DE4115586A1 - Verfahren zum konditionieren von luft in einem abschliessbaren raum sowie pruefanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen deren Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabe­ trieb) in einem abschließbaren Raum wie Klimatisierungsprüfschrank, der Heiz-, Kühl- und Umwälzaggregate sowie eine Wasservorlage umfaßt, wobei das Kühlaggregat bei Kalt-/Warmbetrieb mit einem flüssigen ersten Kühlfluid in Form eines Kältemittels, das in dem Kühlaggregat verdampft wird, und bei Klimabetrieb mit einem flüssigen zweiten Kühlfluid beaufschlagt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Prüfanordnung mit einem auf eine gewünschte Temperatur vorzugsweise im Bereich von -100°C bis + 200°C und im gewünschten Umfang klimatisierbaren Raum mit Wärmetauscher, Lüfter sowie im Raumboden vorhandener Wasservorlage, wobei dem Wärmetauscher zugeführ­ tes Kältemittel in einem einen Verdichter, einen Verflüssiger, eine Kältemittelvorlage und ein Entspannungsventil umfassenden Kreislauf strömt.

Zur Überprüfung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von Gegen­ ständen sind Klimaprüfschränke bekannt, in denen nicht nur Temperaturen z. B. im Bereich zwischen -80°C und 180°C, sondern auch gewünschte Klimabedingungen eingestellt werden können. Die Temperierung des den zu prüfenden Gegenstand auf­ nehmenden Prüfraums erfolgt vorzugsweise im Umluftkanal an der Prüfraumrückwand. Dabei saugt ein Ventilator die Umluft aus dem Prüfraum und führt sie durch den Umluftkanal, in dem ein Wärmetauscher, eine Elektroheizung sowie ein Befeuchterbad eingebaut sind. Die Kühlung der Umluft erfolgt am Wärmetauscher, wohingegen die Aufheizung durch die Elektroheizung ermöglicht wird.

Die Be- bzw. Entfeuchtung der Umluft geschieht durch das als Wasserbad ausgebildete Befeuchterbad im Umluftkanal. In einem Durchlaufkühler bzw. durch einen Tauchheiz­ körper wird das Wasser temperiert, um im Prüfraum die geforderte Feuchte einstellen zu können.

Sofern keine besonderen Klimabedingungen, sondern nur die Temperaturen eingestellt werden sollen, wird die Prüfraumluft durch Direktverdampfung von Kältemittel im Wärmetauscher gekühlt. Soll gleichzeitig eine Klimatisierung erfolgen, kann eine Temperatureinstellung durch Verdampfung von Kühlmittel nicht erfolgen, da andernfalls eine Kondensatbildung an dem Wärmetauscher erfolgen würde, wodurch die Luftfeuch­ tigkeit in dem Prüfraum verfälscht würde. Daher benutzt man im Klimaarbeitsbereich ein den Wärmetauscher flüssig durchströmendes Kühlfluid. Es sind also zwei getrennte Kreisläufe für Warm-/Kaltbetrieb und Klimabetrieb notwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Konditionieren von Luft durch Einstellen deren Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabetrieb) in einem abschließbaren Raum wie Klimatisierungsprüfschrank derart weiterzubilden, daß eine die Klimaarbeitsbedingungen verfälschende Kondensatbildung vermieden wird, ohne daß für den Kalt-/Warmbetrieb bzw. Klimabetrieb unterschiedli­ che Kühlfluide bzw. verschiedene Kühlkreisläufe benötigt werden.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zweite Kühlfluid ein oder das Kühlmittel ist und in dem Kühlaggregat verdampft wird, wobei dem Kühlmittel vor Eintritt in das Kühlaggregat gasförmiges Kältemittel beigemischt wird.

