VERFAHREN UND PRÜFKAMMER ZUR KONDITIONIERUNG VON LUFT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Prüfkammer zur Konditionierung von Luft mit einem gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum zur Aufnahme von Prüfgut, und einer Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittels der Temperiervorrichtung mit einer Kühleinrichtung, mit einem Kühlkreislauf, mit einem zeotropen Kältemittel, einem in dem Prüfraum angeordneten Wärmeübertrager, einem Verdichter, einem Kondensator, einem ersten Expansionsorgan und einem internen Wärmeübertrager eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +180 °C innerhalb des Prüfraums ausgebildet wird, wobei der interne Wärmeübertrager an einer Hochdruckseite des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem ersten Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite des Kühlkreislaufs in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem Verdichter, angeschlossen ist, wobei der Kühlkreislauf einen Bypass mit zumindest einem zweiten Expansionsorgan aufweist, wobei der Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem internen Wärmeübertrager, und an der Niederdruckseite nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem internen Wärmeübertrager angeschlossen ist.

[0002] Derartige Verfahren und Prüfkammern werden regelmäßig zur Überprüfung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von Gegenständen insbesondere Vorrichtungen eingesetzt. So sind Temperaturprüfschränke oder Klimaprüfschränke bekannt, innerhalb derer Temperaturen in einem Bereich von -70 °C bis + 180 °C eingestellt werden können. Bei Klimaprüfschränken können ergänzend gewünschte Klimabedingungen eingestellt werden, denen dann die Vorrichtung bzw. das Prüfgut über einen definierten Zeitraum ausgesetzt wird. Derartige Prüfkammern sind regelmäßig bzw. teilweise als ein mobiles Gerät ausgebildet, welches lediglich mit den erforderlichen Versorgungsleitungen mit einem Gebäude verbunden ist und alle zur Temperierung und Klimatisierung erforderlichen Baugruppen umfasst. Eine Temperierung eines das zu prüfende Prüfgut aufnehmendem 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 jeweiligen Wärmetauschern. Das Prüfgut kann so temperiert oder auch einem definierten Temperaturwechsel ausgesetzt werden. Während eines Prüfintervalls kann beispielsweise eine Temperatur zwischen einem Temperaturmaximum und einem Temperaturminimum der Prüfkammer wiederholt wechseln.

[0003] Das im Kühlkreislauf zirkulierende Kältemittel muss dabei so beschaffen sein, dass es in dem Kühlkreislauf innerhalb der vorgenannten Temperaturdifferenz verwendbar ist. Weiter darf infolge gesetzlicher Bestimmungen das Kältemittel nicht wesentlich zum Ozonabbau in der Atmosphäre oder der globalen Erwärmung beitragen sowie auch nicht brennbar sein. Diese Bestimmungen können insbesondere durch Kältemittel bzw. Kältemittelgemische erfüllt werden, die einen vergleichsweise hohen Masseanteil an Kohlendioxid aufweisen, wobei diese Kältemittelgemische aufgrund der unterschiedlichen, miteinander gemischten Stoffe zeotrope Eigenschaften haben, was wiederum unerwünscht ist. Bei einem zeotropen Kältemittelgemisch erfolgt ein Phasenübergang über einen Temperaturbereich, den sogenannten Temperaturgleit. Als Temperaturgleit wir dabei eine Differenz zwischen der Siedetemperatur und der Taupunkttemperatur bei konstantem Druck angesehen. Da Kohlendioxid eine Gefriertemperatur bzw. einen Gefrierpunkt von -56,6 °C aufweist, ergibt sich bei Kältemittelgemischen mit Kohlendioxid als wesentlichen Mischpartner zur Erzielung von Temperaturen bis -70 °C ein vergleichsweise großer Temperaturgleit. Da mit einer Prüfkammer bzw. einer entsprechenden Kühleinrichtung ein vergleichsweise schneller Temperaturwechsel am Wärmeübertrager ausgebildet werden muss, ist es erforderlich ein Expansionsorgan und einen Wärmeübertrager bzw. Verdampfer des betreffenden Kühlkreislaufs an die Verdampfungstemperatur des Kältemittels anzupassen. Derartige Kühleinrichtungen können nicht als Gemischkaskadenanlage betrieben werden bei der ein zeotropes Kältemittel sukzessive über ein Expansionsorgan verdampft wird. Gemischkaskadenanlagen sind lediglich zur Ausbildung einer wesentlichen statischen Tieftemperatur geeignet.

[0004] Die bekannten Prüfkammern weisen daher regelmäßig einen internen Wärmeübertrager auf, der an einer Hochdruckseite des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem Verdichter und nachfolgend dem Wärmeübertrager angeschlossen sein kann. Mit dem internen Wärmeübertrager erfolgt eine Kühlung bzw. sogenannte Unterkühlung des verflüssigten Kältemittels der Hochdruckseite.

[0005] Weiter kann ein Bypass vorgesehen sein, der ein zweites Expansionsorgan aufweist und eine Rückeinspritzeinrichtung für Kältemittel ausbildet. Über den Bypass kann dann von der Hochdruckseite Kältemittel über das zweite Expansionsorgan in die Niederdruckseite in Strömungsrichtung vor dem internen Wärmeübertrager geleitet werden, sodass eine Kühlung des Kältemittels auf der Hochdruckseite des internen Wärmeübertragers verstärkt wird. Durch dieses Herabsetzen einer Sauggasttemperatur vor dem Verdichter auf der Niederdruckseite des internen Wärmeübertagers kann folglich eine größere Unterkühlung erreicht werden. Diese Unterkühlung wird in der Regel nicht überwacht bzw. es wird keine Temperatur vor dem ersten Expansionsorgan gemessen. Das zweite Expansionsorgan wird so eingestellt, dass stetig Kältemittel über das zweite Expansionsorgan dosiert wird und somit während eines Betriebs des Kühlkreislaufs eine Unterkühlung sichergestellt ist. Eine derartige Prüfkammer ist beispielsweise aus der DE 10 2017 216 363 A1 bekannt.

[0006] Nachteilig ist hier jedoch, dass aufgrund des vergleichsweise weiten Temperaturbereichs, bei mehrstufigen Kühleinrichtungen von -70 °C bis +180 °C und bei einstufigen Kühleinrichtungen von -40 °C bis +180 °C, die zur Unterkühlung benötigte Kälteleistung sehr stark variiert. Je nach Betriebspunkt der Kühleinrichtung kann es zu Schwankungen kommen, sodass die Unterkühlungen dann gegebenenfalls nicht ausreichend ist. Wenn über das zweite Expansionsorgan eine größere Menge an Kältemittel zu dem internen Wärmeübertrager zur Unterkühlung des Kältemittels auf der Hochdruckseite dosiert wird, kann es zur Absenkung der Sauggastemperatur vor dem Verdichter auf ein nicht mehr akzeptables Niveau kommen.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Prüfkammer zur Konditionierung von Luft vorzuschlagen das bzw. die ein stabiles Betriebsverhalten gewährleistet.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Prüfkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konditionierung von Luft wird mit einer Prüfkammer mit einem gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum zur Aufnahme von Prüfgut und einer Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums ausgeführt, wobei mittels der Temperiervorrichtung mit einer Kühleinrichtung mit einem Kühlkreislauf mit einem Kältemittel, einem in dem Prüfraum angeordneten Wärmeübertrager, einem Verdichte, einem Kondensator, einem ersten Expansionsorgan und einem internen Wärmeübertrager eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +180 °C innerhalb des Prüfraums ausgebildet wird, wobei der interne Wärmeübertrager an einer Hochdruckseite des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem ersten Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite des Kühlkreislaufs in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem Verdichter, angeschlossen ist, wobei der Kühlkreislauf einen Bypass mit zumindest einem zweiten Expansionsorgan aufweist, wobei der Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem internen Wärmeübertrager, und an der Niederdruckseite nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem internen Wärmeübertrager angeschlossen ist, wobei eine Regeleinrichtung der Temperiervorrichtung mit einem Drucksensor an der Hochdruckseite und mit einem Temperatursensor an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem internen Wämeübertrager in den Kühlkreislauf das zweite Expansionsorgan in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur regelt.

