ES2937914T3 - Refrigerante - Google Patents

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Murat Aydin
Yannik Zahrt
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Christian Haack
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Abstract

La invención se refiere a un refrigerante para un dispositivo de refrigeración con un circuito de refrigeración con al menos un intercambiador de calor, el refrigerante en el intercambiador de calor sufre un cambio de fase, siendo el refrigerante una mezcla refrigerante compuesta por una fracción de masa de dióxido de carbono, una fracción de masa de pentafluoroetano, una fracción de masa de difluorometano y una fracción de masa de al menos otro componente, donde la fracción de masa de dióxido de carbono en la mezcla refrigerante es de 28 a 51 por ciento en masa, siendo la fracción de masa de pentafluoroetano de 14,5 a 32 por ciento en masa, el siendo la fracción de masa de difluorometano de 14,5 a 38 por ciento en masa, siendo el otro componente fluorometano. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Refrigerante
La invención se refiere a un refrigerante para un dispositivo de refrigeración y a una cámara de ensayo con el refrigerante, así como a un uso de un refrigerante, estando compuesto el refrigerante para un dispositivo de refrigeración con un circuito de refrigeración con al menos un intercambiador de calor, en el que el refrigerante experimenta un cambio de fase, por una mezcla de refrigerante de una parte en masa de dióxido de carbono, una parte en masa de pentafluoroetano, una parte en masa de difluorometano y una parte en masa de al menos un componente adicional.
Los refrigerantes de este tipo circulan generalmente dentro de un circuito de refrigeración cerrado de dispositivos de refrigeración y experimentan sucesivamente diversos cambios de un estado agregado. Los refrigerantes deben ser de tal naturaleza que puedan utilizarse en un circuito de refrigeración dentro de una diferencia de temperatura como la mencionada anteriormente. En el estado de la técnica se conocen los llamados refrigerantes monosustancia y también las mezclas de refrigerante de al menos dos sustancias. La designación de los refrigerantes se efectúa de conformidad con el apartado 6 de la norma DIN 8960 en la última versión válida en la fecha de prioridad.
Como consecuencia de las normativas legales, un refrigerante no debe contribuir significativamente al agotamiento de ozono en la atmósfera o al calentamiento global. Sustancialmente, no deben utilizarse gases fluorados o sustancias cloradas como refrigerantes, por lo que entran en consideración los refrigerantes naturales o gases. Además, un refrigerante debe ser no inflamable para, entre otras cosas, no dificultar el llenado, el envío y el funcionamiento de un circuito de refrigeración debido a las normas de seguridad que haya que cumplir eventualmente. Además, la fabricación de un circuito de refrigeración se encarece por el uso de un refrigerante inflamable, como consecuencia de las medidas constructivas necesarias por ello. La inflamabilidad se entiende aquí como la propiedad del refrigerante de reaccionar con el oxígeno ambiental liberando calor. Un refrigerante es inflamable en particular si pertenece a la clase de fuego C según la norma europea EN2 o DIN 378 clases A2, A2L y A3 en la última versión válida en la fecha de prioridad.
Además, un refrigerante debe tener un equivalente de CO2 relativamente bajo, es decir, un potencial relativo de calentamiento global (PCG) debe ser lo más bajo posible para evitar daños indirectos al medio ambiente por el refrigerante al liberarse. El PCG indica cuánto contribuye una masa determinada de un gas de efecto invernadero al calentamiento global, sirviendo de valor de referencia el dióxido de carbono. El valor describe el efecto de calentamiento medio a lo largo de un determinado periodo de tiempo, especificándose aquí 100 años para facilitar la comparación. Para la definición del equivalente relativo de CO2 o PCG, se hace referencia al Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), Informe de Evaluación, apéndice 8.A, tabla 8.A.1 en la última versión válida en la fecha de prioridad.
La desventaja de los refrigerantes con un PCG bajo, por ejemplo < 2500, es que en los intervalos de temperatura relevantes para un circuito de refrigeración, estos refrigerantes tienen a veces una capacidad de refrigeración significativamente reducida en comparación con refrigerantes con un PCG comparativamente más alto. Con mezclas de refrigerantes que tengan una parte en masa de dióxido de carbono comparativamente alta se puede conseguir un PCG bajo, pudiendo estas mezclas de refrigerantes presentar propiedades zeotrópicas debido a las diferentes sustancias mezcladas, lo que a su vez es indeseable en muchos circuitos de refrigeración.
En una mezcla de refrigerante zeotrópica, tiene lugar una transición de fase en un intervalo de temperatura, el llamado deslizamiento de temperatura. Se considera deslizamiento de temperatura la diferencia entre la temperatura de ebullición y la temperatura del punto de rocío a presión constante. Las mezclas de refrigerantes zeotrópicos suelen contener una elevada parte en masa de un componente no inflamable de la mezcla de refrigerante, aunque este se caracteriza por un PCG comparativamente elevado. El dióxido de carbono parece inicialmente un componente adecuado para una mezcla de refrigerante porque no es inflamable y tiene un bajo PCG. Sin embargo, en el caso de una mezcla de dióxido de carbono con un componente adicional, es esencial que, si el componente adicional es combustible, una parte en masa de dióxido de carbono sea comparativamente grande. Sin embargo, esto a su vez es desventajoso porque el dióxido de carbono tiene una temperatura de congelación o un punto de congelación de -56,6°C, lo que hace casi imposible alcanzar temperaturas hasta -60°C con una alta concentración de dióxido de carbono.
Además, los refrigerantes deben ser tan fáciles de usar como sea posible, es decir, no deben requerir ninguna conversión técnica compleja de un dispositivo de refrigeración. Especialmente en el caso de refrigerantes con un deslizamiento de temperatura > 3 K, es necesario adaptar un elemento de expansión y un intercambiador de calor o evaporador del circuito de refrigeración en cuestión a la temperatura de evaporación del refrigerante y prever una regulación correspondiente. También hay que distinguir entre los refrigerantes que están configurados para el funcionamiento estático de un dispositivo de refrigeración, es decir, un dispositivo de refrigeración con una temperatura en el intercambiador de calor o evaporador que es sustancialmente constante durante un largo período de tiempo, y un dispositivo de refrigeración dinámico con un cambio de temperatura comparativamente rápido en el intercambiador de calor. Este tipo de dispositivos de refrigeración dinámica se instalan, entre otras cosas, en cámaras de ensayo, por lo que el refrigerante usado debe poder utilizarse dentro de un amplio intervalo de temperaturas.
Las cámaras de ensayo se utilizan regularmente para comprobar las propiedades físicas y/o químicas de objetos, en particular, de dispositivos. Por ejemplo, se conocen armarios de ensayo de temperatura o cámaras de ensayo climático en las que se pueden ajustar temperaturas comprendidas en un intervalo de -60°C a 180°C. En armarios de ensayo climático se pueden ajustar adicionalmente condiciones climáticas deseadas, a las que se expone el dispositivo o el material de ensayo durante un periodo de tiempo definido. Este tipo de cámaras de ensayo están realizadas generalmente o parcialmente como un aparato móvil que solo está conectado a un edificio con las líneas de suministro necesarias e incluye todos los módulos necesarios para la termorregulación y la aclimatización. La termorregulación de una cámara de ensayo que aloja el material de ensayo se realiza generalmente en un conducto de aire de recirculación dentro de la cámara de ensayo. El canal de recirculación forma un espacio de tratamiento de aire en el espacio de ensayo, en el que están dispuestos intercambiadores de calor para calentar o enfriar el aire que circula por el conducto de recirculación o el espacio de ensayo. Un ventilador aspira el aire situado en el espacio de ensayo y lo conduce en el conducto de recirculación a los respectivos intercambiadores de calor. De este modo, el material de ensayo puede termorregularse o exponerse a un cambio de temperatura definido. Durante un intervalo de ensayo, la temperatura puede cambiar repetidamente entre una temperatura máxima y una temperatura mínima de la cámara de ensayo. Una cámara de ensayo de este tipo se conoce, por ejemplo, del documento EP0344397A2.
