CN111213017A - 空气调节系统及装置 - Google Patents

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比约恩·施特罗
卡里姆·维尔纳
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福尔克尔·施洛瑟
克里斯蒂安·哈克
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Abstract

本发明涉及在测试室的测试空间中调节空气的方法，测试室用于接纳测试材料并且能够相对于环境密封且是绝热的，并且涉及测试室，借助于测试室的温度控制装置的冷却装置(10)，在测试空间内建立处于‑20℃至+180℃的温度范围中的温度，冷却装置包括具有制冷剂的冷却回路(11)，该冷却回路具有制冷剂、热交换器(12)、压缩器(13)、冷凝器(14)和膨胀元件(15)，冷却回路的内部热交换器(19)在膨胀元件的上游和冷凝器的下游连接至冷却回路的高压侧(17)、在压缩器的上游和热交换器的下游连接至冷却回路的低压侧(18)，使用该内部热交换器以冷却高压侧的制冷剂，其中非共沸制冷剂被用作制冷剂，从而借助于被用于降低膨胀元件处蒸发温度的内部热交换器冷却高压侧的制冷剂。

Description

空气调节系统及装置
技术领域
本发明涉及用于在测试室的测试空间中进行空气调节的方法，该测试室用于接纳测试材料并且可以相对于环境密封且是隔热的，并且本发明涉及测试室，借助于测试室的温度控制装置的冷却装置，在测试空间内建立在至少-20℃至+180℃的温度范围内的温度，该冷却装置包括冷却回路，该冷却回路具有制冷剂、热交换器、压缩器、冷凝器和膨胀元件，冷却回路的内部热交换器在膨胀元件的上游和冷凝器的下游连接至冷却回路的高压侧，并且在压缩器的上游和热交换器的下游连接至冷却回路的低压侧，该内部热交换器用于冷却高压侧的制冷剂。
背景技术
这种方法及测试室通常用于测试物体、特别是设备的物理和/或化学性质。例如，已知温度可以设置在-50℃至+80℃的范围内的温度试验箱或气候试验箱。在气候测试室中，可以为设备或测试材料附加设置所需的气候条件，然后使设备或测试材料暴露达到规定的时间段。这种测试室通常或有时被实现为移动设备，所述移动设备仅是通过所需的供应管线连接至建筑物并且包括控制温度和气候所需的所有模块。通常，在测试空间内的循环空气管道中控制容纳待测试材料的测试空间的温度。循环空气管道在测试空间中形成空气处理空间，在其中设置有用于加热或冷却流经循环空气管道的空气的热交换器以及测试空间。风扇或通风机吸入位于测试空间中的空气，并将其引导至循环空气管道中的各个热交换器。以此方式，可以对测试材料进行温度控制或使其经受设定的温度变化。在测试间隔期间，温度可能会在测试室的最高温度和最低温度之间反复变化。例如从EP 0 344 397 A2中已知这种测试室。
此外，还已知内部热交换器在冷凝器的下游和膨胀元件的上游连接至冷却回路的高压侧以冷却液化的制冷剂。内部热交换器也可以通过具有另一个膨胀阀的旁路进行冷却。如此实现的冷却回路的附加内部冷却通常用于提升效率或提高冷却回路的性能。例如，在这种情况下，在制冷剂在膨胀元件处的蒸发温度保持相同的情况下，可以减小压缩器的吸入压力或高压侧与低压侧之间的压差，从而节省了能源。
在冷却回路中循环的制冷剂必须具有能够在上述温差范围内在冷却回路中使用的性质。特别地，制冷剂的露点温度不能高于将要达到的冷却回路的温度范围的最低温度，因为否则当制冷剂在用作冷却测试空间的热交换器中蒸发时将无法达到该最低温度。共沸制冷剂的露点温度在热交换器中膨胀元件的后面立即达到。用于测试空间的直冷回路需要很高的空间温度稳定性以精确地控制测试室的温度，而使用非共沸制冷剂则无法完全或仅在有限的程度上实现。在这种情况下不能实现高温稳定性，因为在测试空间中热交换器的区域内，非共沸制冷剂的露点或露点温度可能会由于温差根据测试空间中的温度而局部地改变。因此，避免在测试室的冷却回路中使用非共沸制冷剂、即具有温度滑移的制冷剂。
此外，已知非共沸制冷剂混合物在其中连续蒸发的冷却装置。这意味着制冷剂的成分借助于膨胀元件一个接一个地蒸发。这种冷却装置也称为混合流体级联系统，并且适用于实现基本静态的低温；动态温度变化无法实现。
