DE3036298A1

DE3036298A1 - Kuehlanlage

Info

Publication number: DE3036298A1
Application number: DE19803036298
Authority: DE
Inventors: Frederic Henry Columbia Pa. Abendschein; Kenneth Wayne York Pa. Cooper; Kenneth John Hoffman Estates Ill. Kountz; Lee E. Dallastown Pa. Sumner jun.
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-26
Publication date: 1981-04-16
Also published as: US4257238A; FR2466712B1; GB2059644A; ES8106798A1; GB2059644B; AU536160B2; JPS5656555A; ES495382A0; FR2466712A1; AU6232880A; CA1142624A

Description

renden Raum in ein entsprechendes elektrisches Feuchtigkeitssignal; Vorsehen eines Verdampfergeblasemotors, durch welchen ein Gebläserad angetrieben wird, das Luft in den zu klimatisierenden Raum fördert; Verbinden eines ersten Motorsteuerkreises mit dem Verdampfergebläsemotor zur kontinuierlichen und diskreten Drehzahlsteuerung dieses Motors; Vorsehen eines Verdichtermotors zum Antreiben des Verdichters; Verbinden eines zweiten Motordrehzahlsteuerkreises mit dem Verdichtermotor zur kontinuierlichen und diskreten Drehzahlsteuerung desselben; Erzeugen eines ersten digitalen Signales zur Ansteuerung des ersten Motordrehzahlsteuerkreises und eines zweiten digitalen Signales zur Ansteuerung des zweiten Motordrehzahlsteuerkreises, wobei das zweite digitale Signal in funktionaler Abhängigkeit vom ersten digitalen Signal steht, derart, daß die Motordrehzahlsteuerung in Abhängigkeit von der Ist-Temperatur, der Soll-Temperatur und der relativen Luftfeuchte im zu klimatisierenden Raum erfolgt; und Steuern der Erzeugung des ersten und des zweiten digitalen Signales unter Verwendung eines ein Programm enthaltenden Mikroprozessors derart, daß ein Ist-Temperatursignalwert und ein Feuchtigkeitssignalwert von den in zu klimatisierenden Raum angeordneten Fühlern zur Erzeugung eines neuen ersten und zweiten digitalen Signales übernommen werden.

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Kühlanlage

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kühlanlagen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen und diskreten Steuerung der Drehzahl eines im Rauminneren angeordneten Verdampfergebläsemotors sowie der Drehzahl eines Verdichters, wobei letztere in Abhängigkeit von der Gebläsedrehzahl eingestellt wird. Auf diese Weise wird die Temperatur bei ungesättigter Luft und die relative Luftfeuchte eines zu klimatisierenden Raumes eingestellt. Von der vorliegenden Erfindung läßt sich insbesondere bei Klimaanlagen und bei reversiblen Wärmepumpenanlagen Gebrauch machen, welche im Kühlmodus arbeiten und zum Kühlen von Wohngebäuden, kleinen Bürogebäuden, Wahnwagen und dgl. verwendet werden.

In der US-PS 3 324 672 ist eine elektronisch gesteuerte Klimaanlage beschrieben, welche einen Rechner und eine Klimasteuerprogrammiereinheit aufweist, durch welche die einem Verdichtermotor und einem Gebläsemotor zugeführte Leistung gesteuert wird.

In der US-PS 3 214 913 ist eine Kühlanlage beschrieben, bei welcher der Verdichter über einen Wechselstromgenerator von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Brennkraftmaschine ist so ausgelegt, daß sie bei zwei festen unterschiedlichen Drehzahlbereichen arbeiten kann. Der Wechselstromgenerator speist zwei elektrische Antriebsmotoren, die mit zugeordneten Gebläserädern verbunden sind. Dasjenige Gebläserad, das zum Umwälzen von Luft im zu klimatisierenden Raum dient, wird jedoch bei im wesentlichen

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konstanter Drehzahl betrieben.

