DE1778989A1

DE1778989A1 - Klimaanlage mit einer Hauptrohrleitung

Info

Publication number: DE1778989A1
Application number: DE19681778989
Authority: DE
Inventors: Newton Alvin B
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1967-06-28
Filing date: 1968-06-26
Publication date: 1971-08-05
Also published as: US3425485A; NL6809142A; DE1778989B2; BE717081A; FR1571714A; DE1778989C3; GB1216608A

Description

dr.ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HxIUCK · »ipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBXJRG-MUN CHE N ZUgTELLTJNGSANSCHRIFT: HAMBITRG 36 · NEUER WALL

TEL·. 3O 74 28 UXD :»β 41 15

TELKGH. NKQEDAPATKNT HAMBURG

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR.

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TKLEGR. XEGEIiAPATENT MÜNCHEN

HAMBURG,

25, Juni 1968

Borg - Warner Corporation, Chicago, Illinois (V.St.A.)

Klimaanlage mit einer Hauptrohrleitung.

Für diese Patentanmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden US - Patentanmeldung, Ser.No. 649,512 vom 28. Juni 1967 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einem Hauptrohr, "bzw. mit einer Hauptrohrleitung, insbesondere eine Steuervorrichtung, die dazu dient, die Temperatur des für die Heizung oder Kühlung zur Verfügung stehenden Wassers ₍ zu ermitteln.

Bei einer Klimaanlage mit einer einzigen Hauptrohrleitung wird ein zum Wärmeaustausch dienenden Medium (im allgemeinen Wasser) vermittels eines einzigen, geschlossenen Kreislaufes über die Hauptrohrleitung mehreren Einzelgeräten für die Klimatisierung zugeführt, die sich im allgemeinen in verschiedenen Räumen befinden und ihrerseits dazu dienen, die in einem solchen Raum umgewälzte Luft zu er-

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wärmen, bzw. abzukühlen. Wenn heißes und gekühltes Wasser zur Verfügung stehen, kann die Temperatur innerhalb jedes einzelnen Raumes entsprechend der in diesem Raum gegebenen Anforderungen und der Belastung eingestellt werden.

Eine Anlage, welche diesem Zweck dient, ist in der US Patentanmeldung, Serial Nummer 522,588 vom H. Januar 1966 beschrieben. Bei dieser Anlage wird durch eine Hauptrohrleitung, an welche die verschiedenen Einzelgeräte angeschlossen sind, abwechselnd heißes oder gekühltes Wasser gefördert. Das umgewälzte Wasser kann entweder durch eine Heizvorrichtung oder durch eine Kühlvorrichtung geleitet werden und eine Zeitgebervorrichtung dient dazu, die Länge der Heiz- und Kühlperioden dem Bedarf anzupassen. Außerdem ist vorzugsweise ein Vorratsbehälter vorgesehen, in welchem das erwärmte und das gekühlte Wasser während der "Ausschaltzeit" gespeichert werden, so daß beim Übergang von Kühlung zu Wärmung oder umgekehrt die dem Wasser zugeführte (oder * diesem entzogene) Wärmemenge möglichst gering bleibt.

Bei einer bekannten Anordnung weist die Steuervorrichtung, die dazu dient, die Temperatur des durch das Hauptrohr strömenden Wassers zu ermitteln, ein mit der Hauptrohrleitung unmittelbar verbundenes Kapillar- oder Fühlerthermometer und eine Temperaturanzeigevorrichtung für die Lufttemperatur auf, die mit dem Thermometer für die Wassertemperatur zusammenwirkt und ein Ventil oder eine Pumpe steuert, die dementsprechend die Wasserumwälzung durch den Wärmeaustaueeher innerhalb des Einzelgerätes gestattet. Ein Nachteil dieeer

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Anordnung ist darin zu sehen, daß das zur Anzeige der Wassertemperatur dienende Kapillar- oder Fühlerthermometer in vielen Fällen sehr lang ausgebildet sein muß, da viele Einzelgeräte oft sehr weit von der Hauptrohrleitung entfernt sind. Die Länge des Kapillarrohrs führt in der Regel zu Fehlanzeigen für die Steuervorrichtung, weil es von der umgebenden Luft beeinflußt wird.