此外，制冷剂必须具有能够在上述温度差之内用于冷却回路中的性质。根据法定规定，制冷剂不得造成大气中臭氧的消耗，也不得显著加剧全球变暖。这意味着基本上没有氟化物或氯化物可以用作制冷剂，这就是为什么选择天然制冷剂或气体的原因。此外，由于可能要遵守的任何安全规定，制冷剂应该是不可燃的从而不会使测试箱的填充、运输和操作复杂化。另外，如果使用可燃的制冷剂，则由于在这种情况下所需要的结构措施，冷却回路的生产会变得更加昂贵。可燃性是指制冷剂通过释放热量而与周围氧气反应的特性。如果制冷剂属于欧洲标准EN2的C级和DIN 378 A2、A2L和A3级，则是可燃的。
此外，制冷剂应当具有相对低的二氧化碳当量；即，相对的全球变暖潜能值(GWP)应尽可能低，以避免在释放制冷剂的情况下对环境造成间接损害。GWP指示一定量的温室气体对全球变暖有多大作用，其中二氧化碳作为参考值。该值描述了特定时期内的平均变暖效果，此处出于可比性的目的设置为20年。关于相对二氧化碳当量或GWP的定义，参照政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告附录8.A、表8.A.1。
具有低GWP、比如<2500的制冷剂的缺点是，与具有相对较高GWP的制冷剂相比，这些制冷剂在与测试室相关的温度范围内往往具有明显较低的冷容量。借助于具有相对较高的二氧化碳质量分数的制冷剂混合物，可以实现较低的GWP；然而，由于混合了不同的物质，这些制冷剂混合物可能具有非共沸特性，这在测试室中是不希望的。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于调节测试室的测试空间中的空气的方法以及一种测试室，借助于该测试室，可以通过使用环境友好的制冷剂以高温度稳定性实现达至少-20℃的温度。
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14的特征的测试室来实现。
在根据本发明的用于调节测试室的测试空间中的空气的方法中，该测试室用于接纳测试材料并且可以相对于环境密封且是绝热的，测试室的温度控制装置的冷却装置包括冷却回路，该冷却回路具有制冷剂、热交换器、压缩器、冷凝器和膨胀元件，该冷却装置用于在测试空间内建立处于至少-20℃至+180℃的温度范围中的温度，冷却回路的内部热交换器在膨胀元件上游和冷凝器下游连接至冷却回路的高压侧，并且在压缩器的上游和冷凝器的下游连接至冷却回路的低压侧，该内部热交换器用于冷却高压侧的制冷剂，其中，使用非共沸制冷剂作为制冷剂，高压侧的制冷剂的借助于内部热交换器进行的冷却被用于降低膨胀元件处的蒸发温度。
因此，在根据本发明的方法中，在膨胀元件处，借助于内部热交换器而冷却的制冷剂的蒸发温度相对于未冷却的制冷剂的蒸发温度被减小了。因此，经由内部热交换器从低压侧传递到高压侧的冷容量至少部分地、优选地排他地用于降低膨胀元件处的制冷剂的蒸发温度。此外，首先使得使用具有温度滑移的非共沸制冷剂成为可能，因为在这种情况下制冷剂的露点或制冷剂的露点温度的位置可以被转移到内部热交换器中。由于非共沸制冷剂的温度滑移，制冷剂所达到的露点温度可能比较高，并且因此妨碍了热交换器的进一步冷却。因此，根据本发明，仅一部分制冷剂在热交换器中蒸发，并且制冷剂的湿蒸汽部分的不可用部分转移到内部热交换器中。总体上，这允许包含CO2的质量分数并且尽管环保但具有非共沸性质的制冷剂用于在测试空间中建立低温。此外，通过将部分温度滑移或制冷剂的部分湿蒸汽从测试空间中的热交换器转移到内部热交换器中，可以通过非共沸制冷剂实现相对改善的温度稳定性。通过热交换器输出的冷容量仅在温度滑移的一段中产生，这意味着冷却回路中的制冷剂的露点偏移几乎不会对热交换器的温度稳定性产生任何影响。本发明的另一个主要方面在于，在这种情况下，提供了单个热交换器来冷却流体、即测试空间中的空气。
在降低高压侧的制冷剂的蒸发温度的过程中，可以使低压侧的制冷剂的吸入压力保持恒定。在这种情况下，不用必须要求更大的系统复杂性、比如形式为对吸入压力的附加控制和根据抽吸压力对膨胀元件的控制。特别地，压缩器器可以与冷却回路的运行状态无关地以恒定的功率运行。特别是在将活塞泵用作压缩器时，至关重要的是，它们必须长时间并且以恒定速度运行以实现较长的使用寿命。
