DE29505824U1 - Regelungseinheit für strömende Luft - Google Patents

Regelungseinheit für strömende Luft

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Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungseinheit, vorzugsweise zum Anbringen an einen Luftführungskanal, der eine Luftquelle mit einem durch diese Luft temperierbaren, insbesondere beheizbaren Raum strömungsmäßig verbindet.
Wenn einem Luftführungskanal kalte oder zumindest nicht ausreichend warme Luft zugeführt wird, die den Kanal mit höherer Temperatur verlassen soll, so muß sie im Luftführungskanal erwärmt werden. Andererseits sind aber Luftführungskanäle in aller Regel aus Kostengründen von relativ einfacher Konstruktion, und deshalb gegen eine
Überhitzung empfindlich. Infolgedessen darf die Lufttemperatur im Kanal einen für letzteren festgelegten Maximalwert (TLMI£) nicht überschreiten. Dieser liegt in aller Regel höher als die Lufttemperatur, die später an der mit warmer Luft zu versorgenden Stelle benötigt wird. Um aber diese Stelle bzw. einen entsprechenden Raum rasch auf die gewünschte Temperatur (Tr3) bringen zu können, wird dort zunächst warme Luft eingeleitet, deren Temperatur höher liegt als die später bei gleichmäßiger Raumtemperatur zu haltende Temperatur. Je höher die Luft erhitzt ist, welche den Raum o.dgl. erwärmen soll, um so schneller erfolgt die Raumerwärmung. Sobald jedoch die gewünschte Raumtemperatur in etwa erreicht ist, darf keine "heiße" Luft (THBa!£) mehr eingeleitet werden, vielmehr muß dann Luft in diesen Raum strömen, deren Temperatur unterhalb des maximal erreichbaren Werts (THMX) liegt, die aber andererseits so gewählt ist, daß Temperaturverluste des Raumes sicher ausgeglichen werden.
Ein spezieller Anwendungsfall für eine solche Luftbeheizung mit Luftzuführung über einen Kanal, stellt eine Elektroheizung oder eine Elektrozusatzheizung bspw. für ein Zimmer dar. Denkbar ist auch, daß man den Auslaß des Luftführungskanals bspw. über einen Schalldämpfer mit dem zu heizenden Raum verbindet.
Nachfolgend soll davon ausgegangen werden, daß die Regelungseinheit an einem Luftführungskanal angebracht wird, der mit einer Luftquelle, bspw. einem Gebläse, verbunden ist und dessen Auslaß in einen zu beheizenden Raum mündet, ohne daß dies einschränkend verstanden werden darf.
Es ist bisher bekannt, beim Beheizen eines Raumes dort einen Temperaturfühler, vorzugsweise mit einem Sollwertgeber, anzubringen, mit dessen Hilfe eine elektrische Heizung im Luftzuführungskanal, lediglich ein- und ausgeschaltet werden kann. Außerdem kann über einen weiteren Regler auf die Heizung in dem Sinne eingewirkt werden, daß während des Anheizvorganges der Raumbeheizung die Lufttemperatur im Luftführungskanal auf dem Maximalwert (THMX) gehalten wird. Wenn dieser Regler ausfällt, so würde dies zu einer Überhitzung des Luftführungskanals führen, was mit erheblichen Gefahren verbunden sein kann. Aus diesem Grunde ist noch ein Sicherheitstemperaturbegrenzer vorhanden, der beim Erreichen einer Abschalttemperatur (TLMX), die über der Maximaltemperatur (TH„ax) des Luftführungskanals liegt, die Heizung ganz abschaltet, wobei sie anschließend nur noch manuell wieder eingeschaltet werden kann.
Bei Elektroheizungen oder Elektrozusatzheizungen schreibt der Gesetzgeber in der Regel auch noch die Überwachung eines Mindest-Luftstromes durch einen Strömungssensor vor, damit die in der Heizstrecke enstehende Wärme abgeführt wird.
