(57)【要約】【課題】本発明は空調を実施する試験室に関する。【解決手段】試験室は、被検物質を受容する環境に対して密封可能な断熱された試験空間と、試験空間の温度を制御する温度制御装置とを備える。試験空間内では温度制御装置によって−２０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を実現可能である。温度制御装置は、冷媒、伝熱体１２、圧縮機１３、凝縮器１４及び膨張体１５を有する冷却サイクル１１を有する冷却装置１０を備える。冷却サイクルは内部伝熱体２４を備え、内部伝熱体は、流れ方向にて膨張体の上流であって凝縮器の下流で冷却サイクルの高圧側１８に接続され、冷媒は、冷却装置の調整可能な補足冷却部２５に連結される内部伝熱体によって冷却可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物質を受容する環境に対して密封可能な断熱された試験空間と、前記試験空間の温度を制御する温度制御装置と、を具備する、空調を実施する試験室であって、
前記試験空間内では前記温度制御装置によって−２０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を実現可能であり、
前記温度制御装置は、冷媒と、伝熱体（１２、４５）と、圧縮機（１３、５５、６２）と、凝縮器（１４、４４、６３）と、膨張体（１５、７１）とを有する冷却サイクル（１１、４２、５７）を有する冷却装置（１０、４１、５６）を具備する、試験室において  ,
前記冷却サイクルは内部伝熱体（２４、４７、６４）を具備し、
前記内部伝熱体は、流れ方向にて前記膨張体の上流であって前記凝縮器の下流で前記冷却サイクルの高圧側（１８、６５）に接続され、
前記冷媒は、前記冷却装置の調整可能な補足冷却部に連結される前記内部伝熱体によって冷却可能である、ことを特徴とする試験室。
【請求項２】
前記試験空間内では前記温度制御装置によって、−５０°Ｃから＋１８０°Ｃ、好ましくは−８０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を実現可能であることを特徴とする、請求項１に記載の試験室。
【請求項３】
前記試験空間内では前記温度制御装置によって、＋６０°Ｃを超えて＋１８０°Ｃまでの範囲の温度を低下させることができることを特徴とする、請求項１又は２に記載の試験室。
【請求項４】
前記冷媒は、２０年間を基準として２５００未満、好ましくは５００未満、特に好ましくは１００未満の相対的なＣＯ2相当量を含み、前記冷媒は不燃性であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項５】
前記伝熱体（１２、４５）は前記試験空間に配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項６】
前記伝熱体（１２、４５）は、前記冷却装置（１０、４１、５６）の別の冷却サイクルにカスケード接続される伝熱体を形成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項７】
前記別の冷却サイクルは、別の冷媒と、別の圧縮器と、別の伝熱体と、別の凝縮器と、別の膨張体とを具備し、
前記別の伝熱体は前記試験空間に配置され、
前記別の冷却サイクルは、前記別の凝縮器によって前記冷却サイクル（１１、４２、５７）の前記カスケード接続される伝熱体に連結されることを特徴とする、請求項６に記載の試験室。
【請求項８】
前記温度制御装置は、加熱器及び加熱伝熱体を有する加熱装置を前記試験空間に具備することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項９】
前記凝縮器（１４、４４、６３）は、空気冷却器又は冷水器又は異なる冷却液を有するように実現されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項１０】
前記内部伝熱体（１２、４５）は、前記冷却サイクル（１１、４２、５７）の調節可能な外部補足冷却部及び／又は調節可能な内部補足冷却部（２５）に連結されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項１１】
前記調節可能な外部補足冷却部は、前記冷却装置（１０、４１、５６）の凍結段階の再供給又は外部冷却水管として実現され、
前記再供給又は冷却水管は、前記内部伝熱体（２４、４７、６４）に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の試験室。
【請求項１２】
前記調節可能な外部補足冷却部は、ペルチェ素子又は加熱管として実現されることを特徴とする、請求項１０に記載の試験室。
【請求項１３】
前記調節可能な内部補足冷却部は、前記内部伝熱体（２４、４７、６４）に接続される吸収式冷凍機として実現され、