Die Erfindung soll eine verbesserte Klimaanlage mit einer Hauptrohrleitung angeben, durch welche die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Einlaßleitung und der Auslaßleitung und parallel zu dem Wärmeaustauscher in jedem Sinzelgerät eine Nebeiistromleitung angeordnet und die temperaturabhängige Steuervorrichtung ist mit einem Temperaturfühler versehen, der die Temperatur in der Hebenstromleitung ermittelt.

Die einzelnen Merkmale und Vorteile der Erfindung sind ' aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt :

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Klimaanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 ein schematischer Querschnitt durch ein Einzelgerät der Klimaanlage, und

Fig. 3 eine Steuervorrichtung für ein Einzelgerät. 1 0983? ΑΠ789

Die in Pig. 1 dargestellte Hauptrohrleitung 10 für die Zufuhr und Rückleitung von Wasser stellt den Hauptteil eines geschlossenen Kreislaufsystems dar und weist eine Zuleitung oder Steigleitung 10a und eine Rückleitung 10b, ebenfalls in der Form einer Steigleitung auf. Die Hauptrohrleitung 10 verbindet eine Plüssigkeitskühlvorrichtung 12 bekannter Ausführung, eine Heizvorrichtung oder einen Heizkessel 14 und mehrere Einzelgeräte 16, die sich in den

P zu klimatisierenden Räumen oder Zonen A, B und C befinden, miteinander. Der Auslaß 13 des Plüssigkeitskühlers 12 und der Auslaß 15 der Heizvorrichtung 14 sind jeweils mit einem Dreiwegventil 18 verbunden, welches gestattet, wahlweise kaltes oder heißes V/asser über die Rohrleitung 21 zur Einlaßseite einer Pumpe 20 zu leiten. Die Stellung des Dreiwegventils 18 wird durch eine Zeitgebervorrichtung 19 bestimmt, wie noch im einzelnen erläutert werden soll. Die in 3?ig. 1 dargestellten Einzelgeräte 16 und die Räume

. oder Zonen A, B und C dienen lediglich der Veranschaulichung des Prinzips und stehen stellvertretend für eine größere Menge solcher Geräte und Räume, wie sie in der Praxis anzutreffen ist.

Jedes Einzelgerät 16 für die Klimatisierung eines Raumes weist ein Gebläse 22 oder eine andere Vorrichtung zum Umwälzen der Luft, sowie einen Wärmeaustauscher 24 auf, der über eine eigene Einlaßleitung 25 von der Hauptrohrleitung 10 mit Wasser beschickt wird. Das Wasser, welches die Wärmeaustauscher 24 verläßt, geht über eine an jedem Wärme-

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austauscher angeordnete Auslaßleitung 27 zu der Hauptrohrleitung 10 zurück.

In jeder Einlaßleitung 25 zu einem Wärmeaustauscher liegt eine Pumpe 36, die durch eine Steuervorrichtung 38 immer dann betätigt wird, wenn 1) die Lufttemperatur des zu klimatisierenden Raumes, die durch temperaturempfindliche Meßeinrichtungen 40, !Thermostaten oder andere Vorrichtungen gemessen wird, einen bestimmten Wert hat, und wenn 2) die Temperatur des für den Wärmeaustauscher 24 eines Einzelgerätes 16 zur Verfügung stehenden Wassers, die durch temperaturempfindliche Meßeinrichtungen 42 oder andere Vorrichtungen gemessen wird, einen bestimmten Wert hat, wobei die Meßeinrichtungen 42 in einer solchen Weise angeordnet sind, daß sie die Temperatur in einer Nebenstrom leitung 43 feststellen können, die parallel zu dem Wärmeaustauscher 24 dessen Einlaßleitung 25 mit dessen Auslaßleitung 27 verbindet. Wenn eine der Meßeinrichtungen 40 eine oberhalb der erwünschten Temperatur liegende Temperatür ermittelt und dadurch einen Kühlbedarf anzeigt, wird die Pumpe 36 nur dann in Tätigkeit gesetzt, wenn durch die Hauptrohrleitung 10 und die Nebenstromleitung 43 kaltes Wasser umgewälzt wird. Wenn die Meßeinrichtungen 40 eine unterhalb der gewünschten Raumtemperatur liegende Temperatur ermitteln und dadurch Heizbedarf anzeigen, wird die Pumpe 36 nur dann betätigt, wenn durch die Hauptrohrleitung 10 und die Nebenstromleitung 43 heißes Wasser umgewälzt wird.

