(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された冷却装置用の冷媒、当該冷媒を用いた空気調和のための試験室、及び前記冷媒の使用方法を提供する。【解決手段】内部で冷媒の相転移が起こる少なくとも１つの熱交換器１２を含む冷却回路１１を有する冷却装置１０用の冷媒において、冷媒は、二酸化炭素部分と、ジフルオロエテン部分と、1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分とを含む冷媒混合物であり、前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は５４〜９２モルパーセントであり、ジフルオロエテン部分は１〜２９モルパーセントである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で冷媒の相転移が起こる少なくとも１つの熱交換器（１２、２５、４８、５４）を含む冷却回路（１１、２４、４２、５０）を有する冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）用の冷媒において、
冷媒は、二酸化炭素（CO2）部分と、ジフルオロエテン（C2H2F2）部分と、1,1,1,2-テトラフルオロエタン（C2H2F4）部分とを含む冷媒混合物であり、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（５４〜９２）モルパーセントであり、ジフルオロエテン部分は（１〜２９）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項２】
請求項１の冷媒において、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（６４〜９２）モルパーセントであり、好ましくは（６９〜８７）モルパーセントであり、特に好ましくは（７４〜８２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項３】
請求項１の冷媒において、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（５４〜８１）モルパーセントであり、好ましくは（５９〜７６）モルパーセントであり、特に好ましくは（６４〜７２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの冷媒において、
ジフルオロエタンは（１〜２５）モルパーセントであり、好ましくは（２〜２０）モルパーセントであり、特に好ましくは（７〜１５）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つの冷媒において、
ジフルオロメタン部分は（１〜３０）モルパーセントであり、好ましくは（５〜２５）モルパーセントであり、特に好ましくは（１０〜２０）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２４）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１９）モルパーセントであり、特に好ましくは（６〜１４）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２０）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１６）モルパーセントであり、特に好ましくは（４〜１２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２９）モルパーセントであり、好ましくは（５〜２４）モルパーセントであり、特に好ましくは（９〜１９）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つの冷媒において、
他の構成要素がペンタフルオロエタン（C2HF5）及び／又はフルオロメタン（CH3F）であることを特徴とする冷媒。
【請求項１０】
請求項９の冷媒において、
フルオロメタン部分は（１〜１５）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１０）モルパーセントであり、特に好ましくは（１〜５）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項１１】
請求項９又は１０の冷媒において、
ペンタフルオロエタン部分は（１〜２０）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１５）モルパーセントであり、特に（５〜１０）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒混合物は、３つの構成要素、又は、４つ以上の構成要素からなることを特徴とする冷媒。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒混合物は、ジクロロジフルオロメタン（C2H2F2Cl2）、エタン（C2H6）、エテン（C2H4）、フルオロエテン（C2H3F）、エチン（C2H2）、プロパン（C3H8）、及び／又はフルオロエタン（CH2FCH3）をそれぞれ３０モルパーセントまで、好ましくはそれぞれ１０モルパーセントまでと、他の構成要素とを含むことを特徴とする冷媒。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つの冷媒において、
５Ｋ以下の温度勾配を有することを特徴とする冷媒。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒は、１００年に亘って１４００未満の相対CO2当量を有しており、且つ／又は、不燃性であることを特徴とする冷媒。
【請求項１６】
試験試料を受け入れる役割を果たし、環境に対して密閉可能であり且つ温度絶縁された試験空間と、
前記試験空間の温度を制御する温度制御装置とを備え、
前記温度制御装置によって、−６０℃〜１８０℃、好ましくは−７０℃〜１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜１８０℃の温度範囲の温度が試験空間内において達成可能となっており、
前記温度制御装置は、請求項１〜１５のいずれか１つの冷媒を伴う冷却回路（１１、２４、４２、５０）を含む冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）と、熱交換器（１２、２５、４８、５４）と、圧縮機（１３、２６、５１）と、凝縮機（１４、２７、４１、５２）と、膨張要素（１５、２８、５３）とを備える、空気調和のための試験室。
【請求項１７】
二酸化炭素（CO2）部分（５４〜９２）モルパーセントと、ジフルオロメタン（CH2F2）部分（１〜３０）モルパーセントと、1,1,1,2-テトラオロエタン（C2H2F4）部分（１〜２９）モルパーセントと、からなる冷媒混合物を含む冷媒を、試験室内の試験空間における空気調和に使用する方法において、
試験空間は、試験試料を受け入れる役割を果たし、環境に対して密閉可能であり、且つ、温度絶縁され、
冷媒を伴う冷却回路（１１、２４、４２、５０）を含む、前記試験室の温度制御装置の冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）と、熱交換器（１２、２５、４８、５４）と、圧縮機（１３、２６、５１）と、凝縮機（１４、２７、４１、５２）と、膨張要素（１５、２８、５３）とが、−６０℃〜＋１８０℃、好ましくは−７０℃〜＋１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜＋１８０℃の温度範囲の温度を前記試験空間にて達成するために用いられる、冷媒の使用方法。
【請求項１８】
請求項１７の使用方法において、
高圧側の冷媒は、冷却回路（１１、２４、４２、５０）の内部熱交換器（１９、２９、４７）により冷却され、