前記吸収式冷凍機は、前記圧縮機（１３、５５、６２）の廃熱によって駆動することができることを特徴とする、請求項１０に記載の試験室。
【請求項１４】
前記調節可能な内部補足冷却部（２５）は、流れ方向にて前記膨張体（１５、７１）の下流に配置される前記冷却サイクル（１１、４２、５７）の再供給として実現され、
前記再供給は前記内部伝熱体（２４、４７、６４）に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の試験室。
【請求項１５】
前記冷却サイクル（１１、４２、５７）では、少なくとも１つの調節可能な第２の膨張体（２８、４９）を有する第１のバイパス（２７、４８）が実現され、
前記第１のバイパスは、流れ方向にて前記内部伝熱体（２４、４７、６４）の上流であって前記凝縮器（１４、４４、６３）の下流で前記冷却サイクルに接続され、
前記第１のバイパスは調節可能な内部補足冷却部（２５）として実現されることを特徴とする、請求項１０に記載の試験室。
【請求項１６】
前記内部伝熱体（２４）は、流れ方向にて前記圧縮機（１３）の上流であって前記伝熱体（１２）の下流で前記冷却サイクル（１１）の低圧側（１９）に接続され、
前記第１のバイパス（２７）は冷媒用バック噴射装置（３１）を形成し、
前記第１のバイパスは、バック噴射弁（３２）を介して前記内部伝熱体の低圧側（５０）に接続され、
前記調節可能な第２の膨張体（２８）から冷媒を前記バック噴射弁に供給することができることを特徴とする、請求項１５に記載の試験室。
【請求項１７】
前記バック噴射弁（３２）は、前記流れ方向にて前記内部伝熱体（２４）の伝熱部分（２６）の４分の１から２分の１、好ましくは３分の１を過ぎた位置で前記伝熱体（２４）に接続されることを特徴とする、請求項１６に記載の試験室。
【請求項１８】
前記内部伝熱体（２４、４７、６４）の低圧側（５０）を、流れ方向にて前記調節可能な第２の膨張体（２８、４９）の下流で前記第１のバイパス（２７）に接続し、
前記調節可能な第２の膨張体から冷媒を前記内部伝熱体に供給することができ、
前記内部伝熱体は、流れ方向にて前記圧縮機（１３、５５、６２）の上流であって前記伝熱体（１２、４５）の下流で前記冷却サイクル（１１、４２、５７）の低圧側（１９、６６）に接続され、
前記内部伝熱体の前記低圧側（５０）から冷媒を前記圧縮機に供給することができることを特徴とする、請求項１５に記載の試験室。
【請求項１９】
少なくとも1つの第３の膨張体（３８）を有する第２のバイパス（３５）が前記冷却サイクル（１１、４２、５７）に形成され、
前記第２のバイパスは、流れ方向にて前記凝縮器（１４、４４、６３）の下流であって前記内部伝熱体の上流で、前記膨張体（１５、７１）に橋絡され、
前記冷媒の吸引ガス温度及び／又は吸引ガス圧力を、前記圧縮機（１３、５５、６２）の上流の前記冷却サイクルの低圧側（１９、６６）で調節できるように、前記第３の膨張体を介して冷媒を投入できることを特徴とする、請求項１８に記載の試験室。
【請求項２０】
少なくとも1つの別の膨張体（５９）を有する別のバイパス（５８）が前記冷却サイクル（１１、４２、５７）で実現され、
前記別のバイパスは、前記冷媒の吸引ガス温度及び／又は吸引ガス圧力を前記圧縮機の上流の前記冷却サイクルの低圧側（１９、６６）で調節できるように、及び／又は前記冷却サイクルの前記高圧側（１８、６５）と低圧側との間の圧力差を補正できるように、前記流れ方向にて前記圧縮機の下流であって前記凝縮器（１４、４４、６３）の上流で、前記圧縮機（１３、５５、６２）に橋絡されることを特徴とする、前記請求項１から１９のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項２１】
前記内部伝熱体（２４、４７、６４）は、過冷却部分（２６）又は熱交換器（４６）、特に板状熱交換器として実現されることを特徴とする、前記請求項１から２０のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項２２】
前記膨張体（１５、２８、３８、４９、５９、７１）は、スロットル（１６、３３、３６、６０）及び電磁弁（１７、３４、３７、６１）を具備し、
前記スロットル及び前記電磁弁を介して冷媒を投入することができることを特徴とする、前記請求項１から２１のいずれか１項に記載の試験室。
【請求項２３】
前記温度制御装置は、前記冷却サイクル（１１、４２、５７）の少なくとも1つの圧力センサ（６７）及び／又は温度センサ（６８）を有する制御装置を具備し、