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Um die durch die Nebenstromleitung 43 strömende WasBeimenge zu begrenzen, sind in dieser entsprechende Drosselstellen oder Düsen angeordnet. Auf der Abströmseite der Pumpe 36 ist ein Einwegventil 41 mit kleiner Sperrwirkung angeordnet und dient dazu, den Durchgang von Wasser durch den Wärmeaustauscher zu verhindern, wenn die Pumpe nicht in Tätigkeit ist, so daß alles Wasser, das aus der Hauptrohrleitung 10 entnommen wird, durch die Nebenstromleitung * 43 strömt.

Die Steuervorrichtung 3S für die Einzelgeräte 16 soll in der in Pig. 3 dargestellten Weise aufgebaut sein. In dieser befinden sich zwei Einpolumschalter 44 und 46, die jeweils durch die Meßvorrichtung 40, bzw. 42 betätigt werden. Der Umschalter 44 kann zwischen dem Kontakt c (entsprechend einem Kühlbedarf) und dem Kontakt h (entsprechend einem Heizbedarf) umgeschaltet werden. Der Schalthebel kommt beispielsweise bei einer Temperatur von etwa + 23»3 ⁰C in die Schaltstellung c und stellt eine Verbindung mit diesem Kontakt her, und bei einer Temperatur von etwa + 22,8 ⁰C in die Schaltstellung h und stellt eine Verbindung mit diesem Kontakt her. Der Umschalter 4o kann zwischen dem Kontakt c' (der anzeigt, daß in der Hauptrohrleitung 10 Kühlwasser zur Verfügung steht) und dem Kontakt h' (der anzeigt, daß Heizwasser zur Verfugung steht) umgeschaltet werden, wobei der Schalthebel beispielsweise bei einer unter + 18 ⁰C liegenden Temperatur in die Schaltstellung c', und bei einer über + 27 ⁰C liegenden Temperatur in die

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Schaltstellung h' kommt. Die Einpolumschalter 44» 46 liegen in einem Schaltkreis, der außerdem eine Spannungsquelle 48, die Leitungen 50, 51, 52 und ein Einschaltrelais 54 für die Pumpe aufweist, so daß der Motor der Pumpe 36 nur dann in Tätigkeit gesetzt werden kann, wenn die beiden Kontakte c und cj oder die "beiden Kontakte h und h' geschlossen sind. In der in Pig. 3 dargestellten lage "befindet sich in der Hauptrohrleitung 10 heißes Wasser, so daß der Schalthebel des Umschalters 46 einen Stromkreis über den Kontakt h'schließt. Die Temperatur innerhalb des Haumes hat außerdem einen solchen V/ert, daß ein Heizbedarf durch das Einzelgerät vorliegt, wobei der Schalthebel des Umschalters 44 einen Stromkreis über den Kontakt h schließt. Da die beiden Kontakte h und h' durch die Leitung 51 miteinander verbunden sind und die Kontakte c und c' ebenfalls durch die Leitung 52 miteinander in Verbindung stehen, ist der Stromkreis zwischen den beiden Umschaltern geschlossen. Daher wird das Einschaltrelais 54 für die Pumpe betätigt und die Pumpe in Tätigkeit gesetzt. ι

Obwohl in der vorstehend beschriebenen Klimaanlage ein Einzelgerät mit einem Wärmeaustauscher und einem Gebläse beschrieben worden ist, ergibt sich gleicherweise die Möglichkeit, Änsaugeinheiten zu verwenden, deren Aufbau und Wirkungsweise dem Fachmann bekannt sind. Bei diesen wird die von einer entsprechenden Quelle abgegebene Primärluft in einen Speicher eingeblasen und von diesem durch eine Düse oder eine andere, entsprechende Vorrichtung, in eine