Die Heizung sowie die genannten Steuerungs- und Regelungseinrichtungen werden einzeln am Luftführungskanal angebracht und sie müssen dann entsprechend verdrahtet werden. Außer den genannten Komponenten können noch weitere notwendige Sensoren, Regler u.dgl. vorhanden sein, die dann auch noch montiert werden müssen. Auch hierzu sind in der Regel elektrische Leitungen notwendig, um sie miteinander und/oder mit einer Spannungsquelle zu verbinden. Auf diese Weise entstehen relativ hohe Kosten und außerdem besteht die Gefahr falscher oder mangelhafter Anschlüsse.
Es liegt infolgedessen die Aufgabe vor, eine Regelungseinheit der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine rasche, sichere und damit auch kostengünstige Montage zumindest der erwähnten Komponenten für die Beheizung eines Raumes o.dgl. Warmluftverbrauchers am Luftführungskanal ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Regelungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitstemperaturbegrenzer, der Temperaturmeßfühler, der Strömungssensor, der erste Regler sowie ein zweiter Regler zu einer integralen Baueinheit zusammengefaßt sind und der zweite Regler mit einem im Raum befindlichen Temperaturmeßfühler für die Raumtemperatur (Tr3) verbindbar
ist, wobei der erste Regler und der zweite Regler elektronische Regler sind und die Baueinheit am Luftführungskanal befestigbar oder als Kanalteilstück ausgebildet ist.
Diese Baueinheit kann beim Hersteller komplett vormontiert werden und sie wird dann als Ganzes von einem Monteur am Luftführungskanal angebracht. Letzterer muß selbstverständlich für das Anbringen dieser Regelungseinheit vorbereitet sein, d.h. entweder einen oder mehrere Durchbrüche o.dgl. aufweisen, an welchem man die Regelungseinheit luftdicht anmontieren kann und zwar derart, daß sich alle Fühler nach der Montage an der hierfür vorgesehenen Stelle im Kanal befinden, oder aber indem man am Luftführungskanal eine Lücke vorsieht, in welche man die Baueinheit als Kanalteilstück einsetzt. Die Regelungseinheit wird nach ihrer Montage mit dem elektrischen Netz und auch mit der Heizung sowie ggf. weiteren Elementen verbunden, die sich im Kanal befinden und aus irgendwelchen Gründen nicht in die Regelungseinheit integriert werden sollen oder können. Damit entfallen vielfältige Verdrahtungsarbeiten und Montagezeiten für die elektrische Verbindung der zur Regelungseinheit gehörenden Komponenten. Eine Verbindung ist selbstverständlich auch noch mit der Raumtemperaturmeßstelle erforderlich, die aber beim Stand der Technik auch notwendig ist. Die Meßfühler sind an der Baueinheit derart montiert, daß sie nach der Montage der Regelungseinheit im Kanal die
vorgesehene optimale Position einnehmen. Ggf. kann man sie einstellbar an der Regelungseinheit montieren.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Baueinheit Anschlußmittel für eine Spannungsquelle, die elektrische Heizeinrichtung im Luftführungskanal, einen Sollwertgeber im zu temperierenden Raum und/oder den zweiten Temperaturmeßfühler aufweist. Die Anschlußklemmen &ogr;.dgl. ermöglichen das rasche Anschließen der elektrischen Leitungen zur Stromversorgung und zur internen Übermittlung von Meßgrößen, Steuerbefehlen, u.dgl. Man kann in sehr vorteilhafter Weise noch zusätzliche Anschlußklemmen vorsehen, die das Anschließen weiterer Komponenten und Elemente ermöglichen/ welche bei anderen Einsatzgebieten dieser Regelungseinheit erforderlich oder vorteilhaft sind. Dadurch wird die Regelungseinheit auch zukunftssicher, weil man auf diese Weise eine Heizungseinrichtung später noch ergänzen und modernisieren kann.
