DE102012105255A1

DE102012105255A1 - Vorrichtung zur Regelung eines definierten Förderstroms ohne Durchflussmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102012105255A1
Application number: DE201210105255
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-17
Filing date: 2012-06-17
Publication date: 2013-12-19

Abstract

Eine Vorrichtung zur Regelung eines definierten Förderstroms einer Kreiselpumpe soll für sich und/oder in Verbindung mit einem Kreislaufverbundsystem exakter und sicherer arbeiten und dabei kostengünstiger gestaltet werden. Dazu ist eine programmierbare Regeleinrichtung 5 in Verbindung mit einem Frequenzumrichter 7 für die Kreiselpumpe 3 in einem Hydrauliksystem 1 einer Wärmepumpe 2 auf deren Verflüssigerseite vorgesehen, wobei die Regeleinrichtung 5 den erforderlichen Förderstrom auf Grund der angeforderten Heizleistung der Wärmepumpe 2 ermittelt. In einem Kreislaufverbundsystem wird dazu einer Regeleinrichtung über ein analoges oder digitales Signal des Luftvolumenstromes eines Lüftungsgerätes für die Ermittlung der Betriebsparameter einer Kreiselpumpe übermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Förderstroms einer Kreiselpumpe mit einem Frequenzumrichter ohne Durchflussmesseinrichtung oder sonstigen Sensoren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Vorrichtung wird in einer Wärmepumpe oder einem Flüssigkeitskühler angewendet und betriff ebenfalls eine Vorrichtung zur Regelung eines Förderstroms einer Kreiselpumpe mit einem Frequenzumrichter ohne Durchflussmesseinrichtung oder sonstigen Sensoren gemäß dem Anspruch 4 in einem Kreislaufverbundsystem.
Die Regelung von Förderströmen mit drehzahlgeregelten Kreiselpumpe durch einen Verflüssiger und/oder Verdampfer einer Wärmepumpe beziehungsweise eines Flüssigkeitskühlers ist bekannt und wird vorzugsweise angewandt um die Jahresarbeitszahl der Einrichtung durch Reduzierung des Stromverbrauchs der Kreiselpumpe zu verbessern.
Kreislaufverbundsysteme werden vor allem in der Lüftungstechnik zur Wärmerückgewinnung eingesetzt. Hierbei kann kalt zugeführte Zuluft durch einen gezielten Wärmetransport aus warmer Abluft vorgeheizt werden. Der Aufbau von Kreislaufverbundsystemen ist allgemein bekannt. Beispielhaft sind derartige Systeme in der VDI 2071 und der Veröffentlichung unter dem Titel Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik mit der ISBN 3-486-26450-8 beschrieben. Um die Rückwärmeleistung eines Kreislaufverbundsystems zu optimieren muss der Förderstrom des Wärmeträgers innerhalb des Kreislaufverbundsystems genau auf den Luftvolumenstrom des Lüftungsgerätes eingestellt werden.
Die Regelung der Förderströme erfolgt nach dem derzeitigen Stand der Technik auf sehr aufwändige Art und Weise und die Genauigkeit der Einstellungen ist abhängig davon, mit welcher Art von Messeinrichtungen der Förderstrom gemessen wird.
Mit Einrichtungen gemäß des beschriebenen Standes der Technik lässt sich der Förderstrom nicht genau einstellen und die Messeinrichtung erzeugt unter Umständen noch einen Differenzdruck welcher wiederum den Stromverbrauch der Kreiselpumpe erhöht. Außerdem sind die Messeinrichtungen teuer und teilweise im Dauerbetrieb anfällig gegen Fehlfunktionen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die Genauigkeit der Förderströme zu erhöhen, die durch die Messeinrichtung verursachten Druckverluste im System zu verhindern, die Toleranzen der Messeinrichtungen zu eliminieren, die Einrichtungen betriebssicherer zu machen und die Kosten zu senken.
Die Lösung der Aufgabe zur Regelung der Förderströme bei Wärmepumpen und Flüssigkeitskühlern gestaltet sich nach den Merkmalen von Anspruch 1.
Die Lösung der Aufgabe zur Regelung der Förderströme in Kreislaufverbundsystemen gestaltet sich nach den Merkmalen von Anspruch 4.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aus einem Regler mit einer Steuereinheit und Eingabeeinrichtungen, eine Kreiselpumpe und ein Frequenzumformer besteht. Über die Eingabeeinrichtungen werden in den Regler die Pumpenkenndaten eingegeben. Über einen digitalen oder analogen Eingang wird von dem Regler der erforderliche Förderstrom angefordert. Der Regler errechnet die erforderliche Drehzahl der Kreiselpumpe und stellt über den Frequenzumrichter die erforderliche Drehzahl der Kreiselpumpe ein.
Die Erfindung gestaltet sich in bevorzugter Bauweise durch eine Anordnung von einem programmierbaren Regler sowie Frequenzumformer in die Schalteinrichtung einer Wärmepumpe oder in die Schalteinrichtung eines Kreislaufverbundsystems und den Kreiselpumpen in das jeweilige Rohrleitungssystem.
Dabei kann ein Regler mehrere Frequenzumformer ansteuern. In einer weiteren Ausbaustufe kann eine Schalteinrichtung inklusive Regler und Frequenzumformer für die gesamte Regelung einer Wärmepumpe oder eines Kreislaufverbundsystems vorgesehen werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen unter anderem in den im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Wirkungen:

