(57)【要約】【課題】エネルギー効率に優れた方法で試験チャンバーを運用する。【解決手段】試験チャンバーは、環境に対し封止可能でありかつ試験材料を収容するための保温された試験空間と、試験空間の温度を制御するための温度制御装置とを備える。温度制御装置により、試験空間内に−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が実現される。温度制御装置は、冷媒を含む冷却回路（１１）、熱交換器（１２）、圧縮機（１３）、凝縮器（１４）及び膨張要素（１５）を有する冷却装置（１０）を備える。冷却回路は内部貯蔵装置（２４）を有し、内部貯蔵装置は、冷却回路のバイパス通路部（２５）を介して、膨張要素の上流側かつ凝縮器の下流側における冷却回路の高圧側回路（１８）と、圧縮機の上流側かつ熱交換器の下流側における冷却回路の低圧側回路（１９）と、に接続され、内部貯蔵装置によって熱エネルギーが貯蔵されて冷媒と交換される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を調整するための試験チャンバーであって、
前記試験チャンバーは、環境に対して封止可能でありかつ試験材料を収容するための保温された試験空間（３８）と、前記試験空間（３８）の温度を制御するための温度制御装置と、を備え、
前記温度制御装置は、前記試験空間内に、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度を実現することができ、
前記温度制御装置は、冷媒を含む冷却回路（１１，３１，３５）と、熱交換器（１２）と、圧縮機（１３）と、凝縮器（１４）と、膨張要素（１５）と、を有する冷却装置（１０，３０，３４）を備え、
前記冷却回路は、内部貯蔵装置（２４）を有し、
前記内部貯蔵装置（２４）は、前記冷却回路のバイパス通路部（２５）を介して、前記膨張要素の流れ方向上流側かつ前記凝縮器の流れ方向下流側における高圧側回路（１８）に接続されるとともに、前記圧縮機の流れ方向上流側かつ前記熱交換器の流れ方向下流側における低圧側回路（１９）に接続され、
前記内部貯蔵装置を用いることで、熱エネルギーが貯蔵されて前記冷媒との間で交換される
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項２】
請求項１に記載の試験チャンバーにおいて、
前記内部貯蔵装置（２４）は、内部熱交換器（２６）と、制御可能な第２膨張要素（２７）と、からなり、
前記第２膨張要素（２７）は、前記高圧側回路（１８）と前記内部熱交換器（２６）との間のバイパス通路部（２５）内に配置されている
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項３】
請求項２に記載の試験チャンバーにおいて、
前記内部熱交換器（２６）は、その二次側に貯蔵流体が充填されるプレート熱交換器によって構成される
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の試験チャンバーにおいて、
前記冷却回路（３６）内には、制御可能な第３膨張要素（３７）を少なくとも１つ有する第２バイパス通路部（３６）が形成され、
前記第２バイパス通路部（３６）は、前記膨張要素（１５）の流れ方向上流側かつ前記凝縮器（１４）の流れ方向下流側における前記高圧側回路（１８）に接続されるとともに、前記圧縮機（１３）の流れ方向上流側かつ前記熱交換器（１２）の流れ方向下流側における前記低圧側回路（１９）に接続され、
前記第３膨張要素から前記低圧側回路に冷媒が供給され、
前記第２バイパス通路部及び前記第３膨張要素は、制御可能な付加的な内部冷却システムを構成する
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記冷却回路（１１）内には、制御可能な別の膨張要素（２７）を少なくとも１つ有する別のバイパス通路部（２８）が形成され、
前記別のバイパス通路部（２８）は、前記圧縮機（１３）の流れ方向下流側かつ前記凝縮器（１４）の流れ方向上流側における前記高圧側回路（１８）に接続されるとともに、前記圧縮機の流れ方向上流側かつ前記熱交換器（１２）の流れ方向下流側における前記低圧側回路（１９）に接続され、
前記別の膨張要素から前記低圧側回路に冷媒が供給され、
前記別のバイパス通路部及び前記別の膨張要素は、冷媒用の再注入装置を構成する
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記冷却回路（３１）内には、別の制御可能な膨張要素（３３）を少なくとも１つ有する別のバイパス通路部（３２）が形成され、
前記別のバイパス通路部（３２）は、前記圧縮機（１３）の流れ方向下流側かつ前記凝縮器（１４）の流れ方向上流側における前記高圧側回路（１８）に接続されるとともに、前記第２膨張要素（２７）と前記内部熱交換器（２６）との間で前記内部貯蔵装置（２４）に接続され、
前記別の膨張要素から前記内部熱交換器に冷媒が供給され、
前記別のバイパス通路部及び前記別の膨張要素は、冷媒用の再注入装置を構成する
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記冷媒の吸入ガス温度及び／若しくは吸入ガス圧力は、前記冷却回路（１１，３１，３５）における前記低圧側回路（１９）上で、前記圧縮機（１３）の上流側にて調整され、並びに／又は、前記冷却回路における前記高圧側回路（１８）と前記低圧側回路との間の圧力差が補償される