El refrigerante que circula en un circuito de refrigeración debe estar concebido de tal manera que pueda usarse en el circuito de refrigeración dentro de la diferencia de temperatura antes mencionada. En particular, una temperatura de punto de rocío del refrigerante no puede ser superior a una temperatura mínima del intervalo de temperaturas del circuito de refrigeración que debe alcanzarse, ya que, de lo contrario, la temperatura mínima no podría alcanzarse cuando el refrigerante se evapora en el intercambiador de calor utilizado para la refrigeración del espacio de ensayo. La temperatura del punto de rocío de los refrigerantes azeotrópicos se alcanza inmediatamente después del elemento de expansión en el intercambiador de calor. Precisamente los circuitos de refrigeración para cámaras de ensayo requieren una constancia de temperatura espacial muy alta para la termorregulación precisa de la cámara de ensayo, que no puede lograrse con refrigerantes zeotrópicos, o solo con restricciones. En este caso no se puede conseguir una alta constancia de la temperatura, ya que la temperatura del punto de rocío o un punto de rocío del refrigerante zeotrópico puede deslizarse localmente en la zona del intercambiador de calor en el espacio de ensayo en función de una temperatura en el espacio de ensayo debido a las diferencias de temperatura. Por lo tanto, se evita el uso de refrigerantes zeotrópicos o de refrigerantes con deslizamiento de temperatura en circuitos de refrigeración de cámaras de ensayo.
Además, se conocen dispositivos de refrigeración en los que se evapora sucesivamente una mezcla de refrigerante zeotrópica. Es decir que los componentes materiales del refrigerante se evaporan uno tras otro a través de un elemento de expansión. Este tipo de sistemas de refrigeración también se denominan instalaciones de mezcla en cascada y son adecuados para producir una baja temperatura sustancialmente estática.
El documento WO2017/157864A1 divulga un refrigerante que contiene, entre otros, dióxido de carbono y pentafluoroetano. Para el refrigerante, se indican unos intervalos, por ejemplo, para dióxido de carbono de 30 a 70 % en peso y para pentafluoroetano de 20 a 80 % en peso. También se divulga el difluorometano como parte de mezcla.
El documento DE4116274A1 se refiere a un refrigerante que como partes de mezcla contiene dióxido de carbono y difluorometano. Aquí se indican, entre otras, unas partes en masa de 5 a 50 % en peso de dióxido de carbono y de 25 a 70 % en peso de difluorometano.
La presente invención se basa, por lo tanto, en el objetivo de proporcionar un refrigerante para un dispositivo de refrigeración, una cámara de ensayo con un refrigerante y un uso de un refrigerante con los que se puedan alcanzar temperaturas de hasta al menos -60°C de forma respetuosa con el medio ambiente y segura.
Este objetivo se consigue mediante un refrigerante con las características de la reivindicación 1, una cámara de ensayo con las características de la reivindicación 22 y un uso de un refrigerante con las características de la reivindicación 23.
En el refrigerante según la invención para un dispositivo de refrigeración con un circuito de refrigeración con al menos un intercambiador de calor, el refrigerante experimenta un cambio de fase en el intercambiador de calor, siendo el refrigerante una mezcla de refrigerante formada por una parte en masa de dióxido de carbono, una parte en masa de pentafluoroetano, una parte en masa de difluorometano y una parte en masa de al menos un componente adicional, una parte en masa de difluorometano y una parte en masa de al menos un componente adicional, siendo la parte en masa de dióxido de carbono en la mezcla de refrigerante de 28 a 51 por ciento en masa, la parte en masa de pentafluoroetano de 14,5 a 32 por ciento en masa, la parte en masa de difluorometano de 14,5 a 38, preferiblemente hasta 32 por ciento en masa, y siendo el componente adicional fluorometano.
El dióxido de carbono (CO2) también se conoce como refrigerante o componente bajo la denominación R744, fluorometano (CH3F) bajo la denominación R41, pentafluoroetano (C2HF5) bajo la denominación R125 y difluorometano (CH2F2) bajo la designación R32 según DIN 8960 en la última versión válida en la fecha de prioridad de la solicitud.
Según la invención, está prevista una mezcla de refrigerante de dióxido de carbono y uno o varios refrigerantes fluorados que tienen un PCG bajo y son no inflamables o son solo limitadamente inflamables. La parte de dióxido de carbono debe ser lo más baja posible, ya que de lo contrario el punto de congelación de la mezcla de refrigerante aumenta al aumentar la parte en masa de dióxido de carbono. Sin embargo, una menor parte en masa de dióxido de carbono reduce el efecto reductor de PCG del dióxido de carbono. Los refrigerantes parcialmente fluorados, por ejemplo, tienen un PCG significativamente mayor que el dióxido de carbono, aunque también tienen un efecto ignífugo mejorado. En particular, el pentafluoroetano, el difluorometano y el fluorometano contienen una cantidad significativa de átomos de flúor, lo que da lugar a un PCG indeseablemente elevado. Sorprendentemente, sin embargo, ha resultado que con una mezcla de refrigerante con una parte en masa de dióxido de carbono de 28 a 51 por ciento en masa con pentafluoroetano, difluorometano y fluorometano, se puede conseguir un PCG suficientemente bajo, es decir, por ejemplo < 1300. También ha resultado que el efecto ignífugo del pentafluoroetano es comparativamente mayor que el del dióxido de carbono. Mediante la adición de fluorometano como cuarto componente de la mezcla de refrigerante, se pueden reducir además las propiedades negativas del pentafluoroetano y del dióxido de carbono. Por ejemplo, una mezcla de refrigerante con pentafluoroetano, difluorometano y fluorometano se clasifica como no inflamable. Al mismo tiempo, el difluorometano y el fluorometano con dióxido de carbono tienen una temperatura de congelación más baja que con pentafluoroetano. En consecuencia, puede alcanzarse una temperatura de congelación más baja con una mezcla de pentafluoroetano, difluorometano, fluorometano y dióxido de carbono que con pentafluoroetano, difluorometano y dióxido de carbono solos. El fluorometano reduce por tanto significativamente el punto de congelación de la mezcla de refrigerante, siendo necesaria una determinada parte en masa de dióxido de carbono para que la mezcla de refrigerante no sea inflamable. Al mismo tiempo, sin embargo, el difluorometano y el fluorometano producen una alta temperatura final de compresión y son inflamables, por lo que el difluorometano y el fluorometano son solo limitadamente adecuados como únicas partes de mezcla para el dióxido de carbono. El pentafluoroetano no puede reducir el punto de congelación de la mezcla de refrigerante tanto como el difluorometano y el fluorometano, pero tiene un mayor efecto retardante de la llama en comparación con el dióxido de carbono, lo que resulta ventajoso.
Por consiguiente, la mezcla de refrigerante puede estar realizada como mezcla cuaternaria.