[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Seitenwände, Bodenwände und Deckenwände des Prüfraums temperaturisoliert, sodass ein Wärmeaustausch mit einer Umgebung des Prüfraums weitgehend vermieden wird. Der Wärmeübertrager ist in dem Prüfraum angeordnet, sodass der Kühlkreislauf zumindest abschnittsweise durch den Prüfraum verläuft. Insbesondere kann der Wärmeübertrager in einem Luftbehandlungsraum des Prüfraums angeordnet sein. Die Kühleinrichtung weist weiter den Verdichter, welcher beispielsweise ein Kompressor sein kann, sowie den in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Verdichter nachfolgend angeordneten Kondensator für das verdichtete Kältemittel auf. Das verdichtete Kältemittel, welches nach der Verdichtung unter einem hohen Druck steht und im Wesentlichen gasförmig vorliegt, kondensiert im Kondensator und liegt dann im Wesentlichen in einem flüssigen Aggregatzustand vor. Das flüssige Kältemittel strömt weiter über den internen Wärmeübertrager und das Expansionsorgan, wobei es durch Expansion infolge eines Druckabfalls wiederum gasförmig wird. Wenn es sich um ein zeotropes Kältemittel handelt, kann gegebenenfalls nur ein Teil des Kältemittels in dem Wärmeübertrager verdampfen und ein nicht nutzbarer Teil eines Nassdampf-Anteils des Kältemittels in den internen Wärmeübertrager verlagert werden. Nachfolgend wird das gasförmige Kältemittel wieder vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Prinzipiell kann das Verfahren auch mit einem azeotropen Kältemittel ausgeführt werden.

[0011] Erfindungsgemäß umfasst die Temperiervorrichtung die Regeleinrichtung mit dem Drucksensor und dem Temperatursensor, die an der Hochdruckseite angeschlossen sind. Über den Drucksensor wird ein Druck des Kältemittels der Hochdruckseite gemessen. Prinzipiell kann der Drucksensor daher an einer beliebigen Stelle des Kühlkreislaufs der Hochdruckseite angeschlossen sein. Da eine Temperatur des Kältemittels im Verlauf des Kühlkreislaufs regelmäßig, je nach Abschnitt des Kühlkreislaufs, unterschiedlich ist, ist vorgesehen dass der Temperatursensor an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem internen Wärmeübertrager und vor dem ersten Expansionsorgan angeordnet ist. Demzufolge wird dann eine Temperatur des Kältemittels unmittelbar vor dem ersten Expansionsorgan gemessen. Die Regeleinrichtung regelt nun das zweite Expansionsorgan bzw. eine Dosierung von Kältemittel über den Bypass von der Hochdruckseite in die Niederdruckseite zu dem internen Wärmeübertrager in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur. Durch die Einbeziehung von Druck und Temperatur bei der Regelung wird es erst möglich einen Zustand des Kältemittels vor dem ersten Expansionsorgan verlässlich zu ermitteln und eine ausreichende Unterkühlung des Kältemittels vor dem ersten Expansionsorgan mittels des internen Wärmeübertragers durch die Regelung des zweiten Expansionsorgans zu ermöglichen. Somit ist dann stets immer sichergestellt, dass ausreichend flüssiges Kältemittel am ersten Expansionsorgan zur Verfügung steht und gleichzeitig eine Sauggasttemperatur nicht zu weit abgesenkt wird. Kritische Betriebszustände der Kühleinrichtung können so mit einfachen Mitteln vermieden werden.

[0012] Das Verfahren ist besonders einfach ausführbar, wenn in dem Kühlkreislauf bereits ein Drucksensor und ein Temperatursensor an entsprechender Stelle verbaut ist und die Temperiervorrichtung über eine Regeleinrichtung verfügt. Dann ist es lediglich erforderlich die Regeleinrichtung entsprechend so zu modifizieren, dass das zweite Expansionsorgan mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur geregelt wird.

[0013] Folglich kann das Kältemittel der Hochdruckseite mittels des internen Wärmeübertragers gekühlt werden. Da der interne Wärmeübertrager an die Hochdruckseite und die Niederdruckseite des Kühlkreislaufs angeschlossen ist, kann das Kältemittel der Hochdruckseite bei einem Durchfließen des internen Wärmeübertragers von dem Kältemittel der Niederdruckseite gekühlt werden.

[0014] Über das zweite Expansionsorgan kann dem internen Wärmeübertrager Kältemittel zugeführt werden, wobei von der Niederdruckseite des internen Wärmeübertragers Kältemittel dem Verdichter zugeführt werden kann. Um eine Kühlung bzw. Unterkühlung des Kältemittels der Hochdruckseite im internen Wärmeübertrager sicherzustellen bzw. eine Temperatur des Kältemittels nicht über eine Siedetemperatur des Kältemittels zu erhöhen ist der Bypass mit dem zweiten Expansionsorgan vorgesehen, wobei über den Bypass und das zweite Expansionsorgan Kältemittel auf die Niederdruckseite vor dem internen Wärmeübertrager dosiert wird und so eine Sauggasttemperatur weiter abgesenkt werden kann.

[0015] Das Verfahren ist besonders voreilhaft anwendbar, wenn als Kältemittel ein Kältemittel mit einem Temperaturgleit von ≥ 5 K verwendet wird. Ein zeotropes Kältemittel kann auch durch ein Kältemittelgemisch ausgebildet sein. Je nach Mischungszusammensetzung dieses Kältemittelgemischs kann das Kältemittel einen Temperaturgleit von ≥7 K bis ≥15 K aufweisen. Der Temperaturgleit ist hier für einen Verdampfungsdruck von 1 Bar angegeben.

[0016] Beispielsweise kann als Kältemittel R469A oder ein Gemisch aus dem Kältemittel R469A und dem Kältemittel R410A oder R466A verwendet werden. Das Kältemittel R469A besteht aus 35 Gew.-% Kohlenstoffdioxid, 32,5 Gew.-% Difluormethan und 32,5 Gew.% Pentafluorethan und weist eine Siedetemperatur von -78,5 °C und eine Taupunkttemperatur von -61,5 °C auf, sodass in einem entsprechend angepassten Kühlkreislauf, beispielsweise in einer mehrstufigen Kühleinrichtung, Temperaturen bis -70 °C erreichbar sind. Das Gemisch aus dem Kältemittel R469A und dem Kältemittel R410A oder R466 kann vorteilhaft in einer einstufigen Kühleinrichtung mit nur einem Kühlkreislauf verwendet werden. Der Masseanteil R449A an dem Kältemittelgemisch kann 30 bis 70 Masseprozent betragen, wobei der Masseanteil des weiteren Kältemittels R410A oder R466 an dem Kältemittelgemisch 30 bis 70 Masseprozent betragen kann. Vorteilhaft kann der Masseanteil R449A 50 Masseprozent und der Masseanteil R410A oder R466 50 Masseprozent betragen. Auch erfüllt das bzw. erfüllen die Kältemittel die Anforderungen der EU-Verordnung Nr. 5172014 an Kältemittel in der zum Prioritätstag gültigen Fassung. Die Benennung von Kältemitteln betreffend wird auf die DIN 8960 in der zuletzt von dem Prioritätstag gültigen Fassung verwiesen.