In der US-PS 3 487 655 ist eine Wärmepumpenanlage beschrieben, welche einen über eine Wechselstromgenerator/Elektromotor-Kombination von einer Turbine angetriebenen Verdichter aufweist. Der Wechselstromgenerator dient dazu, einen Kondensorgebläseradmotor und einen Verdampfergebläseradmotor anzutreiben.Der Verdichter und die Gebläseräder werden gleichzeitig gemäß Drehzahländerungen der Turbine geregelt.

In der US-PS 4 071 741 ist eine Anlage beschrieben, welche während einer Aufeinanderfolge von Zeitintervallen die Ist-Temperatur eines zu klimatisierenden Raumes im Hinblick auf eine Abfolge von Soll-Temperatursignalen steuert. Jedem dieser Soll-Temperatursignale entspricht eines der Zeitintervalle.

In der US-PS 4 090 116 ist eine Motorsteuerung beschrieben, welche eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, die die Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit von auf die Datenverarbeitungseinrichtung gegebenen variablen Eingangsdaten ändert.

Bisher wurden Kühlanlagen so betrieben, daß der Verdichter in Abhängigkeit von der Ist-Temperatur im zu klimatisierenden Raum eingeschaltet und ausgeschaltet wurde. Dies führt zu einem Arbeiten mit schlechten Wirkungsgrad, da die Einstellung der Soll-Temperatur im zu klimatisierenden Raum mit erheblicher zeitlicher Verzögerung erfolgt und ein überschießen über die Soll-Temperatur auf-

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tritt. Diese Art des Betriebes des Verdichters, bei dem dieser ein- und ausgeschaltet wird, bedeutet auch eine Vergeudung von Energie in den tibergangsphasen bis zum Erreichen stationärer Bedingungen, welche beim Anwerfen und Anhalten des Verdichters auftreten. Es wurde schon versucht, den Wirkungsgrad einer Kühlanlage dadurch zu verbessern, daß man den Verdichter mehr oder weniger kontinuierlich betreibt. Es wurde nun aber herausgefunden, daß es zur Minimisierung des Energieverbrauches vorteilhaft ist, wenn man die Drehzahl des Verdampfergebläsemotors in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung einstellt und die Drehzahl des Verdichters in kontinuierlicher und diskreter Weise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdampfergebläserades variiert. Es ist daher wünschenswert, über eine entsprechende Vorrichtung und über ein entsprechendes Verfahren verfügen zu können, um die Verdichterdrehzahl in kontinuierlicher und diskreter Weise in Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl variieren zu können, die ihrerseits von der jeweils benötigten Kühlleistung abhängt.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher allgemein eine neue und verbesserte Kühlanlage geschaffen werden, in welcher der Energieverbrauch minimisiert ist.

Durch die vorliegende Erfindung soll ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen und diskreten Steuerung der Verdichterdrehzahl in variabler Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl geschaffen werden, welche ihrerseits von der benötigten Kühlleistung abhängt.

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Durch die vorliegende Erfindung soll ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung in einer Kühlanlage geschaffen werden, um die Drehzahl des Verdampfergebläseradmotors in digitaler Weise gemäß der jeweils benötigten Kühlleistung einzustellen und die Drehzahl des Verdichters in variabler Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl einzustellen, um so die Temperatur bei ungesättigter Luft und die relative Luftfeuchte eines zu klimatisierenden Raumes einzuregeln.

Durch die vorliegende Erfindung soll ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, bei denen ein Mikroprozessor dazu verwendet wird, digital gesteuerte Signale zur digitalen Regelung der Drehzahl des im Rauminneren angeordneten Verdampfergebläseradmotors zu erzeugen, wobei im Mikroprozessor die Verdichterdrehzahl in Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl berechnet wird.

