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公開番号2025098991
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2024224382
出願日2024-12-19
発明の名称テストチャンバ及び制御方法
出願人ヴァイス・テヒニク・ゲーエムベーハー
代理人個人,個人,個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20250625BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】テストチャンバのテストスペースにおける空気を調節するための方法、及び低温でも環境に優しい動作が可能なテストチャンバを提供する。
【解決手段】テストスペースは、環境から封止及び断熱されるように構成され、二酸化炭素を冷媒とする冷却回路11、テストスペースにおける熱交換器12、低圧圧縮器13、及び高圧圧縮器14、ガス冷却器15、及び冷媒の流れ方向において低圧圧縮器の下流にある膨張弁17を含む、テストチャンバの温度制御装置の冷却装置10を用いて、テストスペース内で-20℃から+180℃の温度範囲における温度を確立し、テストチャンバの制御装置を用いてテストスペースにおける温度を制御する。別の冷媒を備えた冷却装置の別の冷却回路34、テストスペースにおける熱交換器、別の圧縮器35、別の熱交換器36及び別の膨張弁37を用いて、テストスペース内の温度を確立する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
テスト材料を受容するためのテストチャンバ、特に気候チャンバのテストスペースにおける空気を調節するための方法であって、
前記テストスペースは、環境から封止及び断熱されるように構成され、
前記テストチャンバの温度制御装置の冷却装置（１０）であって、二酸化炭素（ＣＯ
２
）を冷媒とする冷却回路（１１）、前記テストスペースにおける熱交換器（１２）、低圧圧縮器（１３）、及び高圧圧縮器（１４）、ガス冷却器（１５）、及び前記冷媒の流れ方向において前記低圧圧縮器の下流にある膨張弁（１７）を含む、冷却装置を用いて、前記テストスペース内で－２０℃から＋１８０℃の温度範囲における温度を確立し、
前記テストチャンバの制御装置を用いて前記テストスペースにおける前記温度を制御する、方法において、
別の冷媒を備えた前記冷却装置の他の冷却回路（３４）、前記テストスペースにおける前記熱交換器、別の圧縮器（３５）、別の熱交換器（３６）及び別の膨張弁（３７）を用いて、前記テストスペース内の前記温度を確立することを特徴とする、方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記冷却回路（１１）には、少なくとも１つの他の弁（３９）及び前記他の熱交換器（３６）を備えた別のバイパス（３８）が形成され、
前記別のバイパスは、前記ガス冷却器（１５）の下流及び前記膨張弁（１７）の上流にある高圧側（２１）に、並びに前記熱交換器（１２）の下流及び前記低圧圧縮器（１３）の上流にある低圧側（１９）に接続され、前記他の弁を介して前記低圧側へ冷媒が供給され、
前記他の冷却回路（３４）の前記他の冷媒は、前記他の熱交換器で冷却されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記他の冷媒のためのリザーバが前記他の冷却回路（３４）に接続され、前記テストスペース内の温度が＋５０℃から＋１８０℃の温度範囲にあるとき、前記他の冷媒を前記リザーバに移動させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記テストスペース内の少なくとも－５０℃未満の温度で前記他の圧縮器（３５）を動作させることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記冷却回路（１１）は、前記ガス冷却器（１５）の下流及び前記膨張弁（１７）の上流で前記冷却回路の高圧側（２１）に接続された内部熱交換器（１６）を有し、
前記内部熱交換器は、前記冷却回路の中間圧力バイパス（２２）に結合され、
前記中間圧力バイパスは、前記内部熱交換器または前記ガス冷却器の下流及び前記膨張弁の上流で前記高圧側に、並びに前記高圧圧縮器（１４）の上流及び前記低圧圧縮器（１３）の下流で前記冷却回路の中間圧力側（２０）に接続され、
第２の膨張弁（２３）を用いて冷媒を前記高圧側から前記内部熱交換器を介して前記中間圧力側へ供給することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の膨張弁（２３）を介して、冷媒が前記内部熱交換器で完全にガス状になる、及び／または前記中間圧力側に配置された前記冷媒が冷却されるように、前記冷媒が前記高圧側（２１）から前記内部熱交換器（１６）を介して前記中間圧力側（２０）へ供給されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記内部熱交換器（１６）を用いて前記高圧側（２１）の前記冷媒を過冷却することを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記高圧圧縮器（１４）での冷媒の質量流量が前記低圧圧縮器（１３）での冷媒の質量流量より常に大きくなるように、冷媒が前記高圧側（２１）から前記第２の膨張弁（２３）を介して前記中間圧力側（２０）へ供給されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の膨張弁（２３）は、前記中間圧力側（２０）に配置された前記冷媒の圧力及び／または温度の関数として制御されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス冷却器の下流に配置された前記冷却回路の高圧弁を用いて、冷媒のための貯蔵タンク内へガス状及び／または液体冷媒を供給し、
前記貯蔵タンクは、前記冷却回路の中間圧力バイパスを介して前記高圧圧縮器の上流及び前記低圧圧縮器の下流で前記冷却回路の中間圧力側に接続され、