In besonders bevorzugter Weise sind der erste und/oder der zweite Regler ein elektronischer Regler, z.B. ein Fuzzi-Regler, PI-Regler etc., die eine weit sensiblere und genauere Regelung ermöglichen, als die bisher bekannten und verwendeten mechanischen Zweipunktregler. Außerdem haben elektronische Regler den Vorteil, daß sie ein Überschwingen der zu regelnden Temperatur weitgehend vermeiden und keine
Hysterese auftritt. Diese Fehler sind bei den herkömmlichen Ein-Aus-Reglern, bspw. Bimetallreglern, unvermeidlich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Figur 1 in sehr schematisierter Form ein System zur Beheizung eines Raumes mittels Heißluft, die dem Raum über einen Kanal zugeführt wird, in welchem sich die Heizeinrichtung mitsamt der Rege1ungseinheit befinden;
Figur 2 einen Temperaturverlauf gemäß einem herkömmlichen System;
Figur 3 einen Temperaturverlauf gemäß der
erfindungsgemäßen Regelungseinheit; und
Figur 4 einen Träger für den Strömungssensor und einen Temperaturmeßfühler.
Von einer nicht dargestellten Luftquelle, bspw. einem Gebläse, wird Luft in Richtung des Pfeils 1 in den Luftführungskanal 2 geblasen. Sie verläßt letzteren nach Erwärmung im Kanal 2 in Pfeilrichtung 3 und gelangt auf diese Weise in einen Raum 4. Dieser soll mit der warmen Luft
beheizt werden, wobei eine geregelte Raumtemperatur (TRS) eingehalten werden soll.
Im Luftführungskanal 2 befindet sich eine elektrische Heizeinrichtung 5, bspw. eine oder mehrere Heizmatten, welche die vorbei- oder durchströmende Luft auf eine Temperatur (TL) erwärmen. Die elektrische Heizeinrichtung muß ein- und ausschaltbar und/oder in ihrer Heizleistung drosselbar sein.
Ein Strömungssensor 6 stellt die An- oder Abwesenheit des Luftstroms fest. Er gibt die Heizeinrichtung 5 erst frei, wenn auch tatsächlich Luft durch den Luftführungskanal 2 strömt.
Wenn man von einem kalten oder kühlen Raum 4 ausgeht, so wird diesem zwecks rascher Aufheizung zunächst Luft mit hoher Temperatur zugeführt. Die Höhe dieser Temperatur wird durch die zulässige Maximaltemperatur (Taaax) für den betreffenden Luftführungskanal 2 bestimmt. Ein erster Regler 7, der mit einem ersten Temperaturmeßfühler 8 kombiniert sein kann, stellt die Lufttemperatur (TL) im Luftführungskanal 2 in Durchströmrichtung hinter der elektrischen Heizeinrichtung 5 auf den maximal zulässigen Temperaturwert (THBax) ein. Dieser kann bspw. 60° C betragen. Erfindungsgemäß befinden sich dieser erste Regler 7 und der erste Temperaturmeßfühler 8 an einem schematisch als Platte
gezeichneten Träger 9 (Figur 4). Er ist beim Ausführungsbeispiel in eine Baugruppe 12 eingesetzt, die an einem herausnehmbaren Kanalteilstück 10 anmontiert ist.
In der Baugruppe 12 befindet sich desweiteren ein Sicherheitstemperaturbegrenzer 11. Dieser tritt in Tätigkeit, wenn der erste Regler 7 oder bei nicht vorhandener Strömung der Strömungssensor 6 ausfällt und infolgedessen die Temperatur über den maximal zulässigen Wert (TH„ax) ansteigt. Er schaltet bspw. bei einer Temperatur (TLaax) &&, die wenige Grade, z.B. 5° über der an sich maximal zulässigen Temperatur (THBaic) im Luft führungskanal liegt. Wenn der Sicherheitstemperaturbegrenzer 11 die Heizeinrichtung 5 abschaltet, so kann sie von keinem der Regler 7 wieder eingeschaltet werden, vielmehr muß das Wiedereinschalten von Hand erfolgen.