Erfindungsgemäß wird die Prüfraumluft nicht nur im Kalt-/Warmbetrieb, also bei normaler Luftfeuchtigkeit durch Direktverdampfung von Kältemittel, sondern auch im Klimabetrieb durch Direktverdampfung von Kältemittel gekühlt. Um dabei bei hoher Luftfeuchtigkeit im Prüfraum einen Kondensatausfall am Wärmetauscher zu vermeiden, wird dem stetig geregelten Kältemittelstrom vorzugsweise vor dem Wärmetauscher ständig ein Heißgasstrom beigemischt. Hierdurch wird die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Prüfraumluft so verringert, daß eine Unterschreitung der Taupunkt­ temperatur vermieden wird.

Bei dem Heißgas handelt es sich um das von dem Verdichter kommende verdampfte Kühlmittel, welches seinerseits von dem Kühlaggregat stammt.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird zumindest bei Klimabetrieb die Wasservorlage gleichfalls durch ein Gemisch aus gasförmigem und flüssigem Kühlmittel auf die gewünschte Temperatur eingestellt, wodurch gleichfalls eine Kondensatbildung im Bereich der die Temperatur der Wasservorlage einstellenden Kühlschlange ver­ mieden wird, die nicht von dem Wasser bedeckt ist.

Eine Prüfanordnung der eingangs beschriebenen Art zeichnet sich dadurch aus, daß eine Verbindungsleitung für von dem Verdichter kommendes gasförmiges Kühlmittel und dem von der Kühlmittelvorlage kommenden flüssigen Kühlmittel besteht. Dabei mündet die Verbindungsleitung vorzugsweise nach dem Entspannungsventil, also vor dem Wärmetauscher in den Kreislauf.

Bei einer Prüfanordnung, bei der in die Wasservorlage eine Kühleinrichtung wie Kühlschlange zumindest abschnittsweise eintaucht, ist vorgesehen, daß die Kühleinrich­ tung gleichfalls von einem Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kühlmittel durch­ strömbar ist.

Die Höhe der Wasservorlage selbst kann selbstregulierend z. B. nach dem Prinzip kommunizierender Röhren eingestellt werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeich­ nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Prüfanordnung mit Klimatisierungsprüf­ schrank und

Fig. 2 ein Prinzipbild eines Kälteplans.

In den Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist ein Prüfraum (10) eines Klimatisierungsschrankes (12) dargestellt, der über eine Tür (14) zugänglich ist. Um in dem Raum (10) eine gewünschte Temperatur einzustellen oder gewünschte Klimatisierungsbedingungen zu erreichen, ist ein zweiteiliger Wärme­ tauscher (16), ein Axialventilator (18) mit außenliegendem Motor (20), der zwischen den Wärmetauscherteilen (16) angeordnet ist, Elektro-Glattrohrheizkörper (22) und (24), die zwischen den Wärmetauscherteilen (16) und dem Ventilator (18) angeordnet sind, sowie eine Wasservorlage (26) vorgesehen. Die Wasservorlage befindet sich im Prüfraumboden zur Be- und Entfeuchtung der Umluft. Die Erwärmung des in der Wasservorlage (26) vorhandenen Wassers erfolgt mittels einer elektrischen Heizspirale (28), die Kühlung des Wassers mittels einer Kühlschlange (30), die im wesentlichen innerhalb des Wasser verläuft.

Die Temperierung des Prüfraums (10) erfolgt im Umluftkanal (32) an der Prüfraum­ rückwand. Der Ventilator (18) saugt die Umluft aus dem Prüfraum und führt sie durch den Umluftkanal (32), in dem der Wärmetauscher (16), die Elektroheizung (22) und (24) sowie die Wasservorlage (26) eingebaut sind. Die Kühlung der Umluft, deren Verlauf innerhalb des Prüfraums (10) durch die Pfeile rein prinzipiell angedeutet ist, erfolgt an den Wärmetauscherteilen (16), wohingegen die Aufheizung durch die Elek­ troheizung (22) und (24) vorgenommen wird.