制冷剂可以在制冷回路的从膨胀元件直至并且包括内部热交换器的蒸发部段上以恒定的吸入压力蒸发。如果制冷剂的吸入压力或蒸发压力恒定，则制冷剂可以根据制冷剂的温度滑移以低蒸发温度从膨胀元件蒸发到高蒸发温度的内部热交换器。由温度滑动引起的露点温度可能高于待冷却流体或测试空间中空气的温度。一旦制冷剂的蒸发温度等于在相同吸入压力下测试空间中待冷却的空气的温度，就不能再对空气进行冷却。然而，在另一个热交换器中达到的露点温度低于内部热交换器的高压侧上的制冷剂的液体温度，这意味着可以进一步降低制冷剂的液体温度。因此，可以在不改变吸入压力的情况下降低膨胀元件下游的蒸发温度，从而允许实现测试空间中空气的进一步冷却。原则上，如果需要调节性能，则可以通过改变喷射的制冷剂的量、即通过膨胀元件输送的制冷剂量来改变吸入压力。
因此，途经膨胀元件的制冷剂的第一部分可以在热交换器中蒸发，而制冷剂的第二部分可以在内部热交换器中蒸发。制冷剂在其中蒸发的冷却回路的蒸发部段可以从膨胀元件一直延伸到内部热交换器。蒸发部段可以延伸经过内部热交换器，在这种情况下，制冷剂的露点可以位于压缩器上游的内部热交换器的出口处。在冷却回路的操作期间，第一部分/第二部分之比可以根据测试空间中或热交换器处的温度而变化。例如，热交换器的温度与测试空间中的温度之间的相对较大的温差可能导致热交换器中的制冷剂加速加热，这导致制冷剂的露点朝向内部热交换器的入口或压缩器上游的热交换器的出口移动。只要尚未在测试空间中确立相对较低的温度或目标温度，就可以接受这种露点的变化。当热交换器的温度接近测试空间中的温度时，露点移动并且第二部分因此相对于制冷剂的第一部分增加。
高压侧的制冷剂的蒸发温度可以以自控的方式降低。取决于热交换器处的温度，不再蒸发的制冷剂可以沿流动方向从热交换器排出，因为在这种情况下热交换器处的温度不再足以引起制冷剂的相变。因此，湿的蒸汽或液体制冷剂在内部热交换器中重新蒸发，因为这里的高压侧与低压侧之间的温度差可以总是大于热交换器处的温度差。如果借助于内部热交换器通过内部热交换器处的热交换来降低膨胀元件上游的液体制冷剂的温度，则膨胀元件上游的制冷剂的能量密度和因此在热交换器处能够实现的温度差会增加。原则上并非必须控制膨胀元件、热交换器和内部热交换器的相互作用。
温度控制设备可以用于在测试空间中将>+60℃至+180℃的温度降低到≤-20℃的温度。在那种情况下，制冷剂在热交换器中由测试空间中的较高温度被强烈加热，这就是为什么冷却回路至少在冷却回路的低压侧就其构造而言可以从技术上调整为在该温度范围内加热的制冷剂的原因。否则，以这种方式加热的制冷剂在冷却回路的高压侧不能再理想地使用。尽管如此，制冷剂还可以用于在测试空间中建立≤-20℃的温度。
温度控制装置可以用于在测试空间内建立处于-57℃至+180℃、优选-80℃至+180℃、特别优选-100℃至+180℃的温度范围的温度。与混合流体级联系统不同，具有包含在制冷剂中所有组分的制冷剂可以借助于膨胀元件立即蒸发。由于CO2的凝固点为-56.6℃，原则上，包含较大CO2质量分数的制冷剂混合物不再适合于达到低于-56.6℃的温度。正是内部热交换器及其对高压侧的液化制冷剂的冷却，使得使用这种制冷剂可以达到低于-56.6℃的温度。
此外，可以使用温度滑移≥5K、优选≥10K、特别优选≥20K的制冷剂。制冷剂的温度滑移不应大于30K，这样冷却装置才能以合理的方式运行。
制冷剂可以在0.3至5巴绝对压力范围中的吸入压力或蒸发压力下蒸发。在该压力范围内使用制冷剂允许经济高效地生产冷却回路，因为无需使用特殊的耐压模块和部件来构成冷却回路的低压侧。
此外，制冷剂可以在5至35巴的绝对压力范围内的冷凝压力下冷凝。在此，高压侧也可以使用不必适应于相对较高的压力的模块和部件来构造。
制冷剂可以是在20年内相对CO2当量<2500、优选<500、特别优选<100的不可燃制冷剂。因此，制冷剂对环境的危害可以很小。如果制冷剂是不可燃的，则测试室和冷却回路特别地可以设计成更具成本效益的，因为就制冷剂的易燃性而言，无需采取特殊的安全措施。在这种情况下，制冷剂可能至少不属于防火等级C和/或制冷剂安全组A1。此外，测试室的运输和转移更容易，因为测试腔室在被转移之前可以被制冷剂填充，而与运输方式无关。如果使用易燃制冷剂，则在安装现场启动之前可能无法填充。此外，可以在测试空间中在有点火源的情况下使用不可燃制冷剂。在那种情况下，不需要用于检测测试空间中的热交换器区域中的可燃气氛的传感器。
