DE2628194A1

DE2628194A1 - Klimaregelsystem

Info

Publication number: DE2628194A1
Application number: DE19762628194
Authority: DE
Inventors: Richard C Mott
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2317700B1; DE2628194C2; FR2317700A1; GB1507113A; CH600252A5; CA1045883A

Description

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HONEYWELL INC.
Honeywell Plaza
Minneapolis, Minn., USA

Klimaregelsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Klxmaregelsystem mit einem in einem Zuluftkanal zur Luftmengensteuerung angeordneten Drosselorgan, das von einem Regelkreis über einen Antrieb betätigt
wird, wobei ein Fühlerelement die durch den Zuluftkanal zugeführte Luftmenge bzw. den in dem Zuluftkanal herrschenden Luftdruck erfaßt.

Bei der Regelung des Klimas eines Raumes werden mitunter Drosselklappen verwendet, um die Menge der dem Raum zugeführten Luft
zu regeln. Die Drosselklappe wird hierbei durch einen Fühler,
beispielsweise einen Thermostaten,gesteuert. Weist der in seinem Klima zu regelnde Komplex mehrere Zonen auf, so wird ein Drosselorgan in der Luftzuführung zu jeder Zone angeordnet, wobei jedes Drosselorgan in Abhängigkeit von dem Klima der zugeordneten Zone eine unterschiedliche Stellung einnehmen kann. Verändert sich das Klima in irgendeiner Zone, so wird auch die Stellung des der
Zone zugeordneten Drosselorgans verändert, wodurch die über
Zuführkanäle den entsprechenden Zonen zugeführte Luft hinsichtlich ihrer Menge oder ihres Druckes eine Änderung erfährt. Diese Ver-

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änderung des Druckes bzw. des Volumens der den Zonen zugeführten Luft beeinflußt die Ansprechempfindlichkeit des Systems, um dieses Problem zu umgehen, werden bei bekannten Systemen statische Druckfühler benutzt, um das Drosselorgan so einzustellen, daß der statische Druck in dem Zuführkanal konstant bleibt. Diese bekannten Systeme machen jedoch die Anwendung umfangreicher und teuerer Regelsysteme erforderlich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klimaregelsystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die an das System gestellten Anforderungen in einfacher Weise erfüllt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Klimaregelsystem, bei dem die Geschwindigkeit der durch den Zuluftkanal hindurchgeführten Zuluft erfaßt wird; Figur 2 eine Anordnung zur Veränderung des Sollwertes eines Fühlerelementes;

Figur 3 ein Klimaregelsystem, das auf den statischen Druck in der Zuluftleitung anspricht;

Figur 4 eine Modifikation der Anordnung gemäß Figur 1 und Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Klimaregelsystems.

Gemäß Figur 1 ist ein Fühlerelement 10 vorgesehen, das auf die Luftgeschwindigkeit anspricht und aus zwei sich gegenüberstehenden, quer zum Luftstrom angeordneten Düsen 1 und 3 besteht. Die Düse 1 ist über eine Drossel 11 an eine Fluidquelle 2, vorzugsweise eine Druckluftquelle angeschlossen. Die Düse 3 empfängt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Luft in einem Zuführkanal 4 einen Tel des von der Düse 1 abgeblasenen Fluids. Der von

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der Düse 1 abgegebene Fluidstrom kann entweder laminar oder turbulent sein, wobei die Düse 3 aufgrund ihrer Ausrichtung in Bezug auf die Düse 1 in jedem Fall einen bestimmten Betrag des abgeblasenen Fluidstromes aufnimmt. Wenn die Geschwindigkeit der über den Zuführkanal 4 zugeführten Luft anwächst, so nimmt der von der Düse 3 aufgenommene Fluidbetrag ab und umgekehrt wächst bei abnehmender Geschwindigkeit der durch den Kanal zugeführten Luft der Betrag des von der Düse 3 aufgenommenen Fluides.