前記冷却回路は、膨張要素（１５、２８）の上流側で且つ凝縮機（１４、２７、４１、５２）の下流側において前記冷却回路の高圧側（１７）に接続されると共に、圧縮機（１３、２６）の上流側で且つ熱交換器（１２、２５、４８）の下流側において前記冷却回路の低圧側（１８）に接続され、
前記高圧側における前記冷媒の冷却は、内部熱交換器を利用して前記膨張要素における蒸発温度を低下させるために利用されること
を特徴とする冷媒の使用方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８の使用方法において、
前記熱交換器（１２、２５、４８、５４）内において前記冷媒の一部のみが蒸発することを特徴とする、冷媒の使用方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１つの使用方法において、
前記冷媒は、前記熱交換器（１２、２５、４８、５４）内において、前記膨張要素（１５、２８、５３）を利用して時間間隔内に時間通りに測定及び蒸発されることを特徴とする冷媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置のための冷媒、冷媒を伴う試験室及び冷媒の使用に関し、冷媒は、その中で冷媒が相転移を起こす少なくとも１つの熱交換器を有する冷媒回路を備える冷却装置のためのものであり、二酸化炭素部分、フルオロメタン部分、及び、1,1,1,2-トリフルオロエタン部分を含む冷媒混合物からなる。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷媒は、典型的には冷却装置の閉じた冷媒回路内を循環し、物質の異なる状態に順次変化する。冷媒は、冷却回路において所定の温度差内で使用できる性質のものであるべきである。従来、単一成分からなる冷媒と、少なくとも２つの成分からなる冷媒とが知られている。冷媒は、本件優先日において、ドイツ業界標準DIN 8960最新版のセクション６に基づいて分類される。
【０００３】
法規制により、冷媒は、大気中のオゾン破壊、地球温暖化に大きく寄与してはならない。これは、本質的に、フッ素化又は塩素化された物質は冷媒として用いないことを意味しており、天然の冷媒又はガスが選択肢となる理由である。更に、遵守されるべき安全規制によって冷媒回路の充填、輸送及び動作が複雑にならないように、冷媒は不燃性であるべきである。また、可燃性の冷媒を用いると、その場合に構造的な対策が必要になるので、冷媒回路の製造はより高価になる。可燃性（Flammability）とは、熱を放出して周囲の酸素と反応する冷媒の特性をいうものである。冷媒は、特に、本件優先日において最新版の欧州規格EN2のファイアクラスC（fire class C）及びDIN 378クラスA2、A2L及びA3に分類される場合、可燃性である。
【０００４】
更に、冷媒は、比較的低いCO2換算値を有するべきである。つまり、冷媒が放出された場合に、環境への間接的ダメージを避けるために、相対的な地球温暖化係数（GWP：global warming potential）は可能なだけ低くするべきである。GWPは、定義された量の温室効果ガスが地球温暖化に寄与する程度を示し、二酸化炭素が基準値となっている。この値は、比較のためにここでは１００年と設定された特定期間にわたる、平均的な温暖化効果を示す。CO2換算値又はGWPの定義については、優先日における最新版の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）、評価報告書、付録８．Ａ、表８．Ａ．１を参照されたい。
【０００５】
GWPが低い、例えば2500未満の冷媒は、比較的GWPが高い冷媒に比べると、冷媒回路に関係する温度範囲において冷熱容量が著しく低いという欠点を有する。より低いGWPは、比較的多くの二酸化炭素画分を有する冷媒混合物により実現可能である。しかし、これらの冷媒混合物は、異なる物質が混合されているので非共沸性を有し、これは、多くの冷媒回路において望ましくない。
【０００６】
非共沸冷媒混合物では、温度範囲に亘って相転移が起こり、これは温度勾配（temperature glide）として知られている。温度勾配とは、一定圧力における沸点温度と露点温度との差を指す。しかし、非共沸冷媒混合物は、典型的には、比較的高いGWPを特徴とする、非可燃性成分の画分を多く含む。一見すると、不燃性でありGWPが低いので、二酸化炭素は冷媒混合物に適した成分に思われる。しかし、二酸化炭素と他の成分との混合物では、他の成分が可燃性である場合、二酸化炭素の画分が相対的に大きいことが必須である。これは不利である。というのは、二酸化炭素の凍結温度、凝固点は−５６．６℃であり、高い二酸化炭素濃度では−６０℃までの温度を達成することはほとんど不可能だからである。
【０００７】
また、冷媒の使用は、可能な限り単純であるべきである。つまり、冷却装置の広範な技術的再構築を要求するべきではない。特に、３Ｋを超える温度勾配を有する冷媒では、話題としている冷媒回路の膨張要素及び熱交換器又は蒸発器が冷媒の蒸発温度に調整され、対応する制御が成される必要がある。その上、冷却装置の静的動作のために、つまり、熱交換器又は蒸発器における温度が長時間に亘って実質的に一定である冷却装置のために設計された冷媒と、熱交換器における比較的迅速な温度変化を示す動的な冷却装置のために設計された冷媒とは、区別されるべきである。この種の動的な冷却装置は、例えば、試験室に組み込まれる。これは、広い温度範囲において冷媒が使用可能でなければならないことを意味する。
【０００８】
試験室は、典型的には、物体、特に装置の物理的及び／又は化学的特性を試験するために用いられる。例えば、−６０℃から＋１８０℃まで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、所望の気候条件を追加で設定でき、そこに装置又は試験材料が規定の時間だけ暴露される。この種の試験室は頻繁に、又は場合により、必要な供給ラインを介して建物に接続され、温度及び気候を制御するために要する全てのモジュールを備えた移動可能な装置として実現される。試験する材料を保持した試験空間の温度は、典型的には、試験空間内の循環空気ダクト内において制御される。循環空気ダクトは、試験空間内に空気処理空間を形成し、その中に、循環空気ダクト及び試験空間を流れる空気を加熱又は冷却する熱交換器が配置される。ファン又は送風機が試験空間にある空気を吸引し、それを、循環空気ダクト内のそれぞれの熱交換に誘導する。このようにして、試験材料は、温度制御されるか、又は、規定の温度変化に曝される。試験間隔の間、温度は、試験室の最高温度と最低温度との間で繰り返し変化しうる。この種の試験室は、例えば、EP 0344397 A2 により公知である。
【０００９】
冷媒回路内を循環する冷媒は、前記の温度差内において冷媒回路で使用可能な性質のものでなければならない。特に、冷媒の露点温度は、冷媒回路の温度範囲の達成するべき最低温度よりも高くなってはならない。これは、そうしなければ、試験空間を冷却するための熱交換器において冷媒が蒸発した際に、最低温度が達成できないからである。共沸冷媒の露点温度には、熱交換器内の膨張要素のすぐ後にて到達する。試験空間のための直線状冷媒回路は、試験室の温度を正確に制御するために、±０．５Ｋ以下の非常に高い温度安定性を必要とする。これは、非共沸冷媒を用いて達成することは全くできないか、限定的にしかできない。この場合、高度な温安定性は達成できない。というのは、試験装置内の熱交換器の領域内の試験空間内において、温度差のために、非共沸冷媒の露点温度又は結露箇所が温度の関数として局所的に変移する可能性があるからである。そのため、蒸発中に温度が変化し、熱交換器において温度の違いが発生することがある。非共沸性冷媒を用いる場合、空間的な温度差を±２Ｋ以下に維持するのは困難である。これは、記載したような熱交換器における温度の層は、試験空間でも起こる可能性があることによる。
【００１０】