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記温度制御装置は、前記冷却回路（１１，３１，３５）内に、少なくとも１つの圧力センサ（３０）及び／又は少なくとも１つの温度センサを有する制御ユニットを備え、
電磁弁（１７）を、測定温度及び測定圧力の関数として前記制御ユニットによって作動させる
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記温度制御装置を用いることにより、前記試験空間（３８）内に、−４０℃から＋１８０℃までの範囲内、好ましくは−７０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が実現される
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記熱交換器は、前記試験空間（３８）内に配置される
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記冷却装置（１０，３０，３４）は、前記冷却回路を１つのみ有する
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記熱交換器（１２）は、前記冷却装置（１０，３０，３４）における別の冷却回路のためのカスケード式熱交換器を構成する
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の試験チャンバーにおいて、
前記温度制御装置は、前記試験空間（３８）内に、ヒータ及び加熱式熱交換器を有する加熱装置を備える
ことを特徴とする試験チャンバー。
【請求項１４】
試験チャンバーにおける、環境に対して封止可能でありかつ試験材料を収容するための保温された試験空間（３８）内の空気を調整するための方法であって、
前記試験チャンバーにおける温度制御装置の冷却装置（１０，３０，３４）を用いることで、前記試験空間内に、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が実現され、
前記冷却装置は、冷媒を含む冷却回路（１１，３１，３５）と、熱交換器（１２）と、圧縮機（１３）と、凝縮器（１４）と、膨張要素（１５）と、を有し、
前記冷却回路の内部貯蔵装置（２４）を用いることで、熱エネルギーが貯蔵されて前記冷媒との間で交換され、
前記内部貯蔵装置（２４）は、前記冷却回路のバイパス通路部（２５）を介して、前記膨張要素の流れ方向上流側かつ前記凝縮器の流れ方向下流側における前記冷却回路の高圧側回路に接続されるとともに、前記圧縮機の流れ方向上流側かつ前記熱交換器の流れ方向下流側における前記冷却回路の低圧側回路に接続される
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記冷媒を、前記内部貯蔵装置（２４）を介して前記高圧側回路から前記低圧側回路に案内する
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の方法において、
第１ステップでは、前記高圧側回路（１８）からの液状の冷媒を、前記内部貯蔵装置（２４）を用いることによって膨張させてガス状の冷媒とし、前記低圧側回路（１９）に案内する
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記圧縮機（１３）を作動させ、
制御可能な第２膨張要素（２７）を用いることによって前記冷媒を蒸発させるとともに、該冷媒を前記内部貯蔵装置（２４）の内部熱交換器（２６）を通じて案内し、
前記内部熱交換器における貯蔵流体から前記冷媒に熱エネルギーを伝達させる
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の方法において、
第２ステップでは、前記低圧側回路（１９）からのガス状の冷媒を、前記内部貯蔵装置（２４）を用いることによって凝縮させて液状の冷媒とする
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記内部貯蔵装置（２４）において前記冷媒を凝縮することによって、前記低圧側回路（１９）と前記高圧側回路（１８）との間に圧力差を生じさせる
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の方法において、
前記圧縮機（１３）をスイッチオフにし、
前記冷媒を前記内部貯蔵装置（２４）の内部熱交換器（２６）を通じて案内して凝縮させ、
前記冷媒から前記内部熱交換器（２６）の貯蔵流体に熱エネルギーを伝達させる
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験チャンバー、及び空気を調整するための方法に関する。この試験チャンバー及び方法は、環境に対して封止可能であり、かつ試験材料を収容するための保温された試験空間と、この試験空間の温度を制御するための温度制御装置と、を備える。この温度制御装置によって、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が試験空間内に実現される。この温度制御装置は、冷媒を含んだ冷却回路、熱交換器、圧縮機、凝縮器及び膨張要素を有する冷却装置を備える。