Hierzu wird durch die Erfindung eine Kühlanlage zum Klimatisieren eines Raumes geschaffen, welche einen geschlossenen Kältemittelkreislauf aufweist. In diesem sind ein Verdichter, ein Kondensor, eine Expansionseinrichtung und ein Verdampfer hintereinandergeschaltet. Die Kühlanlage hat einen Temperaturfühler, der auf die Ist-Temperatur im zu klimatisierenden Raum anspricht und ein entsprechendes elektrisches Temperatursignal erzeugt. Es ist ferner ein Temperaturwähler, z.B. ein Thermostat vorgesehen, an dem die gewünschte Soll-Temperatur im zu klimatisierenden Raum eingestellt werden kann und der ein entsprechendes elektrisches Soll-Temperatursignal bereitstellt. Ein Speisekreis für den Verdampfergebläse-

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radmotor steuert dessen Drehzahl kontinuierlich und diskret.Ein Speisekreis für den Verdichtermotor steuert die Drehzahl desselben kontinuierlich und diskret. Ferner ist eine programmierte Steuerschaltung vorgesehen, welche in Abhängigkeit von der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur ein erstes digitales Signal erzeugt, durch welches der Verdampfergebläseradmotor-Speisekreis angesteuert wird. Die programmierte Steuerschaltung erzeugtferner ein zweites digitales Signal, welches in funktionaler Abhängigkeit vom ersten digitalen Signal steht und zum Ansteuern des Speisekreises für den Verdichtermotor dient. Ein mit einem Programm geladener Mikroprozessor ist mit der. programmierten Steuerschaltung verbunden und steuert deren Arbeitsweise im Hinblick auf die Beeinflussung der Ist-Temperatur im zu klimatisierenden Raum.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

In dieser zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Kühlanlage; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Kennlinien, welche die funktionale Abhängigkeit der Verdichterdrehzahlen von den Verdampfergebläseraddrehzahlen für optimalen Wirkungsgrad der Kühlanlage und maximalen Feuchtigkeitsentzug aus der Luft des zu klimatisierenden Raumes angeben. -12-

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Fig. 1 zeigt einen zu klimatisierenden Raum 10, der aus einem oder mehreren Zimmern eines Wohngebäudes bestehen kann. Das Wohngebäude ist mit einer Kühlanlage versehen, die insgesamt mit 12 bezeichnet ist. Die Kühlanlage 12 hat eine reversible Wärmepumpe, zu welcher ein Verdichter 14, ein normalerweise außerhalb des Gebäudes und vom Raum 10 entfernter erster Wärmetauscher 16, eine Expansionseinrichtung 18, z.B. ein Kapillarrohr und ein zweiter Wärmetauscher 20 gehören, der in Strömungsverbindung mit dem Raum 10 steht. Diese Teile der Wärmepumpe sind in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Kältemittelkreislauf.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind der Verdichter 14 und der erste Wärmetauscher 16 außerhalb des Hauses in einem Gehäuse 17 untergebracht, während die Expansionsexnrichtung 18 und der zweite Wärmetauscher 20 innerhalb eines im zu klimatisierenden Raum 10 aufgestellten Gehäuses 19 untergebracht sind. Arbeitet die Klimaanlage im Kühlmodus, so arbeitet der erste Wärmetauscher 16 als Kondensor und der zweite Wärmetauscher 20 als Verdampfer. Zu dem Kältemittelkreislauf gehört ferner ein Vierwege-Umschaltventil 22, das dazu dient, die Strömungsrichtung des Kältemittels im ersten und zweiten Wärmetauscher umzudrehen, so daß der erste Wärmetauscher als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher als Kondensor arbeitet. Arbeitet die Klimaanlage in diesem Betriebsmodus, so wird der zu klimatisierende Raum 10 durch die Wärmepumpe geheizt. Die Arbeitsstellung des ümschaltventiles 22 wird in herkömmlicher Weise eingestellt. Für die nachstehende Erläuterung wird angenommen, daß die Klimaanlage im Kühlmodus arbeitet, der

Wärmetauscher 16 also als Kondensor, der Wärmetauscher 20 als Verdampfer arbeitet. -13-

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Innerhalb des im Raum 10 angeordneten Gehäuses 19 ist ein Verdampf er gebläserad 24 in der Nachbarschaft des zweiten Wärmetauschers 20 angeordnet, um Luft durch diesen Wärmetauscher und den zu klimatisierenden Raum 10 umzuwälzen. Ein dem ersten Wärmetauscher 16 zugeordnetes Kondensorgebläserad 26 ist in dem außerhalb des Gebäudes angeordneten Gehäuse 17 in der Nachbarschaft des ersten Wärmetauschers 16 angeordnet, um Luft aus der Atmosphäre anzusaugen, durch den ersten Wärmetauscher 16 hindurch zu bewegen und wieder an die Atmosphäre abzugeben. In der Zeichnung sind Luftschächte zum Zuführen der klimatisierten Luft zum Raum 10 und zum Abführen der erwärmten Luft zur Atmosphäre nicht im einzelnen wiedergegeben.