[0017] Besonders vorteilhat ist es, wenn die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan nach einer Führungsgröße regelt, wobei die Führungsgröße eine Siedetemperatur des Kältemittels oder Temperatur des unterkühlten Kältemittels am ersten Expansionsorgan sein kann. Die Regeleinrichtung kann folglich einen Regelkreis bzw. einen Regler ausbilden der die Führungsgröße mit einer Regelgröße vergleicht oder das zweite Expansionsorgan mit einer Stellgröße beeinflusst. Da das im Kühlkreislauf befindliche Kältemittel grundsätzlich bekannt ist, ist auch die Siedetemperatur des Kältemittels bei dem gemessenen Druck in der Hochdruckseite bekannt, sodass die Siedetemperatur des Kältemittels vorteilhaft als Führungsgröße verwendet werden kann. Die Regeleinrichtung kann Mittel zur Datenverarbeitung, beispielsweise eine SPS-Steuerung, einen Computer oder dergleichen umfassen, wobei mit der Regeleinrichtung ein Computerprogrammprodukt bzw. eine Software ausgeführt werden kann, die die zur Ausführung des Verfahrens erforderlichen Schritte durchführt.

[0018] Eine Bestimmung der Siedetemperatur kann durch die Regeleinrichtung erfolgen, wobei die Regeleinrichtung für den am Drucksensor gemessenen Druck die Siedetemperatur des Kältemittels berechnen kann. Demnach kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung die Siedetemperatur des betreffenden Kältemittels für den jeweiligen gemessenen Druck berechnet und so die Siedetemperatur bzw. die Führungsgröße der Regelung eigens ermittelt.

[0019] Besonders einfach kann die Berechnung der Siedetemperatur mittels eines Polynoms oder einer Dampfdrucktabelle erfolgen. Das Polynom oder die Dampfdrucktabelle können dann eine Phasengrenzlinie, die der Siedetemperatur bzw. der Sättigungstemperatur bei einem Sättigungsdampfdruck bzw. Siededruck entspricht nachbilden. Das Polynom oder die Dampfdrucktabelle kann in der Regeleinrichtung gespeichert sein, sodass sich für den gemessenen Druck, der dann einem angenommenen Siededruck entspricht, ein Wert für die Siedetemperatur ableiten bzw. durch die Regeleinrichtung berechnen lässt.

[0020] Die Regeleinrichtung kann die Führungsgröße durch Addition der Siedetemperatur mit einem Sicherheitswert von 5 K bis 25 K, bevorzugt 7 K bis 15 K, berechnen. Die Regeleinrichtung kann die Führungsgröße derart bestimmen, dass zu der Siedetemperatur noch ein Sicherheitswert addiert wird, sodass die Führungsgröße größer ist als die Siedetemperatur. Wird für den Sicherheitswert ein Bereich von beispielsweise 7 K bis 15 K angenommen, ergibt sich ein Führungsgrößenbereich innerhalb dem die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan regelt. Durch den Zuschlag des Sicherheitswertes auf die Führungsgröße kann vermieden werden, dass die Temperatur des Kältemittels an dem ersten Expansionsorgan, beispielsweise durch einen Regelsprung der Temperatur, über die Siedetemperatur steigt.

[0021] Die Regeleinrichtung kann zur Bestimmung einer Regelabweichung die am Temperatursensor gemessene Temperatur als Regelgröße von der Siedetemperatur subtrahieren wobei die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan in Abhängigkeit der Regelabweichung mit einer Stellgröße regeln kann. Durch die Subtraktion der gemessenen Temperatur von der berechneten Siedetemperatur lässt sich eine Regelabweichung besonders einfach bestimmen. Je nach Regelabweichung kann die Regeleinrichtung dann das zweite Expansionsorgan mit einer Stellgröße regeln und so eine Menge eines über das zweite Expansionsorgan dosierte Kältemittel beeinflussen.

[0022] Folglich kann eine Regelung des zweiten Expansionsorgans mit der Stellgröße erfolgen, wenn die gemessene Temperatur höher ist als die Führungsgröße bzw. die Siedetemperatur, und keine Regelung mit der Stellegröße erfolgen, wenn die gemessene Temperatur niedriger ist als die Führungsgröße. Sofern keine Regelung mit der Stellgröße erfolgt ist eine Stellgröße bzw. ein Stellgrad dann 0%. Das zweite Expansionsorgan kann jedoch noch so weit geöffnet sein, das Kältemittel über das zweite Expansionsorgan fließt und eine kontinuierliche Unterkühlung sichergestellt ist. Eine weitergehende Öffnung des zweiten Expansionsorgans erfolgt nur dann, wenn die gemessene Temperatur höher ist als die Führungsgröße. Andernfalls befindet sich das zweite Expansionsorgan in einem Normalbetrieb. Davon abweichend kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Expansionsorgan vollständig geschlossen wird, wenn die gemessene Temperatur niedriger ist als die Führungsgröße.

[0023] Die Regeleinrichtung kann die Stellgröße auf einen maximalen Wert begrenzen. Dadurch ist dann sichergestellt, dass das zweite Expansionsorgan nicht so weit geöffnet wird, dass bei einem Ausfall des Temperatursensors oder des Drucksensors das zweite Expansionsorgan von der Regeleinrichtung so weit geöffnet wird, dass die Kühleinrichtung beschädigt wird.

[0024] Das zweite Expansionsorgan kann besonders vorteilhaft mit einem PID-Regler der Regeleinrichtung geregelt werden. Der PID-Regler kann ein PID-Regler in einer Reihenstruktur oder einen PID-Regler in einer Parallelstruktur sein. Der PID-Regler ist einfach realisierbar und leicht anpassbar. Der PID-Regler kann besonders einfach im Rahmen einer digitalen Regelung mit der Regeleinrichtung realisiert werden.

[0025] Bei dem Verfahren kann mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -50 °C bis +180 °C, bevorzugt von - 70 °C bis +180 °C, besonders bevorzugt von -80 °C bis +180 °C, innerhalb des Prüfraums ausgebildet werden. Der Temperaturbereich von - 50 °C bis +180 °C kann noch von einer einstufigen Kühleinrichtung mit nur einem Kühlkreislauf ausgebildet werden. Für die übrigen, tieferen Temperaturbereiche kann eine mehrstufige Kühleinrichtung mit zumindest zwei oder mehr in Art einer Kaskade verbundenen Kühlkreisläufen verwendet werden. Weiter kann mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -80 °C bis +180 °C, bevorzugt -80 °C bis +220 °C, innerhalb des Prüfraums ausgebildet werden. Auch kann mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von < +60 °C bis +220 °C innerhalb des Prüfraums auf eine Temperatur von -70 °C oder -80 °C reduziert werden. Das Kältemittel wird im Wärmeübertrager durch die vergleichsweise hohe Temperatur im Prüfraum stark erwärmt weshalb der Kühlkreislauf hinsichtlich seiner Konstruktion, zumindest auf einer Niederdruckseite des Kühlkreislaufs, an ein in diesem Temperaturbereich erwärmtes Kältemittel technisch angepasst sein kann. Ein derart erwärmtes Kältemittel ist sonst nicht mehr auf der Hochdruckseite des Kühlkreislaufs optimal nutzbar. Weiter kann auch vorgesehen sein, dass in dem angegebenen Temperaturbereich eine Temperaturkonstanz von +/-1 K +/-0,3 K bis +/-0,5 K während eines Prüfintervalls in dem Prüfraum ausgebildet wird. Unter einem Prüfintervall wird hier ein Zeitabschnitt eines vollständigen Prüfzeitraums verstanden in dem Prüfgut einer im Wesentlichen gleichbleibenden Temperatur oder Klimabedingung ausgesetzt wird.