Una parte en masa de fluorometano en la mezcla de refrigerante puede ser de 1 a 20 por ciento en masa. Con esta parte en peso de fluorometano, el dióxido de carbono es especialmente miscible con el pentafluoroetano y el difluorometano. La temperatura de congelación de la mezcla de refrigerante puede reducirse significativamente mediante la adición de los componentes mencionados. La reducción puede ajustarse de tal manera que, por una parte, el punto de congelación de la mezcla de refrigerante sea inferior a la temperatura de evaporación deseada y, al mismo tiempo, la presión de vapor asociada a la temperatura de evaporación pueda estar por encima o solo ligeramente por debajo de la presión ambiente.
De manera ventajosa, una parte en masa de fluorometano en la mezcla de refrigerante puede ser de 4 a 12 por ciento en masa.
Resulta particularmente ventajoso si la parte en masa de fluorometano es de 6 a 10 por ciento en masa.
Además, la parte en masa de difluorometano puede ser de 14,5 a 32 por ciento en masa. Así, el refrigerante R410A también puede representar entre 29 y 64 por ciento en masa de la mezcla de refrigerante. El refrigerante R410A contiene partes en masa iguales de pentafluoroetano y difluorometano. El refrigerante R410A se encuentra fácilmente disponible en el mercado como mezcla de refrigerante ya formada, de modo que el refrigerante puede formarse de manera económica y sencilla simplemente mezclando dióxido de carbono con R410A y fluorometano.
En una forma de realización del refrigerante, la parte en masa del dióxido de carbono puede ser de 30 a 38 por ciento en masa, la parte en masa de pentafluoroetano puede ser de 27 a 31 por ciento en masa, y la parte en masa de difluorometano puede ser de 27 a 31 por ciento en masa. En consecuencia, también el porcentaje en masa del refrigerante R410A puede ser de 54 a 62 por ciento en masa. De esta manera, es posible entonces producir una mezcla de refrigerante compuesta únicamente por dióxido de carbono, R410A y fluorometano. El pentafluoroetano no es inflamable, por lo que todas las mezclas con este y con dióxido de carbono en los porcentajes mínimos indicados son no inflamables. La reducción del punto de congelación es menos pronunciada en comparación con el difluorometano solo. Su PCG de 3150 es significativamente superior al de otros posibles componentes. Por lo tanto, también puede sustituirse parcialmente por otras sustancias en la mezcla de refrigerante para reducir el PCG de la mezcla de refrigerante. El efecto ignífugo del pentafluoroetano es mayor que el del dióxido de carbono, por lo que se puede reducir la parte en masa de dióxido de carbono en la mezcla de refrigerante, lo que baja aún más el punto de congelación, sigue garantizando la no inflamabilidad, pero aumenta el PCG.
De manera ventajosa, la parte en masa de dióxido de carbono puede ser de 32 a 36 por ciento en masa, la parte en masa de pentafluoroetano puede ser de 28 a 30 por ciento en masa, y la parte en masa de difluorometano puede ser de 28 a 30 por ciento en masa. En consecuencia, también la parte en masa del refrigerante R410A puede ser de 56 a 60 por ciento en masa.
En otra forma de realización del refrigerante, la parte en masa de dióxido de carbono puede ser de 41 a 49 por ciento en masa, la parte en masa de pentafluoroetano puede ser de 21,5 a 25,5 por ciento en masa, y la parte en masa de difluorometano puede ser de 21,5 a 25,5 por ciento en masa. En consecuencia, el porcentaje en masa del refrigerante R410A también puede ser de 43 a 51 por ciento en masa. La mezcla de refrigerante puede estar compuesta entonces solo por dióxido de carbono, pentafluoroetano, difluorometano y fluorometano. La mezcla de refrigerante ya puede clasificarse como no inflamable con un contenido de dióxido de carbono de al menos 35% en masa. Sin embargo, el PCG del difluorometano es comparativamente mayor que el PCG del dióxido de carbono. El difluorometano puede describirse como pequeña molécula, lo que significa que, al comprimir difluorometano, la temperatura de compresión final es mayor en comparación con moléculas más grandes y pesadas, como el pentafluoroetano, en las mismas condiciones técnicas límite. El refrigerante R410A muestra temperaturas finales de compresión más bajas que el difluorometano solo, por lo que el R410A resulta especialmente adecuado como parte de mezcla con dióxido de carbono y fluorometano.
Por lo tanto, también es particularmente ventajoso si la parte en masa de fluorometano es de 6 a 10 por ciento en masa.
Además, la parte en masa de dióxido de carbono puede ser de 43 a 47 por ciento en masa, la parte en masa de pentafluoroetano puede ser de 22,5 a 24,5 por ciento en masa, siendo la parte en masa de difluorometano de 22,5 a 24,5 por ciento en masa. Por lo tanto, también la parte en masa del refrigerante R410A puede ser de 45 a 49 por ciento en masa.
En la Tabla 1 se indican ejemplos de refrigerantes de acuerdo con las formas de realización descritas anteriormente.
Tabla 1
Figure imgf000005_0001
En otra forma de realización del refrigerante, la parte en masa de dióxido de carbono puede ser de 35 a 50 por ciento en masa y la parte en masa de fluorometano puede ser de 1 a 15 por ciento en masa. Como se ha descrito anteriormente, una mezcla de dióxido de carbono con pentafluoroetano, difluorometano y fluorometano ha demostrado ser especialmente ventajosa. Esta mezcla de refrigerante puede tener un deslizamiento de temperatura > 12 K a presiones de evaporación en torno a 1 bar. Además, esta mezcla de refrigerante provoca una reducción del punto de congelación, que depende de la concentración. Por lo tanto, con partes en peso que se desvíen de las partes en peso indicadas pueden resultar mezclas de refrigerantes inflamables y no inflamables para aplicaciones a diferentes temperaturas.
De manera ventajosa, la parte en masa de fluorometano puede ser de 1 a 9 por ciento en masa.
Resulta particularmente ventajoso si la parte en masa de fluorometano es de 3 a 7 por ciento en masa.
De manera ventajosa, la parte en masa de dióxido de carbono puede ser de 36 a 44 por ciento en masa.
Resulta particularmente ventajoso si la parte en masa de dióxido de carbono es de 38 a 42 por ciento en masa.
La parte en masa de pentafluoroetano puede ser de 15 a 30 por ciento en masa y la parte en masa de difluorometano puede ser de 23 al 38 por ciento en masa. Las partes en peso de los componentes pentafluoroetano y difluorometano pueden entonces ser diferentes entre sí.
De manera ventajosa, la parte en peso de pentafluoroetano puede ser de 18 a 26 por ciento en masa y la parte en peso de difluorometano puede ser de 29 a 37 por ciento en masa. De este modo, el PCG del refrigerante puede reducirse aún más.
Resulta particularmente ventajoso si la parte en peso de pentafluoroetano es de 20 a 24 por ciento en masa y la parte en peso de difluorometano es de 31 a 35 por ciento en masa.
En la tabla 2 se indican ejemplos de refrigerantes de acuerdo con las formas de realización descritas anteriormente.
Tabla 2
Figure imgf000006_0001
Además, el refrigerante puede tener un deslizamiento de temperatura de 9 K a 16 K. El deslizamiento de la temperatura del refrigerante no debe ser > 16 K para que un dispositivo de refrigeración pueda hacerse funcionar adecuadamente.
El refrigerante puede tener un equivalente relativo de CO2, basado en 100 años, de < 1340, preferiblemente < 1070, de forma particularmente preferible < 1000. En consecuencia, el refrigerante puede ser menos perjudicial para el medio ambiente.