前記制御装置によって、測定された温度又は圧力に従って、電磁弁（１７、３４、３７、６１）を作動することができることを特徴とする、請求項２２に記載の試験室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調を実施する試験室に関する。この試験室は、被検物質を受け入れるために周囲環境に対して密封可能であり、断熱された試験空間と、試験空間の温度を制御する温度制御装置とを備える。温度制御装置によって試験空間で実現可能な温度範囲を−２０°Ｃから＋１８０°Ｃとする。この温度制御装置は、冷媒、伝熱体、圧縮機、凝縮器及び膨張体からなる冷却サイクルを有する冷却装置を備える。
【背景技術】
【０００２】
そのような試験室は、対象物、特に装置の物理的特性及び／又は化学的特性を試験するために用いられることが多い。このため、−５０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を設定可能な温度試験室又は気候試験室が知られている。気候試験室では、装置、厳密にいうと被検物質を所定期間さらすことになる所望の気候条件をさらに設定可能である。そのような試験室は、所要の供給ラインを用いて建物に接続すればよい移動式装置として定期的又は部分的に実現され、温度及びコンディショニングを制御するのに必要なあらゆる構造用部品を備える。試験対象の被検物質を受け入れる試験空間の温度を試験空間内の空気循環ダクトで定期的に制御する。空気循環ダクトは、空気循環ダクト又は試験空間を通って流れる空気を加熱又は冷却する熱交換器がそれぞれ配置される試験空間に空気処理空間を形成する。この目的のために、ファン又は換気装置が試験空間内に存在する空気を吸引し、空気循環ダクトによってその空気を、対応する熱交換器に移動させる。このため、被検物質の温度を制御することができ、さらには被検物質を所定の温度変化にさらすこともできる。試験間隔には、温度を試験室の最高温度と最低温度とに繰り返し交互に到達させることができる。
【０００３】
冷却サイクルで循環する冷媒は、上記の温度範囲内の冷却サイクルで使用できるようなものである必要がある。法規定のため、冷媒は、大気圏のオゾン層破壊にも地球温暖化にも実質的に寄与するものであってはならない。このため、フッ素化ガスも塩素化物質も冷媒として使用できない可能性がある。これが、自然冷媒、厳密に言うと気体がその代わりに適格である理由である。さらに、冷媒は、必要になる可能性のある安全対策のために試験室の充填、輸送又は操作が複雑にならないように、可燃性であってはならない。可燃性冷媒を使用した場合にはこのほか、その使用に付随する前向きな対策が要求されることになるため、冷却サイクルの作成コストがさらにかさむことになる。可燃性であるということは、この状況では、冷媒には放熱状態の下で大気中の酸素に反応する特徴があることを意味する。冷媒は、欧州規格ＥＮ２のファイアークラス（ｆｉｒｅ  ｃｌａｓｓ）Ｃのほか、ＤＩＮ３７８クラスＡ２、Ａ２Ｌ及びＡ３に分類される場合に特に、可燃性である。
【０００４】
さらに、冷媒はかなり低いＣＯ2相当量を含む、即ち、かなり低い温室効果係数又は地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有する必要がある。この相当量は、放出された時点の冷媒を介して環境を間接的に損傷することを防ぐために、できるだけ低くする必要がある。ＧＷＰは、二酸化炭素を比較数量として用いて、所定の量の温室効果ガスがどの程度地球温暖化に寄与するかを示す。この数値は、比較のために規定されている所定の期間、２０年間にわたっての平均温熱効果を表す。相対的なＣＯ2相当量又はＧＷＰを定義するため、気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）の第５次評価報告書、審査報告書、付録８.Ａ、表８.Ａを参照する。
【０００５】
低ＧＷＰ、例えば２５００未満の冷媒の不利な点としては、このような冷媒には、試験室に適した温度範囲では比較的高いＧＷＰを有する冷媒と比較して、部分的に著しく冷凍能力の低いところがある点が挙げられる。
【０００６】
このため、本発明の目下の目的は、温度が少なくとも−３０°Ｃに到達可能であり、環境に配慮した冷媒を使用して操作可能であることが求められる試験室を提示することである。
【０００７】
この目的は、請求項１の構成要件を有する試験室によって達成される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明による空調を実施する試験室は、被検物質を受容する環境に対して密封可能な断熱された試験空間と、試験空間の温度を制御する温度制御装置とを備える。試験空間内では温度制御装置によって−２０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を実現可能である。温度制御装置は、冷媒、伝熱体、圧縮機、凝縮器及び膨張体を有する冷却サイクルを有する冷却装置を備える。冷却サイクルは内部伝熱体を備え、内部伝熱体は、流れ方向にて膨張体の上流であって凝縮器の下流で冷却サイクルの高圧側に接続され、冷媒は、冷却装置の調整可能な補足冷却部に連結される内部伝熱体によって冷却可能である。
