特開 2024-21064 試験室及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024021064

(43)【公開日】2024-02-15

(54)【発明の名称】試験室及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240207BHJP

   C09K 5/04 20060101ALI20240207BHJP

   C09K 5/10 20060101ALN20240207BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 399Y

C09K5/04 B ZAB

F25B1/00 396A

C09K5/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023122507

(22)【出願日】2023-07-27

(31)【優先権主張番号】22188399

(32)【優先日】2022-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】517381603

【氏名又は名称】バイス テヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ツァート ヤニック

(72)【発明者】

【氏名】ディール フェリクス

(72)【発明者】

【氏名】ハック クリスチャン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】簡単な手段を用いて試験室の効率的な運転を安全に確保できる試験室及び方法を提供する。
【解決手段】特に人工気候室などの空気調和のための試験室及び空気調和方法に関し、試験室は、試験空間と、試験空間を温度制御する温度制御装置とを有し、試験空間内に温度制御装置によって－４０℃から＋１８０℃の範囲の温度を生成可能であり、温度制御装置は、第１冷却サイクル（１１）及び第２冷却サイクル（１２）を有する冷却装置（１０）を備え、第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器（１３）、第１圧縮機（１４）、第１凝縮器（１５）及び第１膨張要素（１６）を有し、第１冷媒は、炭化水素、または炭化水素で作られた混合冷媒である。第２冷却サイクルは、伝熱媒体、試験空間内の第２熱交換器（１７）、及びポンプ（１８）を有し、第２冷却サイクルは第１熱交換器によって第１冷却サイクルに接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特に人工気候室などの空気調和のための試験室（４８）であって、前記試験室は、周囲に対して閉鎖可能であり且つ試験材料を受け入れる機能を有する断熱された試験空間（５０）と、前記試験空間を温度制御する温度制御装置とを有し、前記試験空間内に前記温度制御装置によって－４０℃から＋１８０℃の範囲の温度を発生させることが可能であり、前記温度制御装置は、第１冷却サイクル（１１）及び第２冷却サイクル（１２）を有する冷却装置（１０，２４，２７，３０，３３，３９，４０，４１，４６，４７）を備え、前記第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器（１３）、第１圧縮機（１４，５５）、第１凝縮器（１５，５６）及び第１膨張要素（１６）を有し、第１冷媒は炭化水素または炭化水素で作られた混合冷媒であり、
前記第２冷却サイクルは、伝熱媒体、前記試験空間内の第２熱交換器（１７）及びポンプ（１８）を有し、前記第２冷却サイクルが前記第１熱交換器によって前記第１冷却サイクルに接続されていることを特徴とする試験室。

【請求項2】

請求項１に記載の試験室において、
前記第１冷媒は可燃性であり、前記伝熱媒体は不燃性であることを特徴とする試験室。

【請求項3】

請求項１または２に記載の試験室において、
前記第１冷媒はフッ素化炭化水素を含まないことを特徴とする試験室。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の試験室において、
前記第２冷却サイクル（１２）に前記伝熱媒体用の貯蔵装置（１９）が配置されていることを特徴とする試験室。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の試験室において、
前記冷却装置（３３，３９，４０，４１，４６，４７）は、他の冷媒、他の圧縮機（３５）、他の凝縮器（３６）及び他の膨張要素（３７）を有する他の冷却サイクル（３４）を有し、前記他の冷却サイクルは、前記第１冷却サイクル（１１）の第１凝縮器（１５，５６）に他の熱交換器（３８）によって接続されることを特徴とする試験室。

【請求項6】

請求項５に記載の試験室において、
前記他の冷却サイクル（３４）は、第３熱交換器（４３）及び第３膨張要素（４４）を有する他のバイパス（４２）を有し、前記他のバイパスは、前記他の凝縮器（３６）の下流側且つ前記他の膨張要素（３７）の上流側と、前記他の熱交換器（３８）の下流側且つ前記他の圧縮機（３５）の上流側とに接続され、前記第３膨張要素を介してより多くの冷媒を前記他の熱交換器に供給することができ、前記第２冷却サイクル（１２）が前記他の冷却サイクルの第３熱交換器に接続されることを特徴とする試験室。

【請求項7】

請求項６に記載の試験室において、、
前記第３熱交換器（４３）が、前記第２冷却サイクル（１２）において前記第１熱交換器（１１）の下流側且つ前記第２熱交換器（１７）の上流側に接続されている試験室。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載の試験室において、
第１バイパス（３１）は、前記第１冷却サイクル（１１）に少なくとも１つの第１電磁弁（３２）を有するように構成され、前記第１バイパスは、前記第１圧縮機（１４，５５）の下流側且つ前記第１凝縮器（１５，５６）の上流側と、前記第１膨張要素（１６）の下流側且つ前記第１熱交換器（１３）の上流側とに接続され、前記第１熱交換器における前記第１冷媒の温度を前記第１電磁弁により上昇させるように前記第１冷媒を供給できることを特徴とする試験室。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の試験室において、
前記温度制御装置は、ヒータと熱交換器とを有する加熱装置を備えていることを特徴とする試験室。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の試験室において、
前記温度制御装置は、前記第２冷却サイクルに少なくとも１つの温度センサを有する調節器を備え、少なくとも１つの弁装置（２０，２５，２８）は、測定された温度の作用で前記調節器によって前記第２冷却サイクルにおいて作動することができる試験室。