El refrigerante puede ser no inflamable. Si el refrigerante es no inflamable, es posible configurar el circuito de refrigeración y, en particular, una cámara de ensayo de forma más económica, ya que no es necesario adoptar precauciones de seguridad especiales con respecto a la inflamabilidad del refrigerante. En este caso, el refrigerante puede al menos no pertenecer a la clase de inflamabilidad C y/o al grupo de seguridad de refrigerantes A1. Además, el envío o transporte del circuito de refrigeración se simplifica porque el circuito de refrigeración puede llenarse con el refrigerante ya antes del transporte, independientemente del tipo de transporte. En el caso de refrigerante inflamable, dado el caso, el llenado es posible solo durante la puesta en marcha en el lugar de instalación. Además, es posible el uso del refrigerante no inflamable en caso de la presencia de fuentes de ignición.
La cámara de ensayo para acondicionar aire según la invención comprende un espacio de ensayo, que puede cerrarse con respecto a un entorno y está aislado térmicamente, para recibir material de ensayo, y un dispositivo de termorregulación para termorregular el espacio de ensayo, siendo posible producir una temperatura en un intervalo de temperatura de -70°C a 180°C dentro del espacio de ensayo por medio del dispositivo de termorregulación, presentando el dispositivo de termorregulación un dispositivo de refrigeración con un circuito de refrigeración con un refrigerante según la invención, un intercambiador de calor, un compresor, un condensador y un elemento de expansión. En cuanto a las ventajas de la cámara de ensayo según la invención, se remite a la descripción de las ventajas del refrigerante según la invención.
Por medio del dispositivo de termorregulación se puede producir dentro del espacio de ensayo una temperatura en un intervalo de temperatura de -80°C a 180°C, preferiblemente de -90°C a 180°C, de forma particularmente preferible de -100°C a 180°C. A diferencia de una instalación de cascada de mezcla, aquí el refrigerante puede evaporarse al mismo tiempo con todos los componentes materiales contenidos en el refrigerante, a través del elemento de expansión. Dado que el punto de congelación del dióxido de carbono es de -56,6 °C, las mezclas refrigerantes que contienen una gran parte en masa de dióxido de carbono ya no son adecuadas, en principio, para alcanzar temperaturas inferiores a -56,6 °C. Sin embargo, usando el refrigerante según la invención, es posible alcanzar una temperatura de punto de rocío del refrigerante inferior a -70°C.
El circuito de refrigeración puede presentar un intercambiador de calor interno, en el que el intercambiador de calor interno puede estar conectado a un lado de alta presión del circuito de refrigeración antes del elemento de expansión y después del condensador en la dirección de flujo, y a un lado de baja presión del circuito de refrigeración antes del compresor y después del intercambiador de calor en la dirección de flujo. Utilizando el intercambiador de calor interno y enfriando así el refrigerante licuado del lado de alta presión, se pueden alcanzar fácilmente temperaturas inferiores a -56 °C. En este caso, la temperatura de evaporación del refrigerante enfriado por medio del intercambiador de calor interno puede reducirse en el elemento de expansión en relación con la temperatura de evaporación de un refrigerante no enfriado. De este modo, la capacidad de refrigeración transferida desde el lado de baja presión al lado de alta presión a través del intercambiador de calor interno puede utilizarse al menos parcialmente, preferiblemente de forma exclusiva, para reducir la temperatura de evaporación del refrigerante en el elemento de expansión. Además, solo es posible utilizar un refrigerante zeotrópico con un deslizamiento de temperatura, ya que entonces la ubicación de la temperatura del punto de rocío del refrigerante o el punto de rocío del refrigerante puede deslizarse hacia el intercambiador de calor interno. Como consecuencia del deslizamiento de la temperatura del refrigerante zeotrópico, la temperatura del punto de rocío alcanzada del refrigerante puede ser comparativamente alta e impedir así un enfriamiento adicional del intercambiador de calor.
Por lo tanto, puede evaporarse solo una parte del refrigerante en el intercambiador de calor y la parte no utilizable de la parte de vapor húmedo del refrigerante puede desplazarse al intercambiador de calor interno. En definitiva, de esta manera es posible usar también refrigerantes con una parte en masa de dióxido de carbono, que por un lado son respetuosos con el medio ambiente pero por otro tienen propiedades zeotrópicas, para la formación de bajas temperaturas en un espacio de ensayo. Si una parte del deslizamiento de temperatura o una parte del vapor húmedo del refrigerante se desplaza del intercambiador de calor en el espacio de ensayo al intercambiador de calor interno, se hace posible además conseguir una constancia de temperatura comparativamente mejorada con el refrigerante zeotrópico. De este modo, la potencia frigorífica suministrada a través del intercambiador de calor puede generarse solo dentro de una sección del deslizamiento de temperatura, de modo que un deslizamiento del punto de rocío del refrigerante en el circuito de refrigeración apenas puede influir en la constancia de temperatura del intercambiador de calor. También puede estar previsto que aquí solo se utilice un único intercambiador de calor para refrigerar un medio, en este caso el aire de la cámara de ensayo.
El intercambiador de calor puede dimensionarse de tal manera que el refrigerante solo pueda evaporarse parcialmente en el intercambiador de calor. Esto tiene la ventaja de que el punto de rocío o la ubicación de la temperatura del punto de rocío del refrigerante puede deslizarse hacia fuera del intercambiador de calor y hacia dentro del intercambiador de calor interno. A causa un deslizamiento de temperatura del refrigerante zeotrópico, se alcanza una temperatura más baja en el intercambiador de calor durante la evaporación parcial del refrigerante en el intercambiador de calor que durante la evaporación posterior restante del refrigerante en el intercambiador de calor interno.
En una forma de realización de la cámara de ensayo, el intercambiador de calor puede estar dispuesto en la cámara de ensayo. Además, el intercambiador de calor puede estar dispuesto entonces en un espacio de tratamiento de aire de la cámara de ensayo de manera que el aire recirculado por un ventilador pueda entrar en contacto con un intercambiador de calor. De este modo, es posible enfriar un volumen de aire recirculado en el espacio de ensayo directamente por medio del dispositivo de refrigeración a través del intercambiador de calor en el espacio de ensayo. La cámara de ensayo puede entonces presentar el circuito de refrigeración como un solo circuito de refrigeración único. El circuito de refrigeración está conectado directamente al espacio de ensayo.
En otra forma de realización de la cámara de ensayo, el condensador puede estar configurado como intercambiador de calor en cascada de un circuito de refrigeración adicional del dispositivo de refrigeración. Por consiguiente, la cámara de ensayo puede presentar entonces al menos dos circuitos de refrigeración, pudiendo formar el circuito de refrigeración una segunda etapa del dispositivo de refrigeración y pudiendo formar un circuito de refrigeración adicional, que entonces está dispuesto antes del circuito de refrigeración, una primera etapa del dispositivo de refrigeración. El condensador sirve entonces como intercambiador de calor en cascada o intercambiador de calor para el circuito de refrigeración. En esta forma de realización de una cámara de ensayo, es posible producir temperaturas particularmente bajas en el espacio de ensayo.