[0026] Unter einem Expansionsorgan wird zumindest ein Expansionsventil, Drosselorgan, Drosselventil oder eine andere geeignete Verengung einer Fluidleitung verstanden.

[0027] Das erste Expansionsorgan und das zweite Expansionsorgan können jeweils aus einem Drosselorgan und einem Magnetventil gebildet sein, wobei mittels der Regeleinrichtung über das jeweilige Drosselorgan und das Magnetventil Kältemittel dosiert werden kann. Das Drosselorgan kann ein einstellbares Ventil oder eine Kapillare sein, über das bzw. die dann mittels des Magnetventils Kältemittel geleitet wird. Das Magnetventil kann seinerseits mittels der Regeleinrichtung betätigt werden. Die Betätigung kann derart erfolgen, dass das Magnetventil über eine Stellgröße zur Dosierung von Kältemittel betätigt wird.

[0028] Die erfindungsgemäße Prüfkammer zur Konditionierung von Luft, umfasst eine gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum zur Aufnahme von Prüfgut, und einer Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkreislauf mit einem Kältemittel, einen in dem Prüfraum angeordneten Wärmeübertrager, einen Verdichter, einen Kondensator, ein erstes Expansionsorgan und einen internen Wärmeübertrager aufweist, wobei mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturereich von -40 °C bis +180 °C innerhalb des Prüfraums ausbildbar ist, wobei der interne Wärmeübertrager an einer Hochdruckseite des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem ersten Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite des Kühlkreislaufs in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem Verdichter, angeschlossen ist, wobei der Kühlkreislauf einen Bypass mit zumindest einem zweiten Expansionsorgan aufweist, wobei der Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem internen Wärmeübertrager und an der Niederdruckseite nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem internen Wärmeübertrager angeschlossen ist, wobei die Temperiervorrichtung eine Regeleinrichtung mit einem Drucksensor an der Hochdruckseite und einem Temperatursensor an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem internen Wärmerübertrager in dem Kühlkreislauf umfasst, wobei das zweite Expansionsorgan mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur regelbar ist. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Prüfkammer wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.

[0029] Die Kühleinrichtung kann mit alleine einem Kühlkreislauf ausbildet sein. Bei dieser Ausführungsform einer Prüfkammer wird es möglich niedrige Temperaturen ohne großen baulichen Anlagenaufwand für mehrere Kühlkreisläufe in dem Prüfraum auszubilden, beispielsweise -40 °C oder bis zu -50 °C.

[0030] Der Kondensator kann als ein Kaskaden-Wärmeübertrager eines weiteren Kühlkreislaufs der Kühleinrichtung ausgebildet sein, wobei der weitere Kühlkreislauf ein weiteres Kältemittel, den Kaskaden-Wärmeübertrager, einen weiteren Verdichter, einen weiteren Kondensator, und ein weiteres Expansionsorgan aufweisen kann. Demnach kann die Prüfkammer dann zumindest zwei Kühlkreisläufe aufweisen, wobei der Kühlkreislauf eine zweite Stufe der Kühleinrichtung und der weitere Kühlkreislauf, der dann dem Kühlkreislauf vorgelagert ist, eine erste Stufe der Kühleinrichtung ausbilden kann. Der Kondensator dient dann als ein Kaskaden-Wärmeübertrager bzw. Wärmeübertrager für den Kühlkreislauf. Bei dieser Ausführungsform einer Prüfkammer wird es möglich besonders niedrige Temperaturen in dem Prüfraum auszubilden, beispielsweise -70 °C.

[0031] Die Temperiervorrichtung kann eine Heizeinrichtung mit einer Heizung und einem Heiz-Wärmeübertrager in dem Prüfraum aufweisen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung sein, die den Heiz-Wärmeübertrager beheizt derart, dass über den Heiz-Wärmeübertrager eine Temperaturerhöhung in dem Prüfraum ermöglicht wird. Wenn der Wärmeübertrager und der Heiz-Wärmeübertrager mittels der Regeleinrichtung zur Kühlung oder Erwärmung der im Prüfraum umgewälzten Luft gezielt gesteuert werden können, kann mittels der Temperiervorrichtung innerhalb des Prüfraums eine Temperatur in dem vorstehend angegebenen Temperaturbereich ausgebildet werden. Der Heiz-Wärmeübertrager kann zusammen mit dem Wärmeübertrager des Kühlkreislaufs derart kombiniert sein, dass ein gemeinsamer Wärmeübertragerkörper ausgebildet ist, der vom Kältemittel durchströmbar ist und der Heizelemente einer elektrischen Widerstandheizung aufweist. Der Kondensator kann mit einer Luftkühlung oder Wasserkühlung oder einer anderen Kühlflüssigkeit ausgebildet sein, wenn der Kondensator nicht als ein Kaskaden-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Prinzipiell kann der Kondensator mit jedem geeigneten Fluid gekühlt werden. Wesentlich ist, dass die am Kondensator anfallende Wärmelast über die Luftkühlung oder Wasserkühlung so abgeführt wird, dass das Kältemittel so kondensieren kann, dass es verflüssigt wird.

[0032] Der Kühlkreislauf kann einen weiteren Bypass mit zumindest einem dritten Expansionsorgan aufweisen, wobei der weitere Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter und vor dem Kondensator, und an der Niederdruckseite nachfolgend dem internen Wärmeübertrager und vor dem Verdichter angeschlossen sein kann, derart, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittels auf der Niederdruckseite vor dem Verdichter regelbar ist, und/oder dass eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite ausgleichbar ist. Der weitere Bypass kann ergänzend mit einem einstellbaren oder regelbaren Ventil, beispielsweise einem Magnetventil ausgestattet sein. Durch die Verbindung von Hochdruckseite und Niederdruckseite über das dritte Expansionsorgan kann sichergestellt werden, dass bei einem Anlagenstillstand das verdichtete und gasförmige Kältemittel von der Hochdruckseite allmählich auf die Niederdruckseite des Kühlkreislaufs strömt. So wird auch bei geschlossenem Expansionsorgan sichergestellt, dass ein allmählicher Druckausgleich zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite erfolgt. Ein Querschnitt des dritten Expansionsorgans kann dabei so bemessen sein, dass ein Überströmen des Kältemittels von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite einen normalen Betrieb der Kühleinrichtung nur unwesentlich beeinflusst. Eine Betätigung des dritten Expansionsorgans kann durch die Regeleinrichtung erfolgen, die ihrerseits ergänzend mit einem weiteren Drucksensor, der in dem Kühlkreislauf in einer Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Verdichter angeordnet ist, gekoppelt sein kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn über den weiteren Bypass eine Sauggastemperatur von ≤ 30 °C eingestellt werden kann. Auch kann das Kältemittel so dosiert werden, dass eine Betriebsdauer des Verdichters regelbar ist. Prinzipiell ist es nachteilig wenn der Verdichter bzw. Kompressor vielfach eingeschaltet und ausgeschaltet wird. Eine Lebensdauer des Kompressors kann verlängert werden wenn dieser längere Zeitabschnitte im Betrieb ist. Über den weiteren Bypass kann das Kältemittel an dem Expansionsorgan oder dem Kondensator vorbeigeführt werden, um beispielsweise ein automatisches Abschalten des Kompressors zu verzögern und eine Betriebsdauer des Kompressors zu verlängern.