【請求項11】

請求項１０に記載の試験室において、
前記第２冷却サイクル（１２）は、前記弁装置（２０，２５，２８）を有する第２バイパス（２１）を有し、前記第２バイパスは、前記第１熱交換器（１３）の下流側且つ前記第２熱交換器（１７）の上流側と、前記第２熱交換器の下流側且つ前記ポンプ（１８）の上流側とに接続され、前記伝熱媒体は、前記第２バイパスで前記第２熱交換器をバイパスする
ことができるように、前記弁装置を介して供給できる試験室。

【請求項12】

請求項１０または１１に記載の試験室において、
前記弁装置（２０，２５）は、前記第１熱交換器（１３）の下流側且つ前記第２熱交換器（１７）の上流側に第２電磁弁（２２）を有し、前記第２バイパス（２１）に他の電磁弁（２３）または差圧調節器（２６）を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の試験室。

【請求項13】

請求項１０または１１に記載の試験室において、
前記弁装置（２８）は、前記第２冷却サイクル（１２）において前記第２熱交換器（１７）の下流側且つ前記ポンプ（１８）の上流側に配置される三方弁（２９）を有するように形成され、前記第２バイパス（２１）が前記三方弁に接続されることを特徴とする試験室。

【請求項14】

請求項１から３のいずれか１項に記載の試験室において、
前記試験室（４８）は、少なくとも１つのガスセンサ（５８）を有する検知器と、前記試験空間（５０）から気密状態で隔てられた試験室の機関室（５１）内の換気設備（５９）とを備え、前記第１冷却サイクル（１１）と好ましくは他の冷却サイクル（３４）の全体が機関室内に配置されている試験室。

【請求項15】

特に人工気候室などの試験室（４８）の断熱された試験空間（５０）内の空気調和をする方法であって、前記試験空間は、周囲に対して閉鎖可能であり且つ試験材料を受け入れる機能を有し、前記試験室の温度制御装置によって前記試験空間内に－４０℃から＋１８０℃の範囲の温度が生成され、前記試験空間内の温度は第１冷却サイクル（１１）及び第２冷却サイクル（１２）を有する温度制御装置の冷却装置（１０，２４，２７，３０，３３，３９，４０，４１，４６，４７）によって生成され、前記第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器（１３）、第１圧縮機（１４，５５）、第１凝縮器（１５，５６）及び第１膨張要素（１６）を有し、第１冷媒は炭化水素または炭化水素で作られた混合冷媒であり、
前記第２冷却サイクルは、伝熱媒体、前記試験空間内の第２熱交換器（１７）、及びポンプ（１８）で構成され、前記第２冷却サイクルが前記第１熱交換器によって前記第１冷却サイクルに接続され、前記伝熱媒体が前記ポンプによって前記第２冷却サイクル内を循環することを特徴とする方法。

【請求項16】

請求項１５に記載の方法において、
前記伝熱媒体は、相変化せずに前記第２冷却サイクル（１２）を循環することを特徴とする方法。

【請求項17】

請求項１５または１６に記載の方法において、
前記第２冷却サイクルに少なくとも１つの温度センサを有する温度制御装置の調節器によって、弁装置（２０，２５，２８）が測定温度の作用で前記第２冷却サイクル（１２）において作動し、前記伝熱媒体が前記第２冷却サイクルにおいて前記弁装置によって前記第２熱交換器（１７）及び／または第２バイパス（２１）を通って循環することを特徴とする方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法において、
前記伝熱媒体は、前記伝熱媒体の目標温度に達するまでは前記第２バイパス（２１）を通って循環し、前記伝熱媒体は目標温度に達すると前記第２熱交換器（１７）を通って循環することを特徴とする方法。

【請求項19】

請求項１７または１８に記載の方法において、
前記ポンプ（１８）の回転速度が前記調節器によって調節されることを特徴とする方法。

【請求項20】

請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法において、
前記伝熱媒体の目標温度に達すると、前記第１圧縮機（１４，５５）が前記調節器によってオフに切り換えられ、前記伝熱媒体が前記伝熱媒体用の貯蔵装置（１９）を介して前記第２冷却サイクル（１２）及び前記第２熱交換器（１７）を循環し、及び／または、前記第２冷却サイクルが、他の冷却サイクル（３４）の第３熱交換器（４３）、他の冷媒、他の圧縮機（３５）、他の凝縮器（３６）、及び第３膨張要素（４４）に接続され、前記伝熱媒体が前記第３熱交換器によって冷却されることを特徴とする方法。

【請求項21】

請求項１５から２０のいずれか１項に記載の方法において、
前記第１冷媒は、前記第１圧縮機（１４，５５）の下流側且つ前記第１凝縮器（１５，５６）の上流側と、前記第１膨張要素（１６）の下流側且つ前記第１熱交換器（１３）の上流側とに接続された、少なくとも１つの第１電磁弁を有する前記第１冷却サイクル（１１）の第１バイパス（３１）により、前記第１熱交換器において前記第１冷媒の温度が上昇するように、前記第１電磁弁（３２）を通過することを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和のための方法及び特に人工気候室などの空気調和のための試験室に関し、試験室は、周囲に対して閉鎖可能であり且つ試験材料を受け入れるための断熱された試験空間と、試験空間を温度制御するための温度制御装置とを備え、温度制御装置によって試験空間内に－４０℃から＋１８０℃の範囲の温度を発生させることができ、温度制御装置は、第１冷却サイクルと第２冷却サイクルとを有する冷却装置を有し、第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器、第１圧縮機、第１凝縮器、及び第１膨張要素を有し、第１冷媒は、炭化水素または炭化水素で作られた混合冷媒である。