El dispositivo de termorregulación puede presentar un dispositivo de calentamiento con un calentador y un intercambiador de calor de calentamiento en el espacio de ensayo. El dispositivo de calentamiento puede ser, por ejemplo, una calefacción de resistencia eléctrica que calienta el intercambiador de calor de calentamiento de tal manera que a través del intercambiador de calor de calentamiento se hace posible un aumento de la temperatura en el espacio de ensayo. Si el intercambiador de calor y el intercambiador de calor de calentamiento pueden ser controlados de manera selectiva por medio del dispositivo de termorregulación para enfriar o calentar el aire recirculado durante el ensayo, por medio del dispositivo de termorregulación se puede producir dentro del espacio de ensayo una temperatura en el intervalo de temperatura indicado anteriormente. Independientemente del material de ensayo o de un estado operativo del material de ensayo, se puede producir una constancia temporal de temperatura de ±1 K, preferiblemente de ±0,3 K a ±0,5 K o menor ±0,3 K durante un intervalo de ensayo en el espacio de ensayo. Por intervalo de ensayo se entiende un intervalo de tiempo de un período de ensayo completo, durante el cual el material de ensayo se expone a una temperatura o condición climática sustancialmente constante. El intercambiador de calor de calefacción puede combinarse con el intercambiador de calor del circuito de refrigeración de tal manera que se queda realizado un cuerpo intercambiador de calor común, a través del cual puede fluir el refrigerante y que presenta elementos calefactores de una calefacción de resistencia eléctrica. El condensador puede estar configurado con refrigeración por aire o por agua u otro líquido refrigerante. Básicamente, el condensador puede refrigerarse con cualquier fluido adecuado. Lo esencial es que la carga térmica originada en el condensador se disipe a través de la refrigeración por aire o la refrigeración por agua, de tal forma que el refrigerante pueda condensarse hasta quedar completamente licuado.
En el circuito de refrigeración puede estar realizada una primera derivación con al menos un segundo elemento de expansión regulable, pudiendo estar conectada la primera derivación al circuito de refrigeración antes del intercambiador de calor interno y después del condensador en la dirección de flujo, pudiendo estar configurada la primera derivación como refrigeración suplementaria interna regulable. De este modo, al primera derivación puede formar un dispositivo de reinyección de refrigerante. En consecuencia, el refrigerante puede ser suministrado desde el segundo elemento de expansión regulable en el intercambiador de calor interno en el lado de baja presión. La primera derivación puede entonces estar conectada al lado de baja presión del circuito de refrigeración antes del intercambiador de calor interno y después del intercambiador de calor en la dirección de flujo. El refrigerante enfriado o reducido en cuanto a su nivel de temperatura por el segundo elemento de expansión puede entonces hacerse pasar a través del intercambiador de calor interno y aumentar el enfriamiento del refrigerante en el lado de alta presión del intercambiador de calor interno. Esto también permite regular con mayor precisión la capacidad de refrigeración del intercambiador de calor interno.
En el circuito de refrigeración puede estar realizada una segunda derivación con al menos un tercer elemento de expansión, puenteando la segunda derivación el elemento de expansión en la dirección de flujo después del condensador y antes del intercambiador de calor interno, pudiendo dosificarse el refrigerante a través del tercer elemento de expansión de manera que puede regularse una temperatura del gas de aspiración y/o una presión del gas de aspiración del refrigerante en el lado de baja presión del circuito de refrigeración antes del compresor. De esta manera, entre otras cosas, se puede evitar que el compresor, que por ejemplo puede ser un compactador, pueda sobrecalentarse y dañarse entonces. En consecuencia, a través de la segunda derivación, accionando el tercer elemento de expansión el refrigerante gaseoso situado antes del compresor puede refrigerarse mediante la dosificación de refrigerante aún líquido. Un accionamiento del tercer elemento de expansión puede realizarse mediante un dispositivo de control que a su vez está acoplado a un sensor de presión y/o de temperatura en un circuito de refrigeración antes del compresor. Resulta especialmente ventajoso si se puede ajustar una temperatura del gas de aspiración < 30 °C a través de la segunda derivación. Además, el refrigerante también puede dosificarse de tal manera forma que puede regularse una duración de funcionamiento del compresor. Básicamente, resulta desventajoso si el compresor se enciende y se apaga muchas veces. La vida útil de un compresor puede prolongarse si está en funcionamiento durante periodos de tiempo más largos.
A través de la segunda derivación, un refrigerante puede hacerse pasar delante del elemento de expansión o condensador, por ejemplo, para retrasar un apagado automático del compresor y prolongar una duración de funcionamiento del compresor.
En el circuito de refrigeración puede estar realizado un bypass adicional con al menos un elemento de expansión adicional, en cuyo caso el bypass adicional puentea el compresor después del compresor y antes del condensador en la dirección de flujo, de tal manera que puede ser regulable una temperatura de gas de aspiración y/o una presión de gas de aspiración del refrigerante en el lado de baja presión del circuito de refrigeración antes del compresor, y/o que puede compensarse una diferencia de presión entre el lado de alta presión y un lado de baja presión del circuito de refrigeración. La segunda derivación puede estar equipada adicionalmente con una válvula ajustable o regulable, por ejemplo una válvula magnética. Mediante la conexión del lado de alta presión y el lado de baja presión a través del elemento de expansión adicional, puede garantizarse que, en caso de una parada de la instalación, el refrigerante gaseoso comprimido de este modo fluya paulatinamente desde el lado de alta presión hacia el lado de baja presión del circuito de refrigeración. De este modo se garantiza una compensación de presión paulatina entre el lado de alta presión y el lado de baja presión, incluso estando cerrado el elemento de expansión. Una sección transversal del elemento de expansión adicional puede estar dimensionada de tal manera que un desbordamiento del refrigerante del lado de alta presión al lado de baja presión solo tenga un efecto insignificante en el funcionamiento normal del dispositivo de refrigeración. No obstante, puede estar previsto que el refrigerante gaseoso situado antes del compresor se enfríe dosificando el refrigerante líquido a través del bypass adicional.
El intercambiador de calor interno puede estar configurado además como un trayecto de subenfriamiento o un intercambiador de calor, en particular un intercambiador de calor de placas. El trayecto de subenfriamiento puede estar realizado ya por dos secciones de conducto del circuito de refrigeración que están en contacto mutuo.
El elemento de expansión puede comprender un elemento estrangulador y una válvula magnética, pudiendo dosificarse el refrigerante a través del elemento estrangulador y la válvula magnética. El elemento estrangulador puede ser una válvula ajustable o un capilar a través del cual se conduce entonces el refrigerante por medio de la válvula magnética. A su vez, la válvula magnética puede accionarse por medio de un dispositivo de reglaje.
Asimismo, el dispositivo de termorregulación también puede comprender un dispositivo de reglaje con al menos un sensor de presión y/o al menos un sensor de temperatura en el circuito de refrigeración, pudiendo ser accionada una válvula magnética por medio del dispositivo de reglaje en función de una temperatura medida o una presión. El dispositivo de reglaje puede comprender medios de procesamiento de datos que procesan conjuntos de datos procedentes de sensores y excitan las válvula magnéticas. Una regulación de una función del dispositivo de refrigeración puede estar adaptado entonces también al refrigerante utilizado, por ejemplo a través de un programa informático correspondiente. Además, el dispositivo de reglaje puede señalizar un fallo de funcionamiento y, dado el caso, provocar el apagado de la cámara de ensayo para proteger la cámara de ensayo y el material de ensayo contra daños por estados de funcionamiento críticos o no deseados de la cámara de ensayo.
En el uso según la invención de un refrigerante constituido por una mezcla de refrigerante formada por una parte en masa de dióxido de carbono de 28 a 51 por ciento en masa, una parte en masa de pentafluoroetano de 14,5 a 32 por ciento en masa, una parte en masa de difluorometano de 14,5 a 38 por ciento en masa, preferiblemente hasta 32 por ciento en masa, y una parte en masa de al menos un componente adicional, siendo el componente adicional fluorometano, el refrigerante se utiliza para acondicionar aire en un espacio de ensayo, que puede cerrarse con respecto a un entorno y está aislado térmicamente, de una cámara de ensayo para recibir material de ensayo, formándose dentro de la cámara de ensayo una temperatura en un intervalo de temperatura de -60°C a 180°C, preferiblemente de -70°C a 180°C, de forma particularmente preferible de -80°C a 180°C, por medio de un dispositivo de refrigeración de un dispositivo de termorregulación de la cámara de ensayo, que tiene un circuito de refrigeración con el refrigerante, un intercambiador de calor, un compresor, un condensador y un elemento de expansión.
