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Heiz- und Kuhlvorrichtung mit einer s;Järmepumpe Es ist bekannt, Wärmepumpen
zum Kühlen und Heizen zu verwenden.
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Besonders günstig lassen sich Heiz- und Kühlvorrichtungen unter Verwendung
von Peltier-';[ärmepumpen aufbauen, weil die Umschal tung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb
in einfacher Weise durch Umpolen des Betriebsgleichstromes vorgenommen werden kann.
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Außerdem haben Peltier-Wärmepumpen z. B. gegenüber Kompressor-Wärmepumpen
den Vorteil, daß sie verschleiß- und wartungsfrei arbeiten und während des Betriebes
geräuschlos laufen. Bei Kühl- und Heizvorrichtungen sind in aller Regel Einrichtungen
erforderlich, die die Temperatur für Heizbetrieb bsr. die Temperatur für Sühlbetrieb
auf vorgegebenen, gegebenenfalls auch einstellbaren Werten halten. Häufig ist deshalb
ein temperaturabhängiges Schaltorgan, das auf die Heizbetriebstemperatur anspricht,
sowie ein weiteres Schaltorgan, das auf die Kühlbetriebstemperatur anspricht, vorhanden.
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Bei einer bekannten Schaltung für eine Vorrichtung zum Heizen und
Kühlen unter Verwendung einer Peltier-Wärmepumpe ist in die elektrische Leitung
zur Wärmepumpe ein erster Bimetallschalter für Heizbetrieb und ein zweiter Bimetallschalter
für Kühlbetrieb eingeschleift. Der erste Bimetallschalter öffnet den Stromkreis
z. B. oberhalb + 70°C während der zweite Bimetallschalter den Stromkreis z. 3. oberhalb
+4°C schließt.
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Die Justierung dieser beiden Bimetallschalter erweist sich häufig
als schwierig. Außerdem läßt sich wegen der vergleichsweise hohen Trägheit der Bimetalle
eine genaue Regelung der Temperatur nicht erzielen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine IIeiz- und Kühlvorrichtung mit
einer Wärinepumpe, mit einem die Wärmepumpe zwischen Heiz-und Kühlbetrieb umsteuernden
Schaltorgan und mit einem Isttemperaturen erfassenden Temperaturregler, der die
Energiezufuhr zur llärmepumpe oberhalb eines dem Heizbetrieb zugeordneten Sollwertes
bzw. unterhalb eines dem Kühlbetrieb zugeordneten Sollwertes unterbricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser
Art zu schaffen, bei der eine genaue Regelung der Teraperatur auf vorbestimmte Sollwerte
erzielt wird, ohne daß eine schwierige Justierung der Regelorgane erforderlich ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen im Zuge der Energiezuführung
zur Wärmepumpe liegenden elektronischen Schwellwertschalter gelöst, der von einem
aus einer Schaltungsanordnung temperaturabhängiger Widerstände mit entgegengesetzten
Temperaturkoeffizienten bestehenden Temperaturfühler gesteuert ist.
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Wenn man als Wärmepumpe bei der erfindungsgemäßen Aufbauform eine
Peltier-Wärmepumpe einsetzt, ergibt sich der Vorteil, daß der Temperaturfühler nur
einen geringen Strom mit geringer Klemmenspannung führt. Bei den bekannten Schaltungen
ist demgegenüber zusätzlich zu den Energieversorgungsleitungen für die Wärmepumpe,
die aus einem Netzgerät gespeist wird, eine Netzspannung fuhrende Leitung für die
Regelung des Setzgerätes erforderlich, weil die bekannten Bimetallschalter zwar
den BetzgerAtestrom, nicht aber den ver]aichsweise sehr hnn Peltierstrom schalten
können.
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Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen elektronischen Schwellwertschalters
ist eine genauere Regelung möglich, weil dieser im wesentlichen unverzögert arbeitet.
Der Schwellwert wird dabei von einer Schaltungsanordnung, besonders vorteilhaft
einer Reihenschaltung, aus einem Kaltleiterwiderstand und
einem
Heißleiterwiderstand in Abhangigkeit von der Temperatur bestimmt, wobei die resultierende
Widerstandskennlinie der Schaltungsanordnung durch Superposition der Kennlinie des
Heißleiters mit der des Kaltleiters gewonnen ist. Es ergibt sich damit der Vorteil,
daß nur noch ein einziger, auf die Energiezufuhr zur Wärmepumpe einwirkender Schalter
bzw. Temperaturregler erforderlich ist, der von einem sowohl den unteren als auch
den oberen Istwert erfassenden Temperaturfühler gesteuert ist.
