DE2162729B2

DE2162729B2 - Vorrichtung zur Zustandsänderung der Raumluft

Info

Publication number: DE2162729B2
Application number: DE19712162729
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 7900 Ulm Korner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1971-12-17
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2162729C3; DE2162729A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu--Zustandsänderung der Raumluft mit einem Wärmeübertrager, der zwischen einer unter Pumpendruck stehenden Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung für ein strömungsfähiges Wärmeträgermedium einschaltbar ist, mit einem Gebläse, das durch einen in den Strömungskreis des Wärmetauschers eingeschalteten und mit diesem durch ein gemeinsames Drosselventil regelbaren Strömungsmittelmotor wie eine Turbine angetrieben wird, dessen Drehzahl durch wenigstens ein Drosselventil in Abhängigkeit von einem Parameter der Raumluft selbsttätig regelbar ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt durch die US-PS 3 232 337. Ihr Vorteil liegt einmal darin, daß durch Verwendung eines Gebläses die Heizleistung mehrfach gesteigert wird. Die Geräte sind kompakt aufgebaut, und der Gebläseantrieb erfolgt ohne Elektromotor durch eine Turbine, die ihre Antriebsleistung aus der von ζ. Θ. der Heizungspumpe aufgebauten Druckdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufleitung bezieht. Solche Geräte müssen lediglich an die Leitungen für das Wärmeträgermedium angeschlossen werden und lassen sich durch Drosselung der Strömung dieses Mediums regeln. Sie können je nach der gewählten Temperatur des Wärmeträgermediums als Heiz- oder ⁶S Kühlgeräte bzw. Klimageräte verwendet werden, wobei ihre Funktionsfähigkeit nur davon abhängt, daß der Differenzdruck zwischen Vor- und Rucklaufleitung weitgehend konstant gehalten wird, und dies läßt sich auf recht einfache Weise erreichen. Als Wärmeträgermedium kommt in der Regel Wasser, aber auch Ol oder Gas bzw. Luft in Betracht. Ohne größeren Regelungsaufwand ist es möglich, den Differenzdruck selbst dann konstant zu halten, wenn eine größere Anzahl Geräte zwischen einer oder mehreren Rücklaufleitungen parallel geschaltet sind. Ihre Heizleistung ist bestimmt durch Oberflächengröße und Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers einerseits und die Gebläseleistung andererseits.

Setzt man die Temperatur des Warmetragermediums als konstant an. so sind Oberflächentemperatur und Gebläseleistung ausschließlich von der Durchströmgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums abhängig und ändern sich mit dieser Geschwindigkeit gleichsinnig, wozu nach der Vorveröffentlichung das einzige Drosselventil durch einen Thermostaten gesteuert wird. Jeder durch diesen Thermostaten vorgegebenen Einstellung ist damit eine bestimmte Gebläscdrehzah! zugeordnet, da diese in festem Verhältnis zu der von der Durchflußgeschwindigkeit abhängigen eingestellten Wärmeleistung steht. Dies wird oftmals als störend empfunden, zumal keine Einwirkungsmöglichkeit besieht, das konstruktiv festgelegte Verhältnis zu ändern, und die Menschen unterschiedlich auf große Luftgeschwindigkeiten reagieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ausgehend von der eingangs geschilderten Vorrichtung die Gebläsedrehzahl von der starren Bindung an die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums zu lösen und eine wenigstens in begrenztem Umfang unabhängige Steuerung der Oberflächentemperatur und der Gebläsedrehzahl zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß parallel zum Wärmeübertrager mit dem diesem zugeordneten ersten Drosselventil im Strömungskreis des Motors eine Überbrückungsleitung mit einem zweiten einstellbaren Drosselventil vorgesehen. Dadurch werden zwei Zweigströmungen geschaffen, von welchen eine nicht durch den Wärmeübertrager hindurchgeführt wird. Wahlweise kann man beide Zweigströme gemeinsam durch den Motor hindurchleiten oder diesen in einer Zweigleitung anordnen, in welcher die Strömungsgeschwindigkeit maßgeblich durch das zweite Drosselventil geregelt wird. Die Gebläsedrehzahl ist dann stets direkt durch die Einstellung des zweiten Drosselventils bestimmt, während die Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers einmal unmittelbar durch die Einstellung des ersten Drosselventils und zum anderen zusätzlich durch die Gebläseleistung und die dadurch bedingte Abkühlung beeinflußt wird. Stets lassen sich aber einer vorgegebenen gesamten Wärmeübertragungsleistung unterschiedliche Oberflächentemperaturen und Gebläsedrehzahlen zuordnen, die sich nach verschiedenen Faktoren von Hand oder auch selbsttätig einstellen bzw. regeln lassen. Dies können auch unabhängige Kriterien sein, beispielsweise die Lüftung mit Raum- oder Frischluft oder das Zugeben oder Abziehen von irgendwelchen Stoffen bzw. Additiven wie Feuchtigkeit zur oder aus der Raumluft.

