WO2017157864A1 - Prüfkammer - Google Patents

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Christian Haack
Gerald Klee
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Weiss Umwelttechnik GmbH
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Definitions

  • the invention b meets a test chamber for the conditioning of air, comprising a gegenüb he an environment sealable andparent solated test room for receiving test material, and a tempering for temperature control of the test chamber, wherein medium s the Temperiervorri rect a temperature in a temperature range of -80 ° C bi s + 1 80 ° C, vorzugswei se - 100 ° C bis s +200 ° C, can be formed within the test room i st, wherein the tempering a cooling device with achenrei slauf with a refrigerant, a heat exchanger, which is arranged in the test room i st, a compressor, a condenser and an expansion device aufwei st.
  • test chambers are regularly used for checking the physical and / or chemical properties of objects, in particular devices.
  • temperature test chambers or climatic test chambers are known within which temperatures in a range of -50 ° C bi s + 1 80 ° C can be set.
  • climatic testing cabinets additionally desired climatic conditions can be set, to which the device or the test material can then be connected via a period is suspended.
  • Such test chambers are formed regularly or partially as a mobile device, which is connected to a building only with required supply lines and comprises all assemblies required for temperature control and air conditioning. A temperature of the one to be tested
  • Test chamber receiving test chamber is carried out regularly in a recirculating air duct within the test room.
  • the recirculating air channel forms an air treatment room in the test chamber, in which heat exchangers for heating or cooling of the air circulating through the recirculating air channel or the test chamber are arranged. It sucks a fan or a fan in the
  • the test material can be tempered or exposed to a defined temperature change. During a test interval s, a temperature between a temperature maximum and a minimum temperature of the test chamber can then be switched at play.
  • the refrigerant circulating in the cooling circuit has to be such that it can be used in the cooling circuit within the aforementioned temperature difference.
  • the refrigerant must not significantly contribute to ozone depletion in the atmosphere or global warming.
  • essentially no fluorinated gases or chlorinated substances can be used as a refrigerant, which is why natural refrigerants or gases come into question.
  • the refrigerant should not be flammable in order not to complicate, inter alia, the filling, shipping and operation of the test chamber due to safety regulations that may have to be complied with.
  • Combustivity here is understood to mean the property of the refrigerant s to react with ambient oxygen with the release of heat.
  • a refrigerant is flammable, in particular, if it falls into fire class C according to the European standard EN2.
  • a refrigerant should have a relatively low C0 2 equivalent, ie a relative global warming potential (GWP) should be kept as low as possible in order to avoid indirect environmental damage caused by the refrigerant release.
  • the GWP indicates how much a specific mass of a greenhouse gas contributes to global warming, with the comparative value of carbon dioxide being the value. This value describes the mean heating effect over a certain period of time, with 20 years being set for comparability.
  • carbon dioxide or carbon dioxide is not very suitable for the temperature ranges intended for a test chamber because, due to the triple point of the carbon dioxide at -56.6 ° C., a
  • test chamber with the temperatures to -s C at least -80 ° C are obtainable, the test chamber should be safe and umweltfreundli ch without further cost in the production.
  • the test chamber according to the invention for the conditioning of air comprises a test space closable relative to an environment and temperature-insulated for receiving test material and a temperature control device for controlling the temperature of the test chamber, whereby a temperature in a temperature range of -80 ° C bi s + 1 80 ° C, vorzugswei se - 100 ° C bi s +200 ° C, can be formed within the test room i st, wherein the tempering a cooling device with achenrei serton with a refrigerant, a heat exchanger, which is arranged in the test room i st, a compressor, a condenser and an expansion device, the refrigerant having a nearly azeotropic and / or zeotropic refrigerant mixture of a mass fraction of carbon dioxide and a mass fraction of at least one of ethane, ethene, hexafluoroethane, pentafluoroethane, monofluoroethane
  • the refrigerant having a relative CO 2 equivalent, expressed in terms of 20 years, of ⁇ 3000, ⁇ 2500, preferably ⁇ 500, particularly preferably ⁇ 10, aufwei st.
  • heat exchange with an environment of the test chamber is largely avoided by thermal insulation of side walls, floor walls and ceiling walls.
  • the heat exchanger ofdekrei sertones i st arranged within the test room or in a Lucasb negotiation room of the test room, so that air circulated by a fan can get in contact with the heat exchanger.
  • This makes it possible to cool a recirculated air volume of the test chamber by means of the cooling device via the heat exchanger in the test room.
  • the heat exchanger i st in turn connected to thedekrei svier or integrated in this, so that the circulating inmékrei refrigerant flows through the heat exchanger.
  • the cooling device further comprises the compressor, which may be a compressor at play, and the condenser for the compressed refrigerant arranged downstream of the compressor in the flow direction of the refrigerant.
  • the compressed refrigerant which is under high pressure after compression and essentially gaseous, condenses in the condenser and is then in the
  • An expansion element is understood to be an expansion valve, throttle element, throttle valve or another suitable constriction of a fluid line.
  • carbon dioxide can be used with a mass fraction of the refrigerant s if it contains a mass fraction of at least one of the components ethane, ethene, hexafluoroethane, pentafluoroethane, monofluoroethane, 1.
  • Difluoroethylene, fluoromethane and / or propane and / or xenon are mixed.
  • This refrigerant mixture then behaves like an azeotropic and / or zeotropic refrigerant mixture.
  • An azeotropic mixture is a fluid consisting of two or more substances whose vapor phase has the same composition as the liquid phase.
  • the azeotropic mixture has a definite boiling point, which is pressure-dependent, and behaves like a pure substance.
  • a zeotropic Gemi sch is a two or more substances existing fluid whose composition of vapor phase and liquid phase always differs in the vapor-liquid equilibrium. Taulini e and Si edeline do not touch each other. At constant pressure the Phasenüb ergang zeotropic Gemi cal over a temperature range, the so-called temperature sliding takes place. In azeotropic mixtures, the dew line and the boiling line are at least in one point, d. H. At this point, the composition of the vapor phase and the liquid phase is the same. Vapor pressure and Si edetemperatur a zeotropic Gemi cal always lie between the pure substance vapor pressures and pure substance boiling temperatures, while in azeotropic Gemi rule a pressure maximum or minimum temperature or a pressure minimum or
  • the refrigerant mixture can also be present as a zeotropic refrigerant mixture on a high-pressure side of the cooling circuit when it is introduced into the condenser, depending on one of the components of the refrigerant mixture.
  • the invention allows the Kälteffengemi sch use of the test chamber in a temperature range of -80 ° C bi s + 100 ° C, the Kälteffengemi sch a relative C0 2 equivalent, based on 20 years, of ⁇ 2500 aufwei st and thus only slightly harmful to the environment i st.
  • the refrigerant is not flammable, it becomes possible to make the test chamber and, in particular, the cooling loop slimmer more cost-effectively, since no special safety precautions have to be taken regarding the flammability of the refrigerant.
  • the refrigerant can then at least not be assigned to the fire class C and / or the refrigerant safety group AI.
  • a shipment or a transport of the test chamber is simplified because the test chamber before a
  • Oil marsh be arranged, which is why then at least from cut to se also oil inchairkrei serton can be transported.
  • an oil from separator In the flow direction of the refrigerant s can be arranged in theisserkrei slauf an oil from separator, over which the oil is returned to the compressor.
  • the oil may be POE oil, PAG oil, PFPE oil or mineral oil.
  • the refrigerant may have a temperature slip of less than or equal to 20 K, preferably 5 K, particularly preferably 1 K aufwei sen. This may be the case when the refrigerant has an almost azeotropic refrigerant mixture.