冷媒R23及びR469Aは、特に、−７０℃までの温度の試験室のために、極低温冷媒として使用される。しかし、R23のGWPは14,800であり、将来的にはこの溶媒は使用できなくなる。R369AのGWPは大きく低い1347であるが、R23に比べて低い性能と、R23に比べて比較的大きな温度勾配とを補うために、試験室の冷媒回路の再構成が必要である。
【００１１】
更に、非共沸性の混合冷媒を連続的に蒸発させる冷却装置が知られている。これは、膨張要素によって冷媒成分が次々に蒸発されることを意味する。この種の冷却装置は、混合流体カスケードシステムとも呼ばれ、実質的に静的な極低温装置を実現するのに適している。
【００１２】
WO 2017/157864 A1は、他の成分の中でも特に、二酸化炭素及びペンタフルオロエタンを含有する冷媒を開示している。例えば、二酸化炭素について（３０〜７０）重量％の範囲、ペンタフルオロエタンについて（２０〜８０）重量％の範囲が示されている。混合パートナーとしてのジフルオロメタンも開示されている。
【００１３】
DE4116274 A1は、二酸化炭素と、混合パートナーとしてのジフルオロメタンを含む冷媒を開示する。例えば、（５〜５０）重量％の二酸化炭素と、（２５〜７０）重量％のジフルオロメタンの画分が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、従来知られている欠点を補う冷却装置用の冷媒、当該冷媒を用いた試験室、及び、冷媒の使用を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、請求項１の特徴を有する冷媒、請求項１６の特徴を有する試験室及び請求項１７の特徴を有する冷媒の使用方法により達成される。
【００１６】
少なくとも１つの熱交換器を伴う冷却回路を備えた冷却装置のための本発明に基づく冷媒において、冷媒は、熱交換器内において相転移する。冷媒は、二酸化炭素の部分と、ジフルオロメタンの部分と、1,1,1,2-テトラフルオロエタンの部分とを含む冷媒混合物である。冷媒混合物における二酸化炭素の部分は（５４〜９２）モルパーセントであり、ジフルオロメタンの部分は（１〜３０）モルパーセントであり、1,1,1,2-テトラフルオロエタンの部分は（１〜２９）モルパーセントである。
【００１７】
画分及びモルパーセントの語は、物質量画分を指す。モル％により示された範囲は、質量による％で示されたものと解釈することもできる。
【００１８】
二酸化炭素（CO2）は、R744との名称で冷媒又は成分としても知られる。1,1,1,2-テトラフルオロエタン（C2H2F4）はR134aの名称で知られる。ペンタフルオロエタン（C2HF5）はR125の名称で知られる。ジフルオロメタン（CH2F3）はR32の名称で知られる。2,3,3,3-テトラフルオロプロペンはR1234fyの名称で知られる。フルオロメタン（C3H2F4）はR41の名称で知られる。ジクロロフルオロエタン（C2H2F2Cl2）はR132の名称で知られる。エタン（C2H6）はR170の名称で知られる。フルオロホルム（CHF3）はR23の名称で知られる。1,1-ジフルオロエテン（C2H2F2）はR1132aの名称で知られる。エテン（C2H4）はR1150の名称で知られる。フルオロエテン（C2H3F）はR1141の名称で知られる。プロパン（C3H8）はR290の名称で知られる。プロペン（C3H6）はR1270の名称で知られる。ヘキサフルオロエタン（C2F6）はR161の名称で知られる。そしてフルオロエタン（CH2FCH3）はR161の名称で知られる。これらは、ドイツの工業規格DIN 8960の本出願の優先日における最新版に基づくものである。
【００１９】
本発明は、二酸化炭素及び１つ以上のフッ素化冷媒との冷媒混合物を提供し、これは、GWPが低く且つ不燃性であるか限定的にだけ可燃性である。二酸化炭素画分は、可能な限り小さくする必要がある。これは、そうでなければ、冷媒混合物の凝固点が二酸化炭素の画分が増えるほど上昇するからである。しかし、二酸化炭素の画分が少ないと、二酸化炭素のGWP低減効果は低下する。これは、部分的にフッ素化された冷媒が二酸化炭素よりも大幅に高いGWPを有する一方で、改善された難燃効果を有する理由である。
【００２０】
驚くべき発見として、（５４〜９０）モルパーセントの二酸化炭素部分、（１〜３０）モルパーセントのジフルオロメタン部分及び（１〜２９）モルパーセントの1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分を含む冷媒混合物を用いることにより、十分に低いGWPを実現できる。二酸化炭素の不都合な特性は、冷媒混合物の成分を混合することにより低減可能である。特に、ジフルオロメタン及び1,1,1,2-テトラフルオロエタンを記載の混合比で二酸化炭素と共に用いると、試験室における異なる用途に、冷媒を成分と混合することで柔軟に適用することができる。例えば、既存の冷却回路に対する適応、特定の極低温の実現、又は、必要な温度安定性の維持等である。
【００２１】
冷媒混合物の二酸化炭素部分は、６９モルパーセントを超えても良い。二酸化炭素部分について示唆される全ての範囲は、少なくともこの量の二酸化炭素に限定され得る。
【００２２】
有利には、冷媒混合物中の二酸化炭素部分は、（６４〜９２）モルパーセント、好ましくは（６９〜８７）モルパーセント、特に好ましくは（７４〜８２）モルパーセントである。この場合、冷媒混合物のGWPを更に低減することができる。
【００２３】
冷媒混合物中の二酸化炭素部分は、（５４〜８１）モルパーセント、好ましくは（５９〜７６）モルパーセント、特に好ましくは（６４〜７２）モルパーセントであっても良い。
【００２４】
有利には、ジフルオロメタン部分は、（１〜２５）モルパーセント、好ましくは（２〜２０）モルパーセント、特に好ましくは（７〜１５）モルパーセントであり得る。
【００２５】
これに代えて、ジフルオロメタン部分は、（１〜３０）モルパーセント、好ましくは（５〜２５）モルパーセント、特に好ましくは（１０〜２０）モルパーセントであってもよい。
【００２６】
有利には、1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分は、（１〜２４）モルパーセント、好ましくは（１〜１９）モルパーセント、特に好ましくは（６〜１４）モルパーセントであっても良い。
【００２７】
これに代えて、1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分は、（１〜２０）モルパーセント、好ましくは（１〜１６）モルパーセント、特に好ましくは（４〜１２）モルパーセントであってもよい。
【００２８】
別の実施形態によると、1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分は、（１〜２９）モルパーセント、好ましくは（５〜２４）モルパーセント、特に好ましくは（９〜１９）モルパーセントであっても良い。
【００２９】
別の成分は、ペンタフルオロエタン及び／又はフルオロメタンであり得る。これら成分は、異なる要件に冷媒を適合させるのに特に有利であることが見出されている。
【００３０】
フルオロメタン部分は、１〜１５モルパーセント、好ましくは１〜１０モルパーセント、特に好ましくは１〜５モルパーセントであっても良い。
【００３１】
特に有利には、ペンタフルオロエタン部分は、１〜２０モルパーセント、好ましくは１〜１５モルパーセント、特に好ましくは５〜１０モルパーセントであっても良い。ペンタフルオロエタンの難燃効果は、二酸化炭素のそれよりも比較的大きいことが見出されている。ペンタフルオロエタンは、二酸化炭素に比べて優れた難燃効果を有し、有利である。不利な点は、ペンタフルオロエタンのGWPが3150であり、従って、冷媒混合物の他の成分よりもGWPが高くなりうることである。
【００３２】
冷媒混合物は、３成分からなっていても良いし、４以上の成分からなっていても良い。従って、冷媒混合物は、三元冷媒混合物又は五元冷媒混合物であっても良い。冷媒混合物は、それを超える他の成分を含有しないことができる。
