[0001] 本发明涉及一种试验设备，其包括用于容纳要检测的对象的试验室，在该试验室中设置有至少一个用于在试验室中循环的气态试验介质的调温单元，以便与可预定的试验周期相应地加热和冷却试验介质。

[0002] 如下这种试验设备由现有技术公知。

[0003] 在这种试验设备中，为了执行试验周期通常通过加热装置加热试验介质并通过冷却单元再次冷却该试验介质，其中，为此用于加热的总能量，尤其是热量相应地通过冷却单元再次被放出给冷却介质，优选空气或水。

[0004] 因此，公知的试验设备具有很高的能耗（尤其是很高的电能消耗）并向周围环境放出很多热量。

[0092] 根据本发明的试验设备的图1中所示的实施例包括作为整体以10标注的试验室，其试验室开口12可以通过门14封闭，其中，要试验的对象16可以通过试验室开口12定位在试验室10的试验空间20内，以便使该对象可以经受温度试验和/或气候试验。

[0093] 为此，气态试验介质流22在试验空间20内循环，其中，流22一方面环流试验空间20内的对象16，而另一方面穿流在试验室10内作为整体设置在试验空间20旁的调温单元
30，其优选布置在试验室10的与试验室开口12对置的后壁24之前并且具有循环鼓风机
32，该循环鼓风机从试验空间20中抽吸气态试验介质流22并且使该流穿流过调温单元30，从而使流22例如通过布置在试验空间20的底部28下方的分配空间26得到分配并在试验空间20的底侧进入该试验空间内，以便环流要试验的对象并且沿着盖壁再次朝循环鼓风机32的方向流动。

[0094] 为了可以在调温单元30内加热和冷却气态介质流22，根据现有技术在调温单元30内设置有加热单元34，其例如包括用电运行的电加热器，其中，加热单元被调温单元30内的试验介质流22环流或穿流。

[0095] 此外，试验介质流22例如在这个实施例中流过汽化器36，其布置在作为整体以40标注的冷却回路中。

[0096] 冷却回路40在此除了汽化器36以外还包括冷却剂压缩机42，其将来自汽化器36的被气化的冷却剂压缩并输送到液化器44，在该液化器内被压缩的冷却剂被冷却，从而使其液化。

[0097] 被液化的冷却剂然后从液化器44流到节流机构46，利用该节流机构可以控制优选可以调节冷却剂在汽化器36内的气化。

[0098] 利用加热单元34和汽化器36，调温单元30可以用公知的方式和方法加热或冷却气态试验介质流22，从而使要试验的对象16可以与图2中所示的尤其是由多个试验周期构成的试验周期相应地从最低温度Tmin加热到最高温度Tmax并接近着又被冷却到最低温度Tmin等等，其中，例如对象16在保持时间tH期间保持在各自的最低温度Tmin或各自的最高温度Tmax，以便实现对象16在各自的最低温度Tmin或各自的最高温度Tmax情况下的可靠的调温。

[0099] 这种图2中所示的试验周期PZ的过程使得需要在加热时向试验设备输送大量的热能并在冷却时又从该试验设备中输出。

[0100] 为了提高能量效率，根据本发明的解决方案的图1中所示的第一实施例规定，调温单元30包括被气态试验介质流22穿流的热交换器38，其布置在缓冲回路50中，其中，缓冲回路50包括缓冲存储器52以及循环泵54并且例如还包括三通阀56或等效的阀装置。

[0101] 在此，热交换器38可以是布置在气态试验介质流22中的独立单元或与汽化器组合成一个单元。

[0102] 循环泵54在此布置成利用冲洗线路62从缓冲存储器52中抽吸载热介质并将该载热介质输送到三通阀56，其中，三通阀56可以将被输送的载热介质输送到热交换器馈入线路64，该热交换器馈入线路将载热介质引导到热交换器38，从而使该载热介质穿流热交换器38并又经由热交换器反馈线路66回流到缓冲存储器52中。此外，三通阀56还可以使由循环泵54输送的载热介质全部或部分进入三通阀56与热交换器反馈线路66之间的短路线路68中，从而在这种情况下使载热介质并不穿流热交换器38，而是直接经由热交换器反馈线路66回流到缓冲存储器52中。

[0103] 三通阀56和短路线路68用于使得能够控制载热介质每单位时间穿流热交换器38的量，以便可以控制通过热交换器38对试验介质流22的可能的冷却速度和加热速度。