  • the refrigerant does not show any temperature glide if it is a purely azeotropic refrigerant mixture.
  • Dh under a nearly azeotropic Pen refrigerant mixture is understood here a refrigerant mixture with a temperature of less than or equal to 5 K, preferably 1 K. According to this definition, zeotropic refrigerant mixtures then have a temperature slip of> 20 K or> 1 K.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be 0.09 to 0.45 when mixed with ethene.
  • the refrigerant mixture may behave completely azeotropically.
  • the azeotropism then influences important refrigeration parameters favorably.
  • the refrigerant mixture can then be handled as a single-component refrigerant or a pure substance.
  • a concentration difference between the liquid and vapor phase and the temperature slip of the isobaric evaporation or the isobaric condensation are negligibly small, which in turn is advantageous for a design, a construction and an operation as well as a filling of the cooling circuit or the test chamber.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be 0.35 to 0.63 when mixed with hexafluoroethene. If it is a binary refrigerant mixture, it may behave completely azeotropically.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be 0.62 to 0.78 when mixed with ethane. If it is a binary refrigerant mixture, it may behave completely azeotropically.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be from 0.2 to 0.8, preferably from 0.35 to 0.75, particularly preferably from 0.4 to 0.7, when mixed with pentafluoroethane. Particularly advantageous is a mass fraction of carbon dioxide of ca.0.55 has been found. If it is a binary refrigerant mixture, it may behave completely zeotropic. A temperature slide can then be, for example, 14 K to 18 K (at 1 bar). In such a temperature sliding can be provided that the cooling circuit to the refrigerant always constructive, compressor, pipes, valves and a regulation regarding, is adjusted.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be from 0.2 to 0.8 and of pentafluoroethane from 0.1 to 0.4, preferably from 0.3 to 0.7 carbon dioxide and from
  • Pentafluoroethane 0.15 to 0.35 more preferably from carbon dioxide 0.4 to 0.6 and of pentafluoroethane 0.2 to 0.6, when mixed with difluoromethane amount.
  • a mass fraction of carbon dioxide may be 0.16 to 0.97 when mixed with xenon. If it is a binary refrigerant mixture, it may behave completely azeotropically.
  • a component cyclopropane is contained in the refrigerant mixture and a mass fraction of cyclopropane in the range of 0.03 to 0.2.
  • the refrigerant mixture material additives for the detection of leaks in the cooling circuit.
  • the additives can be selected from the substances helium and hydrogen or from the substance group of the hydrocarbons.
  • the tempering device may have a heating device with a heater and a further heat exchanger.
  • the heating device can be, for example, an electrical resistance heater, which heats the second heat exchanger, such that a temperature increase in the test chamber is made possible via the second heat exchanger. If the first heat exchanger and the second heat exchanger can be controlled in a targeted manner by means of a control device for cooling or heating the air circulated in the test chamber, then a temperature in the temperature range of -80 ° C to +180 ° C, preferably by means of the temperature control within the test chamber from -100 ° C to +200 ° C, are formed.
  • a temporal temperature stability of ⁇ 0.3 to ⁇ 0.5 K during a test interval s in the test room are formed.
  • a test interval is understood here to mean a time interval of a complete test period in which the test material is exposed to a substantially constant temperature or climatic condition.
  • the further heat exchanger can be combined with the heat exchanger of the cooling loop in such a way that a common heat exchanger body is formed, which can flow through the refrigerant and st of the heating elements of an electrical resistance heater.
  • Di e cooling device can a furtherdekrei serton with a further refrigerant, another Verdi chter, another condenser and a further expansion device aufwei sen, where egg the furtherdekrei serton medium s of an internal heat exchanger with the condenser ofmékrei sertons can be coupled. Consequently, the cooling device can then have two series-connected circular passages which form a so-called cooling cascade. The further cooling device or the additionaldekrei serton can then cool the condenser of the firstdekrei sertons. So it is then possible to form particularly ni edrige temperatures in the test room. Also, the other compressor sl in a furtherdekrei be on a compressor.
  • the condenser may be formed with air cooling or water cooling or other cooling liquid.
  • the condenser can be cooled with any suitable fluid. It is essential that the heat load occurring at the condenser be dissipated via the air cooling or water cooling in such a way that the refrigerant can condense in such a way that it liquefies completely constantly.
  • In thedekrei serton can be arranged a pressure compensation device for the refrigerant, wherein at a slit inorgankrei uniform temperature of the refrigerant s of 20 ° C, a pressure of ⁇ 40 bar, vorzugswei se ⁇ 35 bar can be formed indekrei serton. If there is anotherdekrei serton i st, this can also s Such a pressure compensation device aufwei sen. Since in theharikrei serton compariswei se high temperature differences in Betri eb can be present, it is particularly advantageous if the Druckausglei chs adopted can compensate this. So can very large temperature fluctuations and thus a change in volume of the refrigerant s in
  • the pressure compensation device can be compensated for by the pressure compensation device.
  • the pressure compensation device is designed so that the temperature control device is intrinsically safe. H. that no standstill cooling of the refrigerant is required. It is also possible to fill the cooling circlet fully and continuously before transporting the test chamber.
  • So can be connected to a low pressure side of thedekrei sl on a refrigerant reservoir with a throttle organ or a capillary.
  • the refrigerant reservoir can then form a pressure compensation device, which in game se se a container i st, in which can collect refrigerant.
  • a filling and emptying of the container can take place via the throttle element, so that a time-delayed pressure equalization takes place as a function of a condensation or evaporation rate of the coolant s due to a slowed overflow of the refrigerant via the throttle element.
  • a gas cooler may be arranged in a high pressure side of thedekrei smoors downstream of the compressor and in front of the condenser.
  • a first bypass may be formed with at least one further throttle member or a capillary, wherein the first Bypass the Verdi chter in the flow direction below the compressor and before the capacitor can bridge, on the other throttle body a pressure difference between tween a high pressure side and a low pressure side of thedekrei sertons can be compensated.
  • the first bypass can additionally be equipped with an adjustable or adjustable valve, in the case of a solenoid valve.
  • a cross-section of the further throttle member may be so dimensioned that an overflow of the refrigerant s from the high pressure side to Ni ederdruckseite a normal operation ofméeinri rectification only insignificantly affected.
  • next can be formed in the Kältekrei serton a second bypass with at least a first solenoid valve, the second bypass the compressor in the flow direction following the capacitor and before the expansion onsorgan can bridge, via the first solenoid valve refrigerant can be dosed so that a suction gas temperature and / or a suction gas pressure of the refrigerant s on a low pressure side of theisserkrei sillers can be controlled in front of the compressor.
  • This can, for example, prevent the compressor, which can be a compressor, for example, from being overheated and thus damaged.
  • gaseous refrigerant located in front of the compressor via the second bypass can be cooled by metering in still liquid refrigerant by actuating the first solenoid valve s.
  • An actuation of the first solenoid valve s can be done by a control device, which in turn coupled with a pressure and / or temperature sensor in thedekrei smoor before the compressor i st. It is particularly advantageous if over the second byte pass a suction gas temperature of ⁇ 30 ° C can be set.
  • the refrigerant can also be metered in such a way that a service life of the compressor can be regulated. In principle, it is disadvantageous if the compressor or compressor is often switched on and off.
  • a compressor life can be extended if it is used for longer periods.
  • Refrigerant can be routed past the compressor via the second bypass in order, for example, to delay an automatic shutdown of the compressor and to prolong a compressor operating time.
