DE3036099C2

DE3036099C2 - Steuereinrichtung für eine Wärmepumpe

Info

Publication number: DE3036099C2
Application number: DE3036099A
Authority: DE
Inventors: James Ranck York Pa. Harnish
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE3036099A1; US4265299A; CA1141006A; JPS5659136A; AU538085B2; AU6268480A; FR2466710B1; GB2060216A; ES8200493A1; GB2060216B; FR2466710A1; ES495378A0

Description

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An den Leitungen 50,52 sind angeschlossen: ein Kompressormotor 51, der von einem Relais 54 gesteuert wird; ein Außengebläsemolor 56, der zum Kompressormotor 51 parallel geschaltet ist und ebenfalls von dem Relais 54 gesteuert wird; ein Innengebläsemotor 53, der von einem Relais 57 gesteuert wird; eine als Widerstandsheizung ausgebildete erste zusätzliche Heizstufe 62, die mit einem Relais 58 und einem Temperaturgrenzschalter 60 in Reihe geschaltet ist; und eine ebenfalls als Widerstandsheizung ausgebildete zweite zusätzliche Heizstufe 68, die mit einem Relais 64 und einem Temperaturgrenzschalter 66 in Reihe geschaltet ist

Ein Transformator 70 ist über Leitungen 72,73 an den Speiseleitungen 50, 52 angeschlossen, so daß für einen elektronischen Thermostaten 74 und die Steuerrelais eine Stromquelle niedriger Spannung (normaler 24 V) geschaffen wird. Der elektronische Thermostat 74 (dessen Bestandteile sich innerhalb des durch die gestrichelte Linie umgrenzten Bereiches befinden) urr'aßt einen handbetätigbaren Ein-Ausschalter 76 für das durch ein Relais 56R gesteuerte Innengebläse, einen Schalter 90 für die Wärmepumpe, der mit einem Relais 54Ä für den Kompressormotor in Reihe geschaltet ist, ein als Schalter ausgebildetes Steuerglied 98 für die erste zusätzliche Heizstufe 62, die mit einem Relais 5SR für die zusätzliche Heizstufe 62 in Reihe geschaltet ist, und ein als Schalter ausgebildetes Steuerglied 99 für die zweite zusätzliche Heizstufe 68, das mit einem Relais 64R für die zusätzliche Heizstufe 68 in Reihe geschaltet ist

Der in F i g. 3 dargestellte elektronische Thermostat 74 umfaßt einen als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 80, der die Innenraumtemperatur des konditionierten Raumes erfaßt und ein Steuersignal veränderlicher Spannung (in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur) den Differentialkomparatoren 82,82Λ und einem Differentiator 84 zuführt Eine Bezugsspannung, die dem gewünschten Einstellpunkt des Thermostaten entspricht, wird dem Differentialkomparator 82 von einem Glied 86 zugeführt Im Heizbetrieb wird das Steuersignal des Temperaturfühlers 80 mit der Bezugsspannung des Gliedes 86 im Differentialkomparator 82 verglichen. Wenn das der Raumtemperatur entsprechende Steuersignal kleiner ist als die Bezugsspannung, so betätigt der Komparator 82 den Schalter 90, der das Relais 54Ä erregt und das Relais 54 schließt, so daß der Kompressormotor 51 und der Außengebläsemotor 56 in Betrieb gesetzt werden. Das Steuersignal des Temperaturfühlers 80 wird außerdem durch den Differentiator 84 geführt, der die zeitliche Änderung der Raumtemperatur ermittelt In einem Differentialkomparator 94 wird diese zeitliche Änderung der Ist-Temperatur mit einem vorgegebenen Wert (normalerweise 0,55 K/h) verglichen, der in Form einer Bezugsspannung von einem Glied % geliefert wird. Das Steuersignal des Temperaturfühlers 80 wird außerdem in einem Differentialkomparator 82/4 mit einem Wert verglichen, der um 0,83 K (üblicherweise) unter der Bezugsspannung des Gliedes 86Λ liegt. Dieser um 0,83 K unter der Bezugsspannung liegende Wert wird von einem Glied 86Λ geliefert. Wenn sich die Raumtemperatur um mehr als 0,83 K unter der Bezugsspannung des Gliedes 86A befindet, so gibt der Differentialkomparator 82/4 ein Freigabesignal an den Differentialkomparator 94 ab. Außerdem wird das Ausgangssignal des Differentialkomparators 82 einem Zeitverzögerungsglied 92 (normalerweise fünf Minuten) zugeführt. Wenn die durch das Zeitverzögerungsglied 92 vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist, wird dem Differentialkomoarator 94 ein weiteres Freigabesignal zugeführt