Die Düse 3 ist an eine Steuerkammer 12 eines Verstärkers 5 angeschlossen. EineDurchflußkammer 13 des Verstärkers 5 ist von der Steuerkammer 12 durch eine Membran 14 abgetrennt.und es mündet eine von der Fluidquelle 2 über eine Drossel 15 gespeiste Düse 23 in diese Durchflußkammer 13. Die Durchflußkammer 13 besitzt eine Auslaßöffnung 16. Ein Drosselantrieb 6 ist hinter der Drossel 15 angeschlossen und wird zur Positionierung der Drosselklappe 7 in dem Zuluftkanal 4 benutzt, wodurch die Luftbewegung durch den Kanal 4 reguliert wird. Ein Thermostat 8 ist hinter der Drossel 11 angeordnet und umfaßt eine Bimetallspirale 17 sowie eine von dieser abgedeckte Düse 18 zur Steuerung des der Düse 1 zugeführten Fluides .in Abhängigkeit von der Temperatur in einem vorgegebenen Raum. Die über den Zuluftkanal 4 zugeführte Luft wird durch einen Diffusor 19 an den Raum abgegeben, welcher durch den Thermostaten 8 hinsichtlich seiner Temperatur überwacht wird.

Der Sollwert hinsichtlich der über den Zuluftkanal 4 zugeführten Zuluft kann auf verschiedene Weise eingestellt werden. Eine Methode zur Einstellung des Sollwertes beruht auf der Veränderung des Abstandes zwischen den Düsen 1 und 3. Eine zweite Möglichkeit zur Veränderung des eingestellten Sollwertes ist in Figur 2 dargestellt. Gemäß Figur 2 weist ein längliches Gehäuse 20 einen durchgehenden Schlitz 21 auf, wobei sich die beiden Düsen 1 und von beiden Enden des Gehäuses in den Schlitz 21 erstrecken. Eine Blende 22 ist vor dem Schlitz 21 querverschieblich angeordnet und regelt auf diese Weise den Betrag der durch den Schlitz 21 hindurchtretenden Luft und somit auch der Luft, die zwischen den

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Düsen 1 und 3 hindurchtritt. Eine dritte Möglichkeit zur Veränderung des Sollwertes besteht darin, die Geschwindigkeit der von der Düse 1 abgegebenen Luft feu verändern.

Bei eingestelltem Sollwert hat ein Anwachsen der Geschwindigkeit der über den Zuluftkanal 4 zugeführten Luft eine erhöhte Ablenkung der von der Düse 1 abgegebenen Fluidmenge zur Folge. Die Düse 3 nimmt daher einen geringeren Prozentsatz der abgegebenen Fluidmenge auf, wodurch der Druck in der Kammer 12 abfällt, so daß sich die Membran 14 von der Düse 13 hinwegbewegen kann, worauf der Druck in der Leitung 24 abfällt. Wenn der Druck in der Leitung 24 abfällt, bewirkt der Antrieb 6 eine Schließung des Drosselorganes 7 um einen entsprechenden Betrag. Bei einer Bewegung des Drosselorganes 7 in Schließrichtung wird die Geschwindigkeit und hierdurch auch der Betrag der in dem Zuluftkanale 4 fließenden Luft reduziert.

Fällt die Geschwindigkeit der über den Zuluftkanal 4 zugeführten Luft unter den Sollwert, so nimmt die Düse 3 einen größeren Prozentsatz des von der Düse 1 abgegebenen Fluides auf, wodurch die Membran 14 gegen die Düse 13 bewegt wird und der Druck in der Leitung 24 ansteigt. Der ansteigende Druck veranlaßt den Antrieb 6 zu einer Bewegung des Drosselorganes 7 in eine weiter geöffnete Stellung, wodurch der Luftdurchsatz durch den Zuluftkanal 4 anwächst.

Im Winterbetrieb, wenn der klimageregelte Raum eine zusätzliche Heizung erfordert, bewegt sich die Bimetallspirale 17 gegen die Düse 18, wodurch der Druck des der Düse 1 zugeführten Fluides anwächst. Wenn der Fluidstrom die Düse 1 unter einem größeren Druck verläßt, so nimmt die Düse 3 einen größeren Teil des abgegebenen Fluides auf^ und es wird somit die Membran 14 gegen die Düse 13 bewegt, wodurch wiederum der Druck in der Leitung 24 ansteigt. Bei ansteigendem Druck in der Leitung 24 öffnet der Antrieb 6 das Drosselorgan 7 um einen zusätzlichen Betrag, wodurch mehr geheizte Luft dem klimageregelten Raum zugeführt wird.