【０００９】
本発明による試験室では、試験空間の環境との温度交換が側壁、床壁及び天井壁の断熱を介して大部分阻止される。伝熱体は、冷却サイクルで循環する冷媒が伝熱体を通って流れるように、冷却サイクルに接続されるか一体化される。冷却サイクルの伝熱体は、試験空間内か試験空間の空気処理空間に配置可能であり、これとは別に、冷却装置が２つのカスケード接続された冷却サイクルを備える場合には、冷却装置の別の冷却サイクルに連結可能である。伝熱体は、この別の冷却サイクルのための凝縮器として機能する。冷却装置は、圧縮機のほか、圧縮冷媒のための凝縮器をさらに備える。この凝縮器は、冷媒の流れ方向にて圧縮機の下流に配置される。圧縮後に高圧状態に置かれて原則として気体状態の圧縮冷媒は、凝縮器で凝縮された後、原則として液体状態である。この液体冷媒は膨張体を介して流れ続ける。膨張体では、冷媒が圧力降下の後、膨張して順々に気化する。この過程では、冷媒は伝熱体を通って流れ、これによって冷却される。その後、気体冷媒は、圧縮機によって再び吸引され、圧縮される。膨張体とは、少なくとも膨張弁、スロットル、絞り弁をはじめとする、流体ラインの適切な狭窄部（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）であると理解される。
【００１０】
本発明では、内部伝熱体を、流れ方向にて膨張体の上流であって凝縮器の下流で冷却サイクルの高圧側に接続するか、冷却サイクルに一体化することを目的とする。このため、凝縮器によって液化された冷媒は、凝縮器から内部伝熱体を通って膨張体に流れる。この過程では、冷媒は内部伝熱体によって冷却できる。冷却装置の調整可能な補足冷却部に連結されている内部伝熱体がこの冷却を発生させる。調整可能な補足冷却部は、内部伝熱体によって冷媒をさらに冷却又は過冷却できるようにするものであれば、可能な限りあらゆる種類の冷却装置であってもよい。これにより、特に、比較的低いＧＷＰを有する冷媒の低い冷凍能力を補うことが可能になる。補足冷却部は調整が可能であるため、必要に応じて、冷媒の過冷却状態に合わせて補足冷却部を調整することができる。この過冷却は、過冷却のタイプによっては、冷凍能力に関わる能力の変動の影響を受けるため、望まない温度の変動又は冷媒の所定の温度からの温度のずれが発生しないように、補足冷却部を冷却装置の要求に合わせて制御することによって能力のこのような変動を調節することも可能になる。このため、全体としては、環境に配慮した冷媒を用いて操作した場合に、試験室の低い冷凍能力を補うことができる。
【００１１】
温度制御装置によって、−６０°Ｃから＋１８０°Ｃ、好ましくは−８０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を試験空間内で実現できる。−３０°Ｃから＋１８０°Ｃ、好ましくは−４２°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を少なくとも目的とする。
【００１２】
試験空間内の＋６０°Ｃを超えて＋１８０°Ｃまでの範囲の温度を温度制御装置によって低下させることができることが重要である。冷媒は、試験空間の比較的高い温度によって、伝熱体で強く加熱される。これが、冷却サイクルを、その構造に関して、冷却サイクルの少なくとも低圧側にて、この温度範囲まで加熱された冷媒に合わせて技術的に調節できる理由である。さもなければ、そのように加熱された冷媒を、冷却サイクルの高圧側で理想的に使用することはできなくなる。
【００１３】
冷媒は、２０年間を基準として２５００未満、好ましくは５００未満、特に好ましくは１００未満の相対的ＣＯ2相当量を含むことができるため、環境に及ぼす害はわずかにすぎない。さらに、冷媒は可燃性であることもない。これにより、冷媒の可燃性に関する安全対策を特に考慮する必要がないため、試験室と、特に冷却サイクルを低コストで実現できるようになる。その結果、冷媒は、ファイアークラスＣ及び／又は冷媒安全グループＡ１に割り当てられることがない。さらにまた、運搬の形態とは無関係に運搬前に試験室に冷媒を充填することができるため、試験室の輸送又は運搬が促進される。可燃性冷媒を用いると、試験室は、設置場所での設置開始時点にしか充填できない可能性がある。また、試験空間で点火源とともに不燃性冷媒を使用することが可能になる。試験空間の伝熱体の領域にて引火する可能性のある空気を検知するセンサが必要ない。そのようなセンサは耐熱性ではないことが多い。
【００１４】
試験室の一実施形態では、伝熱体は試験空間に配置できる。その結果、伝熱体はこのほか、ファンによって循環させられる空気が伝熱体に接触できるように、試験空間の空調空間に配置できる。このため、冷却装置によって、試験空間の伝熱体を介して、一定量の循環空気を試験空間から直接冷却することが可能になる。その結果、試験室は冷却サイクルを単一の独立した冷却サイクルとして備えることができる。その結果、冷却サイクルは試験空間に直接接続される。