  • the Kältekrei sl can be formed with at least a second solenoid valve
  • the third bypass, the Expansi onsorgan in the flow direction in front of the capacitor can bridge, via the second solenoid valve
  • refrigerant can be metered so that a suction gas temperature and / or a suction gas pressure of the refrigerant s on a low pressure side of theharikrei sriers can be controlled in front of the compressor.
  • the third bypass can also have a throttle body or a capillary which delays an overflow of refrigerant.
  • Di e temperature control device may include a control device with at least one pressure sensor and / or at least one temperature sensor in theisserkrei serton, solenoid valves medium s of the control device as a function of a measured temperature or a pressure be actu ar be.
  • the control device may comprise data processing means which process data sets from sensors and actuate the solenoid valves e.
  • a regulation of a function of the cooling device can then also be adapted to the refrigerant used in the case of a game, by way of a corresponding computer program.
  • the controller may signal an operation failure and, if necessary, initiate shutdown of the test chamber to protect the test chamber or specimen from damage by critical or undesirable operating conditions of the test chamber.
  • the figure shows a schematic representation of a test chamber 10 with a circuit diagram of a tempering device 11.
  • the test chamber 10 includes a test space 12 shown here only in sections, which is limited by temperature-insulated walls 13 with respect to an environment 14 and temperature-insulated.
  • a fan 15 is arranged within the test chamber 12.
  • the temperature control device 11 comprises a cooling device 16 with a cooling circuit 17, within which a refrigerant can circulate.
  • the refrigerant is a nearly azeotropic refrigerant mixture of a mass fraction of carbon dioxide and a mass fraction of at least one of ethane, ethene, hexafluoroethane, pentafluoroethane, monofluoroethane, 1.1 difluoroethene, fluoromethane and / or propane and / or xenon, wherein the refrigerant a relative C0 2 -
  • the cooling device 16 comprises a heat exchanger 18, which is arranged in the test chamber 12, a compressor 19, a condenser 20 and an expansion element 21.
  • a further heat exchanger 22 of a heating device 23 of the temperature control device 11 is arranged beyond.
  • a line 24 indicates a spatial separation between a machine room 25 and the test room 12.
  • the cooling circuit 17 has a high-pressure side 26, which in the flow direction of the refrigerant from the compressor 19 to the expansion element 21 and a low-pressure side 27, from the expansion member 21 for
  • Compressor 19 runs on.
  • a ⁇ labscheide noticed 28 and a Temperatorenensor 29 are arranged downstream of the compressor 19, a ⁇ labscheide noticed 28 and a Temperatorenensor 29 are arranged.
  • a pressure sensor 30 is arranged and the following a gas cooler 3 1.
  • i i st the refrigerant gaseous and wei st a compariswei se high temperature.
  • the compressed by the compressor 19 refrigerant flows in theisserkrei serton 17 to the condenser 20, which is cooled here via anotherdekrei serton 33, such that the gaseous refrigerant is liquefied in the condenser 20.
  • the refrigerant then passes in theisserkrei serton 17 to a solenoid valve 36 and the expansion member 21, which cut via a pressurized pipe section cut 37 and a temperature sensor 38s stregelnd formed i st.
  • a first bypass 43 with a throttle body 44 and a stop valve 45 are further arranged.
  • Bypass 43 bridges the compressor 19, so that at a standstill of the compressor 1 9 a gradual pressure equalization between tween the high pressure side 26 and the low pressure side 27 via the throttle body 44 takes place.
  • a second bypass 46 with a throttle body 47 and a solenoid valve 48 i st here osseously connected to the first bypass 43 and bridged Also s the compressor 19 in front of the condenser 20 and subsequently the gas cooler 3 1.
  • Via the solenoid valve 28 can then refrigerant from the high pressure side 26 to the low pressure side 27 flow and metered so that a suction gas temperature and a suction gas pressure in the pipe section cut 42 in front of the compressor 19 in the optimal for the refrigerant B Che.
  • the first bypass 43 thus serves for the overflow of cold, expanding gaseous refrigerant b egg a plant standstill and thus to pressure equalization.
  • the second bypass 46 di ent to overflow of comparatively hot, gaseous
  • a suction gas temperature can be ⁇ 30 ° C here.
  • a third bypass 49 engages below the condenser 20 and the filter drier 35 in theisserkrei serton 17, such that the expansion element 21 is bridged, via a throttle body 50 and a solenoid valve 5 1 refrigerant from the high pressure side 26 to the low pressure side 27 so dosable i st, that a suction gas temperature or a suction gas pressure of the refrigerant s on the Ni ederdruckseite 27 before the compressor 1 9 adjustable i st.
  • the third bypass 49 metered refrigerant liquid, which in particular allows a lowering of the suction gas temperature in the return 41 after regulation by the solenoid valve 5 1.
  • the furtherdekrei serton 33 includes a further compressor 52, a further capacitor 53 and a further expansion element 54 and an internal heat exchanger 55, medium s the cooling of the capacitor 20 is accomplished.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfkammer (10) zur Konditionierung von Luft, umfassend einen gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum (12) zur Aufnahme von Prüfgut, und eine Temperiervorrichtung (11) zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bis +180 °C, vorzugsweise -100 °C bis +200 °C, innerhalb des Prüfraums ausbildbar ist, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung (16) mit einem Kühlkreislauf (17) mit einem Kältemittel, einem Wärmeübertrager (18), der in dem Prüfraum angeordnet ist, einem Verdichter (19), einem Kondensator (20) und einem Expansionsorgan (21) aufweist, wobei das Kältemittel ein nahezu azeotropes und/oder zeotropes Kältemittelgemisch aus einem Masseanteil an Kohlendioxid und einem Masseanteil mindestens einer der Komponenten Ethan, Ethen, Hexafluorethan, Pentafluorethan, Monofluorethan, 1.1 Difluorethen, Fluormethan und/oder Propan und/oder Xenon ist, wobei das Kältemittel ein relatives CO2-Äquivalent, bezogen auf 20 Jahre, von < 3000, bevorzugt < 500, besonders bevorzugt < 10 aufweist.

Description

Prüfkammer
Die Erfindung b etrifft eine Prüfkammer zur Konditionierung von Luft, umfassend einen gegenüb er einer Umgebung verschließbaren und temperaturi solierten Prüfraum zur Aufnahme von Prüfgut, und eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittel s der Temperiervorri chtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bi s + 1 80 ° C, vorzugswei se - 100 °C bi s +200 °C, innerhalb des Prüfraums ausbildbar i st, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkrei slauf mit einem Kältemittel, einem Wärmeübertrager, der in dem Prüfraum angeordnet i st, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsorgan aufwei st. Derartige Prüfkammern werden regelmäßig zur Überprüfung von physikali schen und/oder chemi schen Eigenschaften von Gegenständen, insbesondere Vorrichtungen eingesetzt. So sind Temperaturprüfschränke oder Klimaprüfschränke bekannt, innerhalb derer Temperaturen in einem B ereich von -50 °C bi s + 1 80 °C eingestellt werden können. Bei Klima- prüfschränken können ergänzend gewünschte Klimabedingungen eingestellt werden, denen dann die Vorrichtung bzw. das Prüfgut über einen definierten Zeitraum ausgesetzt wird. Derartige Prüfkammern sind regelmäßig bzw. teilwei se al s ein mobiles Gerät ausgebildet, welches lediglich mit erforderlichen Versorgungsleitungen mit einem Gebäude verbunden i st und alle zur Temperierung und Klimati sierung erforderli- chen Baugruppen umfasst. Eine Temperierung eines das zu prüfende
Prüfgut aufnehmenden Prüfraums erfolgt regelmäßig in einem Umluftkanal innerhalb des Prüfraums . Der Umluftkanal bildet einen Luftbehandlungsraum im Prüfraum aus, in dem Wärmetauscher zur Erwärmung oder Kühlung der den Umluftkanal bzw. den Prüfraum durchströmenden Luft angeordnet sind. Dabei saugt ein Lüfter bzw. ein Ventilator die im
Prüfraum befindliche Luft an und leitet sie im Umluftkanal zu den j eweiligen Wärmetauschern. Das Prüfgut kann so temperiert oder auch einem definierten Temperaturwechsel ausgesetzt werden. Während eines Prüfintervall s kann dann bei spiel sweise eine Temperatur zwi schen einem Temperaturmaximum und einem Temperaturminimum der Prüfkammer wechseln.
