DE1903585A1 - Test chamber with cooling system - Google Patents
Test chamber with cooling systemInfo
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Description
ASSOCIATED TESTING LABORATORIES, INC.
200 Route H6ASSOCIATED TESTING LABORATORIES, INC.
200 route H 6
Prüfkammer mit Kühlsystem- Test chamber with cooling system -
Die Erfindung betrifft Prüfkammern und insbesondere eine Prüfkammer für niedrige Temperaturen', die· in Kombination mit einem verbesserten Kühlsystem unter Verwendung von gemischten Halogenkohlenwasserstoffen als Kühlmittel ausgebildet ist.The invention relates to test chambers and, more particularly, to a test chamber for low temperatures', which · in combination with an improved Cooling system is designed using mixed halogenated hydrocarbons as a coolant.
Prüfkammern mit üblichen Kühlsystemen unter Verwendung eines einzelnen Kompressors und einer einzelnen Kühlflüssigkeit haben bisher im allgemeinen mit Temperaturen im Bereich von - ^0° C (- k0° F) als wirksame untere Grenze gearbeitet. Tiefere Temperaturen werden im allgemeinen mit Hilfe von komplizierteren und kostspieligen Kühlsystemen vom Doppel- oder Kaskadentyp erhalten, wobei ein oder mehrere getrennte Kühlmittel und eine Zweiheit von Test chambers with conventional refrigeration systems using a single compressor and a single refrigerant liquid have heretofore generally operated with temperatures in the range of - ^ 0 ° C (- k0 ° F) as the effective lower limit. Lower temperatures are generally obtained with the aid of more complicated and expensive cooling systems of the double or cascade type, with one or more separate coolants and a duality of
komponenten verwendet werden. Auch sind gemischte Kühlmittel für eine solche Verwendung vorgeschlagen, jedoch hat in solchen Fällen die vorgeschlagene Verwendung zu relativ komplizierten und kostspieligen Geräten geführt, die keinen wettbewerbsfähigen Vorteil erbracht haben und zur Verwendung als kleine oder mittelgrosse Prüfkammern ökonomisch ungeeignet sind·components are used. Mixed coolants are also available for such use has been suggested, however, in such cases the proposed use has resulted in relatively complex and costly devices that have no competitive advantage and are economically unsuitable for use as small or medium-sized test chambers
909835/1071909835/1071
j Die Erfindung soll kurz als verbesserte Konstruktion einer Prüfj kammer beschrieben werden, die aus einem Kühlsystem besteht, das einen einzelnen Kompressor und Verdampfer in Verbindung mit einem gemischten .Halogenkohlenwasserstoff .als Kühlmittel enthält.j The invention is intended briefly as an improved construction of a Prüfj chamber are described, which consists of a refrigeration system that has a single compressor and evaporator in conjunction with a contains mixed halogenated hydrocarbons as a coolant.
Zu den mit der erfindungsgemässen Prüfkammer erzielbaren Vorteilen gehört das schnelle Erreichen von Temperaturen von - 65 C (- 85 F) in einer einfachen und nicht kostspieligen Einheit, die aus üblichen und leicht erhältlichen Komponenten besteht und demzufolge aus einer nicht kostspieligen Prüfkammer mit einem bemerkenswert weiten Prüfbereich.Among the advantages that can be achieved with the test chamber according to the invention The rapid achievement of temperatures of -65 C is one of the key elements (- 85 F) in a simple and inexpensive unit consisting of common and readily available components and consequently from an inexpensive test chamber with a remarkable wide testing area.
■■ Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Prüfkammer, die ™ Kühlsysteme unter Verwendung eines gemischten Halogenkohlenwasserstoffs als Kühlmittel enthält und insbesondere für die Verwen-' dung von Tieftemperaturen dienen soll. The subject of the invention is an improved test chamber which contains cooling systems using a mixed halogenated hydrocarbon as a coolant and which is intended to serve in particular for the use of low temperatures.
