的热效率，从而可以节约大量的能量。通过不运行第一压缩机和第二压缩机，换热器可以分别通过旁路和第三膨胀元件冷却相对较长的一段时间。除了关闭第一压缩机之外，还可以关闭级联冷却装置的其他部件，例如冷凝器的风扇，或者关闭水冷式冷凝器中的水冷却。此外，使用关闭的压缩机能够更精确地调节级联冷却装置，因为第一冷却回路和第二冷却回路中的压力和温度条件不受压缩机的负面影响。布置在测试空间中的换热器也可以布置在测试空间的空气处理空间中，使得通过风扇流通的空气可以与换热器接触。因此，可以通过级联冷却装置经由换热器直接冷却测试空间的一定量的流通空气。

因此，第一冷却回路可以通过级联冷却装置热联接至第二冷却回路。第一冷却回路可以是高温冷却回路，第二冷却回路可以是低温冷却回路。特别地，如果要在测试空间内实现温度范围为-70℃至-20℃的温度，则可以打算仅使用第二冷却回路。如果要在测试空间内实现大于-20℃的温度，则可以仅使用第一冷却回路或者更确切地关闭第二压缩机。

级联换热器可以由板式换热器形成，板式换热器的初级侧可以连接到第一冷却回路，并且其次级侧可以连接到第二冷却回路。然后，第一制冷剂可以流过初级侧，第二制冷剂可以流过次级侧。如果第二压缩机关闭，则第二制冷剂不再在次级侧输送并且可以用作存储介质。为此目的，还可以打算为第二冷却回路提供合适的手段，其能够通过改变存储介质的密度或温度来补偿压力上升或压力下降。

旁路可以沿流动方向在第一膨胀元件的上游和冷凝器的下游连接至第一冷却回路的高压侧，并且沿流动方向在第一压缩机的上游和级联换热器的下游连接至第一冷却回路的低压侧。

温度控制装置可以包括加热装置，该加热装置具有在测试空间中的加热器和加热换热器。加热装置可以例如是电阻加热器，其加热加热换热器，使得通过加热换热器实现测试空间中的温度升高。如果可以通过调节装置特定地控制换热器和加热换热器来冷却和加热在测试空间中流通的空气，则通过温度控制装置能够在测试空间内实现在先前指示的温度范围内的温度。在这种情况下，在测试空间中，在测试间隔期间，可以独立于测试材料或者更确切地说测试材料的操作条件，实现±1K，优选<±0.3K至±0.5K的温度方面的时间一致性。测试间隔被理解为完整测试周期中的时间段，其中测试材料暴露于基本恒定的温度或气候条件。加热换热器可以与第一冷却回路和第二冷却回路的换热器结合，从而形成共用的换热器主体，第一制冷剂和第二制冷剂可以流过该换热器主体，并且该换热器主体包括由电阻加热器构成的加热元件。第一冷却回路的冷凝器可以实现为具有空气冷却或水冷却或不同的冷却液体。通常，冷凝器可以使用任何合适的液体冷却。必要的是，在冷凝器处发生的热负荷通过空气冷却或水冷却消散，使得第一制冷剂可以冷凝，从而完全液化。

测试室的其他实施例可以从引用方法权利要求1的从属权利要求的特征的描述中得到。

附图说明

在下文中，参考附图进一步描述本发明的优选实施例。

图1示出根据本发明实施例的级联冷却装置的示意图。

具体实施方式

该附图示出了具有第一冷却回路11和第二冷却回路12的级联冷却装置10的示意图。此外，级联冷却装置10包括换热器13，换热器13布置在所指示的测试空间14中并连接至第一冷却回路11和第二冷却回路12。

第一冷却回路11实现为具有级联换热器15、第一压缩机16、冷凝器17和第一膨胀元件18。在第一冷却回路11中，通过操作第一压缩机16可以使第一制冷剂流通。第一膨胀元件18由节流件19和磁阀20构成。级联冷却装置10的所有其他膨胀元件可以相应地实现。第一冷却回路11包括高压侧21和低压侧22，高压侧21在第一制冷剂的流动方向上从第一压缩机16推移到第一膨胀元件18，低压侧22从第一膨胀元件18推移到第一压缩机16。第一制冷剂是气态的并且在从第一压缩机16延伸到冷凝器17的管段23中具有相对高的温度。由第一压缩机16压缩的第一制冷剂在第一冷却回路11流动至冷凝器17，所述气态第一制冷剂在冷凝器17中液化。在第一制冷剂的流动方向上，膨胀元件18在第一冷却回路11中位于冷凝器17之后，因此所述第一制冷剂在冷凝器17和第一膨胀元件18之间的第一冷却回路11的管段24中以液态的状态可利用。通过使第一制冷剂在第一膨胀元件18下游膨胀，级联冷却装置15被冷却，第一制冷剂在第一膨胀元件18和级联换热器15之间的管段25中转变成气态的状态并且经由级联换热器15的管段26被引导至第一压缩机16。