[0104] 作为补充或备选，流量调节可以通过对循环泵54的转速调节来实现。

[0105] 整个试验设备通过设备控制装置70来控制，该设备控制装置可以自动地根据预定的程序流程来控制加热单元34、冷却回路40以及缓冲回路50并且在此尤其还有循环泵54和三通阀56。此外还要进行对用于循环泵32的电机72的控制。

[0106] 为了对气态试验介质流22进行准确的温度引导，在气态试验介质流22中在其进入调温单元30内的入口处设置有测量入口温度TE的第一温度传感器74，并且在气态试验介质流22的出口处设置有测量出口温度TA的第二温度传感器76，这两个温度传感器70与设备控制装置70协同作用，以便可以通过设备控制装置70获取温度和TE与TA之间的温差并进而获取对气态试验介质的加热或冷却。此外还设置有温度传感器78用于测量进入热交换器38内的载热介质的温度。

[0107] 在根据本发明的解决方案中，根据第一实施例缓冲存储器52内的载热介质同时也是储热介质并且例如存在于中间温度范围TZB内的温度TP下，该中间温度范围在图2中示出并且在平均温度Tmitt附近延展，例如在平均温度Tmitt两侧延展。

[0108] 在所示实施例中，例如最低温度Tmin在-40℃并且最高温度Tmax在80℃，从而平均温度Tmitt在+20℃并且例如中间温度范围TZB从+15℃延伸至+25℃。

[0109] 如果现在在这种图1和图2中所示的试验设备中，将对象16从最低温度Tmin加热到最高温度Tmax，那么由设备控制装置70首先激活缓冲回路50以将试验介质流22从试验周期PZ的最低温度Tmin开始进行加热并利用该缓冲回路将热量从缓冲存储器52经由热交换器38输送到试验介质流22。这就是说，以最低温度Tmin开始进行加热并不是通过接通加热单元34，而是通过载热介质在缓冲回路50中进行循环，由此在缓冲温度TP下存在的载热介质通过循环泵54和热交换器馈入线路64运送到热交换器38中并穿流该热交换器并且在此将穿过热交换器38的试验介质流22加热。

[0110] 在此，加热速度由设备控制装置70通过控制循环泵54的转速并且通过三通阀56来控制，利用该三通阀能够控制每单位时间穿流热交换器38的载热介质量，其中，能够通过三通阀56来控制直至很小的运送量，例如在最大运送量的百分之几的范围内的运送量。这个很小的运送量例如可以仅通过三通阀56简单地来控制，该三通阀将由循环泵54提供的运送量的一部分经由短路线路68直接输送到热交换器反馈线路66并因此使其并不穿流过热交换器38，从而利用三通阀56和短路线路68即使对每单位时间穿流热交换器38的很小的载热介质量也可以实现非常精确的调节。

[0111] 因为载热介质处在大约20℃的缓冲温度TP下，所以有可能试验室10内的试验介质流22仅利用缓冲存储器52的载热介质加热至20℃范围内的温度，也就是说平均温度Tmitt范围内的温度。

[0112] 在加热试验介质流22时，设备控制装置70最晚在输送到热交换器38的载热介质的温度超过试验介质流22的温度少于10K，更好的是少于5K时激活加热单元34，并且例如从20℃开始设备控制装置70断开缓冲回路50并接通加热单元34，从而用于将试验介质从20℃加热到80℃所需的热能被经由加热单元34得到输送。

[0113] 在达到最高温度Tmax时，设备控制装置70再次调节加热单元34，从而在保持时间tH期间保持最高温度Tmax。

[0114] 为了接下来从最高温度Tmax开始冷却试验室10内的试验介质流22，设备控制装置70首先激活缓冲回路50，以便利用该缓冲回路经由热交换器38从试验介质流22吸收热量并输送到缓冲存储器52，这就是说，设备控制装置70同样又首先仅接通缓冲回路50，因为缓冲温度TP处在20℃的数量级，所以该缓冲回路可以将试验介质流22从最高温度Tmax冷却直至大约到平均温度Tmitt，其中，同样通过三通阀56并且必要时也通过由设备控制装置
70对循环泵54的转速调节可以再次控制在缓冲回路50中每单位时间穿流热交换器38的载热介质量，以便保持预定的冷却速度，也就是说预定的每单位时间温度的下降量。