【０００２】
この種の試験チャンバーは、典型的には、特にデバイス等の物体の物理的及び／又は化学的な性質を試験するために用いられる。例えば、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内に温度を設定可能な温度試験チャンバー又は気候試験チャンバーが知られている。気候試験チャンバーにおいては、所望の気候条件を追加で設定することができる。この所望の気候条件とは、デバイス又は試験材料が所定期間にわたって曝されることになる気候条件である。この種の試験チャンバーは、移動機器として典型的に又は部分的に構成される。このような移動機器は、要求される供給ラインのみを用いて建造物に接続されるとともに、温度制御及び空調のために必要なすべてのモジュールを備えている。試験されることになる試験材料を収容する試験空間の温度は、典型的には、試験空間内の空気循環ダクトにおいて制御される。空気循環ダクトは、試験空間内に空調スペースを構成する。この空調スペースでは、空気循環ダクトと試験空間とを流通する空気を加熱又は冷却するための熱交換器が配置される。ファン又は通風機が、試験空間内に存在する空気を吸入するとともに、その空気を空気循環ダクト内の対応の熱交換器に案内したり、その逆の動作を実現したりする。このようにして、試験材料の温度を制御することができたり、試験材料を所定の温度変化に曝したりすることができる。例えば、或る試験インターバルの最中、試験チャンバーの最高温度と最低温度との間で温度が繰り返し変化する場合がある。そのような試験チャンバーは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０３４４３９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
試験空間において行われる上述の温度範囲内での温度制御に対して高度な要求が与えられていることに起因して、試験チャンバーが作動している最中、負荷要求が定期的に変動する。したがって、圧縮機及び膨張要素によって生成される冷却能力（cooling capacity）は、連続的に制御可能でなければならない。さらに、圧縮機の耐用年数を延ばすためには、その圧縮機が、過度に頻繁にオンオフされないことが望ましい。この要求は、制御可能な膨張要素を有するバイパス通路部を設けることで解決されることが多い。このバイパス通路部は、冷却回路の高圧側回路と低圧側回路との間に形成されており、このバイパス通路部を介して、冷却能力（cooling capacity）は、熱交換器を通過して再循環することができる。冷却回路内で生成される質量流を需要に応じて圧縮機によって分配することで、現在の温度と目標温度との間の温度差がたとえわずかなものであっても、そのような温度差を熱交換器において補償することができる。しかもその際、圧縮機における不利な負荷が発生することがない。しかし、熱交換器にわずかでも温度差が存在する場合には、冷却装置によって補償すべき温度差の大小にかかわらず、常に圧縮機が作動しなければならない、という不都合がある。例えば、熱交換器において要求される目標温度を維持可能にするためには、圧縮機における最大限の冷却能力（cooling capacity）が、その全能力のうちたった１％未満の冷却要求に対して実現されなければならない。冷却能力（cooling capacity）の大部分は、バイパス通路部を介して圧縮機へと再循環される。圧縮機を繰り返しオンオフさせることはできず、かつ、凝縮器において通風機が作動しなければならないため、上述した公知の運転モードを行うと、非常に僅かな温度差を補償する場合であっても、冷却装置において比較的多量のエネルギーが消費されることになる。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、試験チャンバー、及び、試験チャンバーにおける試験空間内の空気を調整するための方法において、エネルギー効率に優れた方法で試験チャンバーを運用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の課題は、請求項１の特徴を有する試験チャンバー、及び、請求項１４の特徴を有する方法によって解決される。
【０００７】
本発明に係る、空気を調整するための試験チャンバーは、環境に対して封止可能でありかつ試験材料を収容するための保温された試験空間と、試験空間の温度を制御するための温度制御装置と、を備える。温度制御装置は、試験空間内に、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度を実現することができる。温度制御装置は、冷媒を含む冷却回路と、熱交換器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張要素と、を有する冷却装置を備える。冷却回路は、内部貯蔵装置を有し、内部貯蔵装置は、冷却回路のバイパス通路部を介して、膨張要素の流れ方向上流側かつ凝縮器の流れ方向下流側における高圧側回路に接続されるとともに、圧縮機の流れ方向上流側かつ熱交換器の流れ方向下流側における低圧側回路に接続される。内部貯蔵装置を用いることで、熱エネルギー（thermal energy）が貯蔵されて冷媒との間で交換される。