Durch die DT-OS 1 778 989 ist zwar eine Klimaanlage mit einer Hauptrohrleitung bekannt, wobei parallel zu dieser Hauptrohrleitung und einem Wärmeübertrager eine Überbrückungsleitung vorgesehen ist. Ein dem Wärmeübertrager zugeordnetes Gebläse wird aber nicht von einem Strömungsmittelmotor, sondern in der herkömmlichen Weise von einem Elektromotor ange-

trieben. Dort dient auch die Überbrückungsleitung nur dazu, eine Taststelle mit kurzen Anschlüssen dicht an der dem Wärmeübertrager zugeordneten Regelvorrichtung anzuordnen, und dort vorgesehene Drossel- ftellen oder Düsen dienen lediglich dem Zweck, den s Purchfluß durch diese Überbrückungsleitung so zu be grenzen, daß keine unnötigen Wärmeverluste entsteten·
Vorteilhafterweise kann das zweite Drosselventil

«ach der Temperatur des Wärmeträgermediums selbsttätig regelbar sein. Nach einem weiteren Vorschlag nrjrd es zweckmäßig nach einem Parameter der Raumluft durch Formänderung eines Steuermediums selbsttätig geregelt. Beispielsweise kann im Luftstrom des Gebläses ein Feuchtigkeit abgebendes oder aufnehmendes Mittel angeordnet und das zweite Drosselventil durch einen von der Raumluft beeinflußten hygroskopischen Körper steuerbar sein.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, wobei die Vorderwand des Gehäuses weggelassen ist,

F i g. 2 eine Ansicht dieses Gerätes von rechts in F i g. 1 gesehen, wobei die benachbarte Seitenwand weggelassen wurde,

Fi g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fi g. 1,

Fi g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 1, F i g. 5 eine Ansicht des Gerätes von oben und

F i g. 6 ein in Anlehnung an F i g. 1 abgewandeltes Schaltbild.

In der Zeichnung ist mit 1 ein quaderförmiges Gerätegehäuse bezeichnet, das mit geringem Abstand über dem Fußboden 2 an einer Gebäude-Außenwand 3 befestigt ist. Aus dem Gehäuse ragen unten an entgegengesetzten Seiten die freien Enden von gehäusefesten Vorlauf- bzw. Rücklaufleitungen 4,5 vor. Diese sind mittels einfacher Winkelstücke 6 jeweils an eine gebäudefeste Vorlaufleitung 7 bzw. Rücklaufleitung 8 einer Warmwasserheizung angeschlossen, wobei das Wasser oder ein anderer Wärmeträger durch die Heizungspumpe unter Druck in die Vorlaufleitung 7 gepumpt wird, zwischen den Leitungen 7 und 8 also ein im wesentlichen konstantes Druckgefälle vorhanden ist. Weitere Anschlüsse an gebäudefest verlegte Teile sind nicht erforderlich.

In die Vorlaufleitung 4 sind hintereinander ein Hydraulikmotor, insbesondere eine Turbine 9 für ein Tangential-Gebläserad 10, und ein erstes Drosselventil 11 eingeschaltet. Mit 12 und 13f sind zwei Anschlußteile für einen als Konvektor ausgebildeten Wärmeübertrager 14 bezeichnet. Die Rücklaufleitung 5 ist direkt mit dem Anschlußteil 13 verbunden. Der Wärmeübertrager und das Gebläse sind waagerecht untereinander angeordnet. Der Motor kann weitgehend ein zylindrisches, kegelförmiges oder dergleichen Motorgehäuse aufweisen, in dem ein normales Turbinenrad umläuft. Dieses Rad oder eine Antriebswelle des Motors kann direkt mit dem Gebläse 10 gekuppelt sein. In diesem Fall ist allerdings eine Abdichtung erforderlich, die verhältnismäßig viel Reibung hat und zu Leckverlusten führen kann. Besser erscheint eine Magnetkupplung 15, die durch eine Gehäusewand 16 aus nichtmetallischem Werkstoff hindurch den Motof mit dem Gebläse kuppelt.