Der Verdichter 14 wird von einem drehzahlsteuerbaren Elektromotor

28 angetrieben, der von einem Kompressorspeisekreis 30 her erregt wird. Letzterer ist als Drehzahlsteuerkreis ausgelegt und kann z.B. ein herkömmlicher Wechselrichter sein, der eine Wechselspannung variabler Amplitude und Frequenz bereitstellt. Änderungen in der Drehzahl des Verdichtermotors und damit des Verdichters sind direkt proportional zu Änderungen der Frequenz in den Standardbetriebsdrehzahlen. Auf ähnliche Weise wird das Verdampfergebläserad 24 von einem drehzahlsteuerbaren Elektromotor

29 angetrieben, welcher von einem Verdichterspeisekreis 31 erregt wird, der wiederum die Drehzahl des Elektromotors 29 vorgibt und durch einen Wechselrichter gebildet ist.

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Die Kühlanlage weist ferner eine programmierte Steuerschaltung 32 auf, welche zum einen auf die Temperaturen im zu klimatisierenden Raum 10 anspricht. Diese Temperaturen werden ständig durch einen Temperaturfühler 34 gemessen, welcher z.B. ein temperatürempfindlicher Widerstand wie ein Thermistor sein kann. Einzelheiten der programmierten Steuerschaltung 32 werden weiter unten noch genauer beschrieben. Die programmierte Steuerschaltung 32 spricht ferner auf die gewünschte Solltemperatur im zu klimatisierenden Raum an, welche an einem Temperaturwähler 36 eingestellt wird, der in der Zeichnung nur schematisch wiedergegeben ist und z.B. ein üblicher Thermostat sein kann.

Zu der Kühlanlage gehören ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche als mit einem Programm 40 geladener Mikroprozessor 38 gezeigt ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung übernimmt die Gesamtsteuerung über das Arbeiten der programmierten Steuerschaltung 32 und steuert das Einlesen von Signalen vom Temperaturfühler 34 und vom Temperaturwähler 36. Anstelle des Mikroprozessors 38 können auch verschiedene elektronische Halbleiterbauelemente verwendet werden, z.B. verschiedene integrierte Schaltkreise, die so miteinander zusammengeschaltet sind, daß sie die gewünschte Funktion erfüllen. Als Mikroprozessor 38 kann ein frei programmierbarer digitaler Allzweckrechner verwendet werden, wie sie in verschiedener Ausführungsform auf dem Markt sind. Ein geeigneter Mikroprozessor ist z.B. der von der Fa. Texas Instruments unter der Typenbezeichnung TMS 100 vertriebene Mikroprozessor, welcher einen Festwertspeicher (ROM), einen frei adressierbaren Schreib/

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Lesespeicher (RAM) und eine Recheneinheit (ALU) aufweist, welche Einheiten auf einem einzigen Halbleiterchip untergebracht sind. Stattdessen kann man auch einen frei programmierbaren Mikrocomputer verwenden, wie er von der Digital Equipment Corporation unter der Typenbezeichnung PDP-11/03 verkauft wird.

Der Temperaturfühler 34 erzeugt ein analoges elektrisches Ausgangssignal, das proportional zur jeweils vorliegenden Ist-Temperatur im zu klimatisierenden Raum 10 ist. Dieses Analogsignal wird auf einen Analog/Digitalwandler 42 gegeben, der an die Steuerschaltung 32 das digitale Äquivalent der vom Temperaturfühler 34 gemessenen Temperatur weitergibt. Der Temperaturwähler 36 erzeugt ebenfalls ein elektrisches Ausgangssignal (analog oder digital), das proportional zur an ihm eingestellten gewünschten Soll-Temperatur für den zu klimatisierenden Raum 10 ist. Gibt der Temperaturwähler 36 ein Analogsignal ab, so wird es über einen Analog/Digitalwandler 43 an die programmierte Steuerschaltung 32 überstellt, welche so wieder ein digitales Äquivalent für die bei ungesättigter Luft gewünschte Soll-Temperatur im Raum 10 erhält.