【０００８】
ここでは、熱エネルギー（thermal energy）は、ジュールで表される熱エネルギー（heat energy）又は熱容量を指す。熱の供給によって熱エネルギー（thermal energy）が増加するとともに、放熱によって熱エネルギー（thermal energy）が減少する。こうして、本発明の内部貯蔵装置は、放熱によって冷却能力（cooling capacity）が貯蔵され得るように、熱エネルギー（thermal energy）を蓄えることもできる。
【０００９】
本発明の試験チャンバーの場合、試験空間の環境との熱交換が、側壁部、底壁部及び頂壁部の保温によって大いに妨げられる。熱交換器は、冷却回路を循環している冷媒が熱交換器を流通するように、冷却回路に接続されたり、冷却回路と一体化されたりする。冷却回路における熱交換器は、試験空間（より正確には、試験空間の空調スペース）内に配置されるか、或いは、冷却装置が２つのカスケード式冷却回路を備えている場合、冷却装置の別の冷却回路と結合される。この場合、熱交換器は、別の冷却回路のための凝縮器として機能する。冷却装置はさらに、圧縮された冷媒のための圧縮機及び凝縮器を備えている。この凝縮器は、冷媒の流れ方向において、圧縮機の下流側に配置されている。圧縮された冷媒は、圧縮によって高圧とされて実質的にガス状となるが、凝縮器において凝縮されて、実質的に液状になる。この液状の冷媒は、膨張要素を流れ、膨張要素において、圧力の減少に起因した膨張により、再度ガス状になる。この間に、液状の冷媒は熱交換器を流通し、熱交換器が冷却される。その後、ガス状の冷媒が、再度圧縮機に吸い込まれて、圧縮機によって圧縮される。膨張要素の語は、少なくとも、膨張弁、スロットル、スロットル弁、又は、流体ダクトにおける別の適切な狭細部を指す。
【００１０】
本発明によれば、内部貯蔵装置は、バイパス通路部を介して、膨張要素の流れ方向上流側かつ凝縮器の流れ方向下流側における高圧側回路と、圧縮機の流れ方向上流側かつ熱交換器の流れ方向下流側における低圧側回路との間で、冷却回路に接続されたり、冷却回路と一体化されたりする。熱交換器において僅かな冷却能力（cooling capacity）しか必要とされない場合、冷媒又は圧縮された冷媒の質量流が高圧側回路から内部貯蔵装置に方向転換され、圧縮機に再循環され得る。高圧側回路における圧縮された冷媒に内在する熱エネルギー（thermal energy）を内部貯蔵装置に伝達できるか、或いは、冷却能力（cold capacity）が内部貯蔵装置に貯蔵されるように、熱エネルギー（thermal energy）を内部貯蔵装置から除くことができる。したがって、内部貯蔵装置は、冷却されるか、又は、熱交換器の代わりに冷却能力（cold capacity）が供給され得る。冷媒を用いることで、冷却能力（cold capacity）を再度低圧側回路に循環させることができる。これにより、圧縮機を早期にスイッチオフすることができる。圧縮機がスイッチオフされる際、低圧側回路における圧縮機の流れ方向上流側に存在するガス状の冷媒は、バイパス通路部及び内部貯蔵装置を介して流通することができる。ここでは、冷媒は、冷却能力（cold capacity）又はここに貯蔵される低い熱エネルギー（thermal energy）により、内部貯蔵装置において凝縮し得る。凝縮により増加した冷媒密度によって、冷却回路における低圧側回路での圧力が低下する。圧縮機がスイッチオフされた後に膨張要素の凝縮圧力がわずかしか変化しなかったので、膨張要素での圧力差が持続し、この圧力差を用いて、熱交換器を冷却させることができる。圧縮機、及び、もしあれば通風機をこのように早期にスイッチオフすることが可能になる一方、熱交換器における目標温度を依然として一定期間維持できるか、又は、温度差を補償できることが重要である。圧縮機によって生成される不要な冷却能力（cold capacity）は、内部貯蔵装置に間欠的に貯蔵され、冷媒の凝縮によって再度伝達することができる。圧縮機の実行時間がこのように少なくなるので、試験チャンバーは、特にエネルギー効率に優れた方法で動作可能である。
【００１１】
内部貯蔵装置は、内部熱交換器と、制御可能な第２膨張要素と、からなり、第２膨張要素は、高圧側回路と内部熱交換器との間のバイパス通路部内に配置されている、としてもよい。これにより、高圧側回路からの液状の冷媒を、第２膨張要素を介して蒸発させることもでき、必要に応じて冷媒を排出し、内部熱交換器に冷媒を再度導入して圧力降下により再度ガス状にすることができる。こうして、内部熱交換器が冷却される。内部熱交換器から出るガス状の冷媒は、内部熱交換器内で伝達される冷却能力（cold capacity）が原因で温度が高くなり、圧縮機に再循環させることができる。
【００１２】
内部熱交換器は、その二次側に貯蔵流体が充填されるプレート熱交換器によって構成される、としてもよい。例えば、貯蔵流体は、相変化材料（PCM）、塩水、又は、二酸化炭素などの上述した温度範囲内で液化可能な気体であってもよい。二次側は、貯蔵流体の密度を変化させることによって圧力上昇又は降下を補償することができる適切な手段を備えていてもよい。
【００１３】