a) Der Förderstrom wird unter Berücksichtigung der Dichte des Wärmeträgers genau eingestellt.
b) Es entsteht kein Druckverlust für eine Messeinrichtung.
c) Es werden keine Messtoleranzen erzeugt durch ein Durchflussmessgerät oder durch eine Differenzdruckmessung.
d) Zur Einstellung des Massenstromes kann die Mediumtemperatur erfasst und der Förderstrom entsprechend korrigiert werden.
e) Es wird eine deutliche Reduzierung der Entstehungskosten erzielt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von zeichnerischen Darstellungen beispielhaft dargestellt.
Darin zeigen
1 ein Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einer Wärmepumpe und
2 ein Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einem Kreislaufverbundsystem.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung in einem Hydrauliksystem 1 auf der Verdampferseite einer Wärmepumpe 2 dargestellt. Eine Kreiselpumpe 3 fördert den Wärmeträger durch eine Rohrleitung 4. Eine Regeleinrichtung 5 ist über eine Steuerungsverbindung A mit der der Kreiselpumpe 3 schaltungstechnisch verbunden und steuert die Drehzahl der Kreiselpumpe 3. Die Wärmepumpe 2 ist schaltungstechnisch selbständig versorgt, wobei die Verdichter 6 ein- und ausgeschaltet werden. Dabei können auch Leistungsstufen der Verdichter 6 angesteuert werden, die zu deren Betreiben vorgesehen sind. Über Signalverbindungen B können erfindungsgemäß Signale zum Betriebszustand der geschalteten Verdichter 6 und deren geschalteten Leistungsstufen an die Regeleinrichtung übertragen. Weiterhin können erfindungsgemäß Signale eines Temperatursensors 14, der der Kreiselpumpe 3 zugeordnet ist, über eine Signalverbindung B an die Regeleinrichtung 5 übertragen werden.
Auf Grund der erhaltenen Signale errechnet die Regeleinrichtung 5 die Leistung der Wärmepumpe 2 und damit den erforderlichen Förderstrom der Kreiselpumpe 3 für die Hydraulikseite der Wärmepumpe 2. Die Regeleinrichtung 5 berechnet damit ebenfalls die erforderliche Drehzahl der Kreiselpumpe 3 und steuert einen Frequenzumrichter 7 für die Antriebssteuerung der Kreiselpumpe 3 an, wodurch wiederum die erforderliche Drehzahl der Kreiselpumpe 3 festgelegt wird.
Weiterhin ist auch eine Steuerungsverbindung A zu der weiteren Kreiselpumpe auf der anderen Seite der Wärmepumpe 2 gezeigt, so dass auch dort eine Drehzahlregelung vorgenommen werden kann. Dabei können erfindungsgemäß Signale eines Temperatursensors 15, der der weiteren Kreiselpumpe 3 zugeordnet ist, über eine Signalverbindung B an die Regeleinrichtung 5 übertragen werden.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung in einem Hydrauliksystem 8 eines Kreislaufverbundsystems 12 in Verbindung mit einem Lüftungsgerät 13 zurr Steuerung eines Volumen-/ Massenstromes dargestellt. Dabei wird die Temperatur auf der Druckseite einer Kreiselpumpe 9 gemessen und über eine Signalverbindung D in eine Regeleinrichtung 10 übertragen. Mit der Temperatur des Wärmeträgers berechnet die Regeleinrichtung 10 die Dichte und die spezifische Wärmekapazität des Wärmeträgers.
Mit einer vorgegebenen variablen Rückwärmzahl für die Einrichtung und den Volumenströmen in der Abluft und/oder Zuluft eines Lüftungsgerätes 13 errechnet die Regeleinrichtung 10 den erforderlichen Massenstrom. Die Volumenströme in der Abluft und/oder Zuluft des Lüftungsgerätes 13 können dabei ebenfalls variabel sein. Über eine Steuerungsverbindung C zwischen der Regeleinerichtung 10 und einem Frequenzumrichter 11 für den Antrieb der Kreiselpumpe 9 wird ein entsprechendes Steuersignal übermittelt. Damit wird mittels des Frequenzumrichters 11 die Drehzahl der Kreiselpumpe 9 entsprechend eingestellt.
Der Regeleinrichtung 10 können über die Signalverbindung D zusätzlich digitale oder analoge Signale betreffend die Lufttemperatur der Zuluft und/oder der Abluft des Lüftungsgerätes 13 übermittelt werden.
Schließlich kann der Regeleinrichtung 10 über die Signalverbindung D auch zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend den Luftmassenstrom des Lüftungsgerätes 13 übermittelt werden.
Bei einem Kreislaufverbundsystem 12 wird die Drehzahl der Kreiselpumpe 9 über den Energieentzug der Abluft berechnet, wobei hier der Volumenstrom, die Dichte und die spezifische Wärmekapazität berücksichtigt werden können. Die dies bezüglichen Daten des Zuluftvolumenstroms spielen dabei nur eine untergeordnete Rolle, da der Zuluft nur so viel Energie zugeführt werden kann wie der Abluft vorher entzogen werden kann. Dies gilt für die Betriebszustände eines Heizfalles wie auch für den Kühlfall.
Wenn man in das Kreislaufverbundsystem 12 zusätzliche Energie einkoppelt, auch hier im Kühlfall wie im Heizfall, muss selbstverständlich auch diese Energie bei der Auslegung des Reglers mit berücksichtigt werden.
Ziel ist also die Schaffung einer Schalt- und Regeleinrichtung für ein Kreislaufverbundsystem und einer Schalt- und Regeleinrichtung für eine Wärmepumpe, wobei ein Flüssigkeitskühler auch als Wärmepumpe zu verstehen ist, wobei beide Systeme natürlich ineinander greifen oder miteinander verbunden werden können.
Bezugszeichenliste