【００３３】
冷媒は、追加の成分として、ジクロロジフルオロエタン、エタン、エテン、フルオロエタン、エチン、プロパン、プロペン及び／又はフルオロエタンを、それぞれ３０モルパーセントまで、好ましくはそれぞれ２０モルパーセントまで、特に好ましくはそれぞれ１０モルパーセントまで、含有しても良い。このような比較的低い割合の前記成分でも、改善された特性は実現できる。
【００３４】
以下の表に、上述の実施形態による冷媒の例が示されている。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
他の実施形態では、冷媒は５Ｋ以下又は５Ｋ未満の温度勾配を有していても良い。温度勾配は、１バールにおける蒸気圧力に関係し、０．５Ｋ〜２５Ｋであっても良い。５Ｋ以下の特に低い温度勾配は、とりわけ、表に示される冷媒１、２、３及び４を用いて達成することができる。５Ｋを超える温度勾配も、表に示される冷媒１、２、３及び４を用いて達成できる。５Ｋを超える温度勾配を有する冷媒については、安全運転と、冷却回路において−５５℃よりも低い温度の達成のために、内部熱交換器又は回収熱交換器が必要となり得る。対照的に、５Ｋ以下の温度勾配を有する冷媒については、大会冷媒容量を達成するために内部熱交換器は必要とされない。しかし、圧縮機及び冷却回路の配管については、低い蒸発温度において、それぞれの冷媒の密度が低いことに適合させなければならないことがある。これらの冷媒を使用すると、温度勾配が５Ｋを超える冷媒と比較して、比較的高い温度だけが達成可能であり得る。
【００３７】
冷媒は、１００年に亘って１４００未満のCO2当量を有していても良く、且つ／又は、冷媒は可燃性であっても良い。その結果、冷媒は環境にほとんど害を及ぼさない可能性がある。更に、冷媒は特に安全性が高く、冷却回路及び試験室をより費用効率良く設計することが可能になる。これは、可燃性の観点では特別の安全対策を取る必要が無くなるからである。
【００３８】
この場合、冷媒は、少なくとも、火災クラスＣ及び／又は冷媒安全グループＡ１に分類されてはならない。更に、輸送手段に関係なく、輸送の前に冷却回路に冷媒を充填可能であることから、冷却回路の出荷及び輸送が容易になる。可燃性の冷媒を用いる場合、設置場所における起動まで充填はできないことがある。また、着火源が存在する場合に、不燃性の冷媒を用いることができる。
【００３９】
本発明による空気調和のための試験室は、試験材料を受け入れる役割を果たし、環境に対して密閉可能であり且つ温度絶縁された試験空間と、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、−６０℃〜＋１８０℃、好ましくは−７０℃〜＋１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜＋１８０℃の温度範囲の温度が試験空間内において達成可能である。温度制御装置は、本発明の冷媒を伴う冷却回路を含む冷却装置と、熱交換器と、圧縮機と、凝縮機と、膨張要素とを備える。本発明による試験室の利点に関して、本発明による冷媒の利点の説明が参照される。
【００４０】
混合流体カスケードシステムとは異なり、冷媒に含まれる全成分を有する冷媒は、膨張要素によって一度に蒸発させることができる。二酸化炭素の凝固点は−５６．６℃であるから、二酸化炭素の画分が大きい冷媒混合物は、原則として、−５６．６℃未満の温度を達成することには、もはや適していない。しかし、本発明による冷媒を用いると、−７０℃未満の冷媒の露点温度を達成可能である。
【００４１】
冷却回路は、内部熱交換器を備えていても良く、内部熱交換器は、膨張要素の上流側で且つ凝縮器の下流側である冷却回路の高圧側と、圧縮機の上流側で且つ熱交換器の下流側である冷却回路の低圧側とに接続されても良い。内部熱交換器の使用と、内部熱交換器による高圧側の液化冷媒の冷却とにより、−５６℃以下の温度に容易に到達することができる。内部熱交換器によって冷却される冷媒の蒸発温度は、冷却されていない冷媒の蒸発温度に比べて、膨張要素で低下させることができる。このように、低圧側から内部熱交換器を介して高圧側に伝達される冷熱容量は、少なくとも部分的に、好ましくは排他的に、膨張要素における冷媒の蒸発温度を低下させるために使用することができる。更に、そもそも、温度勾配が５Ｋを超える冷媒の使用が可能となる。これは、冷媒の露点温度又は冷媒の露点温度の場所又は冷媒の結露位置を内部熱交換器内に移すことができるからである。非共沸性の冷媒の温度勾配の結果として、達成される冷媒の露点温度は比較的高くなることがあり、従って、熱交換器が更に冷却されるのを妨げる。
【００４２】
従って、冷媒の一部のみが熱交換器で蒸発され、冷媒の湿り蒸気のうち使用不能の部分は、内部熱交換器に移されても良い。全体として、二酸化炭素の画分を含有し、環境に優しい一方で、非共沸性を有し試験空間において低温を確立するために使用される冷媒を実現可能とする。更に、温度勾配の一部又は冷媒の湿り蒸気の一部が試験空間の熱交換器から内部熱交換器に移された場合、非共沸性の冷媒により比較的改善された温度安定性を達成できる。この場合、熱交換器を介して出力される冷熱容量は、温度勾配のみの区間において生成することができる。これは、冷却回路内の冷媒の露点のシフトが熱交換器の温度安定性にほとんど影響を及ぼさないことを意味する。更に、単一の熱交換器を利用して、流体、つまりこの場合、試験空間内に空気を冷却することもできる。
【００４３】
熱交換器は、冷媒の一部のみが熱交換器内で蒸発することができるように寸法を決めることができる。これは、冷媒の露点又は露点温度となる位置を、熱交換器から内部熱交換器に移すことができるという利点をもたらす。非共沸性冷媒の温度勾配に起因して、熱交換器において冷媒が部分的に蒸発するので、内部熱交換器内における冷媒の残りの蒸発よりも、熱交換器内において低い温度を達成できる。
【００４４】
試験室に関する一実施形態では、熱交換器は、試験空間内に配置されてもよい。この場合、熱交換器を試験空間における空気処理空間に配置し、ファンによって循環される空気が熱交換器と接触できるようにしても良い。このようにすると、試験空間の循環される量の空気を、熱交換器を介して冷却装置により、試験空間内にて直接冷却することができる。試験室は、唯一の単一の冷却回路として冷却回路を有することができる。この場合、冷却回路は試験空間に直接接続される。
【００４５】
試験室に関する他の実施形態では、凝縮器は、冷却装置の別の冷却回路のカスケード熱交換器として実現されても良い。従って、試験室は、少なくとも２つの冷却回路を有してもよく、この場合、冷却回路は、冷却装置の第２段階を形成することができ、冷却回路の上流に配置される別の冷却回路は、冷却装置の第１段階を形成することができる。この場合、凝縮器は、カスケード熱交換器又は冷却回路の熱交換器として機能する。試験室のこの実施形態によると、試験空間において特に低い温度が達成可能である。
【００４６】
温度制御装置は、試験空間内にヒーターと加熱熱交換器とを備える加熱装置を有していても良い。加熱装置は、加熱熱熱交換器によって試験空間内の温度を上昇させることができるように、加熱熱熱交換器を加熱する電気抵抗加ヒーターであってもよい。熱交換器及び加熱熱熱交換器が、試験空間内で循環される空気を冷却又は加熱するための制御装置によって具体的に制御可能な場合、上記に示される温度範囲の温度を、温度制御装置によって試験空間内に成立させることができる。±１Ｋ、好ましくは±０．３Ｋ〜±０．５Ｋ、又は±０．３Ｋ未満の時間にわたる温度安定性が、試験材料又は試験材料の運転状態にかかわらず、試験間隔中に試験空間内において成立され得る。試験間隔は、試験材料が実質的に一定の温度又は気候条件に曝される全試験期間のうちの一区切りである。加熱熱交換器は、冷却回路の熱交換器と組み合わせても良く、それにより、冷媒が流通可能であり、電気抵抗ヒーターの加熱要素を有する共有の熱交換器本体を実現できる。凝縮器は、空気、水又は他の冷却剤により冷却されても良い。原則として、凝縮器は、任意の適切な流体を用いて冷却される。本質的な様相は、凝縮器において発生した熱負荷が、冷却空気又は冷却水を介して放出され、冷媒が完全に液化されるまで凝縮される得ることである。
