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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung
der Wärme eines Abluftstroms, insbesondere einer Farbspritzkabine.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Mess-/Steuerungs- und Regelungsvorrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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In
industriellem Maßstab betriebene Farbspritzkabinen arbeiten
in der Regel in einem engen und geregelten klimatischen Prozessfenster.
Dabei werden insbesondere die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit über
die Belüftung der Spritzkabine geregelt. Dies ist beispielsweise
in der
DE 4114867 C2 beschrieben.
Pulverbeschichtungskabinen mit geregelter Lüftung für
die Lackierung von Kraftfahrzeugen sind beispielsweise aus der
DE 691 15 831 T2 bekannt.
Im Sinne einer Ressourcen schonenden Prozessführung ist
es zweckmäßig die Wärme aus den heißen
Abluftströmen wiederzugewinnen.
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Um
aus einem Abluftstrom, zum Beispiel einer Farbspritzkabine oder
ganz allgemein eines Innenraumes, einen Teil der Wärme
des Abluftstromes zurück zu gewinnen, kann man Rotationswärmetauscher,
bzw. Wärmeräder, einsetzen. Dabei wird der Rotationswärmetauscher
in einer Hälfte von dem Abluftstrom und in der anderen
Hälfte von einem Zuluftstrom in entgegen gesetzter Richtung
durchströmt. Haben die Luftströme unterschiedliche
Temperaturen, findet ein Wärmeübergang vom warmen
auf den kalten Luftstrom statt. Der Rotationswärmeaustauscher
weist mehrere Kanäle, die in Zuluft- bzw. Abluftstromrichtung
orientiert sind, auf. Diese werden von dem warmen Luftstrom erwärmt
und von dem kalten Luftstrom abgekühlt. Dadurch findet
der Wärmeübergang von dem warmen Luftstrom auf
den kalten Luftstrom statt. Ein solcher Rotationswärmetauscher
weist eine optimale Drehzahl auf. Dreht sich der Rotationswärmetauscher
mit dieser optimalen Drehzahl, wird die maximal mögliche
Wärme von dem wärmeren Luftstrom auf den kälteren
Luftstrom übertragen. Ausgehend von dieser optimalen Drehzahl
führt sowohl eine Drehzahlerhöhung als auch eine Drehzahlerniedrigung
zu einer Verschlechterung eines Wirkungsgrades, wobei eine Drehzahlerhöhung
zusätzlich eine Erhöhung des Luftwiderstandes
des Rotationswärmetauschers bewirkt. Will man nun den Wirkungsgrad
des Rotationswärmetauschers regeln, so ist es sinnvoll,
die Drehzahl des Rotationswärmetauschers auf einen Wert
von Null bis zu dieser optimalen Drehzahl einzustellen. Dabei ist es
weiterhin denkbar, den Rotationswärmetauscher in Abhängigkeit
von der Außenlufttemperatur zu steuern.
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Nachteilig
an der Steuerung des Rotationswärmetauschers in Abhängigkeit
von der Außenluft ist, dass der tatsächliche Wärmebedarf
insbesondere der Bedarf an latenter und sensibler Wärme
nicht oder nur näherungsweise berücksichtigt wird.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform
für ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung
der Wärme eines Abluftstroms, insbesondere einer Farbspritzkabine,
anzugeben, die den tatsächlichen Wärmebedarf besser berücksichtigt
und sich durch eine Verbesserung bzw. Anpassung der Mess-/Steuerungs-
und Regelungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es, die Drehzahl des Rotationswärmetauschers
durch ein Steuersignal zu regeln, das aus zumindest einem Ausgangssignal
einer vorhandenen Mess-/Steuerungs- und Regelungsvorrichtung gebildet
wird. Dabei wird zumindest ein solches Ausgangssignal der Mess-/Steuerungs-
und Regelungsvorrichtung dazu verwendet, Komponenten einer schon
vorhandenen Klimasteuerungseinrichtung, wie zum Beispiel einer Heizung,
einer Kühlung, einer Befeuchtung oder dergleichen, anzusteuern.