El refrigerante puede enfriarse por medio de un intercambiador de calor interno del circuito de refrigeración, conectado a un lado de alta presión del circuito de refrigeración antes del elemento de expansión y después del condensador en la dirección de flujo, y a un lado de baja presión del circuito de refrigeración antes del compresor y después del intercambiador de calor en la dirección de flujo, del lado de alta presión, pudiendo utilizare el enfriamiento del refrigerante del lado de alta presión por medio del intercambiador de calor interno para reducir una temperatura de evaporación en el elemento de expansión. Durante la reducción de la temperatura de evaporación del refrigerante del lado de alta presión, se puede mantener constante una presión de aspiración del refrigerante del lado de baja presión. En este caso, no es imprescindible realizar mayores esfuerzos en términos de tecnología de la instalación, por ejemplo, la regulación suplementaria de la presión de aspiración, así como la regulación del elemento de expansión en función de la presión de aspiración. En particular, el compresor también puede hacerse funcionar con una capacidad constante, independientemente de un estado de funcionamiento del circuito de refrigeración. Precisamente en caso del uso de bombas de pistón como compresor, es esencial que se emplean para conseguir una larga vida útil durante largos durante largos periodos de tiempo y a un número de revoluciones constante.
El refrigerante del lado de alta presión puede ser enfriado por el refrigerante del lado de baja presión a una presión de aspiración constante en el lado de baja presión por medio del intercambiador de calor interno. En consecuencia, el refrigerante puede evaporarse en un trayecto de evaporación del circuito de refrigeración desde el elemento de expansión hasta el intercambiador de calor interno, inclusive, a una presión de aspiración constante. A la presión de aspiración constante o a la presión de evaporación del refrigerante, el refrigerante puede entonces evaporarse desde el elemento de expansión con una temperatura de evaporación baja hasta incluido el intercambiador de calor interno con una temperatura de evaporación alta conforme al deslizamiento de temperatura del refrigerante. La temperatura del punto de rocío resultante del deslizamiento de la temperatura puede ser superior a la temperatura del medio a enfriar o del aire de la cámara de ensayo. Tan pronto como la temperatura de evaporación del refrigerante a la misma presión de aspiración corresponda a la temperatura del aire a enfriar en el espacio de ensayo, no se podrá conseguir un enfriamiento adicional del aire. Sin embargo, la temperatura del punto de rocío alcanzada en el intercambiador de calor adicional sigue siendo inferior a la temperatura de líquido del refrigerante en el lado de alta presión del intercambiador de calor interno, de modo que se puede reducir aún más la temperatura del líquido del refrigerante. De este modo, se puede reducir la temperatura de evaporación después del elemento de expansión sin modificar la presión de aspiración, con lo que se consigue una mayor refrigeración del aire en la cámara de ensayo.
Por tanto, una primera cantidad parcial del refrigerante conducido a través del elemento de expansión puede evaporarse en el intercambiador de calor y una segunda cantidad parcial del refrigerante puede evaporarse en el intercambiador de calor interno. Un trayecto de evaporación del circuito de refrigeración, dentro del cual se evapora el refrigerante, puede extenderse desde el elemento de expansión hasta el intercambiador de calor interno. En este caso, el trayecto de evaporación puede discurrir a través del intercambiador de calor interno, pudiendo un punto de rocío del refrigerante estar situado preferiblemente en una salida del intercambiador de calor interno antes del compresor en la dirección del flujo. Una relación entre la primera cantidad parcial y la segunda cantidad parcial puede cambiar durante el funcionamiento del circuito de refrigeración en función de una temperatura en el espacio de ensayo o en el intercambiador de calor. Por ejemplo, una diferencia de temperatura comparativamente grande entre la temperatura del intercambiador de calor y una temperatura en el espacio de ensayo puede dar lugar a un calentamiento acelerado del refrigerante en el intercambiador de calor, lo que conduce a un deslizamiento del punto de rocío del refrigerante hasta una entrada del intercambiador de calor interno o una salida del intercambiador de calor antes del compresor en la dirección del flujo. Un deslizamiento de este tipo del punto de rocío puede tolerarse mientras aún no se haya producido una temperatura comparativamente baja o una temperatura teórica en el espacio de ensayo. Si la temperatura del intercambiador de calor se aproxima a la temperatura en el espacio de ensayo, se produce un deslizamiento del punto de rocío y, por tanto, un aumento de la segunda cantidad parcial con respecto a la primera cantidad parcial del refrigerante.
La reducción de la temperatura de evaporación del refrigerante del lado de alta presión puede ser autorregulable. Dependiendo de la temperatura en el intercambiador de calor, el refrigerante que ya no se evapora puede ser conducido hacia fuera de este en la dirección del flujo, ya que en este caso, la temperatura en el intercambiador de calor ya no es suficiente para generar un cambio de fase del refrigerante. Así, el vapor húmedo o el refrigerante líquido se vuelve a evaporar en el intercambiador de calor interno, ya que aquí la diferencia de temperatura entre el lado de alta presión y el lado de baja presión siempre puede ser mayor que en el intercambiador de calor. Si por medio del intercambiador de calor interno se reduce una temperatura del refrigerante líquido antes del elemento de expansión mediante el intercambio de calor en el intercambiador de calor interno, aumentan la densidad de energía del refrigerante antes del elemento de expansión y la diferencia de temperatura que puede alcanzarse de este modo en el intercambiador de calor. En principio, no es necesaria una regulación de la acción conjunta del elemento de expansión, el intercambiador de calor y el intercambiador de calor interno.
Resulta especialmente ventajoso si el dispositivo de refrigeración se hace funcionar exclusivamente por debajo del punto crítico del refrigerante. Si el dispositivo de refrigeración se hace funcionar por debajo del punto triple del refrigerante, puede excluirse un estado supercrítico del refrigerante. En ese caso, tampoco es necesario realizar el dispositivo de refrigeración para un funcionamiento en estado supercrítico, lo que ahorra costes de realización del dispositivo de refrigeración.
La presión de aspiración constante puede mantenerse en particular también durante una reducción de la temperatura de evaporación del refrigerante del lado de alta presión por el intercambiador de calor interno. Por consiguiente, el enfriamiento del refrigerante del lado de alta presión a través del intercambiador de calor interno también puede utilizarse, al menos parcial o exclusivamente, para reducir una temperatura de evaporación del refrigerante en el elemento de expansión.
Una temperatura de punto de rocío del refrigerante puede ser superior a una temperatura mínima del intervalo de temperaturas. En las cámaras de ensayo conocidas del estado de la técnica, entonces ya no es posible formar la temperatura mínima del intervalo de temperatura en la cámara de ensayo con un refrigerante de este tipo, sino una temperatura mínima comparativamente más alta, que corresponde sustancialmente a la temperatura del punto de rocío del refrigerante. En la cámara de ensayo según la invención, sin embargo, puede utilizarse un refrigerante cuya temperatura de punto de rocío sea superior a una temperatura mínima alcanzable del intervalo de temperaturas, ya que el refrigerante licuado puede enfriarse en el lado de alta presión por medio del intercambiador de calor interno, de modo que una temperatura de evaporación del refrigerante en el elemento de expansión puede ser comparativamente menor.