第二冷却回路12包括换热器13、第二压缩机27、级联换热器15和第二膨胀元件28。第二冷却回路12包括高压侧29和低压侧30，高压侧29在第二制冷剂的流动方向上从第二压缩机27推移到第二膨胀元件28，低压侧30从第二膨胀元件28推移到第二压缩机27。这里，第二制冷剂在从第二压缩机27延伸到级联换热器15的管段31中是气态的并且具有相对高的温度。由第二压缩机27压缩的第二制冷剂在第二冷却回路12中流至级联换热器15，所述气态第二制冷剂在级联换热器15中液化。在第二冷却回路12中，第二膨胀元件28在第二制冷剂的流动方向上位于级联换热器15之后，因此所述第二制冷剂在级联换热器15和第二膨胀元件28之间的第二冷却回路12的管段32中以液态的状态可利用。通过使第二制冷剂在第二膨胀元件28的下游膨胀，换热器13被冷却，所述第二制冷剂在第二膨胀元件28和换热器13之间的管段33中，特别是在换热器13中，转变为气态的状态，并且经由管段34从换热器13被引导至第二压缩机27。

在第一冷却回路11中，形成旁路35，旁路35穿过换热器13并且桥接冷却回路11的级联换热器15。旁路35沿流动方向在第一膨胀元件18的上游和冷凝器17的下游连接至高压侧21，并且沿流动方向在第一压缩机16的上游和级联换热器15的下游连接至低压侧22。此外，在旁路35中沿流动方向在换热器13上游布置可调整的第三膨胀元件36。借助第三膨胀元件36，第一制冷剂可以膨胀并且经由换热器13被引导至低压侧22。只要在换热器13中不必实现特别低的温度，就可以使用第二压缩机27关闭第二冷却回路12，从而换热器13可以通过第一冷却回路11的旁路35冷却。

在这种情况下，第一膨胀元件18保持关闭，因为级联换热器15不需要冷却。

然而，如果第二压缩机27停止并且第一压缩机16运行，则第一制冷剂可以从高压侧21经由第一膨胀元件18通过级联换热器15被引导至低压侧22，所述级联换热器15或者更确切地说级联换热器15中来自第二冷却回路的第二制冷剂被冷却。由于第二制冷剂不流通，所以级联换热器15用作冷储存器，或者更确切地说，热能从第二制冷剂排放到第一制冷剂，因此冷容量储存在级联换热器15中。如果借助于第一冷却回路11，要通过旁路在换热器13中产生相对低的冷容量，或者更确切地说，待补偿的温差相对较小，则第一压缩机16也可以关闭。然后，第一制冷剂可以在级联换热器15中流动并在级联换热器15中冷凝，从而由于因此实现的制冷剂密度的变化，第一冷却回路11的低压侧22和高压侧21之间的压力差得以保持。这导致继续流经第三膨胀元件36并到达换热器13的第一制冷剂被冷却，直到即使冷凝器17关闭，第一制冷剂也不能够再在级联换热器15中冷凝。随后，第一压缩机16可以再次运行，级联换热器15中的压力下降得足以使得液化的第一制冷剂再次变为气态，由此从级联换热器15吸入。总的来说，在操作级联冷却装置10时因此可以节约大量的能量。

此外，可调整的第一内部补充制冷布置在第一冷却回路11中，所述第一内部补充制冷37实现为具有第二旁路38，第二旁路38沿流动方向在第一膨胀元件18的上游和冷凝器17的下游连接到高压侧21，并且沿流动方向在第一压缩机16的上游和级联换热器15的下游连接到低压侧22，其中第二旁路38具有可调整的第四膨胀元件39。第一制冷剂可以经由第四膨胀元件39供应至低压侧22，使得第一制冷剂可以降低第一压缩机16上游的吸气温度。

第二冷却回路12还包括可调整的第二内部补充制冷40，第二内部补充制冷40具有在高压侧29和低压侧30之间的第三旁路41，第三旁路41具有第五膨胀元件42。在这种情况下，如果需要，第二制冷剂也可以借助于第二内部补充制冷40在第二压缩机27的上游冷却。