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Ansaugkammer abgegeben. Dabei wird Raumluft angesaugt und über einen Wärmeaustauscher geleitet, der mit erwärmten oder gekühltem Wasser beschickt wird. Wenn die hier beschriebene Klimaanlage in Verbindung mit Ansaugeinheiten in den Einzelgeräten verwendet wird, entspricht der Wärmeaustauscher 24 des Gebläsegerätes dem Wärmeaustauscher in der Ansaugeinheit, über den die Raumluft oder die sekundäre Luft angesaugt wird. In allen übrigen Punkten entsprechen fc die beiden Vorrichtungen genau der hier beschriebenen Ausführung .

Es soll nun in Verbindung mit Pig. 1 die Steuerung für das den Einzelgeräten zugeführte V/asser beschrieben werden. Das aus den verschiedenen Einzelgeräten, die mit der Hauptrohrleitung 10 verbunden sind, zurückfließende Wasser gelangt durch die Rückleitung 10b zu einem Dreiwegventil 100. Das Dreiwegventil 100 dient dazu, das zufließende Wasser entweder in die mit der Zuleitung 103 für den Elüssigkeitskühler verbundene Leitung 101, oder aber in die mit der Zuleitung 107 für die Heizvorrichtung verbundene Leitung 105 abzugeben. Eine Ventilsteuerung 102 spricht auf die Temperatur des zurückfließenden Wassers vermittels einer auf der Zustromseite des Dreiwegventils 100 angeordneten temperaturabhängigen Meßeinrichtung I04 an und leitet das Wasser in Abhängigkeit von dessen Temperatur entweder zu der Heizvorrichtung Η oder zu dem Flüssigkeitskühler 12. Wenn die Temperatur des zurückfließenden Wassers unter +21 ⁰C liegt, ist das Dreiwegventil 100 zur Leitung 101 hin offen,

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und wenn die ^temperatur über 21 ⁰C liegt, wird das Dreiwegventil 100 in eine Stellung gebracht, in welcher es die Rückleitung 10b mit der Leitung 105 verbindet.

Zwecks Senkung der Betriebskosten, insbesondere bei der Umschaltung von heißem zu kaltem Wasser, oder umgekehrt, sind zwei Vorratsbehälter 110 und 112 vorgesehen. Der Vorratsbehälter 110 dient für das kalte oder gekühlte Wasser und ist mit der Zuleitung für den Plüssigkeitskühler verbunden, während der Vorratsbehälter 112 für das heiße oder erwärmte Wasser dient und mit der Zuleitung 107 für die Heizvorrichtung verbunden ist. Die beiden Vorratsbehälter sind an ihren oberen Enden durch eine Druckausgleichleitung 111 miteinander verbunden.

Die Umwälzung von Wasser in der Anlage erfolgt in der Weise, daß den Einzelgeräten in den verschiedenen Räumen abwechselnd heißes und gekühltes Wasser zugeführt wird, wobei die Steuerung durch die Zeitgebervorrichtung 19 vorgenommen wird, welche das auf der Einlaßseite der Pumpe befindliche Dreiwegventil 18 betätigt. Das Dreiwegventil 18 wird in einer solchen Weise gesteuert, daß es bei einem, über einem vorbestimmten Wert liegenden Heizbedarf (angenähert 60$ der Gesamtbelastung für die ganze Anlage) in eine lage gebracht wird, in welcher von der "eiζvorrichtung 14 allen Einzelgeräten erwärmtes Wasser zugeführt wird. Wenn der Kühlbedarf oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt (angenähert 75$ der Gesamtbelastung für die ganze Anlage) wird das Dreiwegventil 18 in der Weise ein-