Die Steuerschaltung 32 weist eingangsseitig einen Subtrahierer auf, der die digitalen Äquivalente für die bei ungesättigter Luft gewünschte Solltemperatur und für die ständig gemessene Ist-Temperatur algebraisch zusammensetzt und so aus diesen Signalen ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal wird auf einen Proportionalverstärker 46 gegeben, der einen Verstärkungsfaktor K

(hz/°F) aufweist. Mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers 44

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ist ferner, ein Integrator 48 beaufschlagt, der eine Transferfunktion K. , (Hz/sec - F) hat. Die digitalen Ausgangssignale des χ/ s

Verstärkers 46 und des Integrators 48 werden von einem Summierer 50 zusammengefaßt. Das digitale Ausgangssignal des Summierers 50 wird auf ein digitales Filter 52 mit einer Transferfunktion von 1/ (s/W + 1) gegeben. In der Transferfunktion ist W in rad/sec einzusetzen. Das digitale Ausgangssignal des digitalen Filters wird dazu verwendet, den Schaltwinkel für das richtige Triggern bzw. Einschalten eines Thyristors im Speisekreis 31 für den Elektromotor 29 zu steuern, wozu ein herkömmlicher Brückengleichrichter verwendet wird, der ebenfalls einen Teil des Speisekreises 31 darstellt. Die Ansteuerung des Speisekrexses 31 erfolgt mit einem Analogsignal, und hierzu wird das am Ausgang des Filters 52 bereitgestellte Signal zunächst auf einen Digital/Analogwandler 54 gegeben. Das analoge Ausgangssignal des Digital/Analogwandlers 54 dient also zur Drehzahlsteuerung des Verdampfergebläserades 24 über den Speisekreis 31 und den Elektromotor 29.

Das Ausgangssignal des digitalen Filters 52 wird ferner auf einen Kennlinienkreis 56 gegeben, welcher die Drehzahl des Verdichters 14 vorgibt. Die Beziehung zwischen der Verdampfergebläseraddrehzahl und der Verdichterdrehzahl ist in Fig. 2 graphisch näher wiedergegeben, worauf weiter unten noch im einzelnen eingegangen wird. Das digitale Ausgangssignal des Kennlinienkreises 56 wird auf einen Digital/Analogwandler 57 gegeben, und das von diesem erstellte Analogsignal dient zur Drehzahlsteuerung des Verdichters 14 über den Verdichterspexsekreis 30 und den Elektromotor 28.

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Die graphische Darstellung von Fig. 2 erläutert die Abhängigkeit der Verdichterdrehzahlen von den Verdampfergebläseraddrehzahlen bei konstanter Außentemperatur bei ungesättigter Luft. Die Kurve A von Fig. 2 ist im Labor empirisch bestimmt worden und stellt die optimale Kennlinie für das Arbeiten mit bestem Wirkungsgrad, also maximaler Energieausnutzung dar. In Fig. 2 ist längs der horizontalen Achse die Drehzahl des im Rauminnern angeordneten Verdampfergebläserades aufgetragen, und zwar normiert auf die

maximal zulässige Drehzahl ν . Die minimale Verdampfergebläsemax

raddrehzahl beträgt ungefähr 40% der maximalen Verdampfergebläseraddrehzahl, welche bei 100% auf der Abszisse eingetragen ist. Längs der Ordinaten sind in Fig. 2 die Verdichterdrehzahlen aufgezeichnet, welche ebenfalls auf die maximal zulässige Verdichterdrehzahl normiert sind. Die minimale Verdichterdrehzahl liegt ungefähr bei 25% der konstruktionsbedingten maximal zulässigen Verdichterdrehzahl, welche auf der Ordinate bei 100% eingetragen ist.