【００１５】
試験室の別の実施形態では、伝熱体は、冷却装置の別の冷却サイクルにカスケード接続する伝熱体を形成できる。このため、試験室は、少なくとも２つの冷却サイクルを備えることができるようになる。１つは、冷却装置の第１の段階を実現する冷却サイクルであり、もう１つは、試験空間に直接接続され、冷却装置の第２の段階を実現する冷却サイクルである。その結果、カスケード接続伝熱体又は伝熱体はこのほか、このもう１つの冷却サイクルのための凝縮器として機能する。試験室のこの実施形態では、その結果、試験空間にて特に低い温度を実現できる。
【００１６】
このもう１つの冷却サイクルは、別の冷媒、別の圧縮機、別の伝熱体、別の凝縮器及び別の膨張体を備えることができる。この別の伝熱体は、試験空間に配置することができる。このもう１つの冷却サイクルは、この別の凝縮器によって冷却サイクルのカスケード接続伝熱体に連結することができる。その結果、冷却装置は、連続して切り替わる２つのサイクルを備えることになり、いわゆるコールドカスケード（ｃｏｌｄ  ｃａｓｃａｄｅ）として実現される。
【００１７】
温度制御装置は、試験空間に加熱器及び加熱伝熱体を有する加熱装置を備えることができる。加熱装置は、例えば、加熱伝熱体を介して試験空間の温度上昇を可能にするように加熱伝熱体を加熱する電気抵抗加熱器であってもよい。伝熱体及び加熱伝熱体が、試験空間を循環する空気を冷却又は加熱する制御装置によって系統的に制御可能である場合、上記の温度範囲の温度を温度制御装置によって試験空間内で実現できる。これに関連して、被検物質又は被検物質の操作条件に関係なく、試験間隔に試験空間で±１Ｋ、好ましくは±０.３Ｋ〜±０.５Ｋの一時的な温度安定性を達成できる。これに関連して、試験間隔とは、被検物質が原則的に安定した温度又は気候条件にさらされている全試験期間を示す期間であると理解される。加熱伝熱体は、冷媒を流すことができ、電気抵抗加熱器の発熱体を備える共用の伝熱体を形成するように、冷却サイクルの伝熱体と組み合わすことができる。凝縮器は、空気冷却器又は冷水器又はもう１つ別の冷却液を有するようにできる。一般に、凝縮器は任意の適切な流体を用いて冷却できる。凝縮器に発生する熱負荷は、完全に液化するように冷媒を凝縮することができるように、空気冷却器又は冷水器を介して消散することが必要である。
【００１８】
また、均圧化装置を冷媒用冷却サイクルに配置でき、冷媒の温度が冷却サイクル内で２０°Ｃに維持されている場合に、４０バール未満、好ましくは２５バール未満の圧力を冷却サイクル内で達成できる。別の冷却サイクルが存在するのであれば、その冷却サイクルもそのような均圧化装置を備えることができる。冷却サイクルには比較的大きな温度差が存在することがあるため、均圧化装置がこのような差を補正することができれば、特に有利である。このため、温度のきわめて大きな変動、その結果としての冷媒の体積の変化を、均圧化装置を介して、冷媒の対応する膨張係数に従って補正することができる。均圧化装置は、例えば、冷却サイクルの低圧側に接続される冷媒タンクであってもよい。
【００１９】
特に、温度制御装置が稼働していない場合、即ち、冷媒の冷却の停止が要求されていない場合に温度制御装置が本質的に安全であるように、均圧化装置を実現できることを目的とすることができる。このほか、実験の準備を整えるために試験室を移送する前にはすでに冷却サイクルを充填した状態にすることができる。
【００２０】
また、内部伝熱体は、冷却サイクルの調節可能な外部補足冷却部及び／又は調節可能な内部補足冷却部に連結できる。外部補足冷却部とは、内部伝熱体を冷却するために冷却サイクルから独立している装置からエネルギーを付与する補足冷却部として理解される。内部補足冷却部とは、内部伝熱体を冷却するために冷却サイクルのエネルギー又は冷凍能力を、冷却サイクルに一体化される装置を介して、使用する補足冷却部として理解される。冷却サイクルの内部補足冷却部では、その結果、圧縮機、伝熱体及び凝縮器を除いて、外部補足冷却部と同じように冷却サイクルに外部から追加エネルギーが供給されることはない。
【００２１】
調節可能な外部補足冷却部は、冷却装置の凍結段階の再供給又は外部冷却水管として実現可能である。この再供給又は冷却水管は、内部伝熱体に接続できる。単純な実施形態では、外部補足冷却部は、内部伝熱体に単に連結される冷却水管である。冷却水管は、必要に応じて、この例では別の外部の冷却装置によって冷却される。試験室が少なくとも２つの冷却サイクルを備えている場合であれば、冷却装置の第２の段階、厳密にいえば凍結段階、厳密にいえば冷却装置の別の冷却サイクルは内部伝熱体を介して形成されるか、内部伝熱体に接続される。
【００２２】
これとは別に、調節可能な外部補足冷却部は、ペルチェ素子又は加熱管として実現可能である。その結果、内部伝熱体は、例えば、ペルチェ素子又は加熱管が固定された冷却サイクルの管部分から形成可能である。