可以使用由质量百分比为30％至50％的二氧化碳(CO2)和至少一种其他成分组成的制冷剂混合物作为制冷剂，另一种成分是五氟乙烷(C2HF5)和/或二氟甲烷(CH2F2)。由二氧化碳和一种或更多种氟化制冷剂组成的这种制冷剂混合物可以具有较低的GWP，并且是不可燃的或仅在一定程度上可燃。二氧化碳的含量必须尽可能低，因为否则制冷剂混合物的凝固点将随着二氧化碳的质量分数的增加而升高。然而，较低质量分数的二氧化碳降低了二氧化碳的GWP降低效果。这就是为什么部分氟化的制冷剂的GWP明显高于二氧化碳的原因，同时还具有改善的阻燃效果。特别是五氟乙烷和二氟甲烷含有大量的氟原子，这导致了不希望的高GWP。然而，令人惊奇地发现，用含有质量百分比为30％至40％的二氧化碳与五氟乙烷和/或二氟甲烷的制冷剂混合物，可以达到足够低的GWP——即，例如＜150。还发现，五氟乙烷的阻燃作用相对大于二氧化碳。此外，通过添加二氟甲烷作为制冷剂混合物的第三组分，可以减少五氟乙烷和二氧化碳的负面特性。因此，包含五氟乙烷和二氟甲烷的制冷剂混合物可以归类为不可燃。同时，二氟甲烷在二氧化碳中的凝固温度低于五氟乙烷中的凝固温度。因此，与单独的五氟乙烷和二氧化碳相比，五氟乙烷、二氟甲烷和二氧化碳的混合物可以实现更低的凝固温度。因此，二氟甲烷显着降低了制冷剂混合物的凝固点，需要一定质量分数的二氧化碳以使制冷剂混合物不可燃。然而，与此同时，二氟甲烷导致较高的最终压缩温度，这就是为什么二氟甲烷仅在有限范围内适合作为二氧化碳的唯一混合成分的原因。五氟乙烷不能像二氟甲烷一样降低制冷剂混合物的凝固点，但是具有比二氧化碳更好的阻燃效果，这是有利的。
特别有利的是，冷却装置仅在制冷剂的临界点之下运行。如果冷却装置在制冷剂的三相点之下运行，则可以防止制冷剂达到超临界状态。因此，不必将冷却装置配置为在超临界状态下操作，这节省了冷却装置的生产成本。
根据本发明的用于调节空气的测试室包括：测试空间，其用于接纳测试材料并且可以相对于环境密封且是绝热的；以及温度控制装置，其用于控制测试空间的温度，借助于温度控制装置，可以在测试空间内建立处于至少-20℃至+180℃的温度范围的温度，温度控制装置具有冷却装置，该冷却装置包括冷却回路，该冷却回路具有根据本发明的制冷剂、热交换器、压缩器、冷凝器和膨胀元件，冷却回路具有内部热交换器，内部热交换器在膨胀元件的上游和冷凝器的下游连接至冷却回路的高压侧，并且在压缩器的上游和热交换器的下游连接至冷却回路的低压侧，其中，制冷剂是非共沸制冷剂，借助于内部热交换器，高压侧的制冷剂可以通过低压侧的制冷剂以低压侧上的恒定的吸入压力冷却。关于根据本发明的测试室的优点，参照根据本发明的方法的优点的描述。
特别地，在借助于内部热交换器降低高压侧的制冷剂的蒸发温度的过程中也可以保持恒定的吸入压力。相应地，还可以部分地或排他地利用经由内部热交换器对高压侧的制冷剂进行冷却，以降低制冷剂在膨胀元件处的蒸发温度。原则上，如果要在测试空间中建立一个较长时间的温度常量，也可以动态设置吸入压力。在那种情况下，内部热交换器也主要用于降低制冷剂的蒸发温度，而与由测试空间中的温度产生的吸入压力无关。
制冷剂的露点温度可以高于温度范围的最低温度。在现有技术中已知的测试室中，在那种情况下，不能再用这种制冷剂来确定温度范围的最低温度，而是可以使用相对较高的最低温度，该温度基本上对应于制冷剂的露点温度。然而，在根据本发明的测试室中，可以使用露点温度高于温度范围的可达到的最低温度的制冷剂，因为高压侧的液化制冷剂可以借助于内部热交换器冷却，这意味着在膨胀元件处的制冷剂的蒸发温度可以相对较低。
热交换器的尺寸可以设计成使得只有一部分制冷剂可以在热交换器中蒸发。这带来的优点是，制冷剂的露点或露点温度的位置可以从热交换器移动至内部热交换器中。由于非共沸制冷剂的温度滑移，热交换器中制冷剂的部分蒸发在热交换器中实现的温度低于内部热交换器中制冷剂随后的剩余蒸发。