【背景技術】

【0002】

この種の試験室は、一般に、対象物、特に装置（デバイス）の物理的特性及び／または化学的特性を観測するために使用される。そのため、－４０℃から＋１８０℃までの範囲の温度を設定できる温度試験用の入出力装置（コンソール）または気候試験用の入出力装置が知られている。気候試験用の入出力装置では、さらに所望の気候条件を設定でき、装置及び／または試験材料は所定の期間にわたってその条件にさらされる。試験材料を受け入れる試験空間の温度は、通常は試験空間内の循環空気流路で調整される。循環空気流路は試験空間内に空気処理空間を形成し、この空気処理空間内に、循環空気流路及び／または試験空間を流れる空気を加熱または冷却するための熱交換器が配置される。これに関し、試験空間に存在する空気をファンが吸引し、循環空気流路内で対応の熱交換器へ導く。試験材料の温度はこのようにして調整することができ、所定の温度変化をさせることもできる。試験のインターバルの間には、温度は例えば試験室の最高温度と最低温度の間で変化し得る。この種の試験室は、例えば特許文献１により知られている。

【0003】

冷却サイクルで用いる冷媒は、放出される時に冷媒によって周囲へ間接的に影響が与えられるのを避けるために、ＣＯ_２量を相対的に少なくすべきであり、言い換えると相対的な温室効果の可能性ないし地球温暖化係数（ＧＷＰ）を可能な限り小さくすべきである。冷媒として炭化水素を用いることも知られているが、炭化水素は引火性である点が不利である。引火性は、熱を放出しながら周囲の酸素と反応する冷媒特性であると分かっている。冷媒は、優先日において有効なバージョンの欧州規格ＤＮ２またはＤＩＮ３７８の分類Ａ２，Ａ２Ｌ、及びＡ３による分類Ｃの火災に該当する場合に、特に引火性を有する。引火性の冷媒を用いる場合、冷却サイクル及び／または試験室の中身、輸送及び運転が、維持すべき安全対策のためにより複雑になる。また、引火性の冷媒を使用することの結果として積極的な対策が必要になるため、試験室の製造に、より多くのコストを要する可能性がある。電気抵抗ヒータ及び電気的に作動する装置が試験材料として存在する試験空間内において、冷却サイクルで漏れのおそれがあることは大きな問題である。漏れが発生した場合、破裂が生じる可能性がある。

【0004】

法令の定めによれば、冷媒は大気中のオゾン層破壊または地球温暖化に大きく寄与してはならない。そのため、基本的にフッ化ガスやフッ化された物質でないものを冷媒として使用すべきであり、そのために二酸化炭素（ＣＯ_２）などの自然冷媒が検討されている。低ＧＷＰの冷媒の欠点は、これらの冷媒が、冷却サイクルに関係する温度範囲において、比較的高ＧＷＰの冷媒と比べて、冷却能力が部分的には著しく低いことである。より低いＧＷＰは、二酸化炭素の質量分率が比較的大きな混合冷媒で実現でき、これらの混合冷媒は異なる物質同士が混合されるために非共沸性を有するが、このことは殆どの冷却サイクルにおいて望ましくない。さらに、二酸化炭素の割合は十分に大きくて冷媒が不燃性でなければならない。特許文献２によれば、基本的に二酸化炭素、ペンタフルオロエタン及びジフルオロメタンからなる冷媒を用いる試験室が知られている。この場合、特に低温を実現するためには冷却サイクルの内部熱交換器による冷媒の過冷却が必要であるという不利な点がある。また、冷媒は非共沸性を有し、成分としてフッ化ガスを含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許出願公開第０３４４３９７号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１９／０４８２５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明の目的は、試験室及び試験室による空気調和方法であって、簡単な手段を用いて試験室の効率的な運転を安全に確保できる試験室及び方法を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的は、請求項１の特徴を有する試験室及び請求項１５の特徴を有する方法によって達成される。

【0008】

特に人工気候室などの、空気調和のための本発明による試験室は、周囲に対して閉鎖可能であり且つ試験材料を受け入れる機能を有する断熱された試験空間と、試験空間を温度制御する温度制御装置とを有し、試験空間内に温度制御装置によって－４０℃から＋１８０℃、好ましくは－６０℃から＋１８０℃、特に好ましくは－８０℃から＋１８０℃の範囲の温度を発生させることが可能であり、温度制御装置は、第１冷却サイクル及び第２冷却サイクルを有する冷却装置を備え、第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器、第１圧縮機、第１凝縮器及び第１膨張要素を有し、第１冷媒は、炭化水素または炭化水素で作られた混合冷媒であり、第２冷却サイクルは、伝熱媒体、試験空間内の第２熱交換器及びポンプで作られ、第２冷却サイクルが第１熱交換器によって第１冷却サイクルに接続されている。