1: Hydrauliksystem
2: Wärmepumpe
3: Kreiselpumpe
4: Rohrleitung
5: Regeleinrichtung
6: Verdichter
7: Steuerungseinrichtung / Frequenzumrichter
8: Hydrauliksystem
9: Kreiselpumpe
10: Regeleinrichtung
11: Steuerungseinrichtung / Frequenzumrichter
12: Kreislaufverbundsystem
13: Lüftungsgerät
14: Temperatursensor
15: Temperatursensor
16: Temperatursensor
A: Steuerungsverbindung
B: Signalverbindung
C: Steuerungsverbindung
D: Signalverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI 2071 [0004]
ISBN 3-486-26450-8 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Regelung eines definierten Förderstroms einer Kreiselpumpe (3) mit einer programmierbaren Regeleinrichtung (5) und einem Steuerungseinrichtung, wie einen Frequenzumrichter (7), zur Ansteuerung der Kreiselpumpe (3) in einem Hydrauliksystem (1) einer Wärmepumpe (2) auf deren Verflüssigerseite, wobei die Regeleinrichtung (5) einen erforderlichen Förderstrom auf Grund der Heizleistung der Wärmepumpe (2) ermittelt und ein Steuerungssignal über eine Steuerungsverbindung (A) an die Steuerungseinrichtung der Kreiselpumpe (3) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Anordnung auf der Verdampferseite der Wärmepumpe (2), wobei die Regeleinrichtung (5) den erforderlichen Förderstrom auf Grund der Kühlleistung der Wärmepumpe (2) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regeleinrichtung (5) den erforderlichen Förderstrom der Kreiselpumpe (3) auf Grund der Anzahl von mehreren geschalteten Verdichtern (6) und/oder den Leistungsstufen des / der Verdichter (6) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Regeleinrichtung (5) mit einer Temperaturmesseinrichtung (14, 15), die in der Wärmeträgerzuführung vor der Kreiselpumpe (3) angeordnet ist, verbunden ist.
Vorrichtung zur Regelung eines definierten Förderstroms einer Kreiselpumpe (9) mit einer programmierbaren Regeleinrichtung (10) und einer Steuerungseinrichtung, wie einem Frequenzumrichter (11), für eine Kreiselpumpe (9) in einem Kreislaufverbundsystem (12), wobei der Regeleinrichtung (10) eine Signalverbindung (C) zu einem Lüftungsgerät (13) zugeordnet ist, über die ein analoges oder digitales Signal betreffend den Luftvolumenstrom des Lüftungsgerätes (13) übermittelt wird und ein Steuerungssignal über eine Steuerungsverbindung (C) an die Steuerungseinrichtung (7) der Kreiselpumpe (3) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 wobei der Regeleinrichtung (10) über die Signalverbindung (D) zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend die Temperatur auf der Druckseite der Kreiselpumpe (9) übermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5 wobei der Regeleinrichtung (10) über die Signalverbindung (D) zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend die Lufttemperatur der Zuluft des Lüftungsgerätes (13) übermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Regeleinrichtung (10) über die Signalverbindung (D) zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend die Lufttemperatur der Abluft übermittelt des Lüftungsgerätes (13) wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Regeleinrichtung (10) über die Signalverbindung (D) zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend die Lufttemperatur der Zuluft und der Abluft übermittelt des Lüftungsgerätes (13) wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Regeleinrichtung (10) über die Signalverbindung (D) zusätzlich ein digitales oder analoges Signal betreffend den Luftmassenstrom des Lüftungsgerätes (13) übermittelt wird.