【００４７】
少なくとも１つの制御可能な第２の膨張要素を有する第１のバイパスが冷却回路内に実現されても良い。この場合、第１のパイパスは、内部熱交換器の上流側で且つ凝縮器の下流側において冷却回路に接続されても良い。第１のバイパスは、制御可能な追加の内部冷却システムとして実現されてもよい。第１のバイパスは、冷媒用の再注入装置を形成することができる。これにより、低圧側の内部熱交換器における制御可能な第２の膨張要素から、冷媒をリサイクルすることができる。この場合、第１バイパスは、内部熱交換器の上流側で且つ熱交換器の下流側である冷却回路の低圧側に接続してもよい。冷却された又は第２膨張要素によって温度レベルが低下した冷媒は、内部熱交換器を通って導かれて、内部熱交換器の高圧側の冷媒の冷却を強化することができる。また、このように内部熱交換器の冷却能力をより精密に制御することができる。
【００４８】
冷却回路には、少なくとも１つの第３の膨張要素を含む第２のバイパスが形成されても良い。この場合、第２バイパスは、凝縮器の下流側で且つ内部熱交換器の上流側の膨張要素をバイパスし、冷媒は、冷却回路の低圧側の圧縮機の上流において、冷媒の吸入ガス温度及び／又は吸入ガス圧力を制御することができるように、第３膨張要素によって計量することができる。このようにして、例えば、圧縮装置であっても良い圧縮機の過熱及び損傷を、他のことと共に防止することができる。その結果、第３の膨張要素を作動させて、第２のバイパスを介してまだ液体である冷媒を加えることにより、圧縮機の上流に位置する気体冷媒を冷却することができる。第３の膨張要素は、制御装置により作動され、制御装置自体は、冷却回路における圧縮機の上流側の圧力及び／又は温度センサーに結合されていても良い。特に有利には、３０℃以下の吸引ガスの温度を、第２のバイパスを介して設定することができる。また、冷媒は、圧縮機の動作時間を制御できるように計量することができる。原則として、圧縮機又は圧縮装置のスイッチを繰り返しオン・オフするのは不利益である。圧縮機の動作寿命は、圧縮機を長時間動作させた場合、延びることがある。例えば、第２のバイパスを介して冷媒を膨張要素又は凝縮器を通過するように誘導し、圧縮機の自動停止を遅らせて、圧縮機の動作時間を延ばすことができる。
【００４９】
少なくとも１つの他の膨張要素を備える他のバイパスを冷却回路に形成しても良い。他のバイパスは、圧縮機の下流側で且つ凝縮器の上流側において圧縮機をバイパスし、冷却回路の低圧側における圧縮機の上流側にて冷媒の吸引ガスの温度及び／又は吸引ガスの圧力を制御可能であるようにし、且つ／又は、冷却回路における高圧側と低圧側との圧力差を均一化できるようにする。第２のバイパスは、磁気バルブのような設定可能な又は制御可能なバルブを付加的に備えても良い。高圧側と低圧側とを他の膨張要素を介して接続することにより、圧縮された気体の冷媒が徐々に高圧側から低圧側に流れるようにすることを確実にできる。また、これにより、膨張要素が閉じている場合にも、高圧側と低圧側とで圧力が次第に均一化することを確実にできる。他の膨張要素の断面の寸法は、高圧側から低圧側に流れる冷媒が、冷却装置の正常な動作に限定的にしか影響を及ぼさないように決定されても良い。同時に、圧縮機の上流側に位置する冷媒は、他のバイパスを介して液体の冷媒が加えられて冷却されても良い。
【００５０】
更に、内部熱交換器は、副冷却部又は熱交換器、特に、プレート熱交換器として実現されても良い。副冷却部は、互いに接触する冷却回路の２つのライン部によって単純に実現されてもよい。
【００５１】
膨張要素は、スロットル及び磁気バルブを有していてもよく、この場合、冷媒をスロットル及び磁気バルブを介して計量することができる。スロットルは、設定可能なバルブ又はキャピラリーであっても良く、それを介して冷媒が磁気バルブによって送られる。磁気バルブ自体は、制御装置によって作動されても良い。
【００５２】
また、温度制御装置は、冷却回路内に少なくとも１つの圧力センサー及び／又は少なくとも１つの温度センサーを備える制御装置を含むことができる。この場合、測定された温度及び／又は圧力の関数として、制御装置によって磁気弁を作動させることができる。制御装置は、センサーからのデータセットを処理し、磁気バルブを制御するデータ処理のための手段を備えても良い。この場合、冷却装置の機能は、例えば、適切なコンピュータプログラムを介して、使用される冷媒に適合することもできる。更に、制御装置は、誤動作を発信し、必要であれば、試験室のシャットダウンを開始しても良い。これは、試験室の重大な又は望ましくない運転状態による損傷から、試験室及び試験材料を守るためである。
【００５３】
５４〜９２モル％の二酸化炭素部分と、１〜３０モル％のジフルオロメタン部分と、１〜２９モル％の1,1,1,2-テトラフルオロエタン部分とを含む冷媒混合物からなる冷媒を本発明に従って使用する場合、この冷媒は、試験室の試験空間内の空気調和のために使用される。この試験空間は、試験材料を受け入れる働きをし、環境に対して密閉可能であり、温度絶縁されている。試験室の温度制御装置の冷却装置は、試験室の温度制御装置は、冷媒、熱交換器、圧縮機、凝縮器及び膨張要素を備えた冷却回路を備え、試験空間内の−６０℃〜＋１８０℃、好ましくは−７０℃〜＋１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜＋１８０℃の温度範囲を成立させるために使用される。
【００５４】
冷却回路の内部熱交換器は、膨張要素の上流側で且つ凝縮器の下流側である冷却回路の高圧側に接続されると共に、圧縮機の上流側で且つ熱交換器の下流側である冷却回路の低圧側に接続されていても良く、高圧側の冷媒は冷却される。内部熱交換器を用いて高圧側の冷媒が冷却されると、これを膨張要素における蒸発温度を下げるために使用できる。
【００５５】
高圧側の冷媒の蒸発温度が低下する際には、低圧側の冷媒の吸入圧力を一定に保つことができる。システムが更に複雑であること、例えば、吸引圧力の追加の制御、吸引圧力に応じた膨張要素の制御等は、この場合必須ではない。特に、圧縮機は、冷却回路の動作状態に関わらず一定の出力で動作させることもできる。特にピストンポンプを圧縮機として用いる場合、長寿命化のためには、長期間、且つ、一定速度で動作させることが極めて重要である。
【００５６】
高圧側の冷媒は、内部熱交換器により、低圧側の一定の吸入圧力となっている低圧側の冷媒によって冷却されても良い。従って、膨張要素から内部熱交換器まで及び内部熱交換器を含む冷却回路の蒸発部において、冷媒は、一定の吸引圧力で蒸発することができる。冷媒の吸引圧力又は蒸発圧力が一定であれば、冷媒は、低い蒸発温度の膨張要素から高い蒸発温度の内部熱交換器まで、冷媒の温度勾配に応じて蒸発することができる。温度勾配の結果としての露点温度は、冷却される流体の温度又は試験空間の温度よりも高くなり得る。冷媒の蒸発温度が、同じ吸引圧力である試験空間内の冷却されるべき空気の温度と同じになると、空気をそれ以上冷却することはできない。しかしながら、他の熱交換器において到達した露点温度は、内部熱交換器の高圧側における冷媒の液体温度よりも低い。これは、冷媒の液体温度を更に下げられることを意味する。従って、膨張要素の下流側における蒸発温度は、吸入圧力を変化させることなく下げることができ、試験空間内の空気の更なる冷却を達成することができる。
【００５７】