【0009】

したがって、冷却装置は２段冷却設備の態様で構成できるが、第２冷却サイクルでは冷媒の代わりに伝熱媒体が使用され、圧縮機の代わりにポンプが使用される。概して伝熱媒体はポンプによって第２冷却サイクルで循環させるものであり、これに関連して伝熱媒体は第１冷却サイクルの第１熱交換器も流れる。第１熱交換器では伝熱媒体が冷却され、このことにより、第１熱交換器で生じる冷却性能を、試験空間にある第２熱交換器に伝熱媒体を介して移すか、または伝えることができる。さらに、第１熱交換器は、炭化水素である冷媒、または炭化水素と場合によっては他の成分からなる混合冷媒を用いて運転される第１冷却サイクルにより冷却される。第１熱交換器及び／または熱交換器は、プレート熱交換器、特に二重壁のプレート熱交換器にすることができる。冷却装置のこの構造上の構成、特に第２熱交換器が試験空間内にあることにより、第１冷媒が試験空間内で漏れるのを防止できる。したがって、冷媒が第２冷却サイクルから試験空間に侵入した結果として破裂または事故が発生するのを防ぐことができる。それでもなお、第１冷却サイクルで用いる冷媒として、炭化水素または炭化水素からなる混合冷媒を使用することも可能である。このため、冷媒を共沸冷媒にすることができる。さらに、ＧＷＰが小さく、第１熱交換器、ひいては第２熱交換器において低温を実現できる冷媒を選択することができる。また、第２冷却サイクルでは、冷媒の場合に要求されるような特定の圧力が必要とされないため、第２冷却サイクルを簡単な手段で形成できる。第２冷却サイクルでは、ポンプを用いて伝熱媒体を循環させることのみが可能であればよい。全般的に見て、冷却装置及び／または試験室は、このようにして炭化水素を冷媒として用いることができ、同時に試験空間で破裂するおそれなく安全に運転することができる。

【0010】

したがって、第１冷媒を可燃性にして伝熱媒体を不燃性にすることができる。第１冷媒は、第１冷却サイクル内で気相及び／または液相で存在し得る。例えば、第１冷媒は、プロパン、エタン、エチレン、プロペン、イソブテン、ブタン等にすることができる。また、第１冷媒は、炭化水素及び／または前記の成分からなる混合冷媒、または炭化水素が大部分の混合冷媒にすることもできる。伝熱媒体は、気相または好ましくは液相で存在することができ、第２冷却サイクルを相変化せずに、及び／または圧力変化せずに循環するようにしてもよい。伝熱媒体の相変化は可能であるが、圧縮機、凝縮器及び膨張要素を有する冷凍機の場合のように、相変化は第２冷却サイクルの結果としては生じない。この相変化は、例えば、伝熱媒体の圧力とは関係なく、伝熱媒体の温度の作用で生じ得る。伝熱媒体は、－４０℃から＋１８０℃、好ましくは－７０℃から＋２００℃、特に好ましくは－８５℃から＋２３０℃の範囲の温度で第２冷却サイクルを循環できる。伝熱媒体は、例えば、オイル、サーマルオイル、溶融塩にすることができる。この種の伝熱媒体が試験空間に入ると、伝熱媒体は結果として発火することができないため、破裂は起こり得ない。

【0011】

第１冷媒は、フッ素化炭化水素を含まないものにすることができる。このことにより、冷媒に対する今後の要求を満たることができ、フッ素化炭化水素の欠点を回避することができる。

【0012】

第２冷却サイクルには伝熱媒体の貯蔵装置を配置することができる。貯蔵装置は、例えば、ポンプのすぐ上流側に配置されるタンクにすることができる。貯蔵装置は、ポンプに伝熱媒体を常に供給することを保証できる。また、貯蔵装置は、伝熱媒体の熱膨張を補うためのある種の補正容器として機能することができる。さらに、貯蔵装置には比較的多量の伝熱媒体を貯蔵できる。このことは、－２０℃から＋４０℃の間の温度が要求される場合に特に有利である。第１冷却サイクルにより、まず伝熱媒体が所望の温度にされ、及び／または冷却されて貯蔵装置内に貯蔵される。ポンプまたは例えば弁により、第２熱交換器を通して試験空間に所望の温度を発生させるように、伝熱媒体を貯蔵装置から供給してもよい。第１冷却サイクル及び／または第１圧縮機のスイッチをオフにすることもでき、これにより第１圧縮機の連続運転のためにエネルギを節約できる。第１圧縮機は、比較的長いインターバルでオンとオフを切り換えてもよく、それによって第１圧縮機の耐用年数を延ばすことができる。

【0013】

冷却装置は、他の冷媒、他の圧縮機、他の凝縮器、及び他の膨張要素を有する他の冷却サイクルを有するようにしてもよく、この他の冷却サイクルは、第１冷却サイクルの第１凝縮器に他の熱交換器によって接続することができる。そうすると、他の冷却サイクルは第１凝縮器を冷却することができる。その結果、冷却装置は、カスケード冷却サイクルを有する２段冷却装置として構成できる。他の冷媒は、第１冷媒と一致するものでもよいし、第１冷媒とは異なるものでもよい。それであっても、他の冷媒は炭化水素または炭化水素からなる混合冷媒にすることができる。したがって、試験空間において特に低い温度を発生させることも可能である。他の圧縮機は第１圧縮機と同様の圧縮機にすることができる。