[0033] Der interne Wärmeübertrager kann als eine Unterkühlstrecke oder ein Wärmetauscher, insbesondere Plattenwärmetauscher ausgebildet sein. Die Unterkühlstrecke kann bereits durch zwei aneinander anliegende Leitungsabschnitte des Kühlkreislaufs ausgebildet sein.

[0034] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Prüfkammer ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

[0035] Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

[0036] Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kühleinrichtung;

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kühleinrichtung.

[0037] Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung 10 mit einem Kühlkreislauf 11, innerhalb dem ein Kältemittel zirkulieren kann. Das Kältemittel ist ein zeotropes Kältemittel mit einem Temperaturgleit von ≥ 5 K. Die Kühleinrichtung 10 umfasst einen weiteren Kühlkreislauf 12, der dem Kühlkreislauf 11 vorgeschaltet ist. Der Kühlkreislauf 11 umfasst einen in einem Prüfraum 13 einer hier nicht näher dargestellten Prüfkammer angeordneten Wärmeübertrager 14, einen Verdichter 15, einen Kondensator 16, ein erstes Expansionsorgan 17 und einen internen Wärmeübertrager 18. Der Kühlkreislauf 11 weist eine Hochdruckseite 19, die in Strömungsrichtung des Kältemittels vom Verdichter 15 zum ersten Expansionsorgan 17 verläuft sowie eine Niederdruckseite 20, die vom ersten Expansionsorgan 17 zum Verdichter 15 verläuft, auf. In einem Rohrabschnitt 21 vom Verdichter 15 zum Kondensator 16 ist das Kältemittel gasförmig und weist eine vergleichsweise hohe Temperatur auf. Das von dem Verdichter 15 komprimierte Kältemittel fließt in den Kühlkreislauf 11 über einen Ölabscheider 22 zu dem Kondensator 16, wobei das gasförmige Kältemittel in dem Kondensator 16 verflüssigt wird. In Strömungsrichtung des Kältemittels folgt in dem Kühlkreislauf 11 nach dem Kondensator 16 der interne Wärmeübertrager 18, wobei in einem Rohrabschnitt 23 des Kühlkreislaufs 11 zwischen dem Kondensator 16 und dem ersten Expansionsorgan 17 das Kältemittel demnach im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Durch eine Expansion des Kältemittels nachfolgend dem ersten Expansionsorgan 17 erfolgt eine Kühlung des Wärmeübertragers 14, wobei das Kältemittel dann in einem Rohrabschnitt 24 zwischen dem ersten Expansionsorgan 17 und dem Wärmeübertrager 14 in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht und über einen Rohrabschnitt 25 vom Wärmeübertrager 14 zu dem Verdichter 15 geleitet wird.

[0038] In dem Kühlkreislauf 11 ist der interne Wärmeübertrager 18 an den Rohrabschnitten 23 und 25 auf der Hochdruckseite 19 und der Niederdruckseite 20 des Kühlkreislaufs 11 angeschlossen. Das Kältemittel der Hochdruckseite 19 strömt im internen Wärmeübertrager 18 an dem Kältemittel der Niederdruckseite 20 so dicht vorbei, dass es zu einem Austausch von Wärmeenergie in dem internen Wärmeübertrager 18 kommt. Der interne Wärmeübertrager 18 dient hier zur Unterkühlung des Kältemittels der Hochdruckseite 19 durch das Kältemittel der Niederdruckseite 20. Diese Unterkühlung wird durch einen Bypass 26 sichergestellt, der aus einem Rohrabschnitt 27 mit einem zweiten Expansionsorgan 28 ausgebildet ist. Der Bypass 26 bzw. der Rohrabschnitt 27 ist an der Hochdruckseite 19 in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator 16 und vor dem internen Wärmeübertrager 18, und an der Niederdruckseite 20 nachfolgend dem Wärmeübertrager 14 und vor dem internen Wärmeübertrager 18 angeschlossen. Über das zweite Expansionsorgan 28 kann so Kältemittel von der Hochdruckseite 19 auf die Niederdruckseite 20 dosiert bzw. expandiert und in den internen Wärmeübertrager 18 geleitet werden.

[0039] Weiter ist in dem Rohrabschnitt 25 unmittelbar vor dem Verdichter 15 ein Drucksensor 29 zum Messen des Drucks der Niederdruckseite 20, und in dem Rohrabschnitt 21, unmittelbar nachfolgend dem Verdichter 15 ein Drucksensor 30 zum Messen des Drucks der Hochdruckseite 19 angeordnet. In dem Rohrabschnitt 23, nachfolgend dem internen Wärmeübertrager 18 und unmittelbar vor dem ersten Expansionsorgan 17 ist ein Temperatursensor 31 angeordnet mit dem eine Temperatur des Kältemittels gemessen wird.

[0040] Weiter ist im Kühlkreislauf 11 ein weiterer Bypass 32 mit einem dritten Expansionsorgan 33 angeschlossen. Der weitere Bypass 32 verläuft von der Hochdruckseite 19 in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter 15 und vor dem Kondensator 16, zu der Niederdruckseite 20 nachfolgend dem internen Wärmeübertrager 18 und vor dem Verdichter 15. Über den weiteren Bypass 32 bzw. das dritte Expansionsorgan 33 kann eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittels auf der Niederdruckseite 20 vor dem Verdichter 15 geregelt und bei Bedarf eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite 19 und der Niederdruckseite 20 ausgeglichen werden.

[0041] Der weitere Kühlkreislauf 12 ist mit einem weiteren Kältemittel gefüllt und umfasst einen weiteren Verdichter 34, einen weiteren Kondensator 35 und ein weiteres Expansionsorgan 36. Der Kondensator 16 des Kühlkreislaufs 11 ist so in den weiteren Kühlkreislauf 12 integriert, dass ein Kaskaden-Wärmeübertrager 37 durch den Kondensator 16 ausgebildet ist.

[0042] Die hier nicht näher dargestellte Prüfkammer weist eine Regeleinrichtung auf, mit der die Kühleinrichtung 10 regelbar ist. Die Regeleinrichtung ist mit dem Drucksensor 29, dem Drucksensor 30, dem Temperatursensor 31, dem ersten Expansionsorgan 17 und dem zweiten Expansionsorgan 28 gekoppelt. Insbesondere wird mittels der Regeleinrichtung über den Drucksensor 30 ein Druck und über den Temperatursensor 31 eine Temperatur des Kältemittels gemessen und das zweite Expansionsorgan 28 mit einer Stellgröße angesteuert. Die Regeleinrichtung bestimmt eine Siedetemperatur des Kältemittels am Temperatursensor 31 dadurch, dass die Regeleinrichtung die Siedetemperatur für den am Drucksensor 30 gemessenen Druck berechnet. Diese Berechnung erfolgt mittels eines Polynoms oder einer Dampfdrucktabelle. Die Siedetemperatur ist eine Führungsgröße nach der die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan 17 regelt. Die Regeleinrichtung bestimmt eine Regelabweichung dadurch, dass die am Temperatursensor 31 gemessene Temperatur als Regelgröße von der Siedetemperatur subtrahiert wird, wobei die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan 28 in Abhängigkeit dieser Regelabweichung mit der Stellgröße regelt.