Wenn die beiden Freigabesignale vom Differentialkomparator 82/4 und Zeitverzögerungsglied 92 vorhanden sind und die zeitliche Änderung der Raumtemperatur unter dem durch das Glied 96 vorgegebenen Wert liegt ei regt der Differentialkomparator 94 das als Triac ausgebildete Steuerglied 98, wodurch die zusätzliche Heizstufe 62 über die Relais 58Λ und 58 aktiviert wird.

Das Ausgangssignal des Differentialkomparators 94 wird einem Zeitverzögerungsglied 92A zugeführt Wenn die durch dieses Zeitverzögerungsglied vorgegebene Zeitspanne (normalerweise fünf Minuten) abgelaufen ist wird dem Differentialkomparator 94/4 ein Freigabesignal zugeführt Wenn dieses Freigabesägnal vorliegt und die zeitliche Änderung der Raumtemperatur unter dem durch das Glied 96 vorgegebenen Wert liegt erregt der Differentialkomparator 94/4 das als Triac ausgebildete Steuerglied 99, wodurch die zweite zusätzliche Heizstufe 68 über die Relais 64/4 und 64 aktiviert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

.1 τ 2 Außerdem lösen derartige Außenthermostaten das ProPatentansprüche: blem nicht vollständig, da Faktoren wie Wind, Sonneneinstrahlung, interne Wärmequellen (Geräte, Lampen,

1. Steuereinrichtung für eine Wärmepumpe mit Menschen) etc. die Betriebsweise verfälschen können, mindestens einer zusätzlichen Heizstufe, mit einem 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturfühler zum Erfassen der Ist-Temperatur Steuereinrichtung der eingangs angegebenen Gattung eines konditionierten Raumes, einem Komparator, so weiterzubilden, daß bei möglichst geringem steueder die Ist-Temperatur mit einer Soll-Temperatur rungstechnischem Aufwand eine den Energieverbrauch vergleicht, und einem Steuerkreis, der die Wärme- verringernde Betriebsweise ermöglicht wird.

pumpe und zusätzliche Heizstufe in Abhängigkeit jo Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die von der Differenz von Ist- und Soll-Temperatur akti- kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst viert, dadurch gekennzeichnet, daß der Wie sich in der Praxis ergeben hat, wird hierdurch Steuerkreis ein Steuerglied (98) aufweist, das eine sichergestellt, daß der Energieverbrauch auch bei unAktivierung der zusätzlichen Heizstufe (62, 68) nur günstigen Betriebsbedingungen (Wind, Sonneneinstrahdann einleitet, wenn die zeitliche Änderung der Ist- is lung, interne Wärmequellen u. dgL) vergleichsweise geTemperatur unter einem vorgegebenen Wert liegt ring gehalten werden kann, da die zusätzliche Heizstufe

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der nur bei wirklichem Bedarf eingeschaltet wird. Darüber mehrere zusätzliche Heizstufe.i vorgesehen sind, da- hinaus kommt die erfindungsgemäß ausgebildete durch gekennzeichnet daß der Steuerkreis eine der Steuereinrichtung ohne einen Außenthermostaten aus. Anzahl der zusätzlichen Heizstufen entsprechende 20 was die Herstellungskosten und den steuerungstechni-Anzahl von Steuergliedern (98,99) aufweist die eine sehen Aufwand entsprechend verringert Aktivierung der jeweils zugehörigen zusätzlichen Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Heizstufe (62,68) nur dann einleiten, wenn die zeitli- den Unteransprüchen angegeben.

ehe Änderung der Ist-Temperatur nach Betrieb der Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbei-

jeweils geringeren Anzahl von zusätzlichen Heizstu- 25 spiel der Erfindung erläutert Es zeigt

fen unter dem vorgegebenen Wert liegt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Wärme-

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekenn- pumpenanlage;

zeichnet durch ein Zeitverzögerungsglied (92), das F i g. 2 ein Schaltschema einer Steuereinrichtung für

eine Aktivierung der zusätzlichen Heizstufe (62) erst die Wärmepumpenanlage nach F i g. 1;

nach einer vorgegebenen Zeit zuläßt 30 F i g. 3 ein Schaltschema eines elektronischen Ther-

4. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 2 und mostaten für die Steuereinrichtung nach F i g. 2.