第一冷却回路11还包括用于第一制冷剂的可调整的第一反注装置43，第一反注装置43具有第四旁路44，第四旁路44沿流动方向在第一压缩机16的下游和冷凝器17的上游连接到高压侧21，并且沿流动方向在第一压缩机16的上游和级联换热器15的下游连接到低压侧22。第六膨胀元件45布置在第四旁路44中，热的气态第一制冷剂能够借助于所述第六膨胀元件45从高压侧21供应到低压侧22，由此第一制冷剂的吸气温度和/或吸气压力在第一压缩机16上游的低压侧22变为可调整的。而且，可以在高压侧21和低压侧22之间补偿压力差。

第二冷却回路12还包括第二可调整的反注装置46，第二可调整的反注装置46具有第五旁路47和第七膨胀元件48，热的气态第二制冷剂可以经由第七膨胀元件48从高压侧29被引导至低压侧30。

Claims (20)

1.一种用于在测试室的温度绝缘的测试空间(14)中调节流体的方法，所述测试空间用于接收测试材料，所述测试空间(14)相对于环境可密封，借助于所述测试室的温度控制装置的级联冷却装置(10)在所述测试空间内实现在+60℃至+180℃的温度范围内的温度，所述级联冷却装置具有第一冷却回路(11)和第二冷却回路(12)，所述第一冷却回路(11)具有第一制冷剂、级联换热器(15)、第一压缩机(16)、冷凝器(17)和第一膨胀元件(18)，所述第二冷却回路(12)具有第二制冷剂、布置在所述测试空间中的换热器(13)、第二压缩机(27)、所述级联换热器和第二膨胀元件(28)，所述级联换热器由所述第一冷却回路冷却，

其特征在于，所述换热器随后借助于所述第一冷却回路由所述第一冷却回路的旁路(35)冷却，所述旁路穿过所述换热器并桥接所述级联换热器，所述第一压缩机关闭，所述第一制冷剂在所述第一冷却回路的低压侧(22)在所述级联换热器中以气态的状态被引导并冷凝。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可调整的第三膨胀元件(36)布置在所述旁路(35)中，来自所述第一冷却回路的高压侧(21)的液态第一制冷剂借助于所述第三膨胀元件在所述第一冷却回路(11)中膨胀为气态第一制冷剂，并且经由所述换热器(13)被引导至所述第一冷却回路的所述低压侧(22)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二压缩机(27)在第一步骤中停止，所述第一压缩机(16)运行并且冷凝来自所述第一冷却回路的高压侧(21)的第一制冷剂，所述第一制冷剂借助于所述第一膨胀元件(18)在所述第一冷却回路(11)中膨胀成气态第一制冷剂，并且经由所述级联换热器被引导至所述第一冷却回路的所述低压侧(22)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，热能从所述第二冷却回路(12)的第二制冷剂排放到所述第一冷却回路(11)的第一制冷剂，并且储存在所述级联换热器(15)中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一压缩机(16)在第二步骤中关闭，借助于冷凝为液态第一制冷剂的所述第一制冷剂，在所述级联换热器(15)中实现所述第一冷却回路的所述低压侧(22)和所述高压侧(21)之间的压力差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，来自所述第一冷却回路的高压侧(21)的液态第一制冷剂借助于第三膨胀元件(36)在所述第一冷却回路(11)中膨胀成气态第一制冷剂，并且经由所述换热器(13)被引导至所述第一冷却回路的所述低压侧(22)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一压缩机(16)在第三步骤中运行，并且所述第一冷却回路的所述低压侧(22)的压力减小到足以使液态第一制冷剂在所述级联换热器(15)中蒸发成气态第一制冷剂。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于所述第一冷却回路(11)中的可调整的第一内部补充制冷(37)并且借助于可调整的第四膨胀元件(39)，第一制冷剂经由所述第四膨胀元件供应到所述第一冷却回路的低压侧，所述第一内部补充制冷(37)具有第二旁路(38)，所述第二旁路沿流动方向在所述第一膨胀元件(18)的上游和所述冷凝器(17)的下游连接到所述第一冷却回路的高压侧(21)并且沿流动方向在所述第一压缩机(16)的上游和所述级联换热器(15)的下游连接到所述第一冷却回路的低压侧(22)。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于所述第二冷却回路(12)中的可调整的第二内部补充制冷(40)并且借助于可调整的第五膨胀元件(42)，制冷剂经由所述第五膨胀元件供应到所述第二冷却回路的低压侧，所述第二内部补充制冷(40)具有第三旁路(41)，所述第三旁路沿流动方向在所述第二膨胀元件(28)的上游和所述级联换热器(15)的下游连接到所述第二冷却回路的高压侧(29)并且沿流动方向在所述第二压缩机(27)的上游和所述换热器(13)的下游连接到所述第二冷却回路的低压侧(30)。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于在所述第一冷却回路(11)中用于第一制冷剂的可调整的第一反注装置(43)并且借助于可调整的第六膨胀元件(45)，第一制冷剂经由所述第六膨胀元件供应到所述第一冷却回路的低压侧，所述第一反注装置(43)具有第四旁路(44)，所述第四旁路沿流动方向在所述第一压缩机(16)的下游和所述冷凝器(17)的上游连接到所述第一冷却回路的高压侧(21)并且沿流动方向在所述第一压缩机的上游和所述级联换热器(15)的下游连接到所述第一冷却回路的低压侧(22)。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于在所述第二冷却回路(12)中用于第二制冷剂的可调整的第二反注装置(46)并且借助于可调整的第七膨胀元件(48)，第二制冷剂经由所述第七膨胀元件供应到所述第二冷却回路的低压侧，所述第二反注装置(46)具有第五旁路(47)，所述第五旁路沿流动方向在所述第二压缩机(27)的下游和所述级联换热器(15)的上游连接到所述第二冷却回路的高压侧(29)并且沿流动方向在所述第二压缩机的上游和所述换热器(13)的下游连接到所述第二冷却回路的低压侧(30)。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在相应的压缩机(16、27)的上游，在所述第一冷却回路(11)和所述第二冷却回路(12)的相应的低压侧(22、30)调整第一制冷剂和/或第二制冷剂的吸气温度和/或吸气压力，和/或在于，在所述第一冷却回路(11)和所述第二冷却回路(12)的相应的高压侧(21、29)和低压侧之间补偿压力差。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度控制装置包括调整装置，所述调整装置在相应的冷却回路(11、12)中具有至少一个压力传感器和/或至少一个温度传感器，膨胀元件(18、28、36、39、42、45、48)的磁阀(20)借助于所述调整装置根据测量的温度或压力致动。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法用于在测试室的温度绝缘的测试空间(14)中调节空气。