熱交換器において、冷媒の一部だけを蒸発させることができる。つまり、膨張要素を経路とする冷媒の第１部分を熱交換器で蒸発させ、且つ、冷媒の第２部分を内部熱交換器で蒸発させることができる。冷媒が蒸発する部分である冷却回路の蒸発部は、膨張要素から内部熱交換器まで延びていても良い。蒸発部は、内部熱交換器を通過しても良く、この場合、冷媒の結露位置は、圧縮機の上流側にある内部熱交換器の出口に配置されても良い。第一部分／第２部分の比率は、冷却回路の動作中に、試験空間内又は熱交換器の温度の関数として変化しても良い。例えば、熱交換器の温度と試験空間内の温度との差が比較的大きいと、熱交換器内の冷媒の加熱が加速され、その結果、冷媒の結露位置は、内部熱交換器の入口、又は、圧縮機の上流側における熱交換器の出口に向かって移動する。このような結露位置の移動は、比較的低い温度又は目標温度がまだ試験空間内にて確立されていない場合には許容できる。熱交換器の温度が試験空間内の温度に近づくと、結露位置が移動し、第２の部分が第１の部分に対して大きくなる。
【００５８】
冷媒は、期間内に、時間通りの方法により熱交換器内で計量され、蒸発させることができる。例えば、膨張要素は、制御装置によって制御されるように構成された磁気バルブであっても良い。磁気バルブ、つまり膨張要素の時間通りの動作により、熱交換器に少量の冷媒のみを目標通り供給することができる。特に、低温の維持には、しばしば小さな冷熱容量のみを必要とする。後者は、熱交換器にて蒸発する冷媒を計量することにより発生させることができる。このような計量は、期間内に、膨張要素を時間通り開閉することにより、特に簡単に達成できる。時間通りの開閉とは、特に、一定の手順の繰り返しを意味する。
【００５９】
高圧側の冷媒の蒸発温度は、自己制御的に下げることができる。熱交換器の温度によっては、もはや蒸発しない冷媒は、熱交換器から流れ方向に排出することができる。これは、この場合、熱交換器の温度が、既に冷媒に相転移を起こすには不十分だからである。これにより、湿り蒸気又は液体冷媒は、内部熱交換器において再蒸発される。というのは、内部熱交換器において、高圧側と低圧側との温度差は、常に熱交換器におけるよりも大きくなることができるからである。膨張要素の上流側の液体冷媒の温度が、内部熱交換器によって、つまり内部熱交換器における熱交換によって低下する場合、膨張要素の上流側における冷媒のエネルギー密度と、熱交換器において達成可能な温度差とは大きくなる。膨張要素、熱交換器及び内部熱交換器の相互作用は、原則として、制御の必要がない。
【００６０】
特に、内部熱交換器によって高圧側の冷媒の蒸発温度を下げている間も、一定の吸入圧力を維持するようにしても良い。従って、内部熱交換器を介した高圧側の冷媒の冷却を部分的に又は排他的に利用して、膨張要素において冷媒の蒸発温度を下げることもできる。
【００６１】
冷媒の露点温度は、温度範囲の最低温度よりも高くても良い。この場合、従来知られている試験空間では、温度範囲の最低温度は、この種の冷媒では確立できなくなるが、冷媒の露点温度に実質的に対応する、比較的高い最低温度は確立できる。しかし、本発明に係る試験室では、露点温度が温度範囲の達成可能な最低温度よりも高い冷媒を使用できる。というのは、高圧側の液体温度は内部熱交換器により冷却可能だからである。これは、膨張要素における冷媒の蒸発温度を比較的低くすることができることを意味する。
【００６２】
冷媒は、０．３〜５バールの圧力範囲の吸引圧力又は蒸発圧力において、絶対的に（absolutely）蒸発させることができる。その圧力範囲にて冷媒を使用すると、費用効率の良い冷却回路を製造できる。というのは、冷却回路の低圧側を構築するために、特殊な耐圧性モジュール及び構成要素を使用する必要が無いからである。
【００６３】
また、冷媒は、５〜３５バールの吸引圧力又は蒸発圧力の範囲において、絶対的に蒸発させることができる。ここでも、高圧側は、比較的高い圧力に適用させる必要の無いモジュール及び構成要素を用いて構築できる。
【００６４】
使用に関する他の実施形態は、装置の請求項１に依存する各請求項の特徴の説明から明らかである。
【００６５】
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更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、冷却装置の第１の実施形態の模式図である。
【図２】図２は、冷媒の圧力−エンタルピー図である。
【図３】図３は、冷却装置の第２の実施形態の模式図である。
【図４】図４は、冷却装置の第３の実施形態の模式図である。
【図５】図５は、冷却装置の第４の実施形態の模式図である。
【図６】図６は、冷却装置の第５の実施形態の模式図である。
【図７】図７は、冷却装置の第６の実施形態の模式図である。
【図８】図８は、冷却装置の第７の実施形態の模式図である。
【図９】図９は、冷却装置の第８の実施形態の模式図である。
【図１０】図１０は、冷却装置の第９の実施形態の模式図である。
【図１１】図１１は、冷媒の温度−エンタルピー図である。
【図１２】図１２は、膨張要素のサイクルタイム図である。
【図１３】図１３は、冷却回路の温度−表面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１は、試験室（図示せず）の冷却装置１０の第１の実施形態を示す。冷却装置１０は、冷媒を伴う冷却回路１１と、熱交換器１２と、圧縮機１３と、凝縮器１４と、膨張要素１５とを備える。凝縮器１４は、この場合、別の冷却回路１６によって冷却される。熱交換器１２は、試験室の試験空間（図示せず）に配置されている。更に、冷却回路は、高圧側１７と低圧側１８とを備え、これに内部熱交換器１９が接続されている。
【００６８】
図２は、冷却回路１１内を循環する冷媒の圧力-エンタルピー図（log p/h 図）であり、冷媒は非共沸性冷媒である。図１及び図２を合わせて見ると、位置Ａから出発して、圧縮機１３の上流側の冷媒が吸引及び圧縮され、これにより圧縮機１３の下流側において、位置Ｂの通り圧力が達成される。冷媒は、圧縮機１３によって圧縮され、続いて位置Ｃの通り凝縮器１４内にて液化される。冷媒は、高圧側１７における内部熱交換器１９を通過し、そこで更に冷却され、膨張要素１５の上流側の位置Ｃ’に達する。内部熱交換器１９により、熱交換器１２では使用できない湿り蒸気領域（位置ＥからＥ’）の部分を使用し、冷媒の温度を更に下げることができる（位置Ｃ’からＣ）。膨張要素１５において冷媒は解放され（位置Ｃ’からＤ’）、熱交換器１２において部分的に液化される（位置Ｄ’からＥ）。そして、冷媒の湿り蒸気は低圧側１８の内部熱交換器１９に入り、ここで、位置Ｅ’の通り、冷媒の露点温度又は露点に達するまで再蒸発される。従って、冷媒の蒸発部２２のうち第１のサブセクション２０は熱交換器１２を通過し、蒸発部２２のうち第２のサブセクション２１は内部熱交換器１９を通過する。重要なのは、仮に膨張要素１５における蒸発温度が変化した場合にも、低圧側１８の圧縮機１３における吸入圧力が、蒸発部２２上にて一定に維持されることである。
【００６９】
冷媒は、上記の表の冷媒１、２、３又は４であってもよい。これらの冷媒は、３つ又は４つを超える成分を含まず、且つ、組成によっては、５Ｋを超える高い温度勾配を有する。これが、安全な操作と、−５５℃より低い温度を実現するために、内部熱交換器１９が必要となる理由である。図１と関係づけて説明した通り、これらの冷媒により、熱交換器１２、つまり試験空間（図示せず）において使用可能な冷熱容量が、内部熱交換器１９において膨張要素１５の上流の液体冷媒を補助冷却するために使用される。５Ｋを超える温度勾配を有する冷媒を用いた場合、この効果は特に顕著となり、これに準じて性能も高い。精巧なセンサーシステムを介した制御は不要である。しかしながら、冷却回路１６及び冷却装置１０の慣性のために、動的な負荷の変化、つまり温度変化は、限定的な程度にだけ可能である。更に、試験空間内に配置された冷媒は、加熱熱交換器１２によって蒸発させることができる。
【００７０】
図３は、冷却装置２３の最も簡単な実施形態の模式図を示しており、冷却装置２３は自己制御型である。冷却装置２３は、熱交換器２５を備える冷却回路２４と、圧縮機２６と、凝縮器２７と、膨張要素２８と、内部熱交換器２９とを備える。熱交換器２５における温度に応じて、完全には蒸発していない冷媒は、熱交換器２５から逃れる。これは、熱交換器２５又は試験空間（図示せず）における温度は、相転移を引き起こす高さには不十分だからである。この場合、まだ液体である冷媒は内部熱交換器２９において再蒸発される。というのは、ここでの温度差は、熱交換器２５における温度差よりも常に大きくなければならないからである。内部熱交換器２９における熱交換により、膨張要素２８の上流の液体冷媒の温度が低下すると、熱交換器２５におけるエネルギー密度及びそれによって達成可能な温度差が増加する。冷却装置２３は、センサー等を伴う精巧な制御を必要としない。