Der Strömungssensor 6 besteht, wie in Figur 4 dargestellt, aus zwei NTC-Elementen 21 und 22, die auf dem Träger 9 befestigt sind. Das NTC (Negative Temperature Coefficient)-Element 21 ist auf der der Luftströmung abgewandten Seite des Trägers 1 montiert, wohingegen das NTC-Element 22 in einer Öffnung 23 des Trägers 9 montiert ist, so daß es von der erwärmten Luft ständig umströmt ist. Im Träger 9 befindet sich eine weitere Öffnung 24, in der der Temperaturmeßfühler 8 angeordnet ist. Die Pfeile 25 bis sollen die Luftströmung schematisch darstellen. Die
Bauelemente 21, 22 und 8 sind über Leitungen mit einer elektronischen Schaltung 28 verbunden, die ihrerseits über geeignete, nicht dargestellte Steckverbindungen mit dem Schaltkreis der Baueinheit 12 verbunden ist. Der Träger 9 ist in Form und Größe so ausgestaltet, daß die beiden Elemente 8 und 22 optimal im Luftstrom liegen. Bei anderen Querschnitten des Luftführungskanals 2 kann der Träger 9 gegen einen anderen Träger mit geeigneter Größe ausgetauscht werden.
Eine elektrische Leitung 14 verbindet die elektrische Heizeinrichtung 5 mit der Regelungseinheit 13. Diese ist mit verschiedenen, schematisch eingezeichneten Anschlußklemmen 15 versehen, zu welchen aus Gründen der Übersichtlichkeit in nicht dargestellter Weise alle eingezeichneten elektrischen Anschlußleitungen führen, also auch eine elektrische Leitung 16, zur Verbindung der Regelungseinheit 13 mit einem elektrischen Netz und auch einer Steuerleitung 17, über welche die Regelungseinheit 13 mit einem im Raum 4 montierten zweiten Temperaturmeßfühler 18 verbunden ist. Der zweite Temperaturmeßfühler 18 kann mit einem Sollwertgeber 19 kombiniert sein, bspw. einem Potentiometer, mit dessen Hilfe die sich im Raum 4 aufhaltende Person den Sollwert für die Lufttemperatur T1^ im Raum 4 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs selbst wählen kann. Auf jeden Fall ist der zweite Temperaturmeßfühler 18 über die elektrische Leitung 17 mit einem zweiten Regler 20 verbunden, der gleichfalls eine
Komponente der Regelungseinheit 13 bildet. Der erste und der zweite Regler 7 und 20 sind elektronische Regler, welche einerseits den Sollwert genau regeln, andererseits in der Regel weder mit einer Hysterese behaftet sind noch ein Überschwingen der Regelung mit sich bringen.
Man kann ohne weiteres die Regelungseinheit 13 als Rohrstück oder Kanalstück ausbilden, das einfach in eine entsprechend große Lücke des Luftführungskanals 2 eingefügt wird und möglichst auch den gleichen Strömungsquerschnitt aufweist. Der Temperaturfühler 8 und der Strömungssensor 6 sind so positioniert, daß sie möglichst in einen mittleren Bereich des Strömungsquerschnitts hineinragen.
In der Figur 2 ist der Verlauf der Temperatur TR der Luft des Raumes 4 und die Temperatur TL der im Luftführungskanal 2 erwärmten Luft gemäß einem herkömmlichen System dargestellt. Soll die Luft im Raum 4 von der Temperatur TRO z.B. von 20° C auf die Temperatur TRS z.B.