Die Be- bzw. Entfeuchtung der Umluft geschieht durch das in der Wasservorlage (26) befindliche Wasser. Durch das Abkühlen bzw. Aufheizen des Wasser wird dieses so temperiert, daß sich im Prüfraum (10) die geforderte Feuchte einstellt.

Die Höhe des Wasserspiegels in der Wasservorlage (26) wird durch ein Heberelement (32) selbstregulierend eingestellt, welches mit einer außerhalb des Raums (12) vorhan­ denen Wasserreservoirs (36) über eine Pumpe (34) mit Wasser versorgt wird. Der Heber (32) weist einen Auslauf (38) auf, dessen Höhe die des Wassers in der Wasservorlage (26) vorgibt. Vom Bodenbereich des Raumes (10) geht eine Leitung (40) aus, über die angesammeltes Wasser wahlweise dem Reservoir (36) oder einem Abfluß (42) zugeführt werden kann.

Um sowohl den Wärmetauscher (16) als auch die Kühlschlange (30) auf die gewünschte Temperatur einzustellen, wird ein Kältemittel wie Fluorkohlenwasserstoff oder ein entsprechendes Mittel benutzt, welches den Wärmetauscher (16) bzw. die Kühlschlange (30) gemäß dem der Fig. 2 rein prinzipiell zu entnehmenden Kälteplanes durchströmt.

Sowohl der Wärmetauscher (16) als auch die Kühlschlange (30) befinden sich in einem geschlossenen Kreislauf (44), welcher einen Verdichter (46), einen Verflüssiger (48), eine Kühlmittelvorlage (50) sowie nachstehend näher zu bezeichnende Entspannungs­ ventile (52) und (54) umfaßt.

Erfindungsgemäß geht von dem den Verdichter (46) mit dem Verflüssiger (48) ver­ bindenden Kreislaufabschnitt (56) eine Leitung (58) aus, die einerseits in die Ver­ bindung (59) zwischen dem Entspannungsventil (52) bzw. (54) und dem Wärmetauscher (16) und andererseits in eine Leitung (60) mündet, die eine Verbindung zwischen dem zwischen dem Kühlmittelreservoir (50) und dem Entspannungsventil (52) bzw. (54) verlaufendem Kreislaufabschnitt (62) und der Kühlschlange (30) herstellt.

In dem Kreislaufabschnitt (62) ist des weiteren ein Schauglas (64) sowie ein Trockner (66) bekannter Art angeordnet. Schließlich ist dem Verdichter (48) ein Ventilator (68) zugeordnet.

Sofern der Raum (10) nicht im Klimabetrieb genutzt wird, wird das von dem Kühl­ mittelreservoir (50) kommende Kühlmittel bei geschlossenem Expansionsventil (52) über das als thermostatisches Expansionsventil ausgebildete Expansionsventil (54) getaktet dem Wärmetauscher (16) zugeführt, in dem eine Direktverdampfung des Kältemittels erfolgt.

Dem thermostatischen Expansionsventil (54) wird dabei über ein Magnetventil (70) in Abhängigkeit von dem Kältemittelbedarf das Kühlmittel getaktet zugeführt.

Sofern ein Klimabetrieb gewünscht wird, bei dem trotz Direktverdampfung des Kühl­ mittels im Wärmetauscher (16) ein Kondensatausfall am Wärmetauscher (16) unter­ bunden werden soll, wird das Expansionsventil (54) geschlossen und das als elektroni­ sches Expansionsventil ausgebildete Expansionsventil (52) geöffnet. Gleichzeitig wird dem durch den Kreislaufabschnitt (62) von dem Kühlmittelreservoir (50) kommenden Kühlmittel über die Verbindungsleitung (58) ständig ein Heißgasstrom nach dem den Kühlmittelstrom stetig regelnden Expansionsventil (52) beigemischt. Dieses Heißgas wird dem Kreislaufabschnitt (56) entnommen, welches von dem Verdichter (46) kom­ mendes Kühlmittel führt. Auch wird dem über die Leitung (60) strömenden flüssigen Kühlmittel, das der Kühlschlange (30) zugeführt wird, Heißgas, also gasförmiges Kühl­ mittel beigemischt, um einen Kondensatausfall im Bereich der Kühlschlange (30) auszuschließen, der außerhalb der Wasservorlage (26) verläuft.