15.一种用于调节流体的测试室，包括温度绝缘的测试空间(14)和温度控制装置，所述测试空间相对于环境可密封，用于接收测试材料，所述温度控制装置用于控制所述测试空间的温度，借助于所述温度控制装置在所述测试空间内能够实现在+60℃至+180℃的温度范围内的温度，所述温度控制装置具有级联冷却装置(10)，所述级联冷却装置具有第一冷却回路(11)和第二冷却回路(12)，所述第一冷却回路(11)具有第一制冷剂、级联换热器(15)、第一压缩机(16)、冷凝器(17)和第一膨胀元件(18)，所述第二冷却回路(12)具有第二制冷剂、布置在所述测试空间中的换热器(13)、第二压缩机(27)、所述级联换热器和第二膨胀元件(28)，所述级联换热器能够借助于所述第一冷却回路冷却，

其特征在于，所述第一冷却回路实现为具有旁路(35)，所述旁路穿过所述换热器并桥接所述级联换热器，所述换热器能够借助于所述第一冷却回路冷却，并且所述温度控制装置包括调整装置，借助于所述调整装置，所述第一压缩机能够被关闭，所述第一制冷剂能够在所述第一冷却回路的低压侧(22)在所述级联换热器中以气态的状态被引导并冷凝。

16.根据权利要求15所述的测试室，其特征在于，所述第一冷却回路(11)借助于所述级联换热器(15)与所述第二冷却回路(12)热联接。

17.根据权利要求15或16所述的测试室，其特征在于，所述级联换热器(15)由板式换热器形成，所述板式换热器的初级侧连接至所述第一冷却回路(11)，并且所述板式换热器的次级侧连接至所述第二冷却回路(12)。

18.根据权利要求15或16所述的测试室，其特征在于，所述旁路(35)沿流动方向在所述第一膨胀元件(18)的上游和所述冷凝器(17)的下游连接至所述第一冷却回路(11)的高压侧(21)，并且沿流动方向在所述第一压缩机(16)的上游和所述级联换热器(15)的下游连接至所述第一冷却回路的低压侧(22)。

19.根据权利要求15或16所述的测试室，其特征在于，所述温度控制装置包括加热装置，所述加热装置具有在所述测试空间(14)中的加热器和加热换热器。

20.根据权利要求15或16所述的测试室，其特征在于，所述测试室用于调节空气。

Images