23° C erwärmt werden, wird die Heizeinrichtung 5 eingeschaltet, so daß die Luft im Luftführungskanal 2 von der Temperatur TLO, 2.B. 18° C auf die maximale Temperatur TH.m erwärmt wird. Sobald diese Temperatur, z.B. 60° C erreicht wird, was vom ersten Temperaturmeßfühler 8 erfaßt wird, wird die Heizeinrichtung 5 abgeschaltet. Sinkt die Temperatur auf einen Wert ab, der vom ersten Regler 7 als unterster innerhalb der Hysterese liegender Wert ermittelt
wird, wird die Heizeinrichtung 5 wieder eingeschaltet. Dies erfolgt solange, bis die Luft im Raum die gewünschte Temperatur TRS erreicht hat. Diese Temperatur wird vom zweiten Temperaturmeßfühler 18 erfaßt und der zweite Regler 20 schaltet nunmehr die Heizeinrichtung 5 ab. Sinkt die Temperatur der Luft im Raum 4 auf den untersten Wert der Hysterese ab, was vom Temperaturmeßfühler 18 erfaßt wird, schaltet der zweite Regler 20 die Heizeinrichtung 5 wieder ein, wobei der erste Regler 7 die Heizeinrichtung 5 solange ein- und ausschaltet, bis die Temperatur TR der Luft im Raum 4 wieder den Sollwert Th3 erreicht hat. Die Heizeinrichtung wird also ständig ein- und ausgeschaltet. Aufgrund dieses Betriebs verlängert sich die Aufheizphase für die Luft im Raum 4 und die Temperatur TR der Luft im Raum 4 kann nicht konstant gehalten werden.
In der Figur 3 ist der Verlauf der Temperatur TR der Luft im Raum 4 und der Temperatur TL der Luft im Luft führungskanal 2 gemäß dem erfindungsgemäßen System dargestellt. Auch hier wird die Luft im Kanal 2 durch maximale Leistung der Heizeinrichtung 5 auf einen Temperaturwert TH Bax aufgeheizt. Ist dieser Wert erreicht, was durch den ersten Temperaturmeßfühler 8 erfaßt wird, dann regelt der erste Regler 7 die Leistung der Heizeinrichtung 5 so weit zurück, daß diese Temperatur Ta M!t gehalten wird. Dadurch wird die Aufheizphase bzw. Anwärmphase der Luft im Raum 4 gegenüber dem Stand der Technik verkürzt. Hat die Temperatur TR der
Luft im Raum 4 den Sollwert THS erreicht, was vom zweiten Temperaturmeßfühler 18 erfaßt wird, dann übernimmt der zweite Regler 20 die Ansteuerung der elektrischen Heizeinrichtung 5, wobei die Leistung so weit zurückgefahren wird, daß die Temperatur TR der Luft im Raum 4 konstant auf dem Sollwert gehalten wird. Der Temperaturunterschied TL gegenüber TR entspricht dem Wärmeverlust des Raumes 4.
Aus Figur 3 ist deutlich erkennbar, daß die beiden Regler und 20 die Heizeinrichtung 5 stufenlos regeln.
Ferner wird nochmals deutlich darauf hingewiesen, daß der Strömungsensor 6 den Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung 5 erst dann freigibt, wenn eine ausreichende Luftströmung im Luftführungskanal 2 festgestellt wird. Dabei ist der Strömungssensor 6 nach der Heizeinrichtung 5 angeordnet. Außerdem ist der Sicherheitstemperaturbegrenzer 11 nach den einschlägigen Regeln der Technik als eigensicheres mechanisches Element ausgeführt. Er schaltet bei Überschreitung einer Maximaltemperatur TL Bax die gesamte Heizung 5 ab und kann nur von Hand zurückgestellt werden.