Dadurch, daß dem flüssigen Kühlmittel gasförmiges Kühlmittel beigemischt wird, wird die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Wärmetauscher (16) bzw. der Kühlschlange (30) soweit angehoben, daß nur geringste Temperaturdifferenzen zwischen Prüfraumluft und Kältemittel vorliegen. Folglich wird auch bei hoher Luftfeuchte im Prüfraum (10) der Ausfall von Kondensat sowohl am Wärmetauscher (16) als auch an der Kühlschlange (30) vermieden.

Dadurch, daß am Wärmetauscher Fühler angebracht sind, die die Temperatur des Kältemittels erfassen, wird eine hohe Temperaturkonstanz an der Wärmetauscherober­ fläche erreicht. Dies verhindert ebenfalls den Ausfall von Kondensat am Wärmetau­ scher (16).

Claims (9)

1. Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen deren Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabetrieb) in einem ab­ schließbaren Raum wie Klimatisierungsprüfschrank, der Heiz-, Kühl- und Um­ wälzaggregate sowie eine Wasservorlage umfaßt, wobei das Kühlaggregat bei Kalt-/Warmbetrieb mit einem flüssigen ersten Kühlfluid in Form eines Kälte­ mittels, das in dem Kühlaggregat verdampft wird, und bei Klimabetrieb mit einem flüssigen zweiten Kühlfluid beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlfluid ein oder das Kältemittel ist, das in dem Kühlaggregat verdampft wird, wobei dem Kühlmittel vor Eintritt in das Kühlaggregat gasförmi­ ges Kältemittel beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das von dem Kühlaggregat kommende Kühl­ mittel nacheinander einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Expan­ sionsventil zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil von von dem Verdichter kommendem heißem gasförmigem Kühl­ mittel dem von dem Verflüssiger kommenden stetig geregelten Kühlmittelstrom vorzugsweise nach dem Entspannungsventil beigemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch mit gasförmigem Kühlmittel vermischtes flüssiges Kühlmittel die Temperatur der Wasservorlage herabgesetzt wird.

4. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kalt-/Warmbetrieb das Kältemittel dem Kühlaggregat getaktet zugeführt wird.

5. Prüfanordnung mit einem auf eine gewünschte Temperatur vorzugsweise im Bereich von -100°C bis + 200°C und im gewünschten Umfang klimatisierbaren Raum (10) mit Wärmetauscher (16), Lüfter (18) sowie im Raumboden vorhan­ dener Wasservorlage (26), wobei dem Wärmetauscher zugeführtes Kältemittel in einem einen Verdichter (46), einen Verflüssiger (48), ein Kältemittelreservoir (50) und ein Entspannungsventil (52, 54) umfassenden Kreislauf (44) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsleitung (58) für von dem Verdichter (46) kommendes gasförmiges Kühlmittel und dem von dem Kühlmittelreservoir (50) kommendes flüssiges Kühlmittel besteht.

6. Prüfanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (58) zwischen dem Entspannungsventil (52, 54) und dem Wärmetauscher (16) in dem Kreislauf (44, 59) mündet.

7. Prüfanordnung nach Anspruch 5, bei der zumindest bereichsweise eine Kühlein­ richtung wie Kühlschlange (30) in der Wasservorlage (26) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (30) von einem Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kühlmittel durchströmbar ist.

8. Prüfanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Kühlmittel führende Verbindungsleitung (58) vor dem Entspannungsventil (52) in die der Kühleinrichtung (30) flüssiges Kühlmittel zuführenden Leitung (60) mündet.

9. Prüfanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Wasserspiegels in der Wasservorlage (26) selbstregulierend einstellbar ist.