【００２３】
別の実施形態によれば、調節可能な内部補足冷却部は、内部伝熱体に接続できる吸収式冷凍機として実現可能である。吸収式冷凍機は、圧縮機の廃熱を利用して駆動可能である。圧縮機の廃熱は、圧縮機、例えば、冷却サイクルの高圧側の圧縮機又は管部分から凝縮器に直接消散させることができる。その結果、吸収式冷凍機の冷却サイクルも内部伝熱体を通して形成することができる。
【００２４】
有利な実施形態によれば、調節可能な内部補足冷却部は、流れ方向にて膨張体の下流に配置される冷却サイクルの再供給として実現可能である。この再供給は内部伝熱体に接続可能である。冷却サイクルの高圧側の管部分を、例えば、全体的に再供給するか膨張体の下流のバイパスの形態で再供給するか、あるいは、膨張体自体が流れ方向にて膨張体の上流の冷却サイクルの管部分を冷却するように内部伝熱体を通って形成することができる。
【００２５】
特に有利な実施形態によれば、少なくとも１つの調節可能な第２の膨張体を有する第１のバイパスを冷却サイクル内で実現できる。第１のバイパスは、流れ方向にて内部伝熱体の上流であって凝縮器の下流で冷却サイクルに接続することができる。第１のバイパスは、調節可能な内部補足冷却部として実現可能である。その結果、冷媒は、流れ方向にて膨張体の上流の第１のバイパスで少なくとも部分的に偏向可能である。冷媒は、第２の膨張体によって減圧され、その結果、冷却される。その結果、この冷媒は、膨張体の上流の冷媒を冷却するために使用することができる。このように実現された内部補足冷却部は、内部補足冷却部が常に冷却装置の操作要求に合わせて調節することができるように、特に第２の膨張体を介して制御することができる。
【００２６】
また、内部伝熱体は、流れ方向にて圧縮機の上流であって伝熱体の下流で冷却サイクルの低圧側に接続可能である。第１のバイパスは冷媒用バック噴射装置を形成することができる。第１のバイパスはバック噴射弁を介して内部伝熱体の低圧側に接続可能であり、冷媒を調節可能な第２の膨張体からバック噴射弁に供給することができる。このため、伝熱体から導入される冷媒は、低圧側の内部伝熱体に供給可能であり、伝熱体で加熱された冷媒は、比較的低い温度を有する冷媒を付加することによって第１のバイパスから冷却することができる。冷媒は、例えば、冷却サイクルの管部分の単純なＴ字部品として実現可能なバック噴射弁を介して第１のバイパスから付加される。温度を、バック噴射装置を介して内部伝熱体の低圧側にて、内部伝熱体の高圧側よりも低く設定できるため、第２の膨張体を制御することがこの場合には特に有利である。これは、試験空間の温度が６０°Ｃを超え、その結果、伝熱体からの冷媒が加熱される場合には、特に有利になる可能性がある。
【００２７】
バック噴射弁は、内部伝熱体の伝熱部分の４分の１〜２分の１、好ましくは３分の１を過ぎた位置で、流れ方向、厳密に言えば、吸引ガス塊の流れ方向に内部伝熱体に接続することができる。この目的のために、内部伝熱体は、過冷却部分の一形態として実現することができる。
【００２８】
任意で、内部伝熱体の低圧側を、調節可能な第２の膨張体の流れ方向の下流側の第１のバイパスに接続することができ、冷媒を調節可能な第２の膨張体から内部伝熱体に供給することができる。内部伝熱体は、流れ方向にて圧縮機の上流であって伝熱体の下流で冷却サイクルの低圧側に接続することができ、冷媒を内部伝熱体の低圧側から圧縮機に供給することができる。その結果、伝熱体によって加熱された冷媒は、内部伝熱体を通って直接導入されることはないが、第１のバイパスによって冷却された冷媒のみが導入される。第２の膨張体を介して冷却された、厳密に言えば温度が低下させられた冷媒は、内部伝熱体を通って送られた後、伝熱体から圧縮機に至る冷却サイクルの管部分に供給することができる。その結果、内部伝熱体の冷凍能力をさらにいっそう正確に制御することができる。
【００２９】
また、少なくとも第３の膨張体を有する第２のバイパスを冷却サイクル内で実現することができる。第２のバイパスは、流れ方向にて凝縮器の下流であって内部伝熱体の上流で膨張体に橋絡され、冷媒の吸引ガス温度及び／又は吸引ガス圧力を圧縮機の上流の冷却サイクルの低圧側で制御することができるように、冷媒を第３の膨張体を介して供給する。これによって、とりわけ、圧縮機が過熱して損傷する可能性を防ぐことができる。その結果として、第３の膨張体を起動することによって第２のバイパスを介して圧縮機の上流に供給される気体冷媒を、依然として液体状態の冷媒を付加することによって冷却できる。第３の膨張体は、圧縮機の上流の冷却サイクルの圧力センサ及び／又は温度センサに連結される制御装置を介して作動することができる。吸引ガス温度を第２のバイパスを介して３０°Ｃ以下に設定することができる場合であれば、特に有利である。冷媒はこのほか、圧縮機の動作期間を制御できるように供給することができる。一般に、圧縮機を頻繁に起動したり停止したりする場合であれば有利である。圧縮機が依然として一度に長期間にわたって動作している場合であれば、圧縮機の耐用年数を延ばすことができる。例えば、圧縮機が自動的に停止するのを遅延させ、圧縮機の動作期間を延ばすために、冷媒を第２のバイパスを介して膨張体又は凝縮器を通り過ぎて導入することができる。