Dabei ist es auch möglich, aus mehreren solcher Ausgangssignale
und unter Einbeziehen anderer durch eine Sensoreinrichtung detektierter
klimatischer Parameter das Steuersignal zur Regelung der Drehzahl
des Rotationswärmetauschers herzuleiten. Vorteilhaft an
dieser Ausführungsform ist die Berücksichtigung
nicht nur eines klimarelevanten Parameters, wie z. B. der Temperatur der
Außenluft, bei der Herleitung der Drehzahl für den
Rotationswärmetauscher sondern auch anderer klimarelevanter
Parameter, wie z. B. der Innenlufttemperatur, der Luftfeuchtigkeit
von Außen- und Innenluft oder dergleichen.
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Zur
Ausnutzung dieses Vorteils, ist es nicht zwingend notwendig, eine
komplette Mess-/Steuerungs- und Regelungseinrichtung für
den Rotationswärmetauscher zu installieren. Mit nur geringem
Aufwand kann man eine schon vorhandene Klimasteuerungseinrichtung
für die Generierung des Steuersignals zur Regelung der
Drehzahl des Rotationswärmetauschers anpassen. Dazu wird
die Klimasteuerungseinrichtung mit einem zusätzlich zu
installierenden elektronischen Teilbereich erweitert. Dieser elektronische
Teilbereich wandelt zumindest ein Ausgangssignal der gegebenenfalls
schon vorhandenen Klimasteuerungseinrichtung unter Berücksichtigung eventueller
weiterer relevanter klimatischer Parameter zu einem Steuersignal
um, mit der die Drehzahl des Rotationswärmetauschers steuerbar
ist. Vorteilig hieran ist der geringe konstruktive und kostentechnische
Aufwand, um die Regelung des gegebenenfalls schon vorhandenen Rotationswärmetauschers
unter Zuhilfenahme der Klimasteuerungseinrichtung an dieses neue
Verfahren anzupassen.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt schematisch, in Art eines
elektronischen Schaltplans eine Mess-/Steuerungs-, Regelungsvorrichtung
zur Drehzahlsteuerung des Rotationswärmetauschers.
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Eine
solche Mess-/Steuerungs-, Regelungsvorrichtung 1 zur klimatischen
Regulierung eines Innenraumes, insbesondere einer Farbspritzkabine, umfasst
eine Klimasteuerungseinrichtung 2 und einen elektronischen
Teilbereich 3 zur Regelung einer Drehzahl eines Rotationswärmetauschers,
wobei zwischen der Klimasteuerungseinrichtung 2 und dem elektronischen
Teilbereich 3 Ausgangssignale 4 der Klimasteuerungseinrichtung 2 übergeben
werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden ein Heizausgangssignal 5 zur
Ansteuerung eines Heizventilmotors 6 und ein Kühlausgangssignal 7 zur
Ansteuerung eines Kühlventilmotors 8 als Ausgangssignale 4 dem
elektronischen Teilbereich 3 übermittelt. Zur Übermittlung
der Ausgangssignale 4 werden zwei Signalleitungen 9, 9' verwendet.
Zur Ermittlung der Ausgangssignale 4 weist die Klimasteuerungseinrichtung 2 einen
Nachheizregler 10, einen Heizregler 11 und einen
Kühlregler 12 auf. Der Kühlregler 12 ermittelt
aufgrund von mehreren detektierten oder vorgegebenen Eingangsgrößen 13,
wie zum Beispiel einer Referenzkühltemperatur 14,
einer gemessenen Temperatur 15 oder auch weiteren Eingangsgrößen 13 das
Heizausgangssignal 5, mit dem der Kühlventilmotor 8 gesteuert
wird. Der Heizregler 11 bestimmt aufgrund von Eingangsparametern 13,
wie zum Beispiel einer Referenzheiztemperatur 16, einer
gemessenen Temperatur 17 oder dergleichen das Heizausgangssignal 5 zur
Steuerung des Heizventilmotors 6. Dabei ist es auch möglich,
dass ein aus den Eingangsparametern 13, wie zum Beispiel
einer Referenznachheiztemperatur 18 und einer gemessenen Temperatur 19 oder
dergleichen, mittels des Nachheizreglers 10 ermitteltes
Nachheizausgangssignal 20 zusammen mit dem Heizausgangssignal 5 über einen
Addierer 21 zu einem Heizausgangssignal 5' gewandelt
wird und somit, das Heizausgangssignal 5' zur Ansteuerung
des Heizventilmotors 6 herangezogen wird. In diesem Fall
ist es denkbar, dass anstatt des Heizausgangssignal 5 über
eine Signalleitung 22 das Heizausgangssignal 5' über
eine Signalleitung 23 an den elektronischen Teilbereich 3 übermittelt
wird.