[0043] Dabei ist vorgesehen, dass die Regelung des zweiten Expansionsorgans 28 nur dann erfolgt, wenn die gemessene Temperatur höher ist als die Führungsgröße. Wenn die gemessene Temperatur niedriger ist als die Führungsgröße erfolgt keine Regelung des zweiten Expansionsorgans 28 mit der Stellgröße bzw. das zweite Expansionsorgan 28 wird dann wie sonst üblich betrieben. Durch die Regelung des zweiten Expansionsorgans bei Auftreten einer Regelabweichung durch eine höhere Temperatur am Temperatursensor 31 kann sichergestellt werden, dass stets eine Unterkühlung des Kältemittels vor dem ersten Expansionsorgan 17 so weit erfolgt, dass das Kältemittel nicht bis zu der Siedetemperatur erwärmt wird. Der Kühlkreislauf 11 und damit die Kühleinrichtung 10 kann so sicher und ohne größere Temperaturschwankungen betrieben werden. Wenn der Drucksensor 30 und der Temperatursensor 31 ohnehin in einem Kühlkreislauf vorhanden sind ist es lediglich erforderlich die Regeleinrichtung so auszubilden bzw. anzupassen, dass eine entsprechende Regelung des zweiten Expansionsorgans 28 ausgeführt werden kann. So kann mit einfachen Mitteln eine Betriebssicherheit der Kühleinrichtung 10 wesentlich verbessert werden.

[0044] Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung 40. Im Unterschied zur Kühleinrichtung aus Fig.1 ist hier alleine der Kühlkreislauf 11 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 40 ist daher einstufig ausgebildet. Ein Betrieb des Kühlkreislaufs 11 erfolgt wie oben beschrieben. Mit der Kühleinrichtung 40 wird es möglich niedrige Temperaturen ohne großen Anlagenaufwand in dem Prüfraum auszubilden, beispielsweise -40 °C bis -50 °C.

Ansprüche

1. Verfahren zur Konditionierung von Luft, ausgeführt mit einer Prüfkammer mit einem gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum (13) zur Aufnahme von Prüfgut, und einer Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei mittels der Temperiervorrichtung mit einer Kühleinrichtung (10, 40) mit einem Kühlkreislauf (11) mit einem Kältemittel, einem in dem Prüfraum angeordneten Wärmeübertrager (14), einem Verdichter (15), einem Kondensator (16), einem ersten Expansionsorgan (17) und einem internen Wärmeübertrager (18) eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +180 °C innerhalb des Prüfraums ausgebildet wird, wobei der interne Wärmeübertrager an einer Hochdruckseite (19) des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem ersten Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite (20) des Kühlkreislaufs in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem Verdichter, angeschlossen ist, wobei der Kühlkreislauf einen Bypass (26) mit zumindest einem zweiten Expansionsorgan (28) aufweist, wobei der Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem internen Wärmeübertrager, und an der Niederdruckseite nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem internen Wärmeübertrager angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Regeleinrichtung der Temperiervorrichtung mit einem Drucksensor (30) an der Hochdruckseite und mit einem Temperatursensor (31) an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem internen Wärmeübertrager in dem Kühlkreislauf das zweite Expansionsorgan in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur regelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kältemittel der Hochdruckseite (19) mittels des internen Wärmeübertragers (18) gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass über das zweite Expansionsorgan (28) dem internen Wärmeübertrager (18) Kältemittel zugeführt wird, wobei von der Niederdruckseite (20) des internen Wärmeübertragers Kältemittel dem Verdichter (15) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Kältemittel ein Kältemittel mit einem Temperaturglide von ≥ 5 K verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Kältemittel R469A oder ein Gemisch aus dem Kältemittel R469A und dem Kältemittel R410A oder R466A verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan (28) nach einer Führungsgröße regelt, wobei die Führungsgröße eine Siedetemperatur des Kältemittels oder Temperatur des unterkühlten Kältemittels am ersten Expansionsorgan (17) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Bestimmung der Siedetemperatur durch die Regeleinrichtung erfolgt, wobei die Regeleinrichtung für den am Drucksensor (30) gemessenen Druck die Siedetemperatur des Kältemittels berechnet.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berechnung der Siedetemperatur mittels eines Polynoms oder einer Dampfdrucktabelle erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung die Führungsgröße durch Addition der Siedetemperatur mit einem Sicherheitswert von 5 K bis 25 K, bevorzugt 7 K bis 15 K, berechnet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung zur Bestimmung einer Regelabweichung die am Temperatursensor (31) gemessene Temperatur als Regelgröße von der Siedetemperatur subtrahiert, wobei die Regeleinrichtung das zweite Expansionsorgan (28) in Abhängigkeit der Regelabweichung mit einer Stellgröße regelt.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Regelung des zweiten Expansionsorgans (28) mit der Stellgröße erfolgt, wenn die gemessene Temperatur höher ist als die Führungsgröße, und dass keine Regelung mit der Stellgröße erfolgt, wenn die gemessene Temperatur niedriger ist als die Führungsgröße.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung die Stellgröße auf einen maximalen Wert begrenzt.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Expansionsorgan (28) mit einem PID-Regler der Regeleinrichtung geregelt wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -50 °C bis +180 °C, bevorzugt von -70 °C bis +180 °C, besonders bevorzugt von -80 °C bis +180 °C, innerhalb des Prüfraums ausgebildet wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Expansionsorgan (17) und das zweite Expansionsorgan (28) jeweils aus einem Drosselorgan und einem Magnetventil gebildet werden, wobei mittels der Regeleinrichtung über das jeweilige Drosselorgan und das Magnetventil Kältemittel dosiert wird.

16. Prüfkammer zur Konditionierung von Luft, umfassend einen gegenüber einer Umgebung verschließbaren und temperaturisolierten Prüfraum (13) zur Aufnahme von Prüfgut, und eine Temperiervorrichtung zur Temperierung des Prüfraums, wobei die Temperiervorrichtung eine Kühleinrichtung (10, 40) mit einem Kühlkreislauf (11) mit einem Kältemittel, einen in dem Prüfraum angeordneten Wärmeübertrager (14), einen Verdichter (15), einen Kondensator (16), ein erstes Expansionsorgan (17) und einen internen Wärmeübertrager (18) aufweist, wobei mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +180 °C innerhalb des Prüfraums ausbildbar ist, wobei der interne Wärmeübertrager an einer Hochdruckseite (19) des Kühlkreislaufs in einer Strömungsrichtung vor dem ersten Expansionsorgan und nachfolgend dem Kondensator, und an einer Niederdruckseite (20) des Kühlkreislaufs in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem Verdichter, angeschlossen ist, wobei der Kühlkreislauf einen Bypass (26) mit zumindest einem zweiten Expansionsorgan (28) aufweist, wobei der Bypass an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Kondensator und vor dem internen Wärmeübertrager, und an der Niederdruckseite nachfolgend dem Wärmeübertrager und vor dem internen Wärmeübertrager angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperiervorrichtung eine Regeleinrichtung mit einem Drucksensor (30) an der Hochdruckseite und mit einem Temperatursensor (31) an der Hochdruckseite in der Strömungsrichtung nachfolgend dem internen Wärmeübertrager in dem Kühlkreislauf umfasst, wobei das zweite Expansionsorgan mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit eines am Drucksensor gemessenen Drucks und einer am Temperatursensor gemessenen Temperatur geregelt wird.

17. Prüfkammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (40) mit alleine einem Kühlkreislauf (12) ausbildet ist.