【００３０】
少なくとも別の膨張体を有する別のバイパスを冷却サイクル内で実現することができる。この別のバイパスは、圧縮機の上流の冷却サイクルの低圧側で冷媒の吸引ガス温度及び／又は吸引ガス圧力を制御することができる方法及び／又は冷却サイクルの高圧側と低圧側との間の圧力差を補正することができる方法で、流れ方向にて圧縮機の下流であって凝縮器の上流で圧縮機に橋絡することができる。この別のバイパスは、調節可能な又は制御可能な弁、例えば、電磁弁を補助的に備えることができる。この別の膨張体を介して高圧側と低圧側との間を接続することによって、このように圧縮された気体冷媒が、設置した膨張体が停止した場合に、冷却サイクルの高圧側から低圧側に次第に流れるのを確実にすることができる。このため、膨張体が閉じていても、高圧側と低圧側との間で圧力を次第に補正することが保証される。高圧側から低圧側に流れる冷媒のあふれた分が冷却装置の正常な動作に及ぼす影響が最小限になるように、この別の膨張体の断面を調整することができる。それでもなお、圧縮機の上流の気体冷媒を、この別のバイパスを介して液体冷媒を付加することによって冷却することを目的としてもよい。
【００３１】
内部伝熱体は、過冷却部分又は伝熱体、特に板状熱交換器として実現することができる。過冷却部分は、冷却サイクルの互いに隣接して配置される２つのみの管部分によって実現することができる。
【００３２】
膨張体は、スロットル及び電磁弁を備えることができ、冷媒をこのスロットル及びこの電磁弁を介して供給することができる。スロットルは調節可能な弁又は毛細管であってもよく、この弁又は毛細管を介して冷媒を電磁弁によって導入することができる。電磁弁は、制御装置によって作動することができる。
【００３３】
また、温度制御装置は、冷却サイクルの少なくとも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装置を備えることが可能であり、電磁弁を測定された温度又は圧力に従って制御装置によって作動することができる。制御装置は、センサからのデータセットを加工して電磁弁を制御するデータ加工手段を備えることができる。例えば、対応するコンピュータプログラムを介して、冷却装置の機能を使用した冷媒に合わせて調節することもできる。また、制御装置は、試験室又は被検物質を、試験室の危機的であるか望まない動作状態を介して損傷することから保護するために、必要に応じて、動作の混乱を表示し、試験室の遮断を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
下記では、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照してさらに記載する。
【図１】冷却装置の第１の実施形態の概略図。
【図２】冷却装置の第２の実施形態の概略図。
【図３】冷却装置の第３の実施形態の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、冷媒が循環可能な冷却サイクル１１を有する冷却装置１０の概略図である。冷媒は、２０年間を基準として２５００未満の相対的ＣＯ2相当量を含む。また、冷却装置１０は、ここでは図示しない試験空間に配置されるか、ここでは図示しない別の冷却サイクルに接続される伝熱体１２と、圧縮機１３と、凝縮器１４と、膨張体１５とを備える。膨張体１５は、スロットル１６及び電磁弁１７から形成される。冷却サイクル１１は、冷媒の流れ方向に圧縮機１３から膨張体１５に延びる高圧側１８のほか、膨張体１５から圧縮機１３に延びる低圧側１９を備える。圧縮機１３から凝縮器１４への管部分２０では、冷媒は気体であり、比較的高い温度である。圧縮機１３によって圧縮された冷媒は、冷却サイクル１１の凝縮器１４に流れる。この気体冷媒は凝縮器１４で液化される。冷媒の流れ方向では、伝熱体１２は、冷却サイクル１１の凝縮器１４の後に置かれる。このため、冷媒は、凝縮器１４と膨張体１５との間の冷却サイクル１１の管部分２１では液体状態で存在する。膨張体１５の下流で膨張する冷媒によって、伝熱体１２は冷却される。冷媒は、膨張体１５と伝熱体１２との間の管部分２２で気体状態に推移し、管部分２３を介して伝熱体１２から圧縮機１３に導かれる。
【００３６】
冷却サイクル１１では、内部伝熱体２４を管部分２１の冷却サイクル１１の高圧側１８にさらに接続する。内部伝熱体２４は調節可能な補足冷却部２５に連結される。また、内部熱交換器２４は、過冷却部分２６として実現される。このため、熱が管部分２１と管部分２３との間で伝達されるように、管部分２３は管部分２１の方に導かれるように組み立てられている。