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Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz eines Schmitt-Triggers
als Schwellvertschalter herausgestellt, dessen Steuereingang mit der Schaltungsanordnung
der temperaturabhängigen Widerstände verbunden ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet die Reihenschaltung
der tcmperaturabhängigen Widerstände den Basisableitwiderstand einer transistorisierten
Eingangsstufe des Schmitt-Triggers. Dabei kann die Reihenschaltung einen Teil eines
Basisspannungsteilers bilden, dessen ohmsche Widerstände zumindest teilweise einstellbar
ausgeführt sind. Mit den einstellbaren ohmschen Widerständen läßt sich eine Verstellung
bzw. VorYSll des Solltemperaturwertes für Kühlbetrieb ermöglichen.
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Zur Erzielung einer Verstellmöglichkeit des Temperatursollwertes für
Heizbetrieb ist vorteilhaft der Kaltleitenriderstand der Reihenschaltung von einem
zumindest teilweise einstellbaren Widerstand überbrückt.
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Anhand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Heiz- und 1:ühlvorrichtung beschrieben und die Wirkungsweise erlautort.
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In Fig. 1 ist eine Heiz- und Kühlvorrichtung in scheaatiocher Darstellung
mit einem zugehörigen Netzgerät und einer Temperaturregeleinrichtung gezeichnet.
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Die Fig. 2 zeigt einen elektronischen Schwellwertschalter eines Temperaturreglers
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 3 ist eine etwas andere Schaltungsanordnung für eine Heiz-
und Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die Fig. 4 zeigt eine Widerstandskennlinie für eine aus einem Kaltleiter
und einem Heißleiter bestehende Reihenschaltung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Kühlvorrichtung 1 weist ein Gehause 2 auf,
das eine durch eine wärmedimmende Schicht 3 isolierte Innenkammer 4 umschließt.
Die Innenkammer 4 ist bis auf eine nicht weiter dargestellte Beschickungsöffnung
gegen den Außenraum abgeschlossen. Im Inneren der Kammer 4 befinden sich eine Peltier-Blöcke
5 aufweisende Peltier-EVärmepumpe und ein die Temperaturen im Innenraum 4 erfassender
Temperaturregler 6. Der Temperaturregler 6 weist einen Bimetallschalter 7 auf, der
seinen Kontakt 7a oberhalb einer Temperatur von z. 3. +700C öffnet. Ferner hat der
Temperaturregler 6 einen weiteren Bimetallschalter 8, dessen Schaltkontakt 8a unterhalb
einer Temperatur von z. 3. +5°C geöffnet wird. Die beiden Kontakte 7a, 8a liegen
in der Zuleitung zur Primärseite P eines Transformators Tr, der die Netzspannung
auf eine niedrigere Spannung umformt. An die Sekundärseite S des Transformators
Tr sind zwei Gleichrichter 9, 10 (Zweiweggleichrichtung) angeschlossen, deren welliger
Gleichstrom durch eine Drossel 11 geglättet wird. Der an den Punkten 12, 13 zur
Verfügung stehende Gleichstrom wird einer Umschalteinrichtung 14 zugeführt, die
die Peltier-Wärmepumpe mit Betriebsstrom unterschiealicner Ssromflubrichtung speist.
it der Umscnalteinricntung wird bei der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 zwischen Heiz-und
Kühlbetrieb gewählt.
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Um die bekannten Bimetallschalter 7, 8 mit ihren vergleichsweise pngenauen
Regeleigenschaften und ihrem Nachteil der schwierigen Justierung zu vermeiden und
um zustzlich bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die SutiErung von
Netzspannung
zum Gehäuse 2 der Heiz- und Kühlvorrichtung 1 zu vermeiden,
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einen beispielsweise in Fig. 2 dargestellten
Schwellwertschalter zu verwenden. Der Schwellwertschalter besteht aus den Transistoren
15 und 16, an dessen Eingang 17 als Basisableitwiderstand eine Reihenschaltung aus
einem Kaltleiter KL und einem Heißleiter HL angeschlossen ist. Der durch die Widerstände
R1, R2, R3 ergänzte Basisspannungsteiler weist zwei einstellbare Widerstände R2,
R3 auf, die zur Einstellung der Soltemperaturwerte dienen.