Das im Kühlkrei slauf zirkulierende Kältemittel muss dabei so beschaffen sein, dass es in dem Kühlkrei slauf innerhalb der vorgenannten Temperaturdifferenz verwendbar i st. Infolge gesetzlicher B estimmungen darf das Kältemittel nicht wesentlich zum Ozonabbau in der Atmosphäre oder der globalen Erwärmung beitragen. So können im Wesentlichen keine fluorierten Gase oder chlorierten Stoffe al s Kältemittel eingesetzt werden, weshalb natürliche Kältemittel bzw. Gase in Frage kommen. Darüber hinaus sollte das Kältemittel nicht brennbar sein, um u. a. eine Befül- lung, einen Versand und einen B etrieb der Prüfkammer nicht aufgrund eventuell einzuhaltender Sicherheitsvorschriften zu erschweren. Auch verteuert sich die Herstellung eines Prüfkrei slaufs durch die Verwendung eines brennbaren Kältemittel s infolge der dadurch erforderlichen konstruktiven Maßnahmen. Unter Brennb arkeit wird hier die Eigenschaft des Kältemittel s verstanden, mit Umgebungssauerstoff unter Frei setzung von Wärme zu reagieren. Ein Kältemittel i st insbesondere dann brennbar, wenn es in die Brandklasse C nach der europäi schen Norm EN2 fällt. Darüber hinaus sollte ein Kältemittel ein relativ geringes C02- Äquivalent aufwei sen, d. h. ein relatives Treibhauspotential oder auch Global Warming Potential (GWP) sollte möglichst gering sein, um eine indirekte Schädigung der Umwelt durch das Kältemittel b ei Frei setzung zu vermeiden. Das GWP gibt an, wieviel eine festgel egte Masse eines Treibhausgases zur glob alen Erwärmung b eiträgt, wobei al s Vergleichswert Kohlendioxid di ent. Der Wert beschreibt die mittl ere Erwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum, wobei hier zur Vergleichbarkeit 20 Jahre festgelegt werden. Zur Definition des relativen C02- Äquival ents bzw. GWPs wird auf den fünften Sachstandsbericht des
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Accessment Report, Appendix 8. A, Table 8. A. 1 verwiesen .
Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlendioxid i st al s Kältemittel j edoch für die für eine Prüfkammer vorgesehenen Temperaturbereiche wenig geeignet, da aufgrund des Tripelpunktes des Kohlendi oxids bei -56,6 °C eine
Verwendung bei Temperaturen unterhalb von -55 °C für reines Kohlendi oxid nicht möglich i st. Mi schungen von Kohlendioxid mit bei spiel swei se Di stickstoffoxid sind zwar al s Kältemittel bi s -70 °C nutzbar, j edoch schädigt Di stickstoffoxid die Ozonschicht. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Prüfkammer vorzuschlagen, mit der Temperaturen bi s mindestens -80 °C erzielb ar sind, wob ei die Prüfkammer ohne weiteren Kostenaufwand bei der Herstellung sicher und umweltfreundli ch sein soll .
Diese Aufgabe wird durch eine Prüfkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gel öst.
Die erfindungsgemäße Prüfkammer zur Konditionierung von Luft um- fasst einen gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturi solierten Prüfraum zur Aufnahme von Prüfgut und eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittel s der Temperier- Vorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bi s + 1 80 °C, vorzugswei se - 100 °C bi s +200 °C, innerhalb des Prüfraums ausbildbar i st, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkrei slauf mit einem Kältemittel, einem Wärmeübertrager, der in dem Prüfraum angeordnet i st, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsorgan aufwei st, wobei das Kältemittel ein nahezu azeotropi sches und/oder zeotropes Kältemittelgemi sch aus einem Masseanteil Kohlendioxid und einem Masseanteil mindestens einer der Komponenten Ethan, Ethen, Hexafluorethan, Pentafluorethan, Monofluo- rethan, 1 . 1 Difluorethen, Fluormethan und/oder Propan und/oder Xenon i st, wobei das Kältemittel ein relatives C02-Äquivalent, b ezogen auf 20 Jahre, von < 3000, < 2500, bevorzugt < 500, besonders bevorzugt < 10, aufwei st.
B ei der erfindungsgemäßen Prüfkammer wird durch eine Temperaturi solierung von Seitenwänden, B odenwänden und Deckenwänden ein Wär- meaustausch mit einer Umgebung des Prüfraums weitestgehend vermieden. Der Wärmeübertrager des Kühlkrei slaufes i st innerhalb des Prüfraums bzw. in einem Luftb ehandlungsraum des Prüfraums angeordnet, so dass von einem Lüfter umgewälzte Luft mit dem Wärmeübertrager in Kontakt gelangen kann. So wird es möglich, eine umgewälzte Luftmenge des Prüfraums mittel s der Kühleinri chtung über den Wärmeübertrager im Prüfraum abzukühlen. Der Wärmeüb ertrager i st wiederum an den Kühlkrei slauf angeschlossen bzw. in diesem integriert, so dass das im Kühlkrei slauf zirkulierende Kältemittel durch den Wärmeübertrager strömt. Di e Kühleinrichtung wei st weiter den Verdichter, welcher bei spiel swei se ein Kompressor sein kann, sowie den in Strömungsrichtung des Kältemittel s dem Verdichter nachfolgend angeordneten Kondensator für das verdichtete Kältemittel auf. Das verdichtete Kältemittel, welches nach der Verdichtung unter einem hohen Druck steht und im Wesentli chen gasförmig vorliegt, kondensiert im Kondensator und liegt dann im
Wesentlichen in einem flüssigen Aggregatzustand vor. Das flüssige Kältemittel strömt weiter über das Expansionsorgan, wob ei es durch Expansion infolge eines Druckabfall s wiederum gasförmig wird. Dabei durchströmt es den Wärmeübertrager, der dadurch gekühlt wird. Nachfolgend wird das gasförmige Kältemittel wieder vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Unter einem Expansionsorgan wird ein Expansionsventil, Drosselorgan, Drosselventil oder eine andere, geeignete Verengung einer Fluidleitung verstanden.