An Hand der Zeichnung wird im folgenden der erfindungsgemässe Gegenstand und die damit erreichbaren Vorteile näher beschrieben: _. -With reference to the drawing, the inventive The object and the advantages that can be achieved with it are described in more detail: _. -
Fig. 1 stellt eine Seitenansicht, teilweise abgeschnitten, der erfindungsgemässen Prüfkammer dar,1 shows a side view, partially cut away, of the test chamber according to the invention,
Fig. 2 ein schematisches Schaubild des in der Einheit von ■ Fig. 1 enthaltenen Kühisystems. /FIG. 2 is a schematic diagram of the in the unit of FIG ■ Fig. 1 contained cooling system. /
> ■■ ·■ ■■■ ■■ ■-■■-> ■■ · ■ ■■■ ■■ ■ - ■■ -
Der Prüfraum 10 nach Fig. 1 ist verhältnismässig klein und kann auf einem Tisch aufgestellt werden. Er besteht aus einem Temperaturkontrollteil 12 und einem Teil, der Kammerabschnitt 14 aufnimmt. In Kammerabschnitt IU ist zentral ein Kammerraum 16 angeordnet, der von isolierten Wänden geeigneter Dicke umgeben und durch eine isolierte Tür 18 zugänglich ist. Im Kontrollteil 12 sind geeignete Elemente zur Wärmeerzeugung, Mittel zur Luftzirkulation, Kontrollen, und Komponenten für die Kühlung angeordnet. An der Vorderseite von Temperaturkontrollteil 12 sind leicht erreichbare Kontroll- und den Arbeitsvorgang anzeigendeThe test space 10 according to FIG. 1 is relatively small and can be placed on a table. It consists of a temperature control part 12 and a part, the chamber section 14 records. A chamber space 16 is centrally located in chamber section IU arranged, which is surrounded by insulated walls of suitable thickness and accessible through an insulated door 18. In the control part 12 suitable elements for heat generation, means for air circulation, controls, and components for cooling are arranged. At the front of temperature control part 12 are Easily accessible control and display of the work process
j Elemente 20 vorgesehen· Ein Anzeigethermometer 22 ist an der Tür 18 angebracht.j elements 20 provided · A display thermometer 22 is attached to the Door 18 attached.
Wie schon erwähnt, hatten bisher Prüfkammern des oben beschriebenen Typs wegen ihrer Grosse und im Hinblick auf Kostenfaktoren eine Tieftemperaturarbeitsgrenze von - 40° C bei Anwendung Üblicher Kältetechnik.As already mentioned, test chambers previously had the one described above Type because of their size and in terms of cost factors a low temperature working limit of - 40 ° C when using the usual Refrigeration.
Die erfindungsgemässe Testkammer hat ein verbessertes Kühlsystem, das wirksam die Arbeitstemperatur auf unter -65° C (-85° F) senkt. Das Kühlsystem verwendet gemischte Halogenkohlenwasserstoff-Kühlmittel bestimmter Art, wie noch im folgenden näher beschrieben wird. Die wirksamen Komponenten des Systems sind in Fig. 2 bezeichnet.The test chamber according to the invention has an improved cooling system that effectively reduces the working temperature to below -65 ° C (-85 ° F) lowers. The cooling system uses mixed halocarbon refrigerants of certain types, as further described below will. The operative components of the system are indicated in FIG.