Zwischen dem Motor 3 und dem Drosselventil 11 ist parallel zu diesem und dem Wärmeübertrager 14 eine Überbrückungsleitung 17 mit einem zweiten Drosselventil 18 zwischen die Leitungen 4 und 5 geschaltet.

Das Drosselventil 18 wird durch eine Welle 19 mittels eines an der Gehäusepberseite angebrachten Knopfes 20 eingestellt. Zur mittelbaren Einstellung des Ventils 11 dient e^;rs entgegengesetzt an der Gehäuseobersdte angeordneter Knopf 21, der seinen Thermostaten 22 verstellt. Dieser besitzt einen in dem Anschlußteil 12 vorragenden Temperaturfühler und wirkt über ein Kapillarrohr 23 auf das Drosselventil 11 ein.

Unter dem Gebläse 10 ist eine Gitterplatte 24 angeordnet, die mit dem Gehäuseboden 25 einen Ansaugkanal 26 begrenzt. Dieser Kanal ist zum Rauminneren hin durch ein Ansauggitter 27 abgeschlossen und steht rückseitig mit einem in die Gebäudewand 3 eingeformten Ansaugschlitz 28 in Verbindung.

Etwa zentrisch im Ansaugkanal ist auf einer längslaufenden Welle 29 eine Ansaugklappe 30 befestigt, die durch ein außerhalb des Gehäuses auf der Welle 29 befestigtes Handrad 31 zwischen der in F i g. 2 gezeigten Endstellung, in welcher der Schlitz 28 abgeschlossen ist, und einer anderen Endstellung, in welcher das Ansauggitttr 27 abgeschlossen isi, dreheinstellbar ist. Mach Fig.2 strömt ausschließlich. Raumluft-Umluft entsprechend den Pfeilen 32 in den Ansaugkanal, in der anderen Endstellung der Klappe Frischluft-Außenluft entsprechend den Pfeilen 33. Zwischen diesen Extrems'iellungen können beliebige Zwischenstellungen eingenommen werden, daß etwa 10 bis 20% Außenluft und 80 bis 90% Raumluft angesaugt werden.

Die angesaugte Luft steigt durch die Gitterplatte 24 nach oben und wird vom Gebläse 10 am Wärmeübertrager 14 entlanggeschleudert, dort erwärmt und tritt durch ein oben vorgesehenes Auslaßgitter 34 hindurch gemäß den Pfeilen 35 aus.

Zunächst sei angenommen, daß das Ventil 18 ganz geschlossen ist, die Strömung also ausschließlich thermostatisch durch das Ventil 11 geregelt wird und das ganze durchgelassene Wärmeträgermedium jeweils den Motor 9 und den Wärmeübertrager 14 durchströmt. Jede Änderung der Einstellung des Drosselventils 11 hat eine Änderung der dem Wärmeübertrager 14 zugeführten Wärmemenge und eine gleichsinnige und weitgehend gleich große Änderung der Gebläsedrehzahl zur Folge. Bei vergrößerter Drehzahl und entsprechend größerer umgewälzter Luftmenge läßt sich dem Wärmeübertrager 14 eine entsprechend gesteigerte Wärmemenge entziehen. Da in der Regel die Lufttemperatur bei steigender Gebläsedrehzahl höher werden soll, müßten damit Wärmeübertrager und Gebläse exakt aufeinander abgestimmt werden.

Eine solche genaue Abstimmung erübrigt sich jedoch dadurch, daß durch das Ventil 18 die Drehzahl des Gebläse 10 zusätzlich beeinflußt werden kann. Öffnet man nämlich das zunächst verschlossene Ventil 18 allmählich, so wird die dem Wärmeübertrager 14 zugeführte Wassermenge nur wenig veriinge;t; durch den Motor 9 strömt aber die Summe des den Wärmeübertrager und das Ventil 18 durchsetzenden Heizwassers. Die Gebläsedrehzahl kann dadurch wesentlich gesteigert werden, wobei die Temperatur der abgegebenen Luft fällt, die gesamte Heizleistung aber keine wesentliche Änderung erfährt. Im Prinzip diefrt somit der Knopf 21 zur Einstellung der Heizleistung durch das Ventil 11, und durch den Knopf 20 kann mittels des Ventils 18 die bei dner bestimmten Heizleistung erwünschte Menge Gebläseluft eingestellt werden.

Es versteht sich, daß das dargestellte Gerät in unveränderter Form zur Raumkühlung verwendet werden kann, wenn ein Kältemittel durch die Leitungen 4 und 5

hindurchgeführt wird bzw. ein Wärmeträgermedium eine Kühlanlage durchläuft.