【００３７】
調節可能な内部補足冷却部２５は、調節可能な第２の膨張体２８を有する第１のバイパス２７によって形成される。第１のバイパス２７は、管部分２９と併せて管部分２１の分岐を構成し、第２の膨張体２８の下流の管部分３０と併せて冷媒用バック噴射装置３１を形成する。特に、管部分３０は、バック噴射弁３２によって、過冷却部分２６の領域で管部分２３に接続される。バック噴射弁３２は、冷媒の流れ方向にて過冷却部分２６の長さの3分の１を過ぎた位置で過冷却部分２６に接続される。内部補足冷却部２５の制御が、スロットル３３及び電磁弁３４を備える第２の膨張体２８によって可能になる。第２の膨張体２８によって、冷媒の温度を低下させることが可能になり、その低温の冷媒を、過冷却部分２６又は対応する管部分２３にて、その部分を流れる比較的暖かい冷媒に導入できる。これにより、過冷却部分２６の膨張体１５の上流にある管部分２１を流れる冷媒は冷却される。高圧側１８で液化された冷媒のこのいわゆる過冷却によって、ＧＷＰが２５００を超える冷媒よりも低い冷凍能力を有する冷媒の冷凍能力を補うことが可能になる。それでも、試験空間の温度が６０°Ｃを超える場合に特に、冷媒の導入を制御することによって、伝熱体１２から流れる冷媒の変動する可能性のある温度を補正することができる。
【００３８】
また、スロットル３６及び電磁弁３７を有して第３の膨張体３８を形成する第２のバイパス３５を冷却サイクル１１に配置する。第２のバイパス３５の管部分３９及び４０は、圧縮機１３が停止した場合に第３の膨張体３８を介して高圧側１８と低圧側１９との間で圧力が徐々に補正されるように、圧縮機１３に橋絡される。また、冷媒の吸引ガス温度及び／又は吸引ガス圧力を、電磁弁３７を介して、圧縮機１３の上流の冷却サイクル１１の低圧側１９で調節できる。
【００３９】
図２は、図１の冷却装置と比較して、凝縮器４４と伝熱体４５との間の管部分４３を有する冷却サイクル４２を備える冷却装置４１を図示する。冷却サイクル４２では、熱交換器４６として実現される内部伝熱体４７が配置される。第２の膨張体３２を有する第１のバイパス４８が、管部分４３の上流の伝熱体４６に至るまでに分岐し、内部伝熱体４７の低圧側５０の伝熱体４６に直接接続される。第１のバイパスは、管部分５１及び５２と、低圧側５０から、流れ方向にて圧縮機５５の上流の管部分５４に至る管部分４３と、から形成される。
【００４０】
図３は、冷却サイクル５７と、この例では図２の冷却装置とは反対側に設けられる別の膨張体５９を有する別のバイパス５８と、を有する冷却装置５６を図示する。この別の膨張体５９はこのほか、スロットル６０及び電磁弁６１を備える。この別のバイパス５８は、凝縮器６３の下流であって内部伝熱体６４の上流で、圧縮機６２に、冷却サイクル５７の高圧側６５から低圧側６６に向かって橋絡される。このため、バイパス５８は、圧縮機６２の上流の吸引ガス温度を制御するために用いることができる。
【００４１】
また、圧力センサ６７及び温度センサ６８は冷却サイクル５７での使用を意図したものである。圧力センサ６７を用いて、凝縮器の下流の管部分６９にて冷媒圧力を測定することができ、温度センサ６８を用いて、膨張体７１の下流の管部分７０にて冷媒温度を測定することができる。特に、ここではこれ以上は示されない制御装置によって、圧力に従って冷媒の温度を制御することを目的とする。
【図１】
2020125902.tif 000003
【図２】
2020125902.tif 000004
【図３】
2020125902.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月27日(2020.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物質を受容する環境に対して密封可能な断熱された試験空間と、前記試験空間の温度を制御する温度制御装置と、を具備する、空調を実施する試験室であって、
前記試験空間内では前記温度制御装置によって−２０°Ｃから＋１８０°Ｃの範囲の温度を実現可能であり、
前記温度制御装置は、冷媒と、伝熱体（１２、４５）と、圧縮機（１３、５５、６２）と、凝縮器（１４、４４、６３）と、膨張体（１５、７１）とを有する冷却サイクル（１１、４２、５７）を有する冷却装置（１０、４１、５６）を具備する、試験室において、
前記冷却サイクルは内部伝熱体（２４、４７、６４）を具備し、
前記内部伝熱体は、流れ方向にて前記膨張体の上流であって前記凝縮器の下流で前記冷却サイクルの高圧側（１８、６５）に接続され、
前記冷媒は、前記冷却装置の調整可能な補足冷却部に連結される前記内部伝熱体によって冷却可能である、ことを特徴とする試験室。
【外国語明細書】
2020125902000001.pdf