Ein erster Bestandteil des Halogenkohlenwasserstoff-Kühlmittelgemischs gemäss der Erfindung ist aus der Gruppe von Dichlordifluormethan (R 12),tf44 Monochlordifluormethan (R 22) und einem azeotropen Gemisch (R 502) von Monochlordifluormethan (R 22) und Monochlorpentafluoräthan (R 115) gewählt, ein zweiter Bestandteil! aus der Gruppe von Monochlortrifluormethan (R 13). Alle derartigen Kühlmittel sind im Handel erhältlich, u.a. bei E.I. du Pont de Nemours ε Co. und der Allied Chemical Corporation» Der bevorzugte erste Bestandteil besteht zumindestene teilweise aus Dichlordifluormethan (R 12) wegen seiner Mischbarkeit mit öl. Das azeotrope Gemisch R 502 besteht aus 48.8 Gewichtsprozent Monochlordifluormethan und 51.2 % Monochlorpentafluoräthan. Es ist u. a. als Freon 502 bei E.I. du Pont de Nemours S Co. erhältlich. Nach den Angaben der Herstellerfirmen haben die Stoffe R 502, : R 12 und R 22 folgende Eigenschaften:A first component of the halogenated hydrocarbon coolant mixture according to the invention is selected from the group of dichlorodifluoromethane (R 12), tf44 monochlorodifluoromethane (R 22) and an azeotropic mixture (R 502) of monochlorodifluoromethane (R 22) and monochloropentafluoroethane (R 115) second component! from the group of monochlorotrifluoromethane (R 13). All such coolants are commercially available, including from EI du Pont de Nemours ε Co. and Allied Chemical Corporation. The preferred first ingredient consists at least in part of dichlorodifluoromethane (R 12) because of its miscibility with oil. The azeotropic mixture R 502 consists of 48.8 percent by weight monochlorodifluoromethane and 51.2% monochloropentafluoroethane. It is available from EI du Pont de Nemours S Co. as Freon 502, among others. According to the manufacturers, the substances R 502 have: R 12 and R 22 the following features:
909835/1071909835/1071
Kompressionsverhältnis, 120 % °Compression ratio, 120% °
Dichte, flüssig (g/ccm) bei 48.9° C bei -17.8° CDensity, liquid (g / ccm) at 48.9 ° C at -17.8 ° C
Dfchte, Wasserdampf gesättigt lbs/cu.ft. bei -17.8° CDfchte, saturated water vapor lbs / cu.ft. at -17.8 ° C
Spez· Wärmeverhältnis Cp/CvSpec · heat ratio Cp / Cv
65° F und 10 psia65 ° F and 10 psia
Latente Verdampfungswärme
Btu/lb 0° FLatent heat of vaporization
Btu / lb 0 ° F
6.436.43
1.121 1.3951,121 1,395
1.1041.104
7.157.15
1.089
1.3451,089
1,345
0.7280.728
1.1321,132
1.1871,187
Löslichkeit von Wasser (ppm)Solubility of water (ppm)
25.5° C25.5 ° C
69.6169.61
560560
94.3994.39
13001300
7.247.24
1.216 1.4491,216 1,449
0.6220.622
1.1391,139
68.7568.75
9393
χ) CH Cl F2/C Cl F2 C F3 (48.8/51.2 Gewichtsprozent) xx) Annäherungswertχ) CH Cl F 2 / C Cl F 2 CF 3 (48.8 / 51.2 percent by weight) xx) Approximate value
Der bevorzugte zweite Bestandteil besteht aus dem azeotropen Gemisch (R503)» das aus 40.1 Gewichtsprozent Trifluormethan (R23) und 59.9 % Monochlortrifluormethan (R13) zusammengesetzt ist. Es ist als "Genetron 23/13" bei Allied Chemical Corporation erhält- - - 5 -The preferred second component consists of the azeotropic mixture (R503) which is composed of 40.1 percent by weight of trifluoromethane (R 23 ) and 59.9% of monochlorotrifluoromethane (R 13 ). It is received as "Genetron 23/13" from Allied Chemical Corporation- - - 5 -
07-1 07-1
lieh. Diese Stoffe haben nach den Angaben der Hersteller folgen de Eigenschaften:borrowed. According to the manufacturer, these substances have the following properties:
Chem. FormelChem. Formula
Mol. Gewicht
Siedepunkt bei 1 Atm.Mole weight
Boiling point at 1 atm.