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Für den Winterbetrieb wird somit ein indirekt wirkender Thermostat benötigt.

Im Sommerbetrieb wird ein direkt wirkender Thermostat benötigt, so daß bei anwachsender Temperatur in dem zu regelnden Raum die Bimetallspirale 17 die Düse 18 zu schließen versucht, was einen Druckanstieg des von der Düse 1 abgegebenen Fluides zur Folge hat. Hierdurch nimmt die Düse 3 einen größeren Teil des abgegebenen Fluides auf und die Membran 14 wird gegen die Düse 23 bewegt, so daß der Druck in der Leitung 24 ansteigt und das Drosselorgan 7 weiter geöffnet wird, wodurch mehr gekühlte Luft dem klimageregelten Raum zugeführt wird. Die Wirkungsweise des Thermostaten für den Winter- bzw. Sommerbetrieb kann durch geeignete Veränderungen in dem Schaltkreis umgekehrt werden.

Gemäß Figur 3 wirkt das Fühlerelement als statischer Druckfühler, wobei es wiederum eine Düse umfaßt, die einen Fluidstrora gegen eine Düse 26 richtet. Die an einen geregelten Raum abzugebende Luft wirdvexnen Zuluftkcinal 27 zugeführt, wobei die Luft über ein Drosselorgan 28 gesteuert wird. Eine öffnung 29 gestattet das Austreten eines bestimmten Luftbetrages aus dem Zuluftkanal 27, wobei in Abhängigkeit von dem statischen Druck innerhalb des Zuluftkanales 27 ein entsprechender Luftbetrag zwischen den Düsen 25 und 26 des Fühlers hindurchtritt. Die Düse 25 ist wiederum über eine Drossel 31 an eine Fluidquelle 30 angeschlossen, während die Düse 26 wiederum an die Steuerkammer 41 eines Verstärkers 32 angeschlossen ist. Der Verstärker 32 weist eine Membran 33 auf, die die Steuerkammer 41 von einer Durchflußkammer 34 trennt. Die Membran 33 steuert in Verbindung mit einer Düse den Druck in einer Leitung 36. Eine Abblasöffnung 37 entlüftet die Durchlaufkammer 34 in die Atmosphäre. Die Leitung 36 ist über eine Drossel 38 an die Fluidquelle 30 angeschlossen. Hinter der Drossel 38 ist ein Antrieb 39 angeschlossen, der die Stellung eines Drosselorganes 28 steuert. Ein Thermostat 40 erfaßt die Raumtemperatur und steuert den Druck des der Düse 25 zugeführten Fluides.

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Die Wirkungsweise des Systems gemäß Figur 3 entspricht im Prinzip der Wirkungsweise des Systems gemäß Figur 1. Wächst der statische Druck in dem Zuluftkanal 27 an, so nimmt die Düse 26 einen geringeren Prozentsatz des von der Düse 25 abgegebenen Fluidstromes auf, so daß sich die Membran 33 von der Düse 35 hinwegbewegen kann und der Druck in der Leitung 36 reduziert wird. Dieser reduzierte Druck veranlaßt den Antrieb 39 zu einer Bewegung des Drosselorganes 28 in eine mehr geschlossene Stellung, wodurch der statische Druck in dem Zuluftkanal 27 reduziert wird. Nimmt andererseits der statische Druck in dem Zuluftkanal 27 ab, so nimmt die Düse 26 einen größeren Teil des von der Düse 26 abgegebenen Fluidstromes auf, wodurch die 'Membran 33 gegen die Düse 35 bewegt wird und der Druck in der Leitung 36 ansteigt. Infolge des erhöhten Druckes bewirkt der Antrieb 39 eine weitere Öffnung des Drosselorganes 28, worauf der statische Druck in dem Zuluftkanal 27 ansteigt.