在测试室的一个实施方式中，热交换器可以设置在测试空间中。在这种情况下，也可以将热交换器设置在测试空间的空气处理空间中，以使通过风扇循环的空气与热交换器接触。以这种方式，可以通过冷却装置经由热交换器将测试空间中循环的空气直接在测试空间中冷却。测试室可以具有作为唯一的单个冷却回路的冷却回路。在这种情况下，冷却回路直接连接至测试空间。
在测试室的另一实施方式中，冷凝器可被实现为冷却装置的另一冷却回路的级联热交换器。因此，测试室可以具有至少两个冷却回路，在这种情况下，冷却回路可以形成冷却装置的第二级，并且布置在冷却回路上游的另一个冷却回路可以形成冷却装置的第一级。在这种情况下，冷凝器用作级联热交换器或冷却回路的热交换器。测试室的该实施方式允许在测试空间中简历特别低的温度。
温度控制装置可以具有包括加热器的加热装置和测试空间中的加热热交换器。加热装置可以是电阻加热器，其以如下方式对加热热交换器进行加热：使得可以通过加热热交换器升高测试空间中的温度。如果可以通过控制装置对热交换器和加热热交换器进行特定控制以冷却或加热在测试空间中循环的空气，则可以通过温度控制装置在测试空间内建立上述温度范围内的温度。在测试间隔期间，不管测试材料或测试材料的工作状态如何，都可以在测试空间内建立±1K、优选为±0.3K至±0.或小于±0.3K的持续一段时间的温度稳定性。测试间隔是整个测试周期的一部分，其中，测试材料会暴露在基本恒定的温度或气候条件下。加热热交换器可以与冷却回路的热交换器组合，使得可以实现下述共享的热交换器体：制冷剂可以流过该共享的热交换器体并且该共享的热交换器体具有电阻加热器的加热元件。冷凝器可以用空气、水或其他冷却剂冷却。原则上，冷凝器可以使用任何合适的流体进行冷却。重要的方面在于，冷凝器处产生的热负荷通过冷却空气或冷却水排出，使得制冷剂可以冷凝直至完全液化。
可以在冷却回路中实现具有至少一个可控的第二膨胀元件的第一旁路，在这种情况下，第一旁路可以在内部热交换器的上游和冷凝器的下游连接至冷却回路，并且第一旁路可以实现为可控制的附加内部冷却系统。因此，第一旁路可以形成制冷剂的再喷射装置。因此，制冷剂可以从第二膨胀元件于低压侧上在内部热交换器中再循环。在这种情况下，第一旁路可以在内部热交换器的上游和热交换器的下游连接至冷却回路的低压侧。被第二膨胀元件冷却或降低温度水平的制冷剂可以被引导通过内部热交换器并在内部热交换器的高压侧加强制冷剂的冷却。而且，以这种方式可以更精确地控制内部热交换器的冷却能力。
可以在冷却回路中形成包括至少一个第三膨胀元件的第二旁路，在这种情况下，第二旁路在冷凝器的下游和内部热交换器的上游绕过膨胀元件，并且可以通过第三膨胀元件计量制冷剂，使得制冷剂的吸入气体温度和/或吸入气体压力可以在冷却回路的低压侧上的压缩器上游被控制。此外，以这种方式，可以防止可能的过热和压缩器的损坏，该压缩器例如可以是压缩器装置。因此，通过添加保持液体(still-liquid)的制冷剂，借助于第三膨胀元件的致动，可以经由第二旁通冷却位于压缩器上游的气态制冷剂。第三膨胀元件可以借助于控制装置来致动，该控制装置本身联接至压缩器上游的冷却回路中的压力传感器和/或温度传感器。特别有利的是，可以通过第二旁路设置相对于吸入气体温度过热的2K至60K的吸入气体。此外，可以以控制压缩器的运行时间的方式计量制冷剂。原则上，不利的是重复打开和关闭压缩器或压缩器装置。如果压缩器运行更长的时间，则可以延长压缩器的使用寿命。例如，可以通过第二旁路将制冷剂引导通过膨胀元件或冷凝器，以延迟压缩器的自动停用并延长压缩器的运行时间。
在冷却回路中可以形成包括至少一个其他膨胀元件的另一个旁路，该另一个旁路在压缩器的下游和冷凝器的上游绕过压缩器，使得制冷剂的吸入气体温度和/或吸入气体压强可以在冷却回路的低压侧上的压缩器上游控制，并且/或者可以使冷却回路的高压侧与低压侧之间的压力差均衡。第二旁路可以另外配备有可调节的或可控制的阀、比如电磁阀。经由另一个膨胀元件使高压侧与低压侧连接确保了在系统停止的情况下如此压缩的气态制冷剂逐渐从冷却回路的高压侧流向低压侧。这也确保了即使在膨胀元件关闭的情况下高压侧与低压侧之间的逐渐的压力平衡。另一个膨胀元件的横截面的尺寸可以这样确定，使得从高压侧流向低压侧的制冷剂仅对冷却装置的正常运行产生很小的影响。同时，位于压缩器上游的气态制冷剂可以通过经由另一个旁路添加液态制冷剂而得到冷却。
此外，内部热交换器可以被实现为过冷却(sub-cooling)部段或热交换器、特别是板式热交换器。可以通过冷却回路的彼此接触的两个管线部段来简单地实现过冷却部分。