冷却回路内には、制御可能な第３膨張要素を少なくとも１つ有する第２バイパス通路部が形成され、第２バイパス通路部は、膨張要素の流れ方向上流側かつ凝縮器の流れ方向下流側における高圧側回路に接続されるとともに、圧縮機の流れ方向上流側かつ熱交換器の流れ方向下流側における低圧側回路に接続され、第３膨張要素から低圧側回路に冷媒が供給され、第２バイパス通路部及び第３膨張要素は、制御可能な付加的な内部冷却システムを構成する、としてもよい。第２バイパス通路部又は第３膨張要素を介することにより、冷媒の吸入ガス温度及び／又は吸入ガス圧力が、冷却回路の低圧側回路上で、圧縮機の上流側にて制御することができるように、冷媒を計量することができる。このようにして、圧縮機が、例えば、潜在的な過熱、ひいては損傷を受けないようにすることができる。その結果、第３膨張要素を作動させるとともに、依然として液状である冷媒を計量された量にて加えることによって、圧縮機の上流側に在るガス状の冷媒を、第２バイパス通路部を介して冷却することができる。第３膨張要素は、コントローラを用いて作動させることができる。このコントローラは、圧縮機の上流側の冷却回路において、圧力及び／又は温度センサに結合されている。吸入ガス温度が、第２バイパス通路部を介して３０℃以下、好ましくは４０℃以下に設定されていれば取り分け有効である。例えば、圧縮機を自動的にオフ状態にすることを遅らせるために、又は、圧縮機の作動期間を延長するために、冷媒は、第３バイパス通路部を介して内部貯蔵装置を通り越すように案内することができる。その上、内部貯蔵装置に対し動的に冷媒を供給したり、或いは、手近な負荷条件に応じて、圧縮機の作動中に、内部貯蔵装置に対し、吸入ガス温度を低下させるためには不要となる、過剰な液状冷媒を導入したりすることができるようになる。
【００１４】
冷却回路内には、制御可能な別の膨張要素を少なくとも１つ有する別のバイパス通路部が形成され、この別のバイパス通路部は、圧縮機の流れ方向下流側かつ凝縮器の流れ方向上流側における高圧側回路に接続されるとともに、圧縮機の流れ方向上流側かつ熱交換器の流れ方向下流側における低圧側回路に接続され、別の膨張要素から低圧側回路に冷媒が供給され、別のバイパス通路部及び別の膨張要素は、冷媒用の再注入装置を構成する、としてもよい。このようにして、高温のガスの状冷媒を、圧縮機の下流側の高圧側回路から圧縮機の上流側の低圧側回路へと再循環させることができる。別のバイパス通路部は、内部貯蔵装置に隣接するバイパス通路に直接接続してもよい。これにより、内部熱交換器内に貯蔵される冷却能力（cold capacity）を高くするか、又は、内部熱交換器内に貯蔵される熱エネルギー（thermal energy）を増加させることができる。次いで、冷媒は、内部熱交換器の下流側で、別のバイパス通路部又は再注入装置によって過熱され続け得る。別のバイパス通路部又は再注入装置は、高温ガスバイパス通路部と呼ばれるものを構成することができる。これにより、圧縮機の通常運転中に内部熱交換器の排出動作（flooded operation）が可能になる。効率を上げることにより、内部熱交換器又は内部貯蔵装置をより迅速に冷却することさえ可能になる。この結果、圧縮機の作動時間をより短縮することができる。
【００１５】
代替的な実施形態によれば、冷却回路内には、別の制御可能な膨張要素を少なくとも１つ有する別のバイパス通路部が形成され、この別のバイパス通路部は、圧縮機の流れ方向下流側かつ凝縮器の流れ方向上流側における高圧側回路に接続されるとともに、第２膨張要素と内部熱交換器との間で内部貯蔵装置に接続され、別の膨張要素から内部熱交換器に冷媒が供給され、別のバイパス通路部及び別の膨張要素は、冷媒用の再注入装置を構成する、としてもよい。低圧側回路における内部熱交換器内の冷媒の再凝縮後、内部熱交換器内の温度上昇のために再凝縮が最早生じない場合には、圧縮機を再び作動させなければならない。その結果として蒸気圧が下降するので、内部熱交換器内の冷媒は蒸発し、内部熱交換器内での冷媒の流れ方向が変化する。内部熱交換器で再凝縮された冷媒が圧縮機によって吸引される場合は不都合となる。これは、高温のガス状の冷媒を内部熱交換器に導入し、ひいては内部熱交換器に貯蔵された液状の冷媒を予め蒸発させることができる別のバイパス通路部又はこうして形成された再注入装置によって防止することができる。
【００１６】
冷却回路の低圧側回路に在る冷媒の吸入ガス温度及び／若しくは吸入ガス圧力は、圧縮機の上流側にて調整され、並びに／又は、冷却回路における高圧側回路と低圧側回路との間で圧力差が補償されるとすれば、取り分け有効である。このようにして、圧縮機が、潜在的な過熱、ひいては損傷を受けないようにすることができる。吸入ガス温度が、３０℃以下、好ましくは４０℃以下に設定されていれば、取り分け有効である。また、圧縮機の作動時間を制御することができるように、冷媒を計量することもできる。一般的に、圧縮機が繰り返しオンオフされるのは不都合である。圧縮機が、より長い期間にわたって作動する場合は、その圧縮機の耐用年数を延ばすことができる。この場合、より長い期間にわたって圧縮機をオフ状態にすることもできる。
【００１７】
温度制御装置は、冷却回路内に、少なくとも１つの圧力センサ及び／又は少なくとも１つの温度センサを有する制御ユニットを備え、膨張要素の電磁弁を、測定温度及び測定圧力の関数として制御ユニットによって作動させる、としてもよい。制御ユニットは、センサからのデータセットを処理するとともに電磁弁を制御するデータ処理手段を備えてもよい。この場合、冷却装置の機能性も、例えば、対応するコンピュータプログラムを回することで、使用される冷媒に合わせて調整することができる。その上、制御ユニットは、試験チャンバーの致命的な又は望まれていない作動状況による損傷から試験チャンバー又は試験材料を守るために、故障を知らせるとともに、必要に応じて、試験チャンバーをオフ状態にすることができる。