Gemäß Figur 4 ist ein System dargestellt, das von einer separaten Fluidmittelquelle unabhängig ist und das sowohl in einem mengengeregelten System gemäß Figur 1 oder in einem druckgeregelten System gemäß Figur 3 Anwendung finden kann. Im vorliegenden Fall wird das unabhängige System anhand eines mengengeregelten Systems erläutert. Ein Fühlerelement besteht wiederum aus einer einen Fluidstrom abgebenden Düse 51 und einer einen Teil des abgegebenen Fluidstromes aufnehmenden Düse 52. Der Betrag, der von der Düse 52 aufgenommenen Fluidmenge hängt von der Geschwindigkeit der Luft in dem Zuluftkanal 53 ab. Der Düse 51 wird über eine Drossel 56 Luft zugeführt, die aus dem Zuluftkanal 53 über ein Staurohr 54 entnommen und durch einennachgeschalteten Druckregler 55 reguliert wird. Die von der Düse 52 aufgenommene Luft wird einer Steuerkammer 57 eines Verstärkers 58 zugeführt. Der Druck innerhalb der Kammer 57 steuert die Lage einer Membran des Verstärkers 58 in Bezug auf eine Düse 60. Die Düse 60 ist über eine Leitung 61 und eine Drossel 62 an den Druckregler angeschlossen. Ein Federbalg 63 ist an die Druckleitung hinter der Drossel 62 angeschlossen und er treibt ein Gestänge 64 an,

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das über ein Gelenk 66 an dem Drosselorgan 65 angelenkt ist. Das Drosselorgan 65 ist an einem Lagerzapfen 67 schwenkbar gelagert. Ein Thermostat 68 regelt in Abhängigkeit von der Temperatur des zu überwachenden Raumes den Druck der der Düse 51 zugeführteh Luft. Die Raumtemperatur wird durch die über den Zuluftkanal 53 über einen Diffusor 69 abgegebene Zuluft beeinflußt.

Wenn die Geschwindigkeit der über den Zuluftkanal 53 zugeführten Luft anwächst, so nimmt die Düse 52 einen geringeren Prozentsatz der von der Düse 51 abgegebenen Luft auf, worauf sich die Membran 59 von der Düse 60 hinwegbewegen kann und der Druck in der Leitung 61 abfällt. Dieser abnehmende Druck bewirkt über den Federbalg 63 und das Gestänge 64 eine zunehmende Schließung des Drosselorganes 65, was eine Reduzierung der Luftbewegung bzw. der Geschwindigkeit der Luft durch den Zuluftkanal 53 zur Folge hat. Andererseits nimmt bei abnehmender Geschwindigkeit der zugeführten Luft die von der Düse 52 aufgenommene Luftmenge zu, wodurch die Membran 55 gegen die Düse 60 bewegt wird. Hierdurch steigt der Druck in der Leitung 61 an und es dehnt sich der Federbalg 63 aus, so daß das Drosselorgan 65 weiter geöffnet wird und der Luftdurchsatz in dem Zuluftkanal 53 anwächst.

Gemäß Figur 5 ist eine andere Möglichkeit zur Messung der Geschwindigkeit der durch einen Zuluftkanal 71 zugeführten Zuluft dargestellt. Im vorliegenden Beispiel ragt ein Rohr 70 in den Zuluftkanal 71 hinein und besitzt mehrere Öffnungen 72, durch die die sich in dem Zuluftkanal 71 bewegende Luft in das Rohr 70 eintreten kann. Das Rohr 70 ist U-förmig gebogen, verläßt den Zuluftkanal 71 und mündet mit einer Öffnung 73 wiederum stromabwärts in den Zuluftkanal 71. In dem Rohr 70 ist wiederum ein Fühlerelement, bestehend aus zwei Düsen 74 und 75, angeordnet. Der Düse 74 wird ein Fluid unter Druck von einer Druckwelle 76 über eine Drossel 77 zugeführt. Die Düse 75 nimmt wiederum einen

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Teil des von der Düse 74 abgegebenen Fluides auf und sie ist an eine Steuerkammer 78 eines Verstärkers 79 angeschlossen. Die Stellung einer Membran 80 des Verstärkers 79 wird in Bezug auf eine Düse 81 wiederum durch den Druck in der Steuerkammer 78 gesteuert. Die Düse 81 ist über eine Leitung 82 und eine Drossel 83 an die gemeinsame Druckmittelquelle 76 angeschlossen. Ein Membranantrieb 84 ist hinter der Drossel 83 angeschlossen und steuert die Stellung eines Drosselorganes 85.