膨胀元件可以具有节气门和电磁阀，在这种情况下，可以通过节气门和电磁阀计量制冷剂。节气门可以是可调节的阀或者借助于电磁阀引导制冷剂通过从中通过的毛细管。电磁阀本身可以通过控制装置来致动。
同样，温度控制装置可以包括控制装置，该控制装置包括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，在这种情况下，电磁阀可以借助于该控制装置根据测量的温度和/或压力被致动。控制设备可以包括用于数据处理的装置，该装置处理来自传感器的数据组并控制电磁阀。在这种情况下，例如，冷却装置的功能也可以通过适当的计算机程序针对所使用的制冷剂进行调节。此外，控制装置可以在必要时发出故障信号并启动测试室的关闭，从而保护测试室和测试材料免受由于测试室的严重或不期望的工作状态而引起的损坏。
根据依据方法权利要求1的权利要求的特征的描述，测试室的其他实施方式是显而易见的。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地解释本发明的优选实施方式。
图1是制冷剂的压力-焓曲线图；
图2是冷却装置的第一实施方式的示意图；
图3是冷却装置的第二实施方式的示意图；
图4是冷却装置的第三实施方式的示意图；
图5是冷却装置的第四实施方式的示意图；
图6是冷却装置的第五实施方式的示意图。
具体实施方式
图2示出了测试室(未示出)的冷却装置10的第一实施方式。冷却装置10包括冷却回路11，该冷却回路11具有冷却剂、热交换器12、压缩器13、冷凝器14和膨胀元件15。在手边的这种情况下，冷凝器14由另一个冷却回路16冷却。热交换器12设置在测试室的测试空间(未示出)中。此外，冷却回路11具有高压侧17和低压侧18，内部热交换器19连接至该高压侧17和该低压侧18。
图1示出了在冷却回路11中循环的制冷剂的压力-焓曲线图(log p/h曲线图)，该制冷剂是非共沸制冷剂。根据图1和图2的组合视图，从位置A开始，制冷剂在压缩器13的上游被吸入并压缩，从而根据位置B实现压缩器13的下游的压力到达位置B。制冷剂借助于压缩器13被压缩并且随后在冷凝器14中液化到达位置C。制冷剂通过高压侧17上的内部热交换器19，在那里被进一步冷却，因此到达膨胀元件15的上游的位置C'。借助于内部热交换器19，在热交换器12中不能够使用的湿蒸汽区域的一部分(位置E至E')可以用于进一步降低制冷剂(位置C'至C)的温度。在膨胀元件15处，制冷剂松弛(位置C'至D')并在热交换器12中部分液化(位置D'至E)。然后，制冷剂的湿蒸气进入低压侧18上的内部热交换器19，在该处制冷剂再次蒸发，直到在位置E'处达到制冷剂的露点温度或露点。因此，制冷剂的蒸发部段22的第一子部段20穿过热交换器12，蒸发部段22的第二子部段21穿过内部热交换器19。必要的方面在于，即使膨胀元件15处的蒸发温度改变，压缩器13在低压侧18上的吸入压力在蒸发部段22上也保持恒定。
图3示出了冷却装置23的最简单的实施方式的示意图，其中冷却装置23是自控的。冷却装置23包括具有热交换器25、压缩器26、冷凝器27、膨胀元件28和内部热交换器29的冷却回路24。取决于热交换器25处的温度，未完全蒸发的制冷剂从热交换器25中逸出，这是因为热交换器25处或测试空间(未示出)中的温度不再足够高以引起相变。在这种情况下，仍然为液体的制冷剂在内部热交换器29中再次蒸发，因为那里的温度差必须一直大于在热交换器25处的温度差。一旦通过内部热交换器29中的热交换降低了膨胀元件28上游的液体制冷剂的温度，则在热交换器25处的能量密度及其能够达到的温度差增加。冷却装置23不需要通过传感器等来进行精细控制。