【００１８】
膨張要素が電磁弁を有するスロットルとして実現される場合、スロットル及び電磁弁を介して冷媒を計量することができる。この場合、そのスロットルは、調整可能なバルブ又は毛細管とすることができ、電磁弁を用いることで、バルブ又は毛細管を介して冷媒を案内することができる。電磁弁自体は、制御ユニットを用いて作動させることができる。
【００１９】
温度制御装置を用いることにより、試験空間内に、−４０℃から＋１８０℃までの範囲内、好ましくは−７０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が実現される、としてもよい。温度制御装置を用いることによって、試験空間内で、＋６０℃から＋１８０℃までの範囲内に温度範囲を切り詰めることができる、という点が重要である。熱交換器における冷媒は、試験空間内で比較的高い温度を用いて多大に加熱され、そのために、技術的観点から、冷却回路の設計は、少なくとも、冷却回路における低圧側回路上で、この温度範囲に加熱される冷媒に適合させることができる。さもなければ、こうして加熱される冷媒は、冷却回路における低圧側回路上では、最早、最適に用いることができない。
【００２０】
試験チャンバーの一実施形態では、熱交換器は、試験空間内に配置される、としてもよい。また、熱交換器は、通風機によって循環される空気が熱交換器と接触可能となるように、試験空間における空調スペース内に配置することもできる。その結果、冷却装置を用いることで、熱交換器を介して試験空間における或る量の循環空気を直接的に冷却することができるようになる。
【００２１】
このように、冷却装置は、冷却回路を１つのみを有する、としてもよい。試験チャンバーにおける１つの冷却回路は、試験空間に直接接続することができる。また、この場合、試験空間内に達成可能な最低温度が、−２０℃を下回らないようにすることができる。
【００２２】
試験チャンバーの別の実施形態では、熱交換器は、冷却装置における別の冷却回路のためのカスケード式熱交換器を構成する、としてもよい。したがって、試験チャンバーは、少なくとも２つの冷却回路を有していてもよい。この場合、冷却回路は、冷却装置の第１ステージを構成し、別の冷却回路は、試験空間に直接接続され、冷却装置の第２ステージを構成する。カスケード式熱交換器又は熱交換器は、別の冷却回路のための凝縮器としても機能する。したがって、試験チャンバーのこの実施形態では、試験空間内に、取り分け低い温度を実現することができる。別の冷却回路は、別の冷媒、別の圧縮機、別の熱交換器、別の凝縮器及び別の膨張要素を有し、別の熱交換器は試験空間内に配置され、別の冷却回路は、この別の冷却回路を用いることで、冷却回路のカスケード式熱交換器に結合することができる。この場合、冷却装置は、冷却カスケードと呼ばれるものを構成する２つの直列接続された回路を有する。２つの冷却回路の各々は、上述したように内部貯蔵装置を有してもよい。
【００２３】
温度制御装置は、試験空間内に、ヒータ及び加熱式熱交換器（heating heat exchanger）を有する加熱装置を備える、としてもよい。加熱装置は、例えば、加熱式熱交換器を介して試験空間内の温度を上昇させることができるように、加熱式熱交換器を加熱する電気抵抗式ヒータとすることができる。熱交換器及び加熱式熱交換器が、具体的に、制御ユニットを用いることによって試験空間内を循環する空気の冷却又は加熱のために制御可能な場合は、温度制御装置を用いることによって前述した温度範囲内に収まる温度を試験空間内に実現することができる。試験材料又は試験材料の運用状態とは独立して、±１Ｋ、好ましくは±０．３Ｋから±０．５Ｋまでの温度の時間的な一貫性を、試験間隔の最中に、試験空間内に実現することができる。試験間隔の語は、試験材料が実質的に一定な温度又は気候条件に曝されることになる、全体的な試験期間における時間区分を指す。加熱式熱交換器は、冷媒が流通可能でかつ共有される熱交換器の本体が構成されるように、冷却回路における熱交換器と結合させることができ、この熱交換器は、電気抵抗式ヒータにおける加熱要素を備えている。凝縮器は、空冷式、水冷式、又は、異なる冷却用液体によって冷却され得る。原則として、凝縮器は、任意の適切な液体を用いて冷却され得る。冷媒が完全に液化するまで冷媒を凝縮することができるよう、凝縮器に生じる熱的な負荷を空冷又は水冷によって発散させることが重要である。
【００２４】
本発明に係る方法は、試験チャンバーにおける、環境に対して封止可能でありかつ試験材料を収容するための保温された試験空間内で空気を調整するための方法に係る。この方法において、試験チャンバーにおける温度制御装置の冷却装置を用いることで、試験空間内に、−２０℃から＋１８０℃までの範囲内の温度が実現され、冷却装置は、冷却回路と、熱交換器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張要素と、を有する。冷却装置の内部貯蔵装置を用いることで、熱エネルギー（thermal energy）が貯蔵されて冷媒との間で交換される。内部貯蔵装置は、冷却回路のバイパス通路部を介して、膨張要素の流れ方向上流側かつ凝縮器の流れ方向下流側における冷却回路の高圧側回路に接続されるとともに、圧縮機の流れ方向上流側かつ熱交換器の流れ方向下流側における冷却回路の低圧側回路に接続される。