[0115] 在冷却试验介质流22时，设备控制装置70最晚在输送到热交换器38的载热介质的温度比试验介质的流22的温度低少于10K，优选少于5K时激活冷却回路40。

[0116] 一旦试验室10内的试验介质流22被冷却到大约20℃的平均温度Tmitt，就断开缓冲回路50的设备控制装置70并利用在接通的冷却回路40中的汽化器36进一步冷却试验介质流22，其中，冷却剂压缩机42将冷却剂压缩，该冷却剂又在液化器44中被液化并通过节流机构46又被气化，以便这时在汽化器36中再次将热量从试验介质流22抽走。

[0117] 因此在所描述的解决方案中，在每个试验周期PZ中，仅将用于冷却或加热所需的能量的一部分输送到试验设备，并且也仅将用于冷却或加热所需的热能的一部分通过液化器44向外放出，而将热能的另一部分通过缓冲存储器52中的载热介质在缓冲温度TP下进行存储并在接下来的周期中再次用于加热试验介质流22。

[0118] 在第一实施例中，作为缓冲回路50中的载热介质适宜地使用水和乙二醇的混合物。

[0119] 但是，也可能例如使用油或其他介质，只要该介质一方面在最低温度例如-40℃的情况下仍然具有足够的流动性，而另一方面在最高温度例如+80℃的情况下或在更高的最高温度，像例如140℃的情况下仍然没有气化的趋势。

[0120] 也存在如下可行性，即，使缓冲循环中的载热介质保持在压力下，该压力大于载热介质的相应的汽化压力。

[0121] 在根据本发明的解决方案的图3中所示的第二实施例中，缓冲存储器52构造成使其一方面被载热介质穿流而另一方面在缓冲存储器52'中布置有潜热存储介质80，其例如被缓冲回路50中的载热介质环流，以确保潜热存储介质80与缓冲回路50中的载热介质之间良好的热传递。

[0122] 潜热存储介质80在此如下这样选出，即，该潜热存储介质具有大致相应于平均温度Tmitt的，尤其是相应于与平均温度Tmitt偏差不到10K的温度的熔化温度，从而使潜热存储介质80的相变大致在平均温度Tmitt进行。

[0123] 通过在缓冲存储器52'中设置被载热介质环流的潜热存储介质80可以使缓冲存储器52'的储热能力明显提高，并且因此缓冲存储器52'与在第一实施例中相比实施得明显更小。

[0124] 在其余方面，根据图3的第二实施例以与第一实施例相同的方式作用，但区别在于，在加热气态试验介质流22时潜热存储介质80过渡到固态状态中并进而放出热量，该热量由载热介质运输到热交换器38中并导致气态试验介质流22被加热。

[0125] 而如果要冷却气态试验介质流22，那么循环的载热介质将潜热存储介质80加热并使其熔化，由此从载热介质将热量抽走，从而使载热介质被冷却并且载热介质也可以通过调温单元30中的热交换器38吸收热量。

[0126] 在根据本发明的试验设备的图4中所示的第三实施例中，缓冲存储器52''中的载热介质穿流热交换器82，其由液态的储热介质84包围。

[0127] 这个液态的储热介质84例如在最简单的情况下可以是几乎处在对应于平均温度Tmitt的20℃的温度下的水，并且通过热交换器82从在缓冲回路50中环绕的载热介质吸收热量或将热量放出到该载热介质，其中，足够大量的载热介质84的温度基本上保持恒定且稍微偏离于平均温度Tmitt。

[0128] 在其余方面，根据图4的第三实施例以与第一实施例相同的方式工作，从而可以全面参考针对第一实施例的实施方案。

[0129] 在根据本发明的试验设备的图5中所示的第四实施例中，与前面的实施例的元件相同的元件设有相同的附图标记，从而可以全面参考前面对相同元件的描述。

[0130] 与第三实施例不同的是，热交换器82'''被外部的冷却水系统86'''的冷却水84'''穿流，从而外部的冷却水系统，例如综合建筑的冷却水系统的冷却水84'''可以被用作储热介质，其中，冷却水这时必须具有在平均温度Tmitt范围内的温度，也就是说，与平均温度最多偏差±10K，更好的是偏差±5K。