Wi e si ch herausgestellt hat, i st Kohlendioxid mit einem Masseanteil des Kältemittel s verwendbar, wenn es mit einem Masseanteil mindestens einer der Komponenten Ethan, Ethen, Hexafluorethan, Pentafluorethan, Monofluorethan, 1 . 1 Difluorethen, Fluormethan und/oder Propan und/oder Xenon gemi scht i st. Dieses Kältemittelgemi sch verhält si ch dann wie ein azeotropes und/oder ein zeotropes Kältemittelgemi sch. Ein azeotropes Gemi sch i st ein aus zwei oder mehr Stoffen bestehendes Flui d, dessen Dampfphase dieselbe Zusammensetzung aufwei st wie die flüssige Phase. Das azeotrope Gemi sch hat einen eindeutigen Siedepunkt, welcher druckabhängig i st, und verhält sich wie ein Reinstoff. Im Gegensatz dazu ist ein zeotropes Gemi sch ein aus zwei oder mehr Stoffen bestehendes Fluid, dessen Zusammensetzung von Dampfphase und flüssiger Phase sich im Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht stets unterscheidet. Taulini e und Si edelinie berühren sich nicht. Bei konstantem Druck erfolgt der Phasenüb ergang zeotroper Gemi sche über einen Temperaturbereich, den sogenannten Temperaturgleit. B ei azeotropen Gemischen berühren sich Taulinie und Siedelinie mindestens in einem Punkt, d. h. an diesem Punkt i st die Zusammensetzung der Dampfphase und der flüssigen Phase gleich. Dampfdruck und Si edetemperatur eines zeotropen Gemi sches liegen stets zwi schen den Reinstoffdampfdrücken und Reinstoffsiedetemperaturen, während bei azeotropen Gemi schen ein Druckmaximum bzw. Temperaturminimum oder ein Druckminimum bzw.
Temperaturmaximum auftritt, welches außerhalb des durch die Reinstoffwerte begrenzten Bereichs liegen kann. Das Kältemittelgemi sch kann auf einer Hochdruckseite des Kühlkrei slaufs beim Einleiten in den Kondensator, in Abhängigkeit einer der Komponenten des Kältemittel- gemi schs, auch al s ein zeotropes Kältemittelgemi sch vorliegen. Erfindungsgemäß ermöglicht das Kältemittelgemi sch einen Einsatz der Prüfkammer in einem Temperaturbereich von -80 °C bi s + 100 °C, wobei das Kältemittelgemi sch ein relatives C02-Äquivalent, bezogen auf 20 Jahre, von < 2500 aufwei st und damit nur wenig umweltschädigend i st. Wenn das Kältemittel nicht brennbar i st, wird es möglich, die Prüfkammer und insbesondere den Kühlkrei slauf kostengünstiger auszubilden, da keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen hinsichtli ch Brennbarkeit des Kältemittel s zu beachten sind. Das Kältemittel kann dann zumindest ni cht der Brandklasse C und/oder der Kältemittel si cherheitsgruppe A I zugeordnet werden. Darüber hinaus wird ein Versand bzw. ein Transport der Prüfkammer vereinfacht, da die Prüfkammer bereits vor einem
Transport, unabhängig von der Transportart, mit dem Kältemittel befüllt werden kann. Bei brennbarem Kältemittel i st ggf. erst eine Befüllung im Rahmen einer Inbetri ebnahme am Aufstellort möglich. Weiter i st eine Verwendung der nicht brennbaren Kältemittel b ei im Prüfraum vorhandenen Zündquellen möglich. Sensoren zur Detektion einer entzündbaren Atmosphäre im Bereich des Wärmeübertragers im Prüfraum sind dann nicht erforderlich. Derartige Sensoren sind regelmäßig nicht temperaturstabil . Vorteilhaft i st auch, wenn das Kältemittel in Kältemaschinenöl löslich i st. Wenn der Verdichter ein Kompressor i st, kann dieser in einem
Öl sumpf angeordnet sein, weshalb dann zumindest ab schnittswei se auch Öl im Kühlkrei slauf transportiert werden kann. In Strömungsrichtung des Kältemittel s kann im Kühlkrei slauf ein Öl ab scheider angeordnet sein, über den das Öl zum Kompressor zurückgeführt wird. B ei dem Öl kann es si ch um POE-Öl e, PAG-Öle, PFPE-Öle oder Mineral öl handeln.
Das Kältemittel kann ein Temperaturgleit von kleiner oder gl eich 20 K, bevorzugt 5 K, besonders bevorzugt 1 K aufwei sen. Dies kann dann der Fall sein, wenn das Kältemittel ein nahezu azeotropes Kältemittelge- mi sch i st. Das Kältemittel wei st keinen Temperaturgleit auf, wenn es ein rein azeotropes Kältemittelgemi sch i st. D .h. unter einem nahezu azeotro- pen Kältemittelgemisch wird hier ein Kältemittelgemisch mit einem Temperaturgleit von kleiner oder gleich 5 K, bevorzugt 1 K verstanden. Gemäß dieser Definition weisen dann zeotrope Kältemittelgemische einen Temperaturgleit von > 20 K bzw. > 1 K auf. Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,09 bis 0,45 bei einer Mischung mit Ethen betragen. Wenn es sich dabei um ein binäres Kältemittelgemisch handelt, kann dieses sich vollständig azeotrop verhalten. Der Azeotropismus beeinflusst dann wesentliche kältetechnische Parameter günstig. Das Kältemittelgemisch kann dann wie ein Einstoffkältemittel oder ein Reinstoff gehandhabt werden. Ein Konzentrationsunterschied zwischen der flüssigen und dampfförmigen Phase sowie der Temperaturgleit der isobaren Verdampfung oder der isobaren Kondensation sind vernachlässigbar gering, was wiederum vorteilhaft für eine Auslegung, eine Konstruktion und einen Betrieb sowie eine Füllung des Kühlkreis- laufs bzw. der Prüfkammer ist.
Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,35 bis 0,63 bei einer Mischung mit Hexafluorethen betragen. Wenn es sich um ein binäres Kältemittelgemisch handelt, kann dieses sich vollständig azeotrop verhalten.
Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,62 bis 0,78 bei einer Mischung mit Ethan betragen. Wenn es sich um ein binäres Kältemittelgemisch handelt, kann dieses sich vollständig azeotrop verhalten.
Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,2 bis 0,8, bevorzugt 0,35 bis 0,75, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,7, bei einer Mischung mit Penta- fluorethan betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Masseanteil von Kohlendioxid von ca.0,55 herausgestellt. Wenn es sich um ein binäres Kältemittelgemisch handelt, kann dieses sich vollständig zeotrop verhalten. Ein Temperaturgleit kann dann beispielsweise 14 K bis 18 K (bei 1 bar) betragen. Bei einem derartigen Temperaturgleit kann vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf an das Kältemittel stets konstruktiv, Verdichter, Rohre, Ventile und eine Regelung betreffend, angepasst ist. Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,2 bis 0,8 und von Pentafluorethan 0,1 bis 0,4, bevorzugt von Kohlendioxid 0,3 bis 0,7 und von
Pentafluorethan 0,15 bis 0,35, besonders bevorzugt von Kohlendioxid 0,4 bis 0,6 und von Pentafluorethan 0,2 bis 0,6, bei einer Mischung mit Difluormethan betragen.
Ein Masseanteil von Kohlendioxid kann 0,16 bis 0,97 bei einer Mischung mit Xenon betragen. Wenn es sich um ein binäres Kältemittelgemisch handelt, kann dieses sich vollständig azeotrop verhalten.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn eine Komponente Cyclopropan im Käl- temittelgemisch enthalten ist und ein Masseanteil an Cyclopropan im Bereich von 0,03 bis 0,2 liegt. Darüber hinaus können in dem Kältemittelgemisch stoffliche Zusätze zur Detektion von Leckagen des Kühlkreislaufs enthalten sein. Die Zusätze können dabei aus den Stoffen Helium und Wasserstoff oder aus der Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe aus- gewählt sein. Weiter können auch Geruchsstoffe oder anders zu detektie- rende Stoffe der Stoffgemische verwendet werden.
Der hier angegebenen Masseanteile können auch als Stoffmenge (mol) verstanden werden.
