DE4115586C2 - Verfahren zum Konditionieren von Luft in einem abschließbaren Raum sowie Klimaprüfkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen ihrer Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabe­ trieb) in einem abschließbaren Raum wie einem Klimatisierungsprüfschrank, der Heiz-, Kühl- und Umwälzaggregate sowie eine Wasservorlage umfaßt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Klimaprüfkammer 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, ein Kältemittelreservoir 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.

Dem DE-GM 76 33 120.9 ist eine Klimakammer zu entnehmen, bei der eine Taupunkt­ steuerung auf einfache Weise und exakt durchführbar sein soll. Hierzu wird ein Berieselungsrohr einer von zu befeuchtender Luft bestrichenen Verdunstungsfläche zugeordnet, die Auslässe aufweist, die in einem von der Senkrechten abweichenden Winkel zur Ebene der Berieselungsfläche münden, wobei die Berieselungsfläche eine Neigung zu einem Ablauf hin aufweist.

In der DE 36 30 886 C1 wird eine Klimaprüfkammer mit zwei Wärmetauschern beschrieben.

Um in einer Klimaprüfkammer, die über ein Temperiersystem temperiert wird, einen schnellen Temperaturwechsel im Rahmen eines großen Temperaturbereichs zu erzielen, ist nach der EP 0 274 643 A2 in dem Temperiersystem ein Kondensatabscheider eingebaut, wobei der Kondensatabscheider in einem unteren Teil die flüssige Phase des Temperiermediums, das eine siedende Flüssigkeit ist, und in einem oberen Teil die gasförmige Phase des Temperiermediums enthält, und der Ausgang des Wärmetauschers mit dem oberen, die gasförmige Phase aufweisenden Teil und der Eingang mit dem unteren, die flüssige Phase aufweisenden Teil des Kondensatabschalters strömungsmäßig verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Konditionieren von Luft durch Einstellen ihrer Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabetrieb) in einem abschließbaren Raum wie Klimatisierungsprüfschrank anzugeben, bei dem eine die Klimaarbeitsbedingungen verfälschende Kondensatbildung am Wärmetauscher vermieden wird, ohne daß für den Kalt-/Warmbetrieb bzw. Klimabetrieb unterschiedli­ che Kühlfluide bzw. verschiedene Kühlkreisläufe benötigt werden, und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Klimaprüfkammer anzugeben.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Klimabetrieb dem flüssigen Kältemittel 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 Klimaprüfkammer zur Durchführung des Verfahrens 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 Klimaprüfkammer, 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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 26 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 10 und führt sie durch den Umluftkanal 32, in dem der zweiteilige 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 Befeuchtung der Umluft geschieht durch das in der Wasservorlage 26 befindliche Wasser. Durch das Abkühlen bzw. Aufheizen des Wassers 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 33 selbstregulierend eingestellt, welches mit einer außerhalb des Klimatisierungsschrankes 12 vorhan­ denen Wasserreservoirs 36 über eine Pumpe 34 mit Wasser versorgt wird. Das Heberelement 33 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 Wasserreservoir 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 Verbindungsleitung 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 vor dem Entspannungsventil 52 bzw. 54 von dem Kreislaufabschnitt 62 abzweigt und diesen mit der Kühlschlange 30 verbindet.

In dem Kreislaufabschnitt 62 ist des weiteren ein Schauglas 64 sowie ein Trockner 66 bekannter Art angeordnet. Schließlich ist dem Verflüssiger 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, welcher von dem Verdichter 46 kom­ mendes gasförmiges 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 16 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 ihrer Temperatur (Kalt-/Warmbetrieb) und/oder Luftfeuchtigkeit (Klimabetrieb) in einem ab­ schließbaren Raum wie einem Klimatisierungsprüfschrank, der Heiz-, Kühl- und Um­ wälzaggregate sowie eine Wasservorlage umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Klimabetrieb dem flüssigen Kältemittel 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. Klimaprüfkammer 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. Klimaprüfkammer 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. Klimaprüfkammer nach Anspruch 5, bei der zumindest bereichsweise eine Kühlein­ richtung (30), beispielsweise eine Kühlschlange, in der Wasservorlage (26) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (30) von einem Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kühlmittel durchströmbar ist.

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

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