[0131] 在其余方面，根据图5的第四实施例以与第一实施例相同的方式工作，从而可以全面参考针对第一实施例的实施方案。

[0132] 在根据本发明的试验设备的图6中所示的第五实施例中，与前面的实施例的元件相同的元件设有相同的附图标记，从而可以全面参考前面对相同元件的描述。

[0133] 与前面的实施例不同的是，缓冲存储器52''''设有热交换器82''''，其导致缓冲归路50的载热介质与作为储热介质84''''的空气体积之间的热交换，其中，空气体积84''''尤其还与环绕该空气体积的建筑体热耦合。

[0134] 空气体积84''''的空气尤其可以通过鼓风单元85''''进行循环，从而使空气流穿流热交换器82''''。

[0135] 在此，空气体积84''''例如可以是在其中安置有试验设备的空间的空气体积，并且建筑体可以由环绕或形成该空间的建筑部分形成，其中，空气体积和与该空气体积热耦合的建筑部分形成储热介质。

[0136] 在其余方面，根据图4的第五实施例以与第一实施例相同的方式工作，从而可以全面参考针对第一实施例的实施方案。

[0137] 在根据本发明的试验设备的图7中所示的第六实施例中，与前面的实施例的元件相同的元件设有相同的附图标记，从而可以全面参考前面对相同元件的描述。

[0138] 与前面的实施例不同的是，缓冲回路50'''''就其本身而言构造得比具有两个缓冲存储器52'''''a和52'''''b的缓冲回路更复杂，这两个缓冲存储器构造为分层热存储器，也就是说，在该分层热存储器中，例如应与载热介质相同的储热介质以不同的温度存在于不同的层中。

[0139] 不仅缓冲存储器52'''''a而且还有缓冲存储器52'''''b具有底部接口90a和90b，其可以通过三通阀92与导向循环泵54的抽吸线路62连接。

[0140] 此外，每个底部接口90a和90b可以与填充线路94a和94b连接，其中，两条填充线路94a和94b可以通过三通阀96与热交换器反馈线路66连接。此外，填充线路94a、94b还借助联接线路98a、98b与三通阀92连接。

[0141] 填充线路94b额外地分岔成下填充线路102、中间填充线路104和上填充线路106，其中，这些填充线路中的每一条都设有截止机构112、114或116。

[0142] 两个缓冲存储器52'''''a和52'''''b现在可以利用缓冲回路50'''以如下方式来填充和排空。

[0143] 为了加热气态试验介质流22，载热介质由完全填充好的缓冲存储器52'''''a出发通过对三通阀92进行适当的调整被排出并经由联接线路98a、抽吸线路62、循环泵54和热交换器馈入线路64被输送到热交换器38，在该缓冲存储器中以分层的方式从下到上存在有温度逐渐升高，例如在底部接口90a附近为-10℃而在背离底部接口90a的侧上为+60℃的载热介质。

[0144] 在此，载热介质在热交换器38中被冷却并经由热交换器反馈线路66流回来，其中，三通阀96调整成使载热介质流向填充线路94b，并且截止机构112被打开而截止机构114和116被关闭，从而使被冷却的载热介质通过底部接口90b流入缓冲存储器52'''''b并形成例如温度为-20℃的底层。

[0145] 载热介质在缓冲存储器52'''''b中的各最下面的层的这种填充一直进行至到达可以由设备控制装置70预定的一定的层高。但是，通过按顺序地排空缓冲存储器52'''''a，载热介质的变得越来越热的层被排出，从而也始终使比较热的载热介质穿流热交换器38并在其中被冷却。出于这个原因，在一定时间之后截止机构112被关闭而截止机构114被打开，从而现在经由填充线路104可以使作为具有较高温度的上一层的比较热的载热介质流入缓冲存储器52'''''b并在那里可以构成例如以+20℃存在于缓冲存储器
52'''''b中的比较热的层。

[0146] 如果进一步从缓冲存储器52'''''a排出载热介质，那么最终会导致在大约+60℃的温度下的载热介质被排出并被运送穿过热交换器38，并且通过关闭截止机构112和114并打开截止机构116被输送到缓冲存储器52'''''b作为最上面的层，其中，载热介质的这个最上面的层例如具有+40℃的温度。

[0147] 如果缓冲存储器52'''''a完全被排空，那么设备控制装置70断开缓冲回路50'''并且将载热介质存储在缓冲存储器52'''''b中。

[0148] 如果接下来要将+80℃的气态试验介质流22冷却，那么三通阀96被调整成使填充线路94a与热交换器反馈线路66连接并因此使由热交换器38流回来的载热介质通过底部接口90a导入缓冲存储器52'''''a，其在冷却开始时是空的并且不包含载热介质。