Die Temperiervorrichtung kann eine Heizeinrichtung mit einer Heizung und einem weiteren Wärmeübertrager aufweisen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung sein, die den zweiten Wärmeübertrager beheizt, derart, dass über den zweiten Wärmeübertrager eine Temperaturerhöhung in dem Prüfraum ermöglicht wird. Wenn der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager mittels einer Regeleinrichtung zur Kühlung oder Erwärmung der im Prüfraum umgewälzten Luft gezielt gesteuert werden können, kann mittels der Temperiervorrichtung dann innerhalb des Prüfraums eine Temperatur in dem Temperaturbereich von -80 °C bis +180 °C, vorzugsweise von -100 °C bis +200 °C, ausgebildet werden. Dabei kann unab- hängig vom Prüfgut bzw. eines Betriebszustandes des Prüfgutes eine zeitliche Temperaturkonstanz von ± 0,3 bi s ± 0, 5 K während eines Prüfintervall s in dem Prüfraum ausgebildet werden. Unter einem Prüfintervall wird hier ein Zeitab schnitt eines voll ständigen Prüfzeitraums verstanden, in dem das Prüfgut einer im Wesentli chen gleichbleibenden Temperatur oder Klimabedingung ausgesetzt wird. Der weitere Wärmeüb ertrager kann zusammen mit dem Wärmeübertrager des Kühlkrei slaufs derart kombiniert sein, dass ein gemeinsamer Wärmeübertragerkörper ausgebildet i st, der von Kältemittel durchströmbar i st und der Heizelemente einer elektri schen Widerstandsheizung aufwei st. Di e Kühleinrichtung kann einen weiteren Kühlkrei slauf mit einem weiteren Kältemittel, einem weiteren Verdi chter, einem weiteren Kondensator und einem weiteren Expansionsorgan aufwei sen, wob ei der weitere Kühlkrei slauf mittel s eines internen Wärmeübertragers mit dem Kondensator des Kühlkrei slaufs gekoppelt sein kann. Folglich kann die Kühleinri chtung dann zwei in Reihe geschaltete Krei släufe aufwei sen, die eine sogenannte Kältekaskade ausbilden. Die weitere Kühleinrichtung bzw. der weitere Kühlkrei slauf kann dann den Kondensator des ersten Kühlkrei slaufs kühlen . So i st es dann möglich, im Prüfraum besonders ni edrige Temperaturen auszubilden. Auch kann der weitere Verdichter im weiteren Kühlkrei sl auf ein Kompressor sein.
Der Kondensator kann mit einer Luftkühlung oder Wasserkühlung oder einer anderen Kühlflüssigkeit ausgebildet sein. Prinzipiell kann der Kondensator mit j edem geeigneten Fluid gekühlt werden. Wesentlich i st, dass die am Kondensator anfallende Wärmelast über die Luftkühlung oder Wasserkühlung so abgeführt wird, dass das Kältemittel so kondensieren kann, dass es voll ständig verflüssigt i st.
In dem Kühlkrei slauf kann eine Druckausgleichseinrichtung für das Kältemittel angeordnet sein, wobei bei einer im Kühlkrei slauf gleichmäßig ausgebildeten Temperatur des Kältemittel s von 20 °C ein Druck von < 40 bar, vorzugswei se < 35 bar im Kühlkrei slauf ausgebildet sein kann. Sofern ein weiterer Kühlkrei slauf vorhanden i st, kann dieser ebenfall s eine derartige Druckausgleichseinrichtung aufwei sen. Da in dem Kühlkrei slauf vergleichswei se hohe Temperaturdifferenzen im Betri eb vorliegen können, i st es besonders vorteilhaft, wenn die Druckausglei chseinrichtung diese ausgleichen kann. So können sehr große Temperatur- Schwankungen und damit eine Volumenänderung des Kältemittel s in
Abhängigkeit des j eweiligen Ausdehnungskoeffizienten des Kältemittel s üb er die Druckausgleichseinrichtung kompensiert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichseinrichtung so ausgebildet i st, dass die Temperiervorrichtung stroml os eigensicher i st, d. h. dass keine Still standskühlung des Kältemittel s erforderlich i st. Auch i st es möglich, den Kühlkrei sl auf b ereits vor einem Transport der Prüfkammer voll ständig und betrieb sfertig zu befüllen.
So kann an eine Niederdruckseite des Kühlkrei sl aufs ein Kältemittelreservoir mit einem Drossel organ bzw. einer Kapillare angeschlossen sein. Das Kältemittelreservoir kann dann eine Druckausgleichseinrichtung ausbilden, die bei spiel swei se ein Behälter i st, in dem sich Kältemittel sammeln kann. Eine B efüllung und Leerung des B ehälters kann über das Drosselorgan erfolgen, so dass in Abhängigkeit einer Kondensationsoder Verdampfungsgeschwindigkeit des Kühlmittel s ein zeitlich verzö- gerter Druckausgl eich aufgrund eines verlangsamten Üb erströmens des Kältemittel s über das Drosselorgan erfolgt.
In einer Hochdruckseite des Kühlkrei slaufs in Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter und vor dem Kondensator kann ein Gaskühler angeordnet sein. So wird es möglich, das vom Verdichter hochverdichte- te und gasförmige Kältemittel von einem vergleichswei se hohen Temperaturniveau infolge der Verdi chtung auf ein vergleichswei se ni edrigeres Temperaturniveau abzukühlen. Durch den Gaskühler kann insbesondere bei dem verwendeten Kältemittelgemi sch eine Kondensation bzw. Verflüssigung im Kondensator sichergestellt werden. In dem Kühlkrei slauf kann ein erster Bypass mit zumindest einem weiteren Drosselorgan bzw. einer Kapillare ausgebildet sein, wobei der erste Bypass den Verdi chter in Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter und vor dem Kondensator überbrücken kann, wobei über das weitere Drosselorgan eine Druckdifferenz zwi schen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Kühlkrei slaufs ausgleichbar sein kann. Der erste Bypass kann ergänzend mit einem einstellb aren oder regelbaren Ventil, bei spiel swei se einem Magnetventil , ausgestattet sein. Durch die Verbindung von Hochdruckseite und Ni ederdruckseite über das weitere Drosselorgan kann sichergestellt werden, dass bei einem Anlagenstill stand das hochverdichtete und gasförmige Kältemittel von der Hoch- druckseite allmählich auf di e Niederdruckseite des Kühlkrei slaufs strömt. So wird auch bei geschlossenem Expansionsorgan sichergestellt, dass ein allmählicher Druckausgleich zwi schen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite erfolgt. Ein Querschnitt des weiteren Drosselorgans kann dabei so bemessen sein, dass ein Überströmen des Kältemittel s von der Hochdruckseite zur Ni ederdruckseite einen normalen B etrieb der Kühleinri chtung nur unwesentlich beeinflusst.