图4示出了冷却装置30，其与图3的冷却装置的不同之处在于其具有第一旁路31和第二旁路32。可控制的第二膨胀元件33设置在第一旁路31中，第一旁路31被构造成作为附加的内部冷却系统34。第一旁路31在冷凝器27的紧接的下游、内部热交换器29的上游连接至冷却回路24，并且在热交换器25的下游、内部热交换器29的上游连接至冷却回路24。因此，第一旁路31绕开了膨胀元件28与热交换器25，内部热交换器29能够借助于第二膨胀元件33供应蒸发的制冷剂。在吸入气体的温度可能由于热交换器25的引起而较高的情况下，引入至内部热交换器29中的吸入气体质量流能够通过第一旁路31来进行附加冷却。通过这种方式，可以避免制冷剂在膨胀元件上游的蒸发。因此，第一旁路31可以用于对冷却装置30的负载情况作出反应。第二旁路32具有第三膨胀元件35，并且在冷凝器27的下游、内部热交换器29的上游以及内部热交换器29的下游、压缩器26的上游连接至冷却回路24。这允许压缩器26上游的吸入气体质量流通过第二旁路32被充分减小，以避免不必要的高最终压缩温度。
图5示出了冷却装置36，其与图4的冷却装置的不同之处在于其具有另一个冷却回路37。另一个冷却回路37用于使冷却回路39的冷凝器38冷却。在手边的这种情况下，冷凝器38被实现为级联热交换器40。此外，冷却回路39具有另一旁路41，其具有另一膨胀元件42。另一旁路41在压缩器26下游、冷凝器38上游以及内部热交换器29下游、压缩器26上游连接至冷却回路39。尚未液化但被压缩的制冷剂可以通过另一旁路41流回至压缩器26的上游，从而可以控制制冷剂的吸入气体温度和/或吸入气体压力。
图6示出了具有冷却回路44和另一个冷却回路45的冷却装置30，并且特别示出了冷却回路44中的内部热交换器46。在手边的这种情况下，热交换器47设置在测试室(未示出)的隔温的测试空间中。

Claims (21)

1.一种用于调节测试室的测试空间中的空气的方法，所述测试室用于接纳测试材料并且能够相对于环境密封且是绝热的，借助于所述测试室的温度控制装置的冷却装置(10、23、30、36、43)，在所述测试空间内建立处于-20℃至+180℃的温度范围中的温度，所述冷却装置包括冷却回路(11、24、39、44)，所述冷却回路具有制冷剂、热交换器(12、25、47)、压缩器(13、26)、冷凝器(14、27、38)和膨胀元件(15、28)，所述冷却回路的内部热交换器(19、29、46)在所述膨胀元件的上游和所述冷凝器的下游连接至所述冷却回路的高压侧(17)，并且在所述压缩器的上游和所述热交换器的下游连接至所述冷却回路的低压侧(18)，使用所述内部热交换器以冷却所述高压侧的制冷剂，
其特征在于，
使用非共沸制冷剂作为所述制冷剂，所述高压侧的制冷剂借助于所述内部热交换器而进行的冷却被用于降低所述膨胀元件处的蒸发温度。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在降低所述高压侧(17)的制冷剂的蒸发温度的同时，使所述低压侧(18)的制冷剂的吸入压力保持恒定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述制冷剂以恒定的吸入压力在所述冷却回路(11、24、39、44)的从所述膨胀元件(15、28)直至并且包括所述内部热交换器(19、29、46)的蒸发部段(22)上蒸发。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述制冷剂的途经所述膨胀元件(15、28)的第一部分在所述热交换器(12、25、47)中蒸发，并且所述制冷剂的第二部分在所述内部热交换器(19、29、46)中蒸发。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述高压侧(17)的制冷剂的蒸发温度以自控的方式降低。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述温度控制装置用于在所述测试空间中将>+60℃到+180℃的温度降低到≤-20℃的温度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述温度控制装置用于在所述测试空间中建立处于-57℃至+180℃、优选-80℃至+180℃、特别优选-100℃至+180℃的温度范围中的温度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