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Der Widerstand R2 dient zur Einstellung der Eühltemperatur, während
der Widerstand R3 eine Einstellung der Heiztemperatur ermöglicht. Wie ersichtlich,
liegt der Widerstand R3 parallel zum Kaltleiter KL Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist als Arbeitswiderstand des Transistors 16 ein Relais 19 eingesetzt, dessen zugehöriger
Schaltkontakt 18 den Betriebsstrom der Peltier-Wärmepumpe 5 schaltet. Es ist selbstverständlich
möglich, beim Einsatz eines Leistungstransistors den Peltierstrom der Wärmepumpe
direkt über den Transistor 16 zu schalten.
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Der vom Kollektor des Transistors 16 auf den Eingang 17 führende Widerstand
R4 bestiynmt das Schaltverhalten des dargestellten Schmitt-Triggers.
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Die Anordnung eines Relais 19 ist insbesondere für die Schaltung von
Kompressor-Wärmepumpen vorteilhaft, die mit vergleichsweise hohen Wechselspannungen
gespeist werden Wenn an die Temperaturstabilität der Regeleinrichtung erhöhte Anforderungen
gestellt werden, ist eine Schaltung gemaß Fig. 3 vorzuziehen, bei der der Schmitt-Trigger
aus einem Transistor 26 und einem von zwei Transistoren 27, 2o gebildeten Differenzverstärker
besteht. Der Eingang 29 wird dabei in einer der Fi.2 entsprechenden Weise von einem
Basisspannung,teiler angesteuert, der eine Reihenschaltung aus einem Heißleiter
HL und einen Ealtleiter KL enthält. Der Kaltleiter KL ist von einem ohmschen Vfiderstand
1?3 überbrückt, der zur Einstellung des Temperatursollwertesfür Heizbetrieb here
@@@@ en wird, während der einstellbare
ohmsche Widerstand R2 zur
Einstellung der gühltemperatur dient. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schazell.rertanordnung mit
vorgeschalteter Reihenschaltung temperaturabhängiger ljriderstände von unterschiedlichen
Temperaturkoeffizienten geht aus Fig. 4 hervor, die in einem Diagramm den Widerstandswert
über der Temperatur darstellt. In diesem Diagramm ist beispielsweise die Kennlinie
30 eines Heißleiters und die Kennlinie 31 eines Kaltleiters schematisch eingezeichnet,
deren Superposition zu einer resultierenden Widerstandskennlinie 32 führt.
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Unter der Annahme, daß sich bei einem Widerstandswert RS der Schwellwert
für das Umschalten des Schwellwertschalters gemäß Fig. 2 und 3 ergibt, ist die Eühltemperatur
TK und die Heiztemperatur TH durch die Kennlinie 32 fixiert. Im Bereich unterhalb
der Temperatur TK ist der Schwellwertschalter ausgeschaltet, d.h.
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der Peltierstrom ist unterbrochen. Ebenso ist oberhalb der Temperatur
TH der Peltierstromirreis durch Abschalten des Schwellwertschalters unterbrochen.
Nur innerhalb des zwischen den Temperaturen TK und TH liegenden Intervalles ist
der Schwellzertschalter in Betrieb, d.h. eingeschaltet und somit auch die Peltier-'Järmepumpe
in Betrieb. Damit ist ersichtlich, daß der Temperaturregler mit dem in der Zuleitung
zur Peltier-Wärmepumpe liegenden einzigen Schwellertschalter, abhängig von dem Schaltorgan
zur Umsteuerung der Peltier-Wärnepumpe zwischen Heiz- und Kühlbetrieb, entweder
auf die Temperatur TK oder aber auf die Temperatur TH regelt. Die absolute Größe
dieser Temperaturen kann durch geeignete Wahl der Heißleiter- bzw. Kaltleiterwiderstande
und zusätzlich durch Verstellung der Widerstände R3 und R2 beeinflußt werden.
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6 Ansprüche 4 Figuren