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Der
elektronische Teilbereich 3 ermittelt aufgrund der Ausgangssignale 4 und
der Eingangsparameter 13' ein Steuersignal 24,
welches ein Rotationswärmetauscherregler 25 zusammen
mit einem Steuersignalreferenzwert 26 zu einem Motorsteuerungssignal 27 zur
Steuerung des Rotationswärmetauschermotors verarbeitet.
Dabei umfasst der elektronische Teilbereich 3 ein elektronisches
Bauteil 29 zur Ermittlung eines Innen-/Außentemperaturparameters 30 und
einen logischen Schaltkreis 31, insbesondere programmierbar,
zur Ermittlung des Steuersignals 24 aus dem Heizausgangssignal 5, 5' dem
Kühlausgangssignal 7, dem Innen-/Außentemperaturparameter 30 und
dem Referenzsteuersignal 26.
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Das
elektronische Bauteil 29 zur Bestimmung des Innen-/Außentemperaturparameters 30 leitet
eben diesen aus den Eingangsparametern 13', einer gemessenen
Außentemperatur 32 und einer gemessenen Innenraumtemperatur 33,
in der in 1 dargestellten Weise her. Ist
dabei eine aus der Außentemperatur 32 und der
Innenraumtemperatur 33 gebildete Differenz 33 größer
0, so wird der Innen-/Außentemperaturparameter 30 auf
1 gesetzt. Ist die aus der Außentemperatur 32 und
der Innenraumtemperatur 33 gebildete Differenz 33 kleiner
0 wird der Innenaußentemperaturparameter 30 auf –1 gesetzt.
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Eine
von einem warmen Luftstrom auf einen kalten Luftstrom durch den
Rotationswärmetauscher übertragbare Wärmemenge
ist abhängig von der Drehzahl des Rotationswärmetauschers.
Nun ist es offensichtlich, dass bei einer Drehzahl von 0 gemäß dem
Funktionsprinzip eines Rotationswärmetauschers auch die
von dem warmen Luftstrom auf den kalten Luftstrom übertragbare
Wärmemenge der durch den Rotationswärmetauscher
strömenden Luftströme gleich 0 bzw. minimal ist.
Mit Ansteigen der Drehzahl erhöht sich auch die von dem
warmen Luftstrom auf den kalten Luftstrom übertragbare
Wärmemenge bis zu einem maximalen Wert. Wird eine maximale
Drehzahl, die mit der maximal von dem warmen Luftstrom auf den kalten
Luftstrom übertragbare Wärmemenge korreliert, überschritten,
so sinkt die von dem warmen Luftstrom auf den kalten Luftstrom übertragbare
Wärmemenge wieder ab. Aufgrund dessen wird zur Steuerung
eines Wirkungsgrades des Rotationswärmetauschers die Drehzahl
auf einen Wert von 0 bis zu der maximalen Drehzahl eingestellt.
Eine Übersteuerung über die maximale Drehzahl
hinaus führt zu einem erhöhten Luftwiderstand
in einem Abluft- und einem Zuluftstrom. Dies sollte bei der Ansteuerung
des Rotationswärmetauschermotors 28 durch den
Rotationswärmetauscherregler 25 und dem logischen
Schaltkreis 31 berücksichtigt werden.
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Soll
nun z. B. im Innenraum geheizt werden, so ist die aus dem Heizausgangssignal 5 und
dem Kühlausgangssignal 7 hergeleitete Differenz
positiv. Ist nun gleichzeitig die aus Außentemperatur 32 und Innentemperatur 33 ermittelbare
Differenz positiv, so ist auch der Innen-/Außentemperaturparameter 30 positiv,
wodurch sich gemäß einer Berechnungsformel x =
xR(1 + xT(xH – xC))
des logischen Schaltkreises 31 ein Steuersignal 24 ergibt,
das größer als das Referenzsteuersignal 26 ist.