【0014】

他方の冷却サイクルは、第３熱交換器及び第３膨張要素を有する他のバイパスを有するようにすることができ、この他のバイパスは、他の凝縮器の下流側且つ他の膨張要素の上流側と、他の熱交換器の下流側且つ他の圧縮機の上流側とに接続され、第３膨張要素を介してより多くの冷媒を他の熱交換器に供給することができ、第２冷却サイクルは他の冷却サイクルの第３熱交換器に接続することができる。この他のバイパスにより、他の冷却サイクルを第３熱交換器を介して第２冷却サイクルに直接接続できる。これにより、試験空間の要求温度に応じて、第１冷却サイクル及び／または第１圧縮機を、他の冷却サイクル及び他の圧縮機と共に作動させるか、または他の冷却サイクルを他の圧縮機のみと共に作動させて他のバイパスを介して伝熱媒体を冷却することが可能になる。このことは他の冷却サイクルを用いて実現可能な温度を試験空間で発生させる場合に特に有利である。したがって、第１圧縮機を運転するためのエネルギを節約することができる。試験空間においてより低い温度が必要な場合は第３膨張要素を閉じることができ、そうすると他のバイパスを介して冷媒が流れることはない。それにもかかわらず、他の膨張要素は、第１圧縮機の運転が継続されている間に、他の伝熱媒体を介して第１冷却サイクルの第１凝縮器を冷却するのに用いることができる。第１熱交換器では、著しく低い温度を発生させることができる。有利には、他方のバイパス、好ましくは第３熱交換器の下流側且つ他の圧縮機及び／または他の熱交換器の上流側に逆止弁を配置することができる。このことにより、他の冷却サイクルが他の膨張要素を介して運転されるときに、さらなる冷媒が第３熱交換器に戻るのを防止できる。

【0015】

第３熱交換器は、第２冷却サイクルにおいて第１熱交換器の下流側且つ第２熱交換器の上流側に接続してもよい。しかしながら、通常には第３熱交換器を第２冷却サイクルにおいて第１熱交換器の上流側且つポンプの下流側に接続することも可能である。

【0016】

第１バイパスは、第１冷却サイクルに少なくとも１つの第１電磁弁を有するように構成することができ、第１バイパスは、第１圧縮機の下流側且つ第１凝縮器の上流側と、第１膨張要素の下流側且つ第１熱交換器の上流側とに接続することができ、第１熱交換器における第１冷媒の温度を第１電磁弁により上昇させるように第１冷媒を供給することができる。この第１バイパスにより、第１熱交換器により伝熱媒体を加熱することが可能となり、必要なときに試験空間の温度を上昇させることができる。第１圧縮機の運転時には、第１圧縮機の下流側の第１熱交換器に第１電磁弁を介してホットガスを直接導入することができる。例えば伝熱媒体を＋９０℃に加熱することができる。このことにより、例えば＋５０℃から＋８０℃での定常運転時のような低負荷の範囲で、第２熱交換器において温度の均一性をより高めるとともに時間的な調節精度をより高めることができる。

【0017】

さらに、温度制御装置は、ヒータと熱交換器とを有する加熱装置を有してもよい。そして、この熱交換器は試験空間内に配置することができる。例えば、この熱交換器は電気加熱要素を有することができる。こうすることにより、試験空間内に＋１８０℃またはそれより高い温度を発生させることが可能となる。

【0018】

温度制御装置は、第２冷却サイクルに少なくとも１つの温度センサを有する調節器を備えるようにすることができ、少なくとも１つの弁装置は、測定された温度の作用で調節器によって第２冷却サイクルにおいて作動することができる。弁装置は、試験空間において所望の温度が達成されるように、または目標温度が達成されるように、第２冷却サイクルにおける伝熱媒体の循環を調節するために用いることができる。温度センサは試験空間に配置することができる。同様に、伝熱媒体及び冷媒の温度を測定可能にする追加の温度センサを設けてもよい。

【0019】

第２冷却サイクルは、弁装置を有する第２バイパスを有するようにすることができ、第２バイパスは、第１熱交換器の下流側且つ第２熱交換器の上流側と、第２熱交換器の下流側且つポンプの上流側とに接続することができ、伝熱媒体は、第２バイパスで第２熱交換器をバイパスする（橋渡しする）ことができるように弁装置を介して供給できる。伝熱媒体は、第２バイパスを流れるときには第２熱交換器を流れることができない。したがって、伝熱媒体が所望の温度になるように、まず伝熱媒体を第１冷却サイクルにより十分に冷却することができる。その後、伝熱媒体を弁装置により第２熱交換器に供給し、そのときにだけ試験空間を冷却できるようにすることができる。

【0020】

この目的のために、弁装置は、第１熱交換器の下流側且つ第２熱交換器の上流側に第２電磁弁を有し、第２バイパスに他の電磁弁または差圧調節器を有するようにすることができる。第２電磁弁と他の電磁弁は、時計方式で作動させることができ、第２熱交換器で常に所望の温度を発生させることができる。あるいは、他の電磁弁の代わりに固定して設けられた差圧調節器を第２バイパスに用いることもできる。差圧調節器は、この差圧調節器による圧力降下が、第２熱交換器による圧力降下よりも大きくなるように設けることができる。このことにより、第２電磁弁が閉じている場合は大部分が差圧調節器を通って流れる。したがって、有利なことに、他の電磁弁またはその制御はもはや必要でなくなる。