El refrigerante puede evaporarse absolutamente a una presión de aspiración o de evaporación en un intervalo de presión de 0,3 a 5 bar. El uso del refrigerante dentro de este intervalo de presión permite una realización económica del circuito de refrigeración, ya que entonces no se requieren módulos ni componentes especiales y estables a la presión para realizar el lado de baja presión del circuito de refrigeración.
Además, el refrigerante puede condensarse absolutamente a una presión de condensación en un intervalo de presión de 5 a 35 bar. También en este caso, el lado de alta presión puede realizarse entonces con módulos y componentes que no tienen que estar adaptados a presiones comparativamente más altas.
Más formas de realización del uso resultan de las descripciones de características de las reivindicaciones subordinadas referidas a la reivindicación 1 del dispositivo.
A continuación, se explican con más detalles formas de realización preferibles de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
Muestran:
La figura 1 un diagrama de presión y entalpía para un refrigerante;
la figura 2 una representación esquemática de una primera forma de realización de un dispositivo de refrigeración; la figura 3 una representación esquemática de una segunda forma de realización de un dispositivo de refrigeración; la figura 4 una representación esquemática de una tercera forma de realización de un dispositivo de refrigeración; la figura 5 una representación esquemática de una cuarta forma de realización de un dispositivo de refrigeración; la figura 6 una representación esquemática de una quinta forma de realización de un dispositivo de refrigeración.
La figura 2 muestra una primera forma de realización de un dispositivo de refrigeración 10 de una cámara de ensayo que no se muestra aquí con más detalle. El dispositivo de refrigeración 10 comprende un circuito de refrigeración 11 con un refrigerante, con un intercambiador de calor 12, con un compresor 13 y con un condensador 14, así como con un elemento de expansión 15. En este caso, el condensador 14 se refrigera mediante un circuito de refrigeración 16 adicional. El intercambiador de calor 12 está dispuesto en un espacio de ensayo de la cámara de ensayo, que no se muestra aquí. Además, el circuito de refrigeración 11 tiene un lado de alta presión 17 y un lado de baja presión 18 a los que está conectado un intercambiador de calor interno 19.
La figura 1 muestra un diagrama de presión y entalpía (diagrama log p/h) para el refrigerante que circula en el circuito de refrigeración 11, que es un refrigerante zeotrópico. Partiendo de la posición A, según una vista conjunta de las figuras 1 y 2 , el refrigerante se aspira y comprime antes del compresor 13, de modo que se alcanza una presión correspondiente a la posición B después del compresor 13 en la dirección de flujo. El refrigerante se comprime mediante el compresor 13 y posteriormente se licua en el condensador 14 conforme a la posición C. El refrigerante pasa a través del intercambiador de calor interno 19 en el lado de alta presión 17 y se enfría aún más en este, de modo que se alcanza la posición C' antes del elemento de expansión 15 en la dirección del flujo. Con la ayuda del intercambiador de calor interno 19, la parte del área de vapor húmedo (posiciones E a E') que no puede utilizarse en el intercambiador de calor 12 puede utilizarse para la reducción adicional de una temperatura del refrigerante (posiciones C' a C). En el elemento de expansión 15 se produce una expansión del refrigerante (posiciones C' a D') y una licuación parcial en el intercambiador de calor 12 (posiciones D' a E). A continuación, el vapor húmedo del refrigerante entra en el intercambiador de calor interno 19 en el lado de baja presión 18, donde el refrigerante se vuelve a evaporar hasta alcanzar la temperatura del punto de rocío o el punto de rocío del refrigerante en la posición E'. Por lo tanto, un primer trayecto parcial 20 de un trayecto de evaporación 22 del refrigerante discurre por el intercambiador de calor 12, mientras que un segundo trayecto 21 del trayecto de evaporación 22 para por el intercambiador de calor interno 19. Aquí es esencial que una presión de aspiración del compresor 13 en el lado de baja presión 18 se mantenga constante en el trayecto de evaporación 22, incluso si cambia la temperatura de evaporación en el elemento de expansión 15.
El refrigerante es una mezcla de refrigerante formada por una parte en masa de dióxido de carbono de 28 a 51 por ciento en masa, una parte en masa de pentafluoroetano de 14,5 a 32 por ciento en masa, una parte en masa de difluorometano de 14,5 a 38 por ciento en masa, preferiblemente hasta 32 por ciento en masa, y una parte en masa de al menos un componente adicional, siendo el componente adicional fluorometano. En principio, es posible utilizar en el circuito de refrigeración 11 y en los circuitos de refrigeración descritos a continuación los refrigerantes indicados en las tablas 1 y 2 que anteceden.
La figura 3 muestra una representación esquemática de una realización más sencilla de un dispositivo de refrigeración 23, en la que el dispositivo de refrigeración 23 está realizado de forma autorreguladora. El dispositivo de refrigeración comprende un circuito de refrigeración 24 con un intercambiador de calor 25, con un compresor 26, con un condensador 27, con un elemento de expansión 28 y con un intercambiador de calor interno 29. Dependiendo de la temperatura en el intercambiador de calor 25, el refrigerante evaporado incompletamente escapa del intercambiador de calor 25, ya que la temperatura en el intercambiador de calor 25 o en un espacio de ensayo no mostrado aquí ya no es suficiente para generar un cambio de fase. En este caso, el refrigerante líquido se sigue evaporando en el intercambiador de calor interno 29, ya que aquí la diferencia de temperatura debe ser siempre mayor que en el intercambiador de calor 25. Tan pronto como la temperatura del refrigerante líquido antes del elemento de expansión 28 se ha reducido por el intercambio de calor en el intercambiador de calor interno 29, aumenta la densidad de energía y, por tanto, la diferencia de temperatura alcanzable en el intercambiador de calor 25. El dispositivo de refrigeración 23 no requiere una regulación compleja con sensores, etc.
La figura 4muestra un dispositivo de refrigeración 30 que, a diferencia del dispositivo de refrigeración de la figura 3 , está realizado con una primera derivación 31 y una segunda derivación 32. En la primera derivación 31 está dispuesto un segundo elemento de expansión 33 regulable, estando realizada la primera derivación 31 como refrigeración suplementaria interna 34. La primera derivación 31 está conectada al circuito de refrigeración 24 inmediatamente después del condensador 27 y antes del intercambiador de calor interno 29 en la dirección de flujo, así como después del intercambiador de calor 25 y antes del intercambiador de calor interno 29 en la dirección de flujo. De este modo, la primera derivación 31 conecta el elemento de expansión 28 al intercambiador de calor 25, pudiendo suministrarse refrigerante evaporado al intercambiador de calor interno 29 a través del segundo elemento de expansión 33. Un flujo másico de gas de aspiración que se conduce al intercambiador de calor interno 29 puede enfriarse adicionalmente con la ayuda de la primera derivación 31 en caso de temperaturas elevadas del gas de aspiración, que pueden producirse por el intercambiador de calor 25. De esta manera, se puede garantizar que no se produzca ninguna evaporación de refrigerante antes del elemento de expansión. Por medio de la primera derivación 31 es posible por tanto reaccionar a casos de carga cambiantes del dispositivo de refrigeración 30. La segunda derivación 32 presenta un tercer elemento de expansión 35 y está conectada al circuito de refrigeración 24 después del condensador 27 y antes del intercambiador de calor interno 29 en la dirección de flujo y después del intercambiador de calor interno 29 y antes del compresor 26 en la dirección de flujo. De esta manera, se hace posible reducir un flujo másico de gas de aspiración antes del compresor 26 a través de la segunda derivación 32 hasta tal punto que se evitan temperaturas finales de compresión inadmisiblemente altas.