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- gestellt, daß es die Rohrleitungen 13 und 21 miteinander verbindet und somit fortwährend von dem Plüssigkeitskühler 12 kommendes, gekühltes Wasser umgewälzt wird. Bei Zwischenwerten der Belastung wird das Dreiwegventil 13 durch die Zeitge"bervorrichtung 19 abwechselnd in der Weise eingestellt, daß es über vorbestimmte Perioden zunächst gekühltes und dann erwärmtes Wasser umlaufen läßt. Vorzugsweise ist dabei das Verhältnis der Heißwasserumlaufzeit zur Kühlwasserumlaufzeit von dem gegenseitigen Verhältnis von Heiz- zu Kühlbedarf abhängig. Dieses Verhältnis läßt sich dadurch ermitteln, daß der bei dem Umlauf des Wassers durch die ganze Anlage erfolgte Temperaturabfall (oder Temperaturanstieg) ermittelt wird, indem die Temperatur des über die Rohrleitung 114 an die Einzelgeräte abgegebenen Wassers und die Temperatur des über die Rohrleitung 116 von den Einzelgeräten zurückströmenden Wassers gemessen wird. Diese Messung kann selbsttätig vermittels eines Programmgebers, oder auch von Hand durch eine Aufsichtsperson erfolgen.

- Patentansprüche 109832/0789 ^BAD

Claims

Patentansprüche :

( 1·/ Klimaanlage für mehrere Räume, bestehend aus mehreren Einzelgeräten für die Klimatisierung, die auf mehrere Räume verteilt und unterschiedlichen Anforderungen ausgesetzt sind, ,jeweils einen Wärmeaustauscher, sowie eine Vorrichtung zum Umwälzen der Luft über den Wärmeaustauscher aufweisen, ferner aus einer Heizvorrichtung zum Erwärmen der zum 'Wärmeaustausch verwendeten Flüssigkeit, einer parallel zu der Heizvorrichtung angeordneten Kühlvorrichtung zum Kühlen der zum Wärmeaustausch verwendeten flüssigkeit, einem geschlossenen Kreislauf, der die üinze!geräte, die Heiz- und die Kühlvorrichtung miteinander verbindet und eine Hauptrohrleitung, sowie getrennte Einlaßleitungen zwischen der Hauptrohrleitung und der Einlaßseite des Wärmeaustauschers in jedem Einzelgerät und getrennte .auslaß- ' leitungen zwischen der Hauptrohrleitung und der .auslaßseite des Wärmeaustauschers in jedem Einzelgerät aufweist, weiterhin aus einer temperaturabhängigen Steuervorrichtung in jedem Einzelgerät, die dazu dient, nur dann einen Wärmeaustausch zwischen der zum Wärmeaustausch verwendeten Flüssigkeit und der in diesen Räumen befindlichen Luft zu bewirken wenn bei Kühltedarf gekühlte Flüssigkeit und bei Heizbedarf erwärmte Flüssigkeit zur Verfügung steht, und

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schließlich aus einer Vorrichtung, die dazu dient, abwechselnd erwärmte oder gekühlte Flüssigkeit im Verlaufe vorbestimmter Zeitintervalle von der Heizvorrichtung oder der Kühlvorrichtung zu den Einzelgeräten zu leiten, wenn für einige Räume Kühlung und für andere Räume Heizung erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einlaßleitung (25) und der Auslaßleitung (27) und parallel zu dem Wärmeaustauscher (24) in jedem Einzelgerät (16) eine Nebenstromleitung (43) angeordnet ist und die temperaturabhängige Steuervorrichtung (38) mit einem Temperaturfühler (42) versehen ist, der die Temperatur in der Nebenstromleitung ermittelt.
2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Einlaßleitung (25) eine Pumpe (36) zum Umwälzen der zum Wärmeaustausch verwendeten Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher (24) angeordnet ist, und die temperaturabhängige Steuervorrichtung (38) mit einem ersten Temperaturfühler (42) zur Ermittlung der Temperatur der durch die Nebenstromleitung (43) strömenden Flüssigkeit, sowie einem zweiten Temperaturfühler (40) zur Ermittlung des Heiz- unö Kühlbedarfes versehen ist und die Pumpe nur dann in Tätigkeit setzt, wenn bei Kühlbedarf gekühlte Flüssigkeit und bei Heizbedarf erwärmte Flüssigkeit zur Verfügung steht.

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