Nimmt die Geschwindigkeit der Luft in dem Zuluftkanal 71 zu, so nimmt auch die Geschwindigkeit der Luft innerhalb des Rohres 70 zu und die Düse 75 nimmt einen geringeren Prozentsatz der von der Düse 74 abgegebenen Fluidmenge auf. Der Druck in der Steuerkammer 78 nimmt somit ab, so daß sich die Membran 80 von der Düse 81 hinwegbewegen kann und somit der Druck in der Leitung 82 abfällt. Durch den abnehmenden Druck in der Leitung 82 wird über den Antrieb 84 das Drosselorgan 85 zunehmend geschlossen. Die Bewegung des Drosselorganes 85 in Schließrichtung führt zu einer Abnahme der Luftgeschwindigkeit innerhalb des Zuluftkanales 71. Andererseits wird bei abnehmender Luftgeschwindigkeit innerhalb des Zuluftkanales 71 die Luftgeschwindigkeit innerhalb des Rohres 70 ebenfalls verringert, wodurch die Düse 75 einen größeren Prozentsatz der von der Düse 74 abgegebenen Fluidmenge aufnimmt. Der Druck in der Steuerkammer 78 wächst somit an, worauf die Membran 80 gegen die Düse 81 bewegt wird. Hierdurch steigt der Druck in der Leitung 82 und es wird über den Antrieb 84 das Drosselorgan 85 zunehmend geöffnet, was einen Anstieg der Luftgeschwindigkeit innerhalb des Zuluftkanales 71 zur Folge hat.

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Claims

Patentansprüche

1.; Klimaregelsystem mit einem in einem Zuluftkanal zur Luftmengensteuerung angeordneten Drosselorgan, das von einem Regelkreis über einen Antrieb betätigt wird/ wobei ein Fühlerelement die durch den Zuluftkanal zugeführte Luftmenge bzw. den in dem Zuluftkanal herrschenden Luftdruck erfasst, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement (10) aus zwei sich gegenüberstehend angeordneten Düsen (1,3; 25,26; 51,52; 74,75) besteht, wovon die erste Düse (1,25,51,74) einen sollwertabhängigen Fluidstrom abbläst und die zweite Düse (3,26,52,75) einen vom Zustand im Zuluftkanal abhängigen Teil der Fluidmenge aufnimmt, und daß die zweite Düse über den Antrieb (6,39, 63,84) auf das Drosselorgan (7,28,65,85) einwirkt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Düse (3,26,52,75) über einen Verstärker (5,32,58,79) auf den Antrieb des Drosselorganes einwirkt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker eine mit der zweiten Düse (3,26,52,75) verbundene Steuerkammer (12,41,57,78) aufweist, die durch eine Membran (14,33,59,80) abgeschlossen ist, daß die Membran einer über eine Drossel (15,38,62,83) mit Fluid gespeisten Düse (23,35,60,81) gegenübersteht und daß der Antrieb (6,39,63,84) zwischen Drossel und Düse angeschlossen ist.

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4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (5,32,58,79) eine zweite Kammer (13,34) aufweist, in die die über die Drossel (15,38,62,83) fluidgespeiste Düse (23,35,60,81) mündet und daß die zweite Kammer mit einer Abblasöffnung (16,37) versehen ist.

5. System nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Thermostaten (8,40,68) zur Regelung der der ersten Düse (1,25,51,74) zugeführten Fluidmenge.

6. System nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine gemeinsame separate Fluidquelle (2,30,76) zur Speisung der ersten Düse (1,25,51,74) und der in den Verstärker (5,32,58,79) mündenden Düse (23, 35,60,81) angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Zuluftkanal (53) ein Staurohr (54) angeordnet ist, durch welches eine aus dem Zuluftstrom abgeleitete Fluidguelle zur Speisung der ersten Düse (51) und der in den Verstärker (58) mündenden Düse (60) gebildet wird.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß dem Staurohr (54) ein Druckregler (55) nachgeschaltet ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Antrieb aus einem Federbalg (63) besteht.

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10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet / daß die sich gegenüberstehenden Düsen (1,3; 25,26; 51,52; 74,75) quer zur Luftströmung im Zuluftkanal angeordnet sind.

11. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vor dem Düsenpaar (1,3) querbewegliche Blende (22) zur Einstellung eines Sollwertes.

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