18. Prüfkammer nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kondensator (16) als ein Kaskaden-Wärmeübertrager (37) eines weiteren Kühlkreislaufs (12) der Kühleinrichtung (10) ausbildet ist, wobei der weitere Kühlkreislauf ein weiteres Kältemittel, den Kaskaden-Wärmeübertrager, einen weiteren Verdichter (34), einen weiteren Kondensator (35), und ein weiteres Expansionsorgan (36) aufweist.

19. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperiervorrichtung eine Heizeinrichtung mit einer Heizung und einem Heiz-Wärmeübertrager in dem Prüfraum aufweist.

20. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkreislauf (11) einen weiteren Bypass (32) mit zumindest einem dritten Expansionsorgan (33) aufweist, wobei der weitere Bypass an der Hochdruckseite (19) in der Strömungsrichtung nachfolgend dem Verdichter (15) und vor dem Kondensator (16), und an der Niederdruckseite (20) nachfolgend dem internen Wärmeübertrager (18) und vor dem Verdichter angeschlossen ist, derart, dass eine Sauggastemperatur und/oder ein Sauggasdruck des Kältemittels auf der Niederdruckseite vor dem Verdichter regelbar ist, und/oder dass eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite ausgleichbar ist.

21. Prüfkammer nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der interne Wärmeübertrager (18) als eine Unterkühlstrecke oder ein Wärmetauscher, insbesondere Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.

Claims

1. A method for conditioning air, said method being carried out by means of a test chamber having a temperature-insulated test space (13) which is capable of being sealed against an environment and serves to receive test material, and a temperature control device for controlling the temperature of the test space, a temperature in a temperature range of -40 °C to +180 °C being established within the test space by means of the temperature control device having a cooling device (10, 40) having a cooling circuit (11) comprising a refrigerant, a heat exchanger (14) disposed in the test space, a compressor (15), a condenser (16), a first expansion element (17) and an internal heat exchanger (18), the internal heat exchanger being connected to a high-pressure side (19) of the cooling circuit upstream of the first expansion element and downstream of the condenser, and to a low-pressure side (20) of the cooling circuit downstream of the heat exchanger and upstream of the compressor, the cooling circuit having a bypass (26) having at least one second expansion element (28), the bypass being connected to the high-pressure side downstream of the condenser and upstream of the internal heat exchanger, and to the low-pressure side downstream of the heat exchanger and upstream of the internal heat exchanger,
characterized in that
a controlling system of the temperature control device controls the second expansion element by means of a pressure sensor (30) at the high-pressure side and by means of a temperature sensor (31) at the high-pressure side downstream of the internal heat exchanger in the cooling circuit as a function of a pressure measured at the pressure sensor and of a temperature measured at the temperature sensor.

2. The method according to claim 1,
characterized in that
the refrigerant of the high-pressure side (19) is cooled by means of the internal heat exchanger (18).

3. The method according to claim 1 or 2,
characterized in that
refrigerant is supplied to the internal heat exchanger (18) via the second expansion element (28), refrigerant being supplied to the compressor (15) from the low-pressure side (20) of the internal heat exchanger.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
a refrigerant having a temperature glide of ≥ 5 K is used as refrigerant.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
R469A or a mixture of the refrigerant R469A and the refrigerant R410A or R466A is used as refrigerant.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
the controlling system controls the second expansion element (28) according to a reference variable, the reference variable being a boiling temperature of the refrigerant or a temperature of the subcooled refrigerant at the first expansion element (17).

7. The method according to claim 6,
characterized in that
the boiling temperature is determined by means of the controlling system, the controlling system calculating the boiling temperature of the refrigerant for the pressure measured at the pressure sensor (30).

8. The method according to claim 7,
characterized in that
the boiling temperature is calculated by means of a polynomial or a vapor pressure table.

9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that
the controlling system calculates the reference variable by adding a safety value of 5 K to 25 K, preferably 7 K to 15 K, to the boiling temperature.

10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that
the controlling system subtracts the temperature measured at the temperature sensor (31) as a controlled variable from the boiling temperature in order to determine a control deviation, the controlling system controlling the second expansion element (28) as a function of the control deviation by means of a manipulated variable.

11. The method according to claim 10,
characterized in that
the second expansion element (28) is controlled by means of the manipulated variable when the measured temperature is higher than the reference variable, and in that no controlling is carried out by means of the manipulated variable when the measured temperature is lower than the reference variable.

12. The method according to claim 10 or 11,
characterized in that
the controlling system limits the manipulated variable to a maximum value.

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
the second expansion element (28) is controlled by means of a PID controller of the controlling system.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
a temperature in a temperature range of -50 °C to +180 °C, preferably of -70 °C to +180 °C, especially preferably of -80 °C to +180 °C, is established within the test space.

15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
the first expansion element (17) and the second expansion element (28) are each composed of a throttle and a magnetic valve, refrigerant being metered by means of the controlling system via the respective throttle and the magnetic valve.

16. A test chamber for conditioning air, said test chamber comprising a temperature-insulated test space (13) which is capable of being sealed against an environment and serves to receive test material, and a temperature control device for controlling the temperature of the test space, the temperature control device having a cooling device (10, 40) having a cooling circuit (11) comprising a refrigerant, a heat exchanger (14) disposed in the test space, a compressor (15), a condenser (16), a first expansion element (17) and an internal heat exchanger (18), a temperature in a temperature range of -40 °C to +180 °C being capable of being established within the test space by means of the temperature control device, the internal heat exchanger being connected to a high-pressure side (19) of the cooling circuit upstream of the first expansion element and downstream of the condenser, and to a low-pressure side (20) of the cooling circuit downstream of the heat exchanger and upstream of the compressor, the cooling circuit having a bypass (26) having at least one second expansion element (28), the bypass being connected to the high-pressure side downstream of the condenser and upstream of the internal heat exchanger, and to the low-pressure side downstream of the heat exchanger and upstream of the internal heat exchanger, characterized in that
the temperature control device comprises a controlling system having a pressure sensor (30) at the high-pressure side and a temperature sensor (31) at the high-pressure side downstream of the internal heat exchanger in the cooling circuit, the second expansion element being controlled by means of the controlling system as a function of a pressure measured at the pressure sensor and of a temperature measured at the temperature sensor.

17. The test chamber according to claim 16,
characterized in that
the cooling device (40) is realized with only one cooling circuit (12).

18. The test chamber according to claim 16,
characterized in that
the condenser (16) is realized as a cascade heat exchanger (37) of another cooling circuit (12) of the cooling device (10), the other cooling circuit having another refrigerant, the cascade heat exchanger, another compressor (34), another condenser (35) and another expansion element (36).

19. The test chamber according to any one of claims 16 to 18, characterized in that
the temperature control device has a heating device having a heater and a heating heat exchanger in the test space.

20. The test chamber according to any one of claims 16 to 19, characterized in that
the cooling circuit (11) has another bypass (32) having at least one third expansion element (33), the other bypass being connected to the high-pressure side (19) downstream of the compressor (15) and upstream of condenser (16), and to the low-pressure side (20) downstream of the internal heat exchanger (18) and upstream of the compressor in such a manner that a suction gas temperature and/or a suction gas pressure of the refrigerant is/are controllable at the low-pressure side upstream of the compressor, and/or in such a manner that a pressure difference between the high-pressure side and the low-pressure side is compensable.

21. The test chamber according to any one of claims 16 to 20, characterized in that
the internal heat exchanger (18) is realized as a subcooling section or a heat exchanger, in particular a plate heat exchanger.