Weiter kann in dem Kältekrei slauf ein zweiter Bypass mit zumindest einem ersten Magnetventil ausgebildet sein, wobei der zweite Bypass den Verdichter in Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem Expansi onsorgan überbrücken kann, wobei über das erste Magnetventil Kältemittel so dosierbar sein kann, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittel s auf einer Niederdruckseite des Kühlkrei slaufs vor dem Verdichter regelbar sein kann . Dadurch kann u. a. verhindert werden, dass der Verdichter, bei dem es sich bei- spiel swei se um einen Kompressor handeln kann, eventuell überhitzt und damit beschädigt wird. Folglich kann über den zweiten Bypass durch B etätigung des ersten Magnetventil s vor dem Verdichter befindli ches gasförmiges Kältemittel durch Zudosieren von noch flüssigem Kältemittel gekühlt werden. Eine Betätigung des ersten Magnetventil s kann durch eine Steuervorrichtung erfolgen, die ihrerseits mit einem Druck- und/oder Temperatursensor in dem Kühlkrei slauf vor dem Verdichter gekoppelt i st. Besonders vorteilhaft i st es, wenn über den zweiten By- pass eine Sauggastemperatur von < 30 °C eingestellt werden kann. Auch kann das Kältemittel so dosiert werden, dass eine B etrieb sdauer des Verdichters regelbar i st. Prinzipiell i st es nachteilig, wenn der Verdichter bzw. Kompressor vielfach eingeschaltet und ausgeschaltet wird. Eine Lebensdauer eines Kompressors kann verlängert werden, wenn dieser längere Zeitab schnitte in B etrieb i st. Über den zweiten Bypass kann Kältemittel an dem Kompressor vorbeigeführt werden, um bei spiel swei se ein automati sches Ab schalten des Kompressors zu verzögern und eine B etrieb sdauer des Kompressors zu verlängern. In dem Kältekrei sl auf kann auch ein dritter Bypass mit zumindest einem zweiten Magnetventil ausgebildet sein, wobei der dritte Bypass das Expansi onsorgan in Strömungsrichtung vor dem Kondensator überbrücken kann, wobei über das zweite Magnetventil Kältemittel so dosierbar sein kann, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittel s auf einer Niederdruckseite des Kühlkrei slaufs vor dem Verdichter regelbar sein kann. Der dritte Bypass kann ebenfall s ein Drosselorgan bzw. eine Kapillare aufwei sen, das bzw. die ein Üb erströmen von Kältemittel verzögert.
Di e Temperiervorrichtung kann eine Regeleinrichtung mit zumindest einem Drucksensor und/oder zumindest einem Temperatursensor in dem Kühlkrei slauf umfassen, wobei Magnetventile mittel s der Regeleinrichtung in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur bzw. eines Drucks betätigb ar sein können. Die Regeleinri chtung kann Mittel zur Datenverarb eitung umfassen, die Datensätze von Sensoren verarbeiten und die Magnetventil e ansteuern. Eine Regelung einer Funktion der Kühleinrichtung kann dann auch, bei spiel swei se üb er ein entsprechendes Computerprogramm, an das verwendete Kältemittel angepasst sein. Weiter kann die Regeleinrichtung eine Betrieb sstörung signali sieren und ggf. eine Ab schaltung der Prüfkammer veranlassen, um die Prüfkammer oder das Prüfgut von einer Beschädigung durch kriti sche oder unerwünschte B etrieb szustände der Prüfkammer zu schützen . Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Prüfkammer 10 mit einem Schaltplan einer Temperiervorrichtung 11. Die Prüfkammer 10 umfasst einen hier nur abschnittsweise dargestellten Prüfraum 12, der durch temperaturisolierte Wände 13 gegenüber einer Umgebung 14 begrenzt und temperaturisoliert ist. Innerhalb des Prüfraums 12 ist ein Lüfter 15 angeordnet.
Die Temperiervorrichtung 11 umfasst eine Kühleinrichtung 16 mit einem Kühlkreislauf 17, innerhalb dem ein Kältemittel zirkulieren kann. Bei dem Kältemittel handelt es sich um ein nahezu azeotropes Kältemittelgemisch aus einem Masseanteil Kohlendioxid und einem Masseanteil mindestens einer der Komponenten Ethan, Ethen, Hexafluorethan, Penta- fluorethan, Monofluorethan, 1.1 Difluorethen, Fluormethan und/oder Propan und/oder Xenon, wobei das Kältemittel ein relatives C02-
Äquivalent, bezogen auf 20 Jahre von < 10 aufweist. Weiter umfasst die Kühleinrichtung 16 einen Wärmeübertrager 18, der in dem Prüfraum 12 angeordnet ist, einen Kompressor 19, einen Kondensator 20 und ein Expansionsorgan 21. In dem Prüfraum 12 ist darüber hinaus ein weiterer Wärmeübertrager 22 einer Heizeinrichtung 23 der Temperiervorrichtung 11 angeordnet. So kann mittels der Temperiervorrichtung 11 innerhalb des Prüfraums 12 eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bis +180 °C und auch von -100 °C bis +200 °C ausgebildet werden. Eine Linie 24 zeigt eine räumliche Trennung zwischen einem Maschinenraum 25 und dem Prüfraum 12 an.
Der Kühlkreislauf 17 weist eine Hochdruckseite 26, die in Strömungsrichtung des Kältemittels vom Kompressor 19 zum Expansionsorgan 21 sowie eine Niederdruckseite 27, die vom Expansionsorgan 21 zum
Kompressor 19 verläuft, auf. Im Kühlkreislauf 17, dem Kompressor 19 nachgeordnet, sind eine Ölabscheideeinrichtung 28 und ein Temperatorsensor 29 angeordnet. Im weiteren Verlauf des Kühlkreislaufs 17 nach- folgend der Ölab scheideeinrichtung 28 i st ein Drucksensor 30 angeordnet und dem nachfolgend ein Gaskühler 3 1 . In einem Rohrab schnitt 32 vom Kompressor 19 bi s zum Gaskühler 3 1 i st das Kältemittel gasförmig und wei st eine vergleichswei se hohe Temperatur auf. Das von dem Kompres- sor 19 verdichtete Kältemittel fließt in dem Kühlkrei slauf 17 zu dem Kondensator 20, der hier über einen weiteren Kühlkrei slauf 33 gekühlt wird, derart, dass das gasförmige Kältemittel in dem Kondensator 20 verflüssigt wird. In Fließrichtung des Kältemittel s folgen in dem Kühlkrei slauf 1 7 nach dem Kondensator 20 ein Ab sperrventil 34 und ein Filtertrockner 3 5 zum Filtern und Trocknen des Kältemittel s. Das Kältemittel gelangt danach in dem Kühlkrei slauf 17 an ein Magnetventil 36 und das Expansionsorgan 21 , welches über einen druckb eaufschlagten Rohrab schnitt 37 und einen Temperatursensor 38 selb stregelnd ausgebildet i st. In einem Rohrab schnitt 39 des Kühlkrei slaufs 17 liegt das Kälte- mittel demnach im flüssigen Aggregatzustand vor. Das in Bezug auf den Wärmeübertrager 1 8 und den Kompressor 19 in einem Vorlauf 40 angeordnete Expansionsorgan 2 1 wird folglich über den Rohrab schnitt 37 und den Temperatursensor 38, welche mit einem Rücklauf 41 des Kühlkrei slaufs 17 verbunden sind, geregelt. Durch die Expansion des Kältemittel s nachfolgend dem Expansionsorgan 21 erfolgt eine Kühlung des Wärmeübertragers 1 8, wobei das Kältemittel in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht und über den Rücklauf 41 bzw. einem Rohrab schnitt 42 zum Kompressor 19 geleitet wird.
In dem Kühlkrei slauf 17 sind weiter ein erster Bypass 43 mit einem Drosselorgan 44 und einem Ab sperrventil 45 angeordnet. Der erste
Bypass 43 überbrückt den Kompressor 19, so dass bei einem Still stand des Kompressors 1 9 ein allmählicher Druckausgleich zwi schen der Hochdruckseite 26 und der Niederdruckseite 27 über das Drosselorgan 44 erfolgt. Ein zweiter Bypass 46 mit einem Drosselorgan 47 und einem Magnetventil 48 i st hier an den ersten Bypass 43 angeschl ossen und überbrückt ebenfall s den Kompressor 19 vor dem Kondensator 20 und nachfolgend dem Gaskühler 3 1 . Über das Magnetventil 28 kann dann Kältemittel von der Hochdruckseite 26 zur Niederdruckseite 27 strömen und so dosiert werden, dass eine Sauggastemperatur und ein Sauggasdruck in dem Rohrab schnitt 42 vor dem Kompressor 19 in dem für das Kältemittel optimalen B erei ch liegen. Der erste Bypass 43 dient somit zum Überströmen von kaltem, expandierendem gasförmigem Kältemittel b ei einem Anlagenstill stand und damit zum Druckausgleich. Der zweite Bypass 46 di ent zum Überströmen von verglei chswei se heißem, gasförmigem
Kältemittel in den Rücklauf 41 zur Regelung einer Sauggastemperatur vor dem Kompressor 19. Eine Sauggastemperatur kann hier < 30 °C betragen.