使用具有≥5K、优选≥10K、特别优选≥20K的温度滑移的制冷剂。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述制冷剂以处于0.3巴至5巴的绝对压力范围中的吸入压力蒸发。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述制冷剂以处于5巴至35巴的绝对压力范围中的冷凝压力冷凝。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
使用不可燃制冷剂，所述不可燃制冷剂具有在20年内<2500、优选<500、特别优选<100的相对CO2当量。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
使用由质量百分比为30％至50％的二氧化碳(CO2)和至少一种其他成分组成的制冷剂混合物作为所述制冷剂，所述其他成分是五氟乙烷(C2HF5)和/或二氟甲烷(CH2F2)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述冷却装置(10、23、30、36、43)仅在所述制冷剂的临界点之下运行。
14.一种用于调节空气的测试室，所述测试室包括用于接纳测试材料并且能够相对于环境密封且绝热的测试空间以及用于控制所述测试空间的温度的温度控制装置，借助于所述温度控制装置，能够在所述测试空间内建立处于-20℃至+180℃的温度范围中的温度，所述温度控制装置具有冷却装置(10、23、30、36、43)，所述冷却装置(10、23、30、36、43)包括冷却回路(11、24、39、44)，所述冷却回路具有制冷剂、热交换器(12、25、47)、压缩器(13、26)、冷凝器(14、27、38)和膨胀元件(15、28)，所述冷却回路具有内部热交换器(19、29、46)，所述内部热交换器在所述膨胀元件的上游和所述冷凝器的下游连接至所述冷却回路的高压侧(17)，并且在所述压缩器的上游和所述热交换器的下游连接至所述冷却回路的低压侧(18)，
其特征在于，
所述制冷剂是非共沸制冷剂，借助于所述内部热交换器，所述高压侧的制冷剂能够由所述低压侧的制冷剂以所述低压侧上的恒定吸入压力进行冷却。
15.根据权利要求14所述的测试室，
其特征在于，
所述制冷剂的露点温度大于所述温度范围的最低温度。
16.根据权利要求14或15所述的测试室，
其特征在于，
所述热交换器(12、25、47)的尺寸使得所述制冷剂只能在所述热交换器中部分地蒸发。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的测试室，
其特征在于，
所述冷凝器(14、27、38)被实现为所述冷却装置的另一个冷却回路(36、43)的级联热交换器(40)。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的测试室，
其特征在于，
所述温度控制装置具有包括加热器的加热装置和所述测试空间中的加热热交换器。
19.根据权利要求14至18中的任一项所述的测试室，
其特征在于，
在所述冷却回路(24、39、44)中实现具有至少一个能够控制的第二膨胀元件(33)的第一旁路(31)，所述第一旁路在所述内部热交换器(29、46)的上游和所述冷凝器(27、38)的下游连接至所述冷却回路，所述第一旁路被实现为附加的可控内部冷却(34)。
20.根据权利要求14至19中的任一项所述的测试室，
其特征在于，
在所述冷却回路(24、39、44)中实现具有至少一个第三膨胀元件(35)的第二旁路(32)，所述第二旁路在所述冷凝器(27、38)的下游和所述内部热交换器(29、46)的上游绕过所述膨胀元件(28)，制冷剂能够借助于所述第三膨胀元件来进行计量，使得所述制冷剂的吸入气温和/或吸入气压在所述压缩器(26)的上游的所述冷却回路的低压侧上是能够控制的。
21.根据权利要求14至20中的任一项所述的测试室，
其特征在于，
在所述冷却回路(39)中实现具有至少一个其他膨胀元件(42)的另一个旁路(41)，所述另一个旁路在所述压缩器的下游和所述冷凝器的上游绕过所述压缩器(26)，使得所述冷却回路的低压侧上的制冷剂的吸入气温和/或吸入气压在所述压缩器的上游是能够控制的，并且/或者使得所述冷却回路的高压侧与低压侧之间的压力差能够被均衡。
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