前記低圧圧縮器が遮断されると、中間圧力弁を用いてガス状冷媒を前記貯蔵タンクから前記中間圧力側へ供給することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を調節するためのテストチャンバ、特に気候チャンバと、テスト材料を受容するためのテストチャンバのテストスペースにおける空気を調節するための方法とに関し、テストスペースは、環境から封止及び断熱されるように構成され、二酸化炭素を冷媒とする冷却回路、テストスペースにおける熱交換器、低圧圧縮器、及び高圧圧縮器、ガス冷却器、及び冷媒の流れ方向において低圧圧縮器の下流にある膨張弁を含む、テストチャンバの温度制御装置の冷却装置を用いて、テストスペース内で－２０℃から＋１８０℃の温度範囲における温度を確立し、テストチャンバの制御装置を用いてテストスペースにおける温度を制御する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
この種類のテストチャンバは、物体、特に装置の物理的及び／または化学的特性をテストするために定期的に用いられる。例えば、中の温度を－７０℃から＋１８０℃までの範囲に設定することができる温度テストキャビネットまたは気候テストキャビネットが知られている。気候テストキャビネットの場合、所望の気候条件を追加で設定することができ、次いで、これらに装置またはテスト材料を一定期間にわたって露出させる。テスト材料を収容するテストスペースの温度はテストスペース内の空気循環ダクトにおいて規則的に制御される。空気循環ダクトはテストスペース内に空気処理スペースを形成し、ここに空気循環ダクトまたはテストスペースを通って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ている。ファンまたは換気扇がテストスペースにおける空気を吸引し、空気循環ダクトを通してそれぞれの熱交換器へ誘導する。テスト材料をこうして温度制御する、または温度の定義された変化にさらすことができる。テスト間隔の間、温度は、例えば、テストチャンバの最大温度と最小温度との間で変化することができる。この種類のテストチャンバは、例えば、特許文献１から知られている。
【０００３】
解放された冷媒による環境への間接的な損傷を回避するため、冷却回路において用いられる冷媒は比較的低いＣＯ
２
等価物を有するべきであり、すなわち、相対的な地球温暖化係数（ＧＷＰ）が可能な限り低くあるべきである。したがって二酸化炭素（ＣＯ
２
）を純物質冷媒として用いることも知られている。二酸化炭素は低コストで利用可能であり、不燃性であり、ＧＷＰが１で本質的に環境的に中立である。二酸化炭素は－５６．６℃の凝固温度または三重点を有し、これにより、二酸化炭素単独でより低い温度を達成することが不可能になっている。
【０００４】
さらに、ブースタシステムと呼ばれるものとして構成されている冷却装置が知られている。前記冷却装置の冷却回路において、高圧圧縮器が常に低圧圧縮器の下流で直列に接続されているので、冷媒は段階的に低圧圧縮器で次いで高圧圧縮器で圧縮される。テストスペースの温度範囲内の温度制御に対する要求が高いため、負荷要件はテストチャンバの動作中に頻繁に変動する。したがって、圧縮器及び膨張弁によって生成された冷却能力は無限に可変でなければならない。それにもかかわらず、圧縮器の耐用年数を延ばすために圧縮器のオンとオフを頻繁に切り換えないことが望ましい。
【０００５】
冷媒としての二酸化炭素が非常に高い体積冷却能力を有するため、ストローク体積流量が非常に低い圧縮器を用いるときでさえ、非常に高い冷却能力が冷却回路によって提供される。加えて、二酸化炭素を冷媒とする冷却回路の圧力範囲は遷臨界動作において非常に高く（最高１２０バール）、したがって、冷却回路を形成するために要求される部品が比較的高価である。また、この種類の冷却回路は複雑な構造を有し、これには大きな設置スペースが要求される。したがって、今まで、二酸化炭素を冷媒とするこの種類の冷却回路の使用は、冷却能力が対応して高い、したがってテストスペースが比較的大きい、または装置寸法が大きいシステムまたはテストチャンバにとってのみ妥当であった。比較的小さなシステムまたはテストスペース容積が小さい、例えば２５リットルのテストチャンバにおける経済的な使用はまだ可能でない。
【０００６】
さらに、冷媒としての二酸化炭素または冷媒における二酸化炭素の大部分を使用するために、非常に低い温度、例えば、－５０℃未満を確立することがほとんど不可能であるという問題がある。これには、環境にそれほど優しくない、及び／または可燃性（Ａ３）または高可燃性（Ａ２Ｌ）である冷媒を用いることが要求されるであろう。特に優先日での最新バージョンにおいて欧州規格ＥＮ２による火災クラスＣまたはＤＩＮ３７８のクラスＡ２、Ａ２Ｌ及びＡ３に該当する場合、冷媒は可燃性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
欧州特許出願公開第０３４４３９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、テストチャンバのテストスペースにおける空気を調節するための方法、及び低温でも環境に優しい動作が可能なテストチャンバを提案することである。
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法、及び請求項１８の特徴を有するテストチャンバによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
テスト材料を受容するためのテストチャンバ、特に気候チャンバのテストスペースにおける空気を調節するための本発明による方法において、テストスペースは、環境から封止及び断熱されるように構成され、二酸化炭素を冷媒とする冷却回路、テストスペースにおける熱交換器、低圧圧縮器、及び高圧圧縮器、ガス冷却器、及び冷媒の流れ方向において低圧圧縮器の下流にある膨張弁を含む、テストチャンバの温度制御装置の冷却装置を用いて、テストスペース内で－２０℃から＋１８０℃の温度範囲における温度を確立し、テストチャンバの制御装置を用いてテストスペースにおける温度を制御し、別の冷媒を備えた冷却装置の別の冷却回路、テストスペースにおける熱交換器、別の圧縮器、別の熱交換器及び別の膨張弁を用いて、テストスペース内の温度を確立する。
（【００１１】以降は省略されています）

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