Revendications

1. Procédé pour le conditionnement de l'air, ledit procédé étant effectué au moyen d'une chambre d'essai ayant un espace d'essai (13) isolé thermiquement qui est capable d'être étanché à un environnement et qui sert à recevoir du matériau d'essai, et un dispositif de régulation de température pour réguler la température de l'espace d'essai, une température dans une plage de température de -40 °C à +180 °C étant établie à l'intérieur de l'espace d'essai au moyen du dispositif de régulation de température ayant un moyen de refroidissement (10, 40) ayant un circuit de refroidissement (11) comprenant un fluide frigorigène, un échangeur de chaleur (14) disposé dans l'espace d'essai, un compresseur (15), un condenseur (16), un premier élément de détente (17) et un échangeur de chaleur (18) interne, l'échangeur de chaleur interne étant relié au côté haute pression (19) du circuit de refroidissement en amont du premier élément de détente et en aval du condenseur, et au côté basse pression (20) du circuit de refroidissement en aval de l'échangeur de chaleur et en amont du compresseur, le circuit de refroidissement ayant un bipasse (26) ayant au moins un deuxième élément de détente (28), le bipasse étant relié au côté haute pression en aval du condenseur et en amont de l'échangeur de chaleur interne, et au côté basse pression en aval de l'échangeur de chaleur et en amont de l'échangeur de chaleur interne,
caractérisé en ce
qu'un système de commande du dispositif de régulation de température régule le deuxième élément de détente au moyen d'un capteur de pression (30) au côté haute pression et au moyen d'un capteur de température (31) au côté haute pression en aval de l'échangeur de chaleur interne dans le circuit de refroidissement en fonction d'une pression mesurée au capteur de pression et d'une température mesurée au capteur de température.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le fluide frigorigène du côté haute pression (19) est refroidi au moyen de l'échangeur de chaleur (18) interne.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
du fluide frigorigène est fourni à l'échangeur de chaleur (18) interne via le deuxième élément de détente (28), du fluide frigorigène étant fourni au compresseur (15) du côté basse pression (20) de l'échangeur de chaleur interne.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
qu'un fluide frigorigène ayant un glissement de température de ≥ 5 K est utilisé comme fluide frigorigène.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
R469A ou un mélange du fluide frigorigène R469A et le fluide frigorigène R410A ou R466A est utilisé comme fluide frigorigène.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
le système de commande régule le deuxième élément de détente (28) selon une variable de référence, la variable de référence étant une température d'ébullition du fluide frigorigène ou une température du fluide frigorigène sous-refroidi au premier élément de détente (17).

7. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
la température d'ébullition est déterminée au moyen du système de commande, le système de commande calculant la température d'ébullition du fluide frigorigène pour la pression mesurée au capteur de pression (30).

8. Procédé selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
la température d'ébullition est calculée au moyen d'un polynôme ou d'un tableau de pression de vapeur.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que
le système de commande calcule la variable de référence en additionnant une valeur de sécurité de 5 K à 25 K, de préférence 7 K à 15 K, à la température d'ébullition.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que
le système de commande soustrait la température mesurée au capteur de température (31) comme variable commandée de la température d'ébullition pour déterminer un écart de régulation, le système de commande régulant le deuxième élément de détente (28) en fonction de l'écart de régulation au moyen d'une variable réglante.

11. Procédé selon la revendication 10,
caractérisé en ce que
le deuxième élément de détente (28) est régulé au moyen de la variable réglante lorsque la température mesurée est supérieure à la variable de référence, et en ce qu'aucune régulation de la variable réglante n'est effectuée lorsque la température mesurée est inférieure à la variable de référence.

12. Procédé selon la revendication 10 ou 11,
caractérisé en ce que
le système de régulation limite la variable réglante à une valeur maximale.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
le deuxième élément de détente (28) est régulé au moyen d'une commande du type PID du système de régulation.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce
qu'une température d'une plage de température de -50 °C à +180 °C, de préférence de -70 °C à +180 °C, de préférence particulière de -80 °C à +180 °C, est établie à l'intérieur de l'espace d'essai.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
le premier élément de détente (17) et le deuxième élément de détente (28) sont chacun formés d'un élément d'étranglement et une électrovalve, du fluide frigorigène étant dosé au moyen du système de régulation via l'élément d'étranglement respectif et l'électrovalve.

16. Chambre d'essai pour le conditionnement de l'air, ladite chambre d'essai comprenant un espace d'essai (13) isolé thermiquement qui est capable d'être étanché à un environnement et qui sert à recevoir du matériau d'essai, et un dispositif de régulation de température pour réguler la température de l'espace d'essai, le dispositif de régulation de température ayant un moyen de refroidissement (10, 40) ayant un circuit de refroidissement (11) comprenant un fluide frigorigène, un échangeur de chaleur (14) disposé dans l'espace d'essai, un compresseur (15), un condenseur (16), un premier élément de détente (17) et un échangeur de chaleur (18) interne, une température dans une plage de température de -40 °C à +180 °C étant capable d'être établie à l'intérieur de l'espace d'essai au moyen du dispositif de régulation de température, l'échangeur de chaleur interne étant relié au côté haute pression (19) du circuit de refroidissement en amont du premier élément de détente et en aval du condenseur, et au côté basse pression (20) du circuit de refroidissement en aval de l'échangeur de chaleur et en amont du compresseur, le circuit de refroidissement ayant un bipasse (26) ayant au moins un deuxième élément de détente (28), le bipasse étant relié au côté haute pression en aval du condenseur et en amont de l'échangeur de chaleur interne, et au côté basse pression en aval de l'échangeur de chaleur et en amont de l'échangeur de chaleur interne,
caractérisée en ce que
le dispositif de régulation de température comprend un système de commande ayant un capteur de pression (30) au côté haute pression et un capteur de température (31) au côté haute pression en aval de l'échangeur de chaleur interne dans le circuit de refroidissement, le deuxième élément de détente étant régulé au moyen du système de commande en fonction d'une pression mesurée au capteur de pression et d'une température mesurée au capteur de température.

17. Chambre d'essai selon la revendication 16,
caractérisée en ce que
le moyen de refroidissement (40) est réalisé avec seulement un circuit de refroidissement (12).

18. Chambre d'essai selon la revendication 16,
caractérisée en ce que
le condenseur (16) est réalisé comme échangeur de chaleur (37) en cascade d'un autre circuit de refroidissement (12) du moyen de refroidissement (10), l'autre circuit de refroidissement ayant un autre fluide frigorigène, l'échangeur de chaleur en cascade, un autre compresseur (34), un autre condenseur (35) et un autre élément de détente (36).

19. Chambre d'essai selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisée en ce que
le dispositif de régulation de température a un moyen chauffant ayant un chauffage et un échangeur de chaleur chauffant dans l'espace d'essai.

20. Chambre d'essai selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisée en ce que
le circuit de refroidissement (11) a un autre bipasse (32) ayant au moins un troisième élément de détente (33), l'autre bipasse étant relié au côté haute pression (19) en aval du compresseur (15) et en amont du condenseur (16), et au côté basse pression (20) en aval de l'échangeur de chaleur (18) interne et en amont du compresseur de manière qu'une température de gaz d'aspiration et/ou une pression de gaz d'aspiration du fluide frigorigène sont capables d'être régulées au côté basse pression en amont du compresseur, et/ou de manière qu'une différence de pression entre le côté haute pression et le côté basse pression est compensable.

21. Chambre d'essai selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisée en ce que
l'échangeur de chaleur (18) interne est réalisé comme section de sous-refroidissement ou comme échangeur thermique, notamment comme échangeur thermique à plaques.

Zeichnung