【0021】

あるいは、弁装置は、第２冷却サイクルにおいて第２熱交換器の下流側且つポンプの上流側に配置される三方弁を有するように形成することができ、第２バイパスをその三方弁に接続することができる。この三方弁により、第２熱交換器は供給を最適化でき、三方弁が完全に閉鎖されないために高い調節精度を実現できる。三方弁は、ステッピングモータ弁により制御でき、その結果、負荷状態に応じて第２バイパスと第２熱交換器との質量流量の関係を最適に調節することができる。

【0022】

試験室は、少なくとも１つのガスセンサを有する検知器と、試験空間から気密状態で隔てられた試験室の機関室内の換気設備とを備えるようにすることができ、第１冷却サイクルと好ましくは他の冷却サイクルの全体を機関室に配置することができる。検知器を使用すると、第１冷却サイクル及び／または他の冷却サイクルに漏れが発生した場合に、ガスセンサにより漏れを特定し、換気設備によって機関室を換気することが可能になる。第１冷却サイクル及び選択的に他の冷却サイクルの全体を機関室内に配置できるため、第１冷媒または他の冷媒を機関室だけに入れることができる。ガスセンサを機関室内で可能な限り低い位置に配置でき、生じる可能性のある炭化水素または冷媒の漏洩を可能な限り早く検出できる。機関室内の漏洩冷媒の蒸発を阻止するために、機関室に設けることのできる開口部をガスセンサの上方に、例えばガスセンサの１０ｃｍ上方に形成することができる。このことにより、密度が大きいために機関室の底部に自然に溜まる漏洩炭化水素を、ガスセンサで安全に検出できる。さらに、換気設備を機関室の底部に直接配置することもできる。換気設備は、ＡＴＥＸ（欧州の防爆規格）認証ファンで形成することができる。ガスセンサが炭化水素を検出するとファンを作動させることができる。ファンの通気管は、試験室の機関室の外に延ばすことができる。

【0023】

特に人工気候室などの断熱された試験空間内の空気調和をする方法において、試験空間は、周囲に対して閉鎖可能であり且つ試験材料を受け入れる機能を有し、試験室の温度制御装置によって試験空間内に－４０℃から＋１８０℃の範囲の温度が生成され、試験空間内の温度は第１冷却サイクル及び第２冷却サイクルを有する温度制御装置の冷却装置によって生成され、第１冷却サイクルは、第１冷媒、第１熱交換器、第１圧縮機、第１凝縮器、及び第１膨張要素を有し、第１冷媒は、炭化水素または炭化水素で作られた混合冷媒であり、第２冷却サイクルは、伝熱媒体、試験空間内の第２熱交換器、及びポンプで構成され、第２冷却サイクルが第１熱交換器によって第１冷却サイクルに接続され、伝熱媒体がポンプによって第２冷却サイクル内で循環する。本発明に係る方法の有利な効果については、本発明に係る試験室の効果の説明を参照されたい。

【0024】

伝熱媒体は、相変化せずに第２冷却サイクルを循環することができる。したがって、伝熱媒体の圧力は、第２冷却サイクル内で基本的に一定であり、第２冷却サイクルにおいて流動抵抗及び／または熱膨張によってのみ変化し得る。

【0025】

第２冷却サイクルに少なくとも１つの温度センサを用いる温度制御装置の調節器によって、弁装置が測定温度の作用で第２冷却サイクルにおいて作動し、伝熱媒体が第２冷却サイクルにおいて弁装置によって第２熱交換器及び／または第２バイパスを通って循環することができる。伝熱媒体は、試験空間及び／または第２熱交換器の所望の温度に応じて、第２バイパスを介して、第２熱交換器を介して、または第２バイパス及び第２熱交換器を介して、流れるかまたは循環することができる。

【0026】

伝熱媒体は、伝熱媒体の目標温度に達するまで第２バイパスを通って循環することができ、伝熱媒体は目標温度に達すると第２熱交換器を通って循環することができる。したがって、伝熱媒体が第１熱交換器と選択的に第３熱交換器を通って目標温度に達するまで、熱媒体をまずは第２バイパスを介して循環させることができる。伝熱媒体は、その後は第２熱交換器により試験空間の温度を制御するのに用いることができる。第２の段階で試験空間の温度を調整する前に、まず第１の段階で伝熱媒体の温度を調整することが必要である。そうでなければ、試験空間の温度を下げることが望まれるにもかかわらず、比較的暖かい伝熱媒体が第２熱交換器を通って流れて、最初に試験空間の温度が上昇することが起こり得る。

【0027】

ポンプの回転速度は調節器によって調節することができる。ポンプの回転速度の調節は、ポンプの定常運転における伝熱媒体の供給量を調節するために使用することができる。このことにより、試験空間の温度をより正確に調節することができる。さらに、ポンプの回転速度を低下させると、ポンプの運転に必要なエネルギも節約できる。ポンプの回転速度は、調節器によって弁装置と連動して調節することができる。例えば、弁装置により、及び／または回転速度の調節により、供給量の限界を設定できる。