La figura 5 muestra un dispositivo de refrigeración 36 que, a diferencia del dispositivo de refrigeración de la figura 4, presenta un circuito de refrigeración 37 adicional. El circuito de refrigeración 37 adicional sirve para refrigerar un condensador 38 de un circuito de refrigeración 39. El condensador 38 está realizado aquí como intercambiador de calor en cascada 40. Además, el circuito de refrigeración 39 presenta otra derivación 41 adicional con un elemento de expansión 42 adicional. La derivación 41 adicional está conectada al circuito de refrigeración 39 después del compresor 26 y antes del condensador 38 y después del intercambiador de calor interno 29 y antes del compresor 26 en la dirección de flujo del circuito de refrigeración 39. A través de la derivación 41 adicional, el refrigerante que aún no se ha licuado, pero que se ha comprimido, puede fluir hacia atrás, delante del compresor 26, por lo que pueden regularse la temperatura del gas de aspiración y/o la presión del gas de aspiración del refrigerante.
La figura 6 muestra un dispositivo de refrigeración 30 con un circuito de refrigeración 44 y otro circuito de refrigeración 45 y, en particular, un intercambiador de calor interno 46 en el circuito de refrigeración 44. Un intercambiador de calor 47 está dispuesto aquí en un espacio de ensayo no representado, aislado térmicamente, de una cámara de ensayo.

Claims (23)

REIVINDICACIONES
1. Refrigerante para un dispositivo de refrigeración (10, 23, 30, 36, 43) con un circuito de refrigeración (11,24, 39, 44) con al menos un intercambiador de calor (12, 25, 47), en el que el refrigerante experimenta un cambio de fase, siendo el refrigerante una mezcla de refrigerante formada por una parte en masa de dióxido de carbono (CO2), una parte en masa de pentafluoroetano (C2HF5), una parte en masa de difluorometano (CH2F2) y una parte en masa de al menos un componente adicional,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono en la mezcla de refrigerante es de 28 a 51 por ciento en masa, siendo la parte en masa de pentafluoroetano de 14,5 a 32 por ciento en masa, siendo la parte en masa de difluorometano de 14,5 a 38 por ciento en masa, y siendo el componente adicional fluorometano (CH3F).
2. Refrigerante según la reivindicación 1,
caracterizado
porque una parte en masa de fluorometano en la mezcla de refrigerante es de 1 a 20 por ciento en masa.
3. Refrigerante según la reivindicación 2,
caracterizado
porque una parte en masa de fluorometano en la mezcla de refrigerante es de 4 a 12 por ciento en masa.
4. Refrigerante según la reivindicación 3,
caracterizado
porque la parte en masa de fluorometano es de 6 a 10 por ciento en masa.
5. Refrigerante según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque la parte en masa de difluorometano es de 14,5 a 32 por ciento en masa.
6. Refrigerante según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 30 a 38 por ciento en masa, siendo la parte en masa de pentafluoroetano de 27 a 31 por ciento en masa, y siendo la parte en masa de difluorometano de 27 a 31 por ciento en masa.
7. Refrigerante según la reivindicación 6,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 32 a 36 por ciento en masa, siendo la parte en masa de pentafluoroetano de 28 a 30 por ciento en masa, y siendo la parte en masa de difluorometano de 28 a 30 por ciento en masa.
8. Refrigerante según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 41 a 49 por ciento en masa, siendo la parte en masa de pentafluoroetano de 21,5 a 25,5 por ciento en masa, y siendo la parte en masa de difluorometano de 21,5 a 25,5 por ciento en masa.
9. Refrigerante según la reivindicación 8,
caracterizado
porque la parte en masa de fluorometano es de 6 a 10 por ciento en masa.
10. Refrigerante según la reivindicación 8 o 9,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 43 a 47 por ciento en masa, siendo la parte en masa de pentafluoroetano de 22,5 a 24,5 por ciento en masa, y siendo la parte en masa de difluorometano de 22,5 a 24,5 por ciento en masa.
11. Refrigerante según la reivindicación 1,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 35 a 50 por ciento en masa y la parte en masa de fluorometano es de 1 a 15 por ciento en masa.
12. Refrigerante según la reivindicación 11,
caracterizado
porque la parte en masa de fluorometano es de 1 a 9 por ciento en masa.
13. Refrigerante según la reivindicación 12,
caracterizado
porque la parte en masa de fluorometano es de 3 a 7 por ciento en masa.
14. Refrigerante según una de las reivindicaciones 11 a 13,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 36 a 44 por ciento en masa.
15. Refrigerante según la reivindicación 14,
caracterizado
porque la parte en masa de dióxido de carbono es de 38 a 42 por ciento en masa.
16. Refrigerante según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15,
caracterizado
porque la parte en masa de pentafluoroetano es de 15 a 30 por ciento en masa y la parte en masa de difluorometano es de 23 a 38 por ciento en masa.
17. Refrigerante según la reivindicación 16,
caracterizado
porque la parte en masa de pentafluoroetano es de 18 a 26 por ciento en masa y la parte en masa de difluorometano es de 29 a 37 por ciento en masa.
18. Refrigerante según la reivindicación 17,
caracterizado
porque la parte en masa de pentafluoroetano es de 20 a 24 por ciento en masa y la parte en masa de difluorometano es de 31 a 35 por ciento en masa.
19. Refrigerante según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado
porque el refrigerante tiene un deslizamiento de temperatura en un intervalo de 9 K a 16 K.
20. Refrigerante según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque el refrigerante tiene un equivalente relativo de CO2, basado en 100 años, de < 1340.
21. Refrigerante según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque el refrigerante es no inflamable.
22. Cámara de ensayo para acondicionar aire, que comprende un espacio de ensayo, que puede cerrarse con respecto a un entorno y está aislado térmicamente, para recibir material de ensayo, y un dispositivo de termorregulación para termorregular el espacio de ensayo, siendo posible producir una temperatura en un intervalo de temperatura de -70 °C a 180 °C dentro del espacio de ensayo por medio del dispositivo de termorregulación, presentando el dispositivo de termorregulación un dispositivo de refrigeración (10, 23, 30, 36, 43) con un circuito de refrigeración (11, 24, 39, 44) con un refrigerante según una de las reivindicaciones anteriores, un intercambiador de calor (12, 25, 47), un compresor (13, 26), un condensador (14, 27, 38) y un elemento de expansión (15, 28).
23. Uso de un refrigerante constituido por una mezcla de refrigerante formada por una parte en masa de dióxido de carbono (CO2) de 28 a 51 por ciento en masa, una parte en masa de pentafluoroetano (C2HF5) de 14,5 a 32 por ciento en masa y una parte en masa de difluorometano (CH2F2) de 14,5 a 38 por ciento en masa, y una parte en masa de al menos un componente adicional, siendo el componente adicional fluorometano (CH3F), para acondicionar aire en un espacio de ensayo, que puede cerrarse respecto a un entorno y está aislado térmicamente, de una cámara de ensayo, para recibir material de ensayo, formándose dentro de la cámara de ensayo una temperatura en un intervalo de temperatura de -60°C a 180°C, preferiblemente de -70°C a 180°C, de forma particularmente preferible de -80°C a 180°C, por medio un dispositivo de refrigeración (10, 23, 30, 36, 43) de un dispositivo de termorregulación de la cámara de ensayo, con un circuito de refrigeración (11, 24, 39, 44) con el refrigerante, un intercambiador de calor (12, 25, 47), un compresor (13, 26), un condensador (14, 27, 38) y un elemento de expansión (15, 25, 28).
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