【００２５】
本発明に係る方法の利点に関して、本発明に係る装置の利点についての記載が引用される。全体的に見て、冷却装置の熱効率を向上させることができ、それによって相当量のエネルギーを節約することができる。圧縮機を作動させないことにより、熱交換器を、膨張要素を介して比較的長期間にわたり冷却することができる。圧縮機をオフ状態にするのに加えて、凝縮器における通風機等、冷却装置における他の部材をオフ状態にしたり、或いは、凝縮器が水冷式の場合、水冷システムをオフ状態にしたり、することもできる。さらに、圧縮機がスイッチオフされるときに、冷却装置をより精密に制御することができる。なぜなら、圧縮機は、冷却回路内の圧力及び温度条件に悪影響を及ぼすことがないからである。
【００２６】
冷媒は、内部貯蔵装置を介して高圧側回路から低圧側回路に案内される、としてもよい。圧縮機の運転時には、高圧側回路から低圧側回路へ冷媒を案内することができ、圧縮機がスイッチオフされると、低圧側回路から内部貯蔵装置へ冷媒を流通させることができる。このようにして、冷媒は、内部貯蔵装置が熱エネルギー（thermal energy）を貯蔵又は伝達しているかどうかに応じて、バイパス通路部における流れ方向を変えることができる。
【００２７】
第１ステップでは、高圧側回路からの液状の冷媒が、内部貯蔵装置を用いることによって膨張してガス状の冷媒となり、低圧側回路に案内される、としてもよい。
【００２８】
制御可能な第２膨張要素によって冷媒が蒸発させられ、該冷媒が内部貯蔵装置の内部熱交換器を通じて案内されるように圧縮機が作動され、内部熱交換器における貯蔵流体から冷媒に熱エネルギー（thermal energy）が伝達される、としてもよい。
【００２９】
続いて、第２ステップでは、低圧側回路からのガス状の冷媒が、内部貯蔵装置を用いることによって凝縮されて液状の冷媒となる、としてもよい。これは、ガス状の冷媒が凝縮できるほど十分に内部貯蔵装置が冷却されていること、或いは、ガス状の冷媒が凝縮できるほど十分に内部貯蔵装置が熱エネルギー（thermal energy）をほとんど貯蔵していないことを条件とする。この場合、上述の冷却によって実質的な温度差が得られるまで、内部貯蔵装置が冷却されてもよい。
【００３０】
内部貯蔵装置において冷媒を凝縮することによって、低圧側回路と高圧側回路との間に圧力差を生じさせる、としてもよい。この場合、内部貯蔵装置は、コールドシンクとして使用することができる。
【００３１】
圧縮機がスイッチオフにされ、冷媒は、内部貯蔵装置の内部熱交換器を通じて案内されて凝縮され、冷媒から内部熱交換器の貯蔵流体に熱エネルギー（thermal energy）が伝達される、としてもよい。この冷媒から貯蔵流体へ熱エネルギー（thermal energy）を移し替えることにより、貯蔵流体が再度加熱され、冷媒が冷却される。これにより、冷媒の凝縮が引き起こされる。貯蔵流体と冷媒との間の温度差が、内部熱交換器において冷媒を凝縮できなくなるまで、又は、内部熱交換器が液状冷媒で満たされるまで、このプロセスを行うことができる。その後、圧縮機を再び作動させてもよい。
【００３２】
本発明に係る方法の他の実施形態は、請求項１に従属した請求項に係る特徴部の記載から明らかとなる。
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、冷却装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、冷却装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】図３は、冷却装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、冷却回路１１を備える冷却装置１０の概略図を示している。この冷却回路１１内では、冷媒が循環できる。冷却装置１０はさらに、図示された試験空間３８又は別の冷却回路（不図示）内に配置される熱交換器１２と、圧縮機１３と、凝縮器１４と、膨張要素１５と、を備えている。膨張要素１５は、スロットル１６と、電磁弁１７と、からなる。冷却回路１１は、冷媒の流れ方向に沿って圧縮機１３から膨張要素１５まで延びる高圧側回路１８と、同方向に沿って膨張要素１５から圧縮機１３まで延びる低圧側回路１９と、を有している。圧縮機１３から凝縮器１４まで延びる管路部２０においては、冷媒は、ガス状でありかつ相対的に高い温度を有している。圧縮機１３によって圧縮された冷媒は、冷却回路１１に沿って凝縮器１４に向かって流れる。このガス状の冷媒は、凝縮器１４において液化される。冷却回路１１における冷媒の流れ方向において、膨張要素１５が凝縮器１４に後続している。したがって、この冷媒は、凝縮器１４と膨張要素１５とを結ぶ冷却回路１１の管路部２１においては液化状態にある。膨張要素１５の下流側で冷媒を膨張させることで、熱交換器１２が冷却されるとともに、膨張要素１５と熱交換器１２とを結ぶ管路部２２において冷媒をガス状態に相転移させ、この冷媒を、熱交換器１２から管路部２３を介して圧縮機１３へ案内する。