【0028】

伝熱媒体の目標温度に達すると、第１圧縮機を調節器によってオフに切り換えることができ、伝熱媒体は伝熱媒体用の貯蔵装置を介して第２冷却サイクル及び第２熱交換器を循環することができ、及び／または、第２冷却サイクルを、他の冷却サイクルの第３熱交換器、他の冷媒、他の圧縮機、他の凝縮器、及び第３膨張要素に接続することができ、伝熱媒体を第３熱交換器によって冷却することができる。貯蔵装置では、より多量の伝熱流体、ひいては熱エネルギを蓄えることができる。このようにして、第１冷却サイクルと第２冷却サイクルは、伝熱媒体が比較的低い温度に達するまで、試験空間の温度要求とは無関係に長い間運転することができる。このために、第２冷却サイクルは、第２バイパスを介して伝熱媒体を循環させることができる。目標温度に達した後は、第１冷却サイクルと第２冷却サイクル、及び／または圧縮機とポンプのスイッチをオフに切り換えることができる。試験空間を新たに冷却する必要がある場合、及び／または試験空間を低温に維持する必要がある場合には、第１冷却サイクルを使用せずに第２冷却サイクルを作動させることもできる。このために、比較的低温の伝熱媒体を、ポンプによって貯蔵装置から第２熱交換器を通って循環させることができる。伝熱媒体が大きく再加熱された場合は、第２冷却サイクル及び／または伝熱媒体を新たに冷却するために、第１冷却サイクルを再び作動させることができる。それに加えて、またはその代わりに、第３熱交換器を用いる他の冷却サイクルにより伝熱媒体を冷却してもよい。このために、他の冷却サイクルを、他の熱交換器を介して第１冷却サイクルの第１凝縮器に接続することができる。有利なことに、貯蔵装置及び／または他の冷却サイクルは、試験空間内の温度が－２０℃から－４０℃の試験室の運転に用いることができる。第１冷却サイクルの運転は必ずしも常に必要ではないため、第１冷却サイクルの運転に必要なエネルギを節約することができる。

【0029】

第１冷媒は、第１圧縮機の下流側且つ第１凝縮器の上流側と、第１膨張要素の下流側且つ第１熱交換器の上流側とに接続された、少なくとも１つの第１電磁弁を有する第１冷却サイクルの第１バイパスにより、第１熱交換器において第１冷媒の温度が上昇するように第１電磁弁を通過させることができる。その後、伝熱媒体が第１熱交換器により加熱されるように、第１圧縮機のすぐ下流側にある第１バイパス及び第１電磁弁を介して、第１熱交換器にホットガスを供給することができる。このようにして、試験空間の温度をさらに迅速に高くすることができる。特に、この方法は、試験空間内の温度が５０℃から８０℃のときに効果的に用いることができる。

【0030】

この方法のさらに有利な実施形態は、方法発明の請求項１を引用する従属請求項の特徴の説明から導くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、冷却装置の第１実施形態の回路図である。

【図2】図２は、冷却装置の第２実施形態の回路図である。

【図3】図３は、冷却装置の第３実施形態の回路図である。

【図4】図４は、冷却装置の第４実施形態の回路図である。

【図5】図５は、冷却装置の第５の実施形態の回路図である。

【図6】図６は、冷却装置の第６の実施形態の回路図である。

【図7】図７は、冷却装置の第７の実施形態の回路図である。

【図8】図８は、冷却装置の第８の実施形態の回路図である。

【図9】図９は、冷却装置の第９の実施形態の回路図である。

【図10】図１０は、冷却装置の第１０の実施形態の回路図である。

【図11】図１１は、試験室の概略断面図である。

【図12】図１２は、図１１の試験室の部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下では、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。

【0033】

図１は、試験室（図示せず）を概略の回路図で示す。冷却装置１０は、第１冷却サイクル１１と第２冷却サイクル１２とを有する。第１冷却サイクルは、第１冷媒と、第１熱交換器１３と、第１圧縮機１４と、第１凝縮器１５と、第１膨張要素１６とを有する。第１冷媒は、炭化水素、及び／または炭化水素で作られた混合冷媒である。第２冷却サイクル１２は、伝熱媒体と、試験空間（図示せず）に配置される第２熱交換器１７と、ポンプ１８とを有する。さらに、第２冷却サイクル１２は、貯蔵装置１９と、弁装置２０とを有する。弁装置２０は、この例では第２バイパス２１を有するように構成されている。第２バイパス２１は、第１熱交換器１３の下流側且つ第２熱交換器１７の上流側と、第２熱交換器１７の下流側且つポンプ１８の上流側とで、第２冷却サイクル１２に接続されている。弁装置２０は、第１熱交換器１３及び第２バイパス２１の接続部の下流側の第２電磁弁２２と、第２バイパス２１にある他の電磁弁２３とを有する。第１冷却サイクル１１によれば、第１冷媒は、第１圧縮機１４と第１凝縮器１５によって、圧縮され、搬送され、冷却される。そして、第１冷媒は、第１膨張要素１６によって膨張して第１熱交換器１３に入り、第１熱交換器１３で伝熱媒体が冷却される。この伝熱媒体は、第２冷却サイクル１２においてポンプ１８で搬送及び／または循環されて、試験室の調節器（図示せず）の温度の必要条件に応じて、伝熱媒体が第２熱交換器１７を通って流れ、試験空間内の温度は、第２電磁弁２２及び他の電磁弁２３により操作及び／または低下させることができる。