[0149] 而载热介质从缓冲存储器52'''''b排出，其中，最热的载热介质首先被排出，具体而言通过打开截止机构116，从而使该最热的载热介质经由联接线路98b流向三通阀92，该三通阀被重新调整成使载热介质经由抽吸线路62从缓冲存储器52'''''b介质填充线路106排出。

[0150] 载热介质在热交换器38中被进一步加热并例如保持+60℃的温度，从而使载热介质的存储在缓冲存储器52'''''a中的第一层具有+60℃的温度。

[0151] 如果缓冲存储器52'''''b的最上面的层被排空，那么截止机构116被关闭而截止机构114被打开，从而使载热介质的下一个比较冷的层经由填充线路104从缓冲存储器52'''''b排出并借助循环泵54被输送到热交换器38，其中，例如在+40℃的温度下的比较冷的载热介质的层通过底部接口90a被输送到缓冲存储器52'''''a，其中，在该缓冲存储器中在大约+60℃的载热介质的层之下形成了下一个具有+40℃的温度的载热介质的层。如果在缓冲存储器52'''''b中的载热介质的相应的层被排空，那么截止机构112被打开并且载热介质的最下面的层从缓冲存储器52'''''b被排出，在热交换器38中被加热并被引回缓冲存储器52'''''a，并且通过底部接口90a作为最下面的层存储在缓冲存储器52'''''a中，从而在缓冲存储器52'''''a中存在有对应于以其可以重新再次开始对试验室10内的气态试验介质流22进行已描述的加热的层的层。

[0152] 在到现在为止所描述的根据本发明的试验设备的实施例中都是从如下冷却回路40的实施方式出发。

[0153] 在图8中所示的第七实施例中示出了这种冷却回路的变型方案，该冷却回路包括两个冷却回路40''''''a和40''''''b，它们彼此耦合，以便利用调温单元30的汽化器36达到更低的温度，例如-40℃。

[0154] 为此，第一冷却回路40''''''a包括冷却剂压缩机42a、冷凝器44a和节流机构46a，但是该节流机构在这种情况下并不将膨胀性的冷却剂直接输送到汽化器36，而是输送到汽化器48a，该汽化器48a与第二冷却回路40''''''b的液化器44b一起形成热交换器，从而使第二冷却回路40''''''b可以达到更低的温度，其中，第二冷却回路40''''''b具有冷却剂压缩机42b、与汽化器48a耦合的液化器44b和节流机构46b，该节流机构于是将被液化的冷却剂输送到调温单元30中的汽化器36，以便达到更低的温度。

[0155] 但是在调温单元30中，除了汽化器36还布置有热交换器38，其现在可以与极为不同的缓冲回路耦合，对这些缓冲回路在前面在第一至第四实施例中已经作过详细描述，从而在图6中也不再画出这些缓冲回路，而是仅再示出设置在调温单元30中的热交换器38。

[0156] 在其余方面，根据图8的第七实施例包括与前面六个实施例相同的元件，它们也设有相同的附图标记，从而对这些元件的描述可以全面参考前面实施例的实施方案。

[0157] 在根据本发明的试验设备的图9中所示的第八实施例中，调温单元30''''''设有中间回路120，在该中间回路中一方面布置有试验室侧的热交换器122，而另一方面具有布置在试验室10外的外部热交换器124，并且该中间回路具有循环泵126，该循环泵使得中间载热介质在外部的热交换器124与试验室侧的热交换器122之间循环。

[0158] 在这个实施例中，加热单元34、冷却回路40的汽化器36和缓冲回路50的热交换器38与外部的热交换器124耦合，尤其是集成到该热交换器中，从而使中间载热介质可以在外部的热交换器124中由加热单元34加热以及由汽化器36冷却，并且可以由热交换器38加热或冷却，如这在前六个实施例中关于调温单元30所阐释的那样。

[0159] 在此，冷却回路40和汽化器36可以与第一至第六实施例相应地构造。

[0160] 此外，加热单元34还可以是与在第一至第六实施例中所描述的相同的加热单元。

[0161] 此外，热交换器38可以与根据第一至第六的实施例的缓冲回路50耦合。

[0162] 这个解决方案的优点在于，在这个解决方案中仅需要唯一的试验室侧的热交换器122，而除此之外在外部的热交换器124中，热输送和/或热输出通过加热单元34、汽化器
36或热交换器38像以所描述的方式和方法那样进行。