Kritische TemperaturCritical temperature
Kritischer Druck (PSIA) 607 561Critical Pressure (PSIA) 607 561
Verdampfungswärme beiHeat of evaporation
Siedepunkt (BTU/lb) 74.2 63.9Boiling point (BTU / lb) 74.2 63.9
Dichte, fl., bei -30° FDensity, fl., At -30 ° F
(BTU/lb. °F) 0.29 0.24(BTU / lb. ° F) 0.29 0.24
x) 40.1 Gewichtsprozent Genetron 23
59.9 Gewichtsprozent Genetron 13x) 40.1 percent by weight Genetron 23
59.9 percent by weight Genetron 13
Zur Inbetriebnahme einer Vorrichtung der beschriebenen Art wird das System zunächst bei Raumtemperatur und einem Druck von 45 psig mit dem ersten Bestandteil des Kühlmittelgemischs, speziell R^ο» beschickt, anschließend bei 95 psig mit dem zweiten Bestandteil, speziell dem azeotropen Gemisch R503· Das System -wird dann in Gang gesetzt und so eingestellt, daß es optimale Werte erreicht. Während die verwendeten Mengen an Kühlmittel wenigstens zum Teil vom Volumen des Systems bestimmt werden, wird zur Erzielung des gewünschten Temperaturabfalls unter Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung etwa 196 g R12 Kühlmittel und 133 g des azeotropen Gemische RKno gebraucht, wobei eine Temperatur von -67.8° C (-90° F) in etwa 1 Stunde erreichbar sind. Auf der Basis von jetzt erreichbaren . begrenzten Werten ist er- sichtlich, daß geeignete Mengen des ersten und zweiten Bestand- To start up a device of the type described, the system is first charged with the first component of the coolant mixture, especially R ^ ο »at room temperature and a pressure of 45 psig, then at 95 psig with the second component, especially the azeotropic mixture R 503 · Das System - is then started and adjusted so that it achieves optimal values. While the amounts of coolant used are at least partly determined by the volume of the system, about 196 g of R 12 coolant and 133 g of the azeotropic mixture R Kn o are required to achieve the desired temperature drop using the device described above, with a temperature of - 67.8 ° C (-90 ° F) can be reached in about 1 hour. On the basis of what is now achievable. limited values, it can be seen that suitable quantities of the first and second constituents
90^^571071 - 90 ^^ 571071 -
teils an Kühlmittel wenigstens bis zu einem gewissen Grade ■ durch ein Gewichtsverhältnis, d.h.partly of coolant at least to a certain extent ■ by a weight ratio, i.e.
Gewicht des ersten Bestandteils Gewicht des zweiten Bestandteils Weight of the first component Weight of the second component
bestimmbar sind.are determinable.
Im vorliegenden Fall beträgt das Verhältnis I,f7, Es hat sich gezeigt, daß Abweichungen von den oben angegebenen Werten zu einem Abfall der Resultate führt. Jedoch sind auch bei einem Abweichen in Höhe von 5 % Temperaturen im Bereich ,von -65° C (-85° F) erreichbar.In the present case the ratio is I, f7, Es has showed that deviations from the values given above lead to a decrease in the results. However, also with one Deviation by 5% temperatures in the range of -65 ° C (-85 ° F) achievable.