Schließt man das Ventil 11 ganz, so wird durch das Ventil 18 ausschließlich die Drehzahl des Gebläses 10 geregelt. Das Gebläse kann dann zur Luftbe- oder -entfeuchtung verwendet werden. An Stelle der Gitterplatte 24 oder eines dort vorgesehenen Filters kann dann an dieser Stelle beispielsweise ein Luftbefeuchtungselement od. dgl. angebracht sein. Man kann ein solches Luftbefeuchtungselement auch über dem Auslaügitter 34 od. dgl. anbringen. Jedes der Ventile 11 oder 18 kann gegebenenfalls selbsttätig geregelt werden. Abgesehen von der Regelung der Wassertemperatur kann diese zur Einstellung beispielsweise des Ventils 18 benutzt werden, während die Raumtemperatur zur Steuerung des Ventils 11 verwendet wird. Man kann aber auch andere Parameter der Raumluft zur Steuerung verwenden, beispielsweise die relative Feuchtigkeit oder andere meßbare Bestandteile der Luft. Die Regelung sollte aber jeden Stromanschluß nach außen vermeiden. Grundsätzlich kann mit dem Gebläse 10 ein kleiner Generator gekuppelt werden, der eine aufladbare Batterie speist, die dann eine von der äußeren Elektrizitätszufuhr unabhängige elektrische Regelung ermöglicht. Besser ist es noch, wenn die Änderungen eines Parameters unmittelbar oder mittelbar in mechanische Energie zur Verstellung des jeweiligen Ventils herangezogen werden können. Für die Temperatursteuerung eignen sich Steuermedien wie ein Bimetallstreifen oder eine eingeschlossene Gas- oder Fiüssigkeiismenge, deren Volumenänderung über das Kapillarrohr zur Ventilverstellung ausgenutzt wird. Die Feuchtigkeit kann durch einen von der Raumluft beeinflußten hygroskopischen Körper zur Steuerung eines Ventils herangezogen werden.

ίο Im Schaltbild Fig.6 ist ein solches Steuermedium mit 36 bezeichnet. Dieses von der Luftfeuchtigkeit oder anderen Meßwerten beeinflußte Steuermedium wirkt aber nicht direkt, sondern über einen Kraftverstärker bzw. Servomotor 37 auf das Ventil 11 ein. Der Servomotor ist durch eine Leitung 38 an die Vorlaufleitung 4 und durch eine Leitung 39 hinter dem Ventil an die Überbrückungsleitung 17 und damit an die Riicklaufleitung 5 angeschlossen. Das Ventil 18 wird dagegen weiterhin über Welle 19 und Knopf 20 von Hand eingestellt. Es wird also beispielsweise ein Steuerwert für die Heizleistung bei 36 ertastet und in eine Verstellgröße umgewandelt, der Verstcllwert wird bei 37 verstärki und dann auf das Ventil 11 gegeben, während am Venti 18 eine Grunddrehzahl des Gebläses 10 eingestellt wer den kann, die der durch das Ventil 11 gesteuerten Ge b'nsedrehzahl stets überlagert bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Zustandsänderung der Raumluft, mit einem Wärmeübertrager, der zwischen einer unter Pumpendruck stehenden Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung für ein strömungsfähiges Wärmeträgermedium einschaltbar ist, mit einem Gebläse, das durch einen in den Strömungskreis des Wärmetauschers eingeschalteten und mit diesem durch ein gemeinsames Drosselventil regelbaren Strömungsmittelmotor wie eine Turbine angetrieben wird, dessen Drehzahl durch wenigstens ein Drosselventil in Abhängigkeit von einem Parameter der Raumluft selbsttätig regelbar ist, dadurch gelee anzeichnet, daß parallel zum Wärmeübertrager (14) mit dem diesem zugeordneten ersten Drosselventil (11) im Strömungskreis des Motors (9) eine Überbrückungsleitung (17) mit einem zweiten einstellbaren Drosselventil (18) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drosselventil (18) nach der Temperatur des Wärmeträgermediums selbsttätig regelbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drosselventil (18) nach einem Parameter der Raumluft durch Form- bzw. Volumenänderung eines Steuermediums selbsttätig regelbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftstrom des Gebläses (10) ein Feuchtigkeit abgebendes oder aufnehmendes Mittel angeordnet und das zweite Dros·. !ventil (18) durch einen von der Raumluft beeinflußten hygroskopisehen Körper steuerbar ist.