Ein dritter Bypass 49 greift nachfolgend dem Kondensator 20 bzw. dem Filtertrockner 35 in den Kühlkrei slauf 17 ein, derart, dass das Expansionsorgan 21 überbrückt wird, wobei über ein Drosselorgan 50 und ein Magnetventil 5 1 Kältemittel von der Hochdruckseite 26 zur Niederdruckseite 27 so dosierbar i st, dass eine Sauggastemperatur bzw. ein Sauggasdruck des Kältemittel s auf der Ni ederdruckseite 27 vor dem Kompressor 1 9 regelbar i st. Im Gegensatz zum zweiten Bypass 46 i st das üb er den dritten Bypass 49 zudosierte Kältemittel flüssig, was insbesondere eine Ab senkung der Sauggastemperatur in dem Rücklauf 41 nach Regelung durch das Magnetventil 5 1 erlaubt.
Der weitere Kühlkrei slauf 33 umfasst einen weiteren Verdichter 52, einen weiteren Kondensator 53 und ein weiteres Expansionsorgan 54 sowie einen internen Wärmeüb ertrager 55 , mittel s dem eine Kühlung des Kondensators 20 bewerkstelligt wird.

Claims

Patentansprüche
Prüfkammer (10) zur Konditionierung von Luft, umfassend einen gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum (12) zur Aufnahme von Prüfgut, und eine Temperiervorrichtung (ll)zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bis +180 °C, vorzugsweise -100 °C bis +200 °C, innerhalb des Prüfraums ausbildbar ist, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung (16) mit einem Kühlkreislauf (17) mit einem Kältemittel, einem Wärmeübertrager (18), der in dem Prüfraum angeordnet ist, einem Verdichter (19), einem Kondensator (20) und einem Expansionsorgan (21) aufweist,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass das Kältemittel ein nahezu azeotropes und/oder zeotropes Kältemittelgemisch aus einem Masseanteil Kohlendioxid und einem Masseanteil mindestens einer der Komponenten Ethan, Ethen, Hexafluor- ethan, Pentafluorethan, Monofluorethan, 1.1 Difluorethen, Fluormethan und/oder Propan und/oder Xenon ist, wobei das Kältemittel ein relatives C02-Äquivalent, bezogen auf 20 Jahre, von < 3000, bevorzugt < 500, besonders bevorzugt < 10, aufweist.
2. Prüfkammer nach Anspruch 1,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass das Kältemittel nicht brennbar ist.
3. Prüfkammer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass das Kältemittel in Kältemaschinenöl löslich ist.
4. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass das Kältemittel ein Temperaturgleit von kleiner oder gleich 20 K, bevorzugt 5 K, besonders bevorzugt 1 K aufweist.
5. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,09 bis 0,45 bei einer Mischung mit Ethen beträgt.
6. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,35 bis 0,63 bei einer Mischung mit Hexafluorethen beträgt.
7. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,62 bis 0,78 bei einer Mischung mit Ethan beträgt.
8. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,2 bis 0,8, bevorzugt 0,35 bis 0,75, besonders bevorzugt 0,4 bis 0,7, bei einer Mischung mit Penta- fluorethan beträgt.
9. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,2 bis 0,8 und Pentafluorethan 0,1 bis 0,4, bevorzugt Kohlendioxid 0,3 bis 0,7 und Pentafluorethan 0,15 bis 0,35, besonders bevorzugt Kohlendioxid 0,4 bis 0,6 und Pentafluorethan 0,2 bis 0,6, bei einer Mischung mit Difluormethan beträgt.
10. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass ein Masseanteil Kohlendioxid 0,16 bis 0,97 bei einer Mischung mit Xenon beträgt.
11. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass eine Komponente Cyclopropan, mit einem Masseanteil von 0,03 bis 0,2, ist.
12. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass die Temperiervorrichtung (11) eine Heizeinrichtung (23) mit einer Heizung und einem weiteren Wärmeübertrager (22) aufweist.
13. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass die Kühleinrichtung (16) einen weiteren Kühlkreislauf (33) mit einem weiteren Kältemittel, einem weiteren Verdichter (52), einem weiteren Kondensator (53), und einem weiteren Expansionsorgan (54) aufweist, wobei der weitere Kühlkreislauf mittels eines internen Wärmeübertragers (55) mit dem Kondensator (20) des Kühlkreislaufs (17) gekoppelt ist.
14. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass der Kondensator (20, 53) mit einer Luftkühlung oder Wasserkühlung oder einer anderen Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.
15. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass in dem Kühlkreislauf (17) eine Druckausgleichseinrichtung für das Kältemittel angeordnet ist, wobei bei einer im Kühlkreislauf gleichmäßig ausgebildeten Temperatur des Kältemittels von 20 °C ein Druck von < 40 bar, vorzugsweise < 35 bar im Kühlkreislauf ausgebildet ist. 16. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass an eine Niederdruckseite (27) des Kühlkreislaufs (17) ein Kältemittelreservoir mit einem Drosselorgan angeschlossen ist.
Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass in einer Hochdruckseite (26) des Kühlkreislaufs (17) in Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter (19) und vor dem Kondensator (20) ein Gaskühler (31) angeordnet ist.
Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass in dem Kühlkreislauf (17) ein erster Bypass (43) mit zumindest einem weiteren Drosselorgan (44) ausgebildet ist, wobei der erste Bypass den Verdichter (19) in Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter und vor dem Kondensator (20) überbrückt, wobei über das weitere Drosselorgan eine Druckdifferenz zwischen einer Hochdruck- seite (26) und einer Niederdruckseite (27) des Kühlkreislaufs ausgleichbar ist.
19. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass in dem Kühlkreislauf (17) ein zweiter Bypass (46) mit zumin- dest einem ersten Magnetventil (48) ausgebildet ist, wobei der zweite
Bypass den Verdichter (19) in Strömungsrichtung von dem Kondensator (20) überbrückt, wobei über das erste Magnetventil Kältemittel so dosierbar ist, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittels auf einer Niederdruckseite (27) des Kühlkreis- laufs vor dem Verdichter regelbar ist.
20. Prüfkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass in dem Kühlkreislauf (17) ein dritter Bypass (49) mit zumindest einem zweiten Magnetventil (51) ausgebildet ist, wobei der dritte Bypass das Expansionsorgan (21) in Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator (20) und vor dem Expansionsorgan überbrückt, wobei über das zweite Magnetventil Kältemittel so dosierbar ist, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittels auf einer Niederdruckseite (27) des Kühlkreislaufs vor dem Verdich- ter (19) regelbar ist.
Prüfkammer nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,
dass die Temperiervorrichtung (11) eine Regeleinrichtung mit zumindest einen Drucksensor (30) und/oder zumindest einen Temperatur- sensor (29, 38) in dem Kühlkreislauf ( 17) umfasst, wobei Magnetventile (36, 48 , 5 1 ) mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur bzw. eines Drucks betätigbar sind.
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