Die benötigte Kühlleistung der Kühlanlage ändert sich zeitlich in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Faktoren, darunter die Innentemperatur und die Außentemperatur. Um dem Rechnung zu tragen, ist in der programmierten Steuerschaltung 32 ein Kennlinienanstellkreis 58 vorgesehen, welcher die funktionale Abhängigkeit der Verdichterdrehzahl von der Verdampfergebläseraddrehzahl dadurch abändert, daß er die jeweils verwendete Kennlinie im Kennlinienkreis 56 modifiziert, genauer gesagt also die Steigungen der geradlinigen Abschnitte der Kurve A in Abhängigkeit von der

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im Rauminnern vom Feuchtigkeitsmesser 64 gemessenen Luftfeuchte modifiziert. Darüber hinaus kann der Kennlinieneinstellkreis 58 auf die Außentemperatur ansprechen, um den Einfluß der Luftfeuchtigkeit im Raum 10 auf die jeweils im Kennlinienkreis 56 verwendete Kennlinie weiter zu modifizieren oder zu begrenzen, um eine möglichst große Effizienz in der Energieausnützung sicher zustellen. Hierzu erzeugt ein durch einen Thermistor gebildeter

der

Außentemperaturfühler ein/ Außentemperatur entsprechendes elektrisches Analogsignal, welches über einen weiteren Analog/Digitalwandler 62 auf den Kennlinieneinstellkreis 58 gegeben wird. Das Ausgangssignal des Kennlinieneinstellkreises 58 wird als weiteres Eingangssignal auf den Kennlinienkreis 56 gegeben. Die im Kennlinienkreis 56 in Form einer Kennlinie verwendete funktionale Abhängigkeit der Verdichterdrehzahl von der Verdampfergebläseraddrehzahl und die Beeinflussung dieser Kennlinie durch den Kennlinieneinstellkreis 58 kann durch das Programm 40 in den Mikroprozessor 38 einprogrammiert werden, derart, daß dieser eine bestimmte Abfolge von Instruktionen durchläuft, um gemäß dem Ausgangssignal des Kennlinieneinstellkreises eine bestimmte Kennlinie im Kennlinienkreis 56 einzustellen.

Die oben beschriebene Kühlanlage arbeitet wie folgt:

Das Programm 40 steuert das Einlesen von Signalen vom Temperaturfühler 34, vom Temperaturwähler 36 und vom Außentemperaturfühler 60 sowie vom Feuchtigkeitsfühler 36, welche Signale über die entsprechenden Analog/Digitalwandler 42, 43 und 62 von der Steuerschaltung 32 übernommen werden. Diese erzeugt ein erstes digi-

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tales Signal, durch welches über den Analog/Digitalwandler 54 der Speisekreis 31 angesteuert wird, um die Drehzahl des auf das Wärmetausehergebläserad 24 arbeitenden Elektromotor 29 zu steuern. Unter Steuerung durch den Mikroprozessor 32 berechnet die Steuerschaltung 32 zugleich ein zweites digitales Signal aus dem ersten digitalen Signal, und dieses zweite digitale Signal wird über den Digital/Analogwandler 57 auf den Speisekreis 30 gegeben und dient so zur Steuerung der Verdichterdrehzahl· in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdampfergebläserades 24, wie obenstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher edäutert wurde. Der Proportionalverstärker 46, der Integrator 48 und der Summierer 50 bilden eine geschlossene Schleife mit Vorexlungskompensation, durch welche das vom Subtrahierer 44 bereitgestellte Fehlersignal bei stationären Bedingungen minimisiert wird und durch welcheder Effekt der zeitlichen Verzögerung eliminiert wird, mit welcher die Soll-Temperatur im Raum 10 nach Änderungen in der Verdampfergebläseraddrehzahl und der Verdichterdrehzahl erreicht wird. Das digitale Filter 52 dient zur Entfernung von rasch veränderlichen StörSignalen, welche in den gemessenen Temperatursignalen enthalten sind und/ oder beim Arbeiten der Analog/Digitalwandler 42 und 43 erzeugt werden.

Die Kurve A von Fig. 2 entspricht derjenigen Kennlinie, die die Wahl der Verdichterdrehzahl in Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl· im Hinblick auf eine maximale Ausnützung der Energie wiedergibt. Die Kurve