In diesem Fall wird die Drehzahl des Rotationswärmetauschers
erniedrigt, um weniger Wärme von dem in diesem Fall warmen Zuluftstrom
auf den kalten Abluftstrom zu übertragen und somit ein
Abkühlen des warmen Zuluftstroms durch den kalten Abluftstrom
zu verhindern.
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Soll
der Innenraum weiterhin geheizt werden, während die aus
der Außentemperatur 32 und der Innentemperatur 33 ermittelte
Differenz negativ ist, so ist der Innen-/Außentemperaturparameter 30 auf –1
gesetzt. In diesem Fall ergibt sich ein Steuersignal 24,
das kleiner als das Referenzsteuersignal 26 ist. Da auch
in diesem Fall eine Erhöhung der Temperatur im Innenraum
erreicht werden soll, die Innenraumtemperatur 33 aber größer
als die Außentemperatur 32 ist, wird durch den
Rotationswärmetauscher Wärme von dem nun warmen
Abluftstrom auf den kalten Zuluftstrom übertragen. Da dies
im Sinne einer Temperaturerhöhung im Innenraum ist, wird
die Drehzahl bis gegebenenfalls zur maximalen Drehzahl erhöht
und somit der kalte Zuluftstrom durch den warmen Abluftstrom beheizt.
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Analoge Überlegungen
gelten für ein Kühlen des Innenraums. Ist z. B.
die Innenraumtemperatur 33 kleiner als die Außentemperatur 32,
so ist der Innen-/Außentemperaturparameter 30 auf
1 gesetzt. Die aus dem Heizausgangssignal 5 und dem Kühlausgangssignal 7 ermittelte
Differenz ist negativ und somit ergibt sich das Steuersignal 24,
das kleiner als das Referenzsteuersignal 26 ist. In diesem
Fall wird die Drehzahl, allerdings nur bis zur maximalen Drehzahl,
erhöht, was dazu führt, dass ebenfalls der Wärmeübergang
vom warmen Zuluftstrom auf den kalten Abluftstrom erhöht
wird. Dies unterstützt den Kühlvorgang im Innenraum
dadurch, dass in diesem Fall der warme Zuluftstrom durch den kalten
Abluftstrom gekühlt wird.
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Es
ist nun denkbar, dass weitere Ausgangssignale der Klimasteuerungseinrichtung 2,
wie z. B. an verschiedenen Stellen gemessene Temperaturwerte, Feuchtigkeitsmesswerte
der dergleichen und ebenfalls weitere gemessene klimatische Umbebungsparameter
in einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt
werden können.
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- 1
- Mess-/Steuer-,
Regelungsvorrichtung
- 2
- Klimasteuerungseinrichtung
- 3
- Elektronischer
Teilbereich
- 4
- Ausgangssignale
- 5
- Heizausgangssignal
- 6
- Heizventilmotor
- 7
- Kühlausgangssignal
- 8
- Kühlventilmotor
- 9
- Signalleitungen
- 10
- Nachheizregler
- 11
- Heizregler
- 12
- Kühlregler
- 13,
13'
- Eingangsparameter
- 14
- Referenzkühltemperatur
- 15
- gemessene
Temperatur
- 16
- Referenzheiztemperatur
- 17
- gemessene
Temperatur
- 18
- Referenznachheiztemperatur
- 19
- gemessene
Temperatur
- 20
- Nachheizausgangssignal
- 21
- Addierer
- 22
- Signalleitung
- 23
- Signalleitung
- 24
- Steuersignal
- 25
- Rotationswärmetauscherregler
- 26
- Referenzsteuersignal
- 27
- Motorsteuerungssignal
- 28
- Rotationswärmetauschermotor
- 29
- elektronisches
Bauteil
- 30
- Innen-/Außentemperaturparameter
- 31
- logischer
Schaltkreis
- 32
- Außentemperatur
- 33
- Innentemperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4114867
C2 [0002]
- - DE 69115831 T2 [0002]