【００７１】
図４は、第１のバイパス３１及び第２のバイパス３２を有する点で図３の冷却装置と異なる冷却装置３０を示す。制御可能な第２の膨張要素３３が第１のバイパス３１内に配置され、第１のバイパス３１は、追加の内部冷却システム３４として構成される。第１のバイパス３１は、凝縮器２７のすぐ下流且つ内部熱交換器２９の上流と、熱交換器２５の下流且つ内部熱交換器２９の上流とにおいて、冷却回路２４に接続される。第１のバイパス３１は、従って、膨張要素２８を熱交換器２５と共にバイパスし、内部熱交換器２９は、第２の膨張要素３３を介して蒸発冷媒が供給される。内部熱交換器２９に導入される吸入ガス質量流は、熱交換器２５が原因であり得ることとして吸入ガスの温度が高い場合、第１のバイパス３１によって付加的に冷却され得る。このようにして、膨張要素の上流における冷媒の蒸発を防止することができる。従って、第１のバイパス３１を利用して、冷却装置３０の変化する荷重に反応させることができる。第２のバイパス３２は、第３の膨張要素３５を有し、且つ、凝縮器２７の下流且つ内部熱交換器２９の上流と、内部熱交換器２９の下流且つ圧縮機２６の上流とにおいて、冷却回路２４に接続されている。これにより、第２のバイパス３２を介して圧縮機２６の上流の吸入ガス質量流を十分に減少させて、最終圧縮温度が許容できないほど高くなるのを避けることができる。
【００７２】
図５は、冷却装置３６を示し、図４の冷却装置とは他のバイパス３７を有する点で異なる。他のバイパス３７は、他の膨張要素３８を備え、また、凝縮器２７の下流で且つ内部熱交換器２９の上流と、内部熱交換器２９の下流で且つ圧縮機２６の上流とにおいて、冷却回路２４に接続されている。
【００７３】
第１のバイパス３１により、変化する荷重に反応することが可能となる。従って、吸入ガス質量流を内部熱交換器２９に導入し、熱交換器２５が原因であり得ることとして吸入ガスの温度が高い場合、第１のバイパス３１を介した再注入により付加的に冷却することができる。これにより、膨張要素２８の上流では蒸発が生じないことを確実にできる。更に、他のバイパス３７を介した再注入により、圧縮機２６の上流の吸入ガス温度を十分に下げて、圧縮端圧力が過度に高くなるのを避けることができる。これにより、極低温用途において、非常に動的な負荷変化がある場合にも、５Ｋを超える温度勾配を有する冷媒が使用可能となる。
【００７４】
図６は、別の冷却装置４０を有する点で図５の冷却装置とは異なる冷却装置３９を示す。他の冷却回路４０は、冷却回路４２の凝縮器４１を冷却する役割を果たす。凝縮器４１は、この場合、カスケード熱交換器４３として実装される。
【００７５】
図７は、冷却回路４５及び他の冷却回路４６を備えると共に、特に、冷却回路４５に内部熱交換器４７を有する冷却装置４４を示す。この場合、熱交換器４８は、断熱された試験室（図示せず）内に配置されている。
【００７６】
図８は、内部熱交換器を備えない冷却装置４９の最も単純な実施形態の模式図を示す。冷却装置４９の冷却回路５０は、試験室（図示せず）の断熱された試験空間内に、圧縮機５１、凝縮器５２、膨張要素５３及び熱交換器５４により実現されている。
【００７７】
冷却回路５０内を循環する冷媒は、上記の表の冷媒１、２、３又は４のいずれか１つであっても良い。これらの冷媒は、３つ又は４つを超える成分を含まず、且つ、組成に応じて５Ｋ以下の温度勾配を有する。これが、安全な操作と、−５５℃よりも低い温度を達成するために、内部熱交換器を必要としない理由である。それぞれの冷媒の密度が低いので、蒸発温度が低い場合には、圧縮機５１と、冷却回路５０の配管とを適切に対応させる必要がある。
【００７８】
図９は、冷却装置５５を示しており、これは、第１の膨張要素５７を有する第１のバイパス５６と、第２の膨張要素５９を有する第２のバイパス５８を備える点で、図８の冷却装置とは異なっている。第１のバイパス５６及び第２のバイパス５８は、図４に関連して説明されたように用いても良い。従って、圧縮機５１の吸入温度と、蒸発圧力とは、第１の膨張要素５７及び第２の膨張要素５９によって設定又は制御することができる。
【００７９】
図１０は、冷却装置６０を示しており、これは、他の膨張要素６２を有する他のバイパス６１を備える点で、図９の冷却装置と異なっている。他の膨張要素６２により、吸入ガス温度、ひいては間接的に圧縮端温度を更に下げることができる。
【００８０】
更に、使用した冷媒の実効温度勾配は、図３から図８に示す冷却装置に基づく全ての冷却装置において、有利に減少させることができる。図１１のダイアグラムから分かるように、温度勾配は線形ではなく、ほとんどが５Ｋを超える温度勾配を有する冷媒である。図１１において、矢印６３は、試験空間内の熱交換器を通る冷却回路のパイプ部分をマークしている。熱交換器内の実効温度勾配を減少させることにより、試験空間内の温度を安定させることができる。完全蒸発は、例えば、圧縮機の吸入ラインにおける過熱を利用することにより達成できる。更に、理想的には、目標を定めた冷媒の再加熱、又は、設置の効率を高めるための液体セパレータの使用により、冷媒に含まれるエネルギーを利用できる。
【００８１】
図１２のダイアグラムは、他の有利な方法として、時間間隔の内の膨張要素の時間通りの開閉を示す。このようにして、温度を維持するために比較的冷熱容量しか必要としないときに、熱交換器において蒸発する少量の冷媒を熱交換器に供給することができる。
【００８２】
図１３に示すダイアグラムは、圧縮機の吸入ライン６６における冷媒の過熱の利用を示す。矢印６４は、熱交換器、より正確には、冷媒が熱交換器表面６５、より正確にはその表面６６を通過する時の温度上昇の推移をマークする。電子式の膨張要素により、吸入ラインの過熱が確保されている間、熱交換器の下流で温度が低下する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年10月4日(2021.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
二酸化炭素（CO2）は、R744との名称で冷媒又は成分としても知られる。1,1,1,2-テトラフルオロエタン（C2H2F4）はR134aの名称で知られる。ペンタフルオロエタン（C2HF5）はR125の名称で知られる。ジフルオロメタン（CH2F3）はR32の名称で知られる。2,3,3,3-テトラフルオロプロペンはR1234fyの名称で知られる。フルオロメタン（C3H2F4）はR41の名称で知られる。ジクロロジフルオロエタン（C2H2F2Cl2）はR132の名称で知られる。エタン（C2H6）はR170の名称で知られる。フルオロホルム（CHF3）はR23の名称で知られる。1,1-ジフルオロエテン（C2H2F2）はR1132aの名称で知られる。エテン（C2H4）はR1150の名称で知られる。フルオロエテン（C2H3F）はR1141の名称で知られる。プロパン（C3H8）はR290の名称で知られる。プロペン（C3H6）はR1270の名称で知られる。ヘキサフルオロエタン（C2F6）はR161の名称で知られる。そしてフルオロエタン（CH2FCH3）はR161の名称で知られる。これらは、ドイツの工業規格DIN 8960の本出願の優先日における最新版に基づくものである。
【手続補正２】
【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】
内部で冷媒の相転移が起こる少なくとも１つの熱交換器（１２、２５、４８、５４）を含む冷却回路（１１、２４、４２、５０）を有する冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）用の冷媒において、