Außerdem soll nochmals deutlich herausgestellt werden, daß in der Baueinheit 12 die Regelung 7 und der Leistungsteil für die Lufterwärmung die Regelung 20 für die Raumtemperatur der Sensor 6 und Verstärker für die Luftströmungsmessung und -überwachung, der Sensor 8 für die Temperatur der erwärmten
Luft, der Sicherheitstemperaturbegrenzer 11, Leuchtdioden für Statusanzeigen, Anschlußklemmen für das Netz, die Heizstrecke und den Sollwertsteller 19 und Raumtemperatursensor 9 zusammengefaßt sind. Der Träger 9 für den Strömungssensor und der ersten Temperaturmeßfühler 8 mit der elektronischen Schaltung 28 ist steckbar in der Baueinheit 12 untergebracht und kann im Bedarfsfall, z.B. für Wartung und Service leicht ausgewechselt werden. Außerdem kann hierdurch eine auf die Größe des Luftführungskanals 2 abgestimmte Sonde eingesetzt werden.
Durch die kompakte Anordnung der Baugruppe 12 wird der elektrische Verkabelungsaufwand weitesgehend eingespart. Es braucht lediglich die Baueinheit 12 an der Anlage montiert werden. Die Baueinheit 12 eignet sich daher auch besonders für den nachträglichen Einbau von Regelungen in bestehende Anlagen.
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Claims (11)

Schutzansprüche
1. Regelungseinheit, vorzugsweise zum Anbringen an einen Luftführungskanal (2), der eine Luftquelle mit einem durch die Luft temperierenden Raum (4) strömungsmäßig verbindet, mit einem Sicherheitstemperaturbegrenzer (11), einem ersten Regler (7) mit einem ersten Temperaturmeßfühler (8) für die Regelung einer Maximaltemperatur (TBBax) der Luft im Strömungskanal (2) und einem Strömungssensor (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitstemperaturbegrenzer (11), der Temperaturmeßfühler (8), der Strömungssensor (6), der erste Regler (7) sowie ein zweiter Regler (20) zu einer integralen Baueinheit (12) zusammengefaßt sind und der zweite Regler (20) mit einem im Raum (4) befindlichen Temperaturmeßfühler (18) für die Raumtemperatur (TE3) verbindbar ist, wobei der erste Regler (7) und der zweite Regler (20) elektronische Regler sind und die Baueinheit (12) im Luftführungskanal (2) befestigbar oder als Kanalteilstück ausgebildet ist.
2. Regelungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12) in Strömungsrichtung der Luft (Pfeil 1) nach der Heizeinrichtung (5) vorgesehen ist.
3. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungssensor (6) und der Temperaturmeßfühler (8) an einem in den freien Querschnitt des Luftführungskanals (2) ragende Träger (9) befestigt ist.
4. Regelungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (9) separat auswechselbar ist.
5. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungssensor (6) zwei elektronische Bauelemente, insbesondere NTC-Elemente (21 und 22) aufweist, wobei eines der NTC-Elemente (22) von der durch die Heizeinrichtung (5) erwärmten Luft angeströmt wird und das andere NTC-Element (21) lediglich die Temperatur (TL) der erwärmten Luft erfaßt.
6. Regelungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden NTC-Elemente (21 und 22) über eine elektronische Schaltung (28) miteinander verbunden sind und die elektronische Schaltung (28) ein elektrisches Signal für die Luftströmung liefert.
7. Regelungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßfühler (8) mit der
elektronischen Schaltung (28) verbunden ist und einen Korrekturwert für den Meßwert der beiden NTC-Elemente (21 und 22) liefert.
8. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12) Anschlußmittel (15) für eine Spannungsquelle, die elektrische Heizeinrichtung (5) im Luftführungskanal (2), einen Sollwertgeber (19) im zu temperierenden Raum (4) und/oder den zweiten Temperaturmeßfühler (18) aufweist.
9. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Regler (7, 20) ein elektronischer Regler, z.B. Fuzzi-Regler, PI-Regler etc. ist bzw. sind.
10. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12) als nachrüstbares Bauteil ausgebildet ist.
11. Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Leuchtelemente, z.B. Leuchtdioden für diverse Funktionen vorgesehen sind.
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DE29505824U DE29505824U1 (de) 1995-04-05 1995-04-05 Regelungseinheit für strömende Luft
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Applications Claiming Priority (1)

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