【００３６】
冷却回路１１では、内部貯蔵装置２４は、冷却回路１１のバイパス通路部２５を介して、膨張要素１５の流れ方向上流側かつ凝縮器１４の流れ方向下流側における高圧側回路１８と、圧縮機１３の流れ方向上流側かつ熱交換器１２の流れ方向下流側における低圧側回路１９とに接続される。内部貯蔵装置２４を用いることで、熱エネルギー（thermal energy）を貯蔵し、かつ、これを冷媒との間で交換することができる。内部貯蔵装置２４は、内部熱交換器２６と、制御可能な第２膨張要素２７と、からなる。第２膨張要素２７は、高圧側回路１８と内部熱交換器２６との間のバイパス通路部２５内に配置されている。圧縮機１４が作動中であり、かつ、熱交換器１２において冷却能力（cold capacity）がほとんど必要とされない場合、試験チャンバーの制御ユニット（不図示）を用いて、第２膨張要素２７によって冷媒を膨張させるとともに、この冷媒を内部貯蔵装置２４の内部熱交換器２６を通じて案内する。内部熱交換器２６は、貯蔵流体が冷却されるように熱エネルギー（thermal energy）を冷媒に伝達する貯蔵流体（不図示）を有する。貯蔵流体を冷却することによって実質的な温度差を実現することが最早可能でないとき、圧縮機１３はオフにされ、冷媒は低圧側回路１９から内部熱交換器２６へ案内される。冷媒は、内部熱交換器２６内で凝縮し、熱エネルギー（thermal energy）は、冷媒から貯蔵流体へと伝達される。このプロセスは、冷媒が凝縮しないように貯蔵流体が十分に加熱されるまで、又は、内部熱交換器２６が充填されるまで継続することができる。冷媒を凝縮して貯蔵することにより、冷媒の密度を上昇させ、低圧側回路１９への圧力を低下させる。この低下は、膨張要素１５において再び圧力差を生じさせ、この圧力差を用いて、熱交換器１２を介して冷媒を膨張させることができる。続いて圧縮機１３を再び作動させることができ、その後の減圧により内部熱交換器２６内の冷媒を蒸発させる。
【００３７】
さらに、冷却回路１１内に、別の制御可能な膨張要素２９を有する別のバイパス通路部２８が配置される。この別のバイパス通路部２８は、圧縮機１３の流れ方向下流側かつ凝縮器１４の流れ方向上流側における高圧側回路１８に接続されるとともに、第２膨張要素２７と内部熱交換器２６との間で内部貯蔵装置２４に接続される。したがって、高温かつガス状の冷媒を、上述の別の膨張要素２９を介して高圧側回路１８から内部熱交換器２６内に導入することができる。また、内部熱交換器２６に在る液状冷媒が高温かつガス状の冷媒と混合される場合、圧縮機１３を起動する最中は、この液状冷媒が吸引されないようにすることができる。
【００３８】
図２は、冷却回路３１を備える冷却装置３０を示している。この冷却装置３０は、図１に示す冷却回路１１の冷却装置とは異なり、別の制御可能な膨張要素３３を備える別のバイパス通路部３２を有している。この別のバイパス通路部３２は、圧縮機１３の流れ方向下流側かつ凝縮器１４の流れ方向上流側における高圧側回路１８に接続されるとともに、圧縮機１３の流れ方向上流側かつ熱交換器１２の流れ方向下流側における低圧側回路１９に接続される。このように接続することで、高温かつガス状の冷媒が、高圧側回路１８から圧縮機１３の上流側の低圧側回路１９へ再循環することができ、これにより、低圧側回路１９における冷媒の吸入ガス温度及び／又は吸入ガス圧力を調整することができるようになる。また、高圧側回路１８と低圧側回路１９との圧力差を補償することができる。吸入ガス温度の調整は、冷媒が内部熱交換器２６によって膨張させられる場合に、特に有効である。
【００３９】
図３は、冷却回路３５を備えるさらに別の冷却装置３４を示している。この冷却装置３４は、図２の冷却装置とは異なり、第２バイパス通路部３６を有している。第２バイパス通路部３６には、制御可能な第３膨張要素２７が設けられる。この第２バイパス通路部３６は、膨張要素１５の流れ方向上流側かつ凝縮器１４の流れ方向下流側における高圧側回路１８に接続されるとともに、圧縮機１３の流れ方向上流側かつ熱交換器１２の流れ方向下流側における低圧側回路１９に接続される。冷媒は、第３膨張要素３７を用いることで低圧側回路１９に供給でき、これによって、冷媒を再び膨張させることができ、圧縮機１３の上流で吸入ガス温度を低下させるか又は制御することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  冷却装置
１１  冷却回路
１２  熱交換器
１３  圧縮機
１４  凝縮器
１５  膨張要素
１６  スロットル
１７  電磁弁
１８  高圧側回路
１９  低圧側回路
２０  管路部
２１  管路部
２２  管路部
２３  管路部
２４  内部貯蔵装置
２５  バイパス通路部
２６  内部熱交換器
２７  第２膨張要素
２８  別のバイパス通路部
２９  別の膨張要素
３０  冷却装置
３１  冷却回路
３２  別のバイパス通路部
３３  別の膨張要素
３４  冷却装置
３５  冷却回路
３６  第２バイパス通路部
３７  第３膨張要素
３８  試験空間
【図１】
2020022954.tif 000003
【図２】
2020022954.tif 000004
【図３】
2020022954.tif 000005
【外国語明細書】
2020022954000001.pdf