冷媒は、二酸化炭素（CO2）部分と、ジフルオロメタン（CH2F2）部分と、1,1,1,2-テトラフルオロエタン（C2H2F4）部分とを含む冷媒混合物であり、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（５４〜９２）モルパーセントであり、ジフルオロメタン部分は（１〜２９）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項２】
請求項１の冷媒において、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（６４〜９２）モルパーセントであり、好ましくは（６９〜８７）モルパーセントであり、特に好ましくは（７４〜８２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項３】
請求項１の冷媒において、
前記冷媒混合物のうち、二酸化炭素部分は（５４〜８１）モルパーセントであり、好ましくは（５９〜７６）モルパーセントであり、特に好ましくは（６４〜７２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの冷媒において、
ジフルオロメタンは（１〜２５）モルパーセントであり、好ましくは（２〜２０）モルパーセントであり、特に好ましくは（７〜１５）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つの冷媒において、
ジフルオロメタン部分は（１〜３０）モルパーセントであり、好ましくは（５〜２５）モルパーセントであり、特に好ましくは（１０〜２０）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２４）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１９）モルパーセントであり、特に好ましくは（６〜１４）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２０）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１６）モルパーセントであり、特に好ましくは（４〜１２）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１つの冷媒において、
1,1,1,2-テトラオロエタン部分は（１〜２９）モルパーセントであり、好ましくは（５〜２４）モルパーセントであり、特に好ましくは（９〜１９）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つの冷媒において、
他の構成要素がペンタフルオロエタン（C2HF5）及び／又はフルオロメタン（CH3F）であることを特徴とする冷媒。
【請求項１０】
請求項９の冷媒において、
フルオロメタン部分は（１〜１５）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１０）モルパーセントであり、特に好ましくは（１〜５）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項１１】
請求項９又は１０の冷媒において、
ペンタフルオロエタン部分は（１〜２０）モルパーセントであり、好ましくは（１〜１５）モルパーセントであり、特に（５〜１０）モルパーセントであることを特徴とする冷媒。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒混合物は、３つの構成要素、又は、４つ以上の構成要素からなることを特徴とする冷媒。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒混合物は、ジクロロジフルオロエタン（C2H2F2Cl2）、エタン（C2H6）、エテン（C2H4）、フルオロエテン（C2H3F）、エチン（C2H2）、プロパン（C3H8）、及び／又はフルオロエタン（CH2FCH3）をそれぞれ３０モルパーセントまで、好ましくはそれぞれ１０モルパーセントまでと、他の構成要素とを含むことを特徴とする冷媒。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つの冷媒において、
５Ｋ以下の温度勾配を有することを特徴とする冷媒。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つの冷媒において、
前記冷媒は、１００年に亘って１４００未満の相対CO2当量を有しており、且つ／又は、不燃性であることを特徴とする冷媒。
【請求項１６】
試験試料を受け入れる役割を果たし、環境に対して密閉可能であり且つ温度絶縁された試験空間と、
前記試験空間の温度を制御する温度制御装置とを備え、
前記温度制御装置によって、−６０℃〜１８０℃、好ましくは−７０℃〜１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜１８０℃の温度範囲の温度が試験空間内において達成可能となっており、
前記温度制御装置は、請求項１〜１５のいずれか１つの冷媒を伴う冷却回路（１１、２４、４２、５０）を含む冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）と、熱交換器（１２、２５、４８、５４）と、圧縮機（１３、２６、５１）と、凝縮機（１４、２７、４１、５２）と、膨張要素（１５、２８、５３）とを備える、空気調和のための試験室。
【請求項１７】
二酸化炭素（CO2）部分（５４〜９２）モルパーセントと、ジフルオロメタン（CH2F2）部分（１〜３０）モルパーセントと、1,1,1,2-テトラオロエタン（C2H2F4）部分（１〜２９）モルパーセントと、からなる冷媒混合物を含む冷媒を、試験室内の試験空間における空気調和に使用する方法において、
試験空間は、試験試料を受け入れる役割を果たし、環境に対して密閉可能であり、且つ、温度絶縁され、
冷媒を伴う冷却回路（１１、２４、４２、５０）を含む、前記試験室の温度制御装置の冷却装置（１０、２３、３０、３６、３９、４４、４９、５５、６０）と、熱交換器（１２、２５、４８、５４）と、圧縮機（１３、２６、５１）と、凝縮機（１４、２７、４１、５２）と、膨張要素（１５、２８、５３）とが、−６０℃〜＋１８０℃、好ましくは−７０℃〜＋１８０℃、特に好ましくは−８０℃〜＋１８０℃の温度範囲の温度を前記試験空間にて達成するために用いられる、冷媒の使用方法。
【請求項１８】
請求項１７の使用方法において、
高圧側の冷媒は、冷却回路（１１、２４、４２、５０）の内部熱交換器（１９、２９、４７）により冷却され、
前記冷却回路は、膨張要素（１５、２８）の上流側で且つ凝縮機（１４、２７、４１、５２）の下流側において前記冷却回路の高圧側（１７）に接続されると共に、圧縮機（１３、２６）の上流側で且つ熱交換器（１２、２５、４８）の下流側において前記冷却回路の低圧側（１８）に接続され、
前記高圧側における前記冷媒の冷却は、内部熱交換器を利用して前記膨張要素における蒸発温度を低下させるために利用されること
を特徴とする冷媒の使用方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８の使用方法において、
前記熱交換器（１２、２５、４８、５４）内において前記冷媒の一部のみが蒸発することを特徴とする、冷媒の使用方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか１つの使用方法において、
前記冷媒は、前記熱交換器（１２、２５、４８、５４）内において、前記膨張要素（１５、２８、５３）を利用して時間間隔内に時間通りに測定及び蒸発されることを特徴とする冷媒。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2022003119.tif 000017
【外国語明細書】
2022003119000001.pdf