3, gekennzeichnet durch eine der Anzahl der zusatz- Die in F i g. 1 gezeigte Wärmepumpenanlage mit ei-

lichen Heizstufen (62,68) entsprechende Anzahl von ner Innenschlange 10 dient zum Heizen oder Kühlen des

Zeitverzögerungsgliedern (92, 92/4/ die eine Akti- Raumes. Kältemitteldampf wird in einem Kompressor

vierung der jeweils zugehörigen zusätzlichen Heiz- 3s 12 verdichtet und einem Umschaltventil 14 zugeführt

stufe (62, 68) erst nach vorgegebenen Zeitspannen das in seiner mit durchgezogenen Linien dargestellten

zulassen. Position den Heizbetrieb der Anlage anzeigt Durch eine Leitung 18 wird heißes Gas der Innenschiange 10

zugeführt, wo es Wärmeenergie durch Zirkulation von

40 Raumluft mittels eines Gebläses 15 an den geschlossenen Raum abgibt Das Kältemittel strömt dann durch

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung gemäß ein Rückschlagventil 20 und über Leitungen 22, 23 zu den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. einem Wärmeübertrager 24. Vom Wärmeübertrager 24 Eine Steuereinrichtung dieser Gattung ist aus der US- strömt das Kältemittel durch eine Leitung 25 zu einem PS 34 44 923 bekannt Bei dieser Steuereinrichtung wird 45 Filter-Trockner 26 und danach durch ein Kapillarrohr die Wärmepumpe in Abhängigkeit von einer ersten Stu- 28 und eine Leitung 30 zu einer Außenschlange 32. Das fe eines Innenraum-Thermostaten und die zusätzliche Kältemittel entzieht der von einem Gebläse 34 zuge-Heizstufe in Abhängigkeit von einer zweiten Stufe des führten Außenluft Wärme und strömt dann durch eine Innenraum-Thermostaten aktiviert. Weitere zusätzliche Leitung 36 zum Umschaltventil 14 und über eine Lei-Heizstufen werden in Abhängigkeit von einem Außen- 50 tung 38 zu einem Sammler 40. Von dort gelangt es über thermostaten aktiviert. den Wärmeübertrager 24 und eine Leitung 42 zum Wenn bei dieser Steuereinrichtung die Einstellung Kompressor 12, wodurch der Kreislauf geschlossen des Innenraum-Thermostaten geändert wird (wie es bei- wird.

spielsweise am Morgen nach einer nächtlichen Rück- Im Kühlbetrieb befindet sich das Umschaltventil 14 in stellung zur Energieeinsparung der Fall ist), so kann dies 55 seiner mit gestrichelten Linien angedeuteten Position, dazu führen, daß auch bei milderem Wetter die zusätzli- so daß der im Kompressor 12 verdichtete Kältemittelche Heizstufe eingeschaltet wird, obwohl die Wärme- dampf durch die Leitung 36 zur Außenschlange 32 pumpe allein mit der Heizlast fertig würde. Mit anderen strömt, wo er kondensiert Das flüssige Kältemittel Worten, die zusätzliche Heizstufe wird eingeschaltet, fließt dann durch die Leitung 30, ein Rückschlagventil obwohl dies nicht nötig ist. Um die hierdurch bedingte 60 44, eine Leitung 46, die Leitung 22, ein Filter 49 und ein Energieverschwendung zu vermeiden, sind ein oder Kapillarrohr 48 zur Innenschlange 10, die nun als Vermehrere Außenthermostaten vorgesehen. So kann bei- dämpfer wirkt. Der Innenraumluft wird Wärme entzospielsweise die erste zusätzliche Heizstufe aktiviert gen, wodurch das Kältemittel verdampft. Der Niederwerden, wenn sich die Außentemperatur unter 8°C be- druckdampf strömt durch die Leitung 18, das Umschaltfindet, die zweite zusätzliche Heizstufe bei einer Außen- 65 ventil 14, die Leitung 38, den Sammler 40 und die Leitemperatur unter 5°C, usw. Die Außenthermostaten tung42 zum Kompressor 12.

sind jedoch teuer und erfordern eine Montage an Ort In Fig. 2 sind zwei Speiseleitungen 50,52 eines Net-

und Stelle, die mit hohen Arbeitskosten verbunden ist. zes von normalerweise 230 V Wechselstrom dargestellt.