【0034】

図２は冷却装置２４を示し、図１の冷却装置とは異なり、差圧調節器２６を有する弁装置２５が第２バイパス２１に形成されている。伝熱媒体は、第２電磁弁２２の開度の状態に応じて、差圧調節器２６を通って、及び／または第２バイパス２１を通って流れることができる。したがって、弁装置２６を特に安価に製造することができる。

【0035】

図３は、図１の冷却装置とは異なり、弁装置２８を有するように構成された冷却装置２７を示す。弁装置２８は、三方弁２９を有するように構成され、この三方弁２９は、第２熱交換器１７の下流側且つポンプ１８及び／または貯蔵装置１９の上流側で第２バイパス２１に接続されている。この三方弁２９により、第２熱交換器１７に伝熱媒体を最適に供給できる。

【0036】

図４は、図１の冷却装置とは異なり、第１電磁弁３２を有する第１バイパス３１が第１冷却サイクル１１に形成された冷却装置３０を示す。第１バイパス３１は、圧縮機１４の下流側且つ凝縮器１５の上流側と、第１膨張要素１６の下流側且つ第１熱交換器１３の上流側とに接続されている。第１電磁弁３２によって、第１熱交換器１３における第１冷媒の温度が上昇するように、第１冷媒を供給できる。この目的のために、第１膨張要素１６は閉鎖される。したがって、ホットガス及び／または第１冷媒は、第１圧縮機１４から第１バイパス３１を通って第１熱交換器１３に入り、そこから再び第１圧縮機１４に戻ることができる。これにより、例えば、第１熱交換器１３の温度が９０℃にまで達しうる。このことによって、効果的である場合には第１熱交換器１４で伝熱媒体を加熱できる。

【0037】

図５は、図１の冷却装置とは異なり、追加の冷却サイクル３４を有する冷却装置３３を示す。追加の冷却サイクル３４は、他の冷媒、他の圧縮機３５，他の圧縮機３６，及び他の膨張要素３７を有するように構成されている。この例において、追加の冷却サイクル３４は、他の熱交換器３８を介して第１冷却サイクル１１に接続されている。このように、追加の熱交換器３４は、第１冷却サイクル１１の第１凝縮器に対応し、及び／またはその第１凝縮器の機能を満たす。冷却サイクル１１と冷却サイクル３４とを接続することにより、第１熱交換器１３でさらに低い温度を生成することができる。

【0038】

図６は、図５の冷却装置とは異なり、図２の冷却装置の弁装置を有する冷却装置３３を示す。

【0039】

図７は、図５の冷却装置とは異なり、図３の冷却装置の弁装置を有する冷却装置４０を示す。

【0040】

図８は、図５の冷却装置とは異なり、他のバイパス４２を有する冷却装置４１を示す。追加のバイパス４２は、第３熱交換器４３及び第３膨張要素４４を有するように形成されている。さらに、追加のバイパス４２には逆止弁４２が配置されている。追加のバイパス４２は、追加の凝縮器３６の下流側且つ追加の膨張要素３７の上流側と、追加の熱交換器３８の下流側且つ追加の圧縮機３５の上流側とで、追加の冷却サイクル３４に接続されている。追加の膨張要素３７を閉鎖すると、第３膨張要素４４によって追加の熱交換器４３における追加の冷媒の供給を調節できる。第３膨張要素４４を閉じて追加の膨張要素３７を開いたとき、第３熱交換器４３における追加の冷媒の逆流を、逆止弁４５によって防止できる。さらに、第２冷却サイクル１２が第３熱交換器４３を介して追加の冷却サイクル３４に接続されている。この第３熱交換器４３は、第２冷却サイクル１２において、第１熱交換器１３の下流側且つ第２熱交換器１７の上流側に接続されている。第２熱交換器１７において非常に低い温度が求められない場合、追加のバイパス４２によって第１冷却サイクル１１を回避して、伝熱媒体を追加の冷却サイクル３４及び／または追加のバイパス４２によってのみ冷却できる。

【0041】

図９は、図８の冷却装置とは異なり、図２に示された弁装置を有する冷却装置４６を示す。

【0042】

図１０は、図８の冷却装置とは異なり、図３に示された弁装置を有する冷却装置４７を示す。

【0043】

図１１及び図１２は、ケーシング４９を有する試験室４８の概略図であり、試験室の内部には試験空間５０及び機関室５１が形成されている。冷却サイクル（図示せず）の第２熱交換器５２は試験空間５０に配置されている。機関室５１には、機関室５１の換気をするための開口５３，５４が形成されている。さらに、第１冷却サイクル（図示せず）の第１圧縮機５５及び第１凝縮器５６が機関室５１内に配置されている（概略的に示す）。機関室５１の底部５７には、検知器（図示せず）のガスセンサ５８が配置されている。また、機関室５１には換気設備５９が設けられている。換気設備５９は、ファンモータ６０，ファン６１及び排気管６２を有する。このために、排気管６２はケーシング４９の外側に延びている。ガスセンサ５８が機関室５１内で炭化水素の漏れを検知した場合、換気設備５９が作動して機関室５１が換気される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【外国語明細書】