Nach Fig. 2 enthält die Prüfkammer einen Kompressor 30 üblicher Bauart, um den Druck des über Leitung 28 in der Gasphase eingeführten gemischten Kühlmittels zu.erhöhen. Der Ausstoß aus Kompressor 30 wird mit hohem Druck über Leitung 32 in einen Kondensator 34 üblicher Bauart geleitet, in dem der erste Kühlmittelbestandteil des Kühlmittelgemisches selektiv verflüssigt wird. Das aus dem Kondensator auslaufende gemischte gasförmig-flüssige Kühlmittel wird zu einem Separator 36 geleitet, der zweckmäßig die Form einer kleinen Kammer oder auch eines T-Stücks haben kann. Der unkondensierte gasförmige zweite Bestandteil des Kühlmittel?ewir8hsüber Leitung 30 zum Kaskadenkondensator 10 geleitet. Das kondensierte Kühlmittel wird duech ein Kapillarrohr 44 entspannt und durch den Kaskadenkondensator 40 im Gegenstrom zum zweiten Bestandteil geführt. Auf diese Weise erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Bestandteilen und eine bemerkenswerte Erniedrigung der Temperatur des zweiten Bestandteils des Kühlmittelgemischs. Im Falle der bezeichneten Kühlmittel genügt ein derartiger Wärmeaustausch, um eine Kondensation des größten, wenn nicht des ganzen Teils des zweiten Bestandteils zu bewirken. Die gebildete Flüssigkeit läuft aus dem Kondensator 4Q in Leitung 4 2. Die verflüssigte Komponente des zweiten Bestandteils wird dann durch das Kapillarrohr 46 entspannt und zum Verdampfer 48 geführt, in dem sie auf übliche Weise Wärme aus den umgebenden Teilen der Vorrichtung absorbiert. Der erste Be-According to FIG. 2, the test chamber contains a compressor 30 of conventional design in order to increase the pressure of the mixed refrigerant introduced via line 28 in the gas phase. The discharge from compressor 30 is passed at high pressure via line 32 into a condenser 34 of conventional design, in which the first refrigerant component of the refrigerant mixture is selectively liquefied. The mixed gaseous-liquid coolant flowing out of the condenser is directed to a separator 36, which can expediently be in the form of a small chamber or a T-piece. The uncondensed gaseous second component of the coolant? e wir8 hs passed through line 30 to cascade capacitor 10. The condensed coolant is expanded by a capillary tube 44 and passed through the cascade condenser 40 in countercurrent to the second component. In this way there is an exchange of heat between the constituents and a noticeable lowering of the temperature of the second constituent of the coolant mixture. In the case of the designated coolants, such a heat exchange is sufficient to bring about condensation of most, if not all, of the second component. The liquid formed runs out of the condenser 4Q in line 4 2. The liquefied component of the second component is then expanded through the capillary tube 46 and passed to the evaporator 48, in which it absorbs heat from the surrounding parts of the device in the usual manner. The first
9 0 9 8 35V" 1 β"7~1~ 9 0 9 8 35V "1 β" 7 ~ 1 ~
standteil des Kühlmittelgemischs verläßt den Kondensator 40 in Gasform über Leitung 50 und wird zum KompreaBor 30 zusammen mit dem gasförmigen zweiten Bestandteil, der aus dem Verdampfer H8 über Leitung 52 strömt, zurückgeführt.Part of the coolant mixture leaves the condenser 40 in gaseous form via line 50 and becomes KompreaBor 30 together with the gaseous second component flowing out of the evaporator H8 via line 52, returned.
Die Verwendung von Dichlordi fluorine than (R12) als erster Kühlmittelbestandteil in Verbindung mit dem azeotropen Gemisch (R503) von Trifluormethan und Monochlortrifluormethan ist besonders vorteilhaft und bevorzugt, obwohl auch andere Kombinatbnen der in obigen genannten Verbindungen für den ersten und zweiten Bestandteil des Kühlmittelgemischs verwendet werden können. The use of dichlorodifluorine than (R 12 ) as the first coolant component in connection with the azeotropic mixture (R 503 ) of trifluoromethane and monochlorotrifluoromethane is particularly advantageous and preferred, although other combinations of the above-mentioned compounds for the first and second components of the coolant mixture are also used can be used.
Wie man ersehen kann, wird beim Erfindungsgegenstand lediglich eine Standardeinrichtung verwendet ohne Ventile oder andere die Aufrechterhaltung störende Komponenten, sowie Kühlmittel üblicher und annehmbarer Art. Einheiten des beschriebenen Typs bringen erfindungsgemäß erfolgreich den Tieftemperaturbereich von kleinen Prüfkammern von -40° C (-40° F) auf bis unter -65° C (-85° F) ohne Steigerung der Schwierigkeit der Bestandteile oder der Kosten.As can be seen, the subject matter of the invention is only a standard device used with no valves or other maintenance disruptive components, as well as refrigerant more common and acceptable in nature. Units of the type described successfully bring the low temperature range of in accordance with the present invention small test chambers from -40 ° C (-40 ° F) to below -65 ° C (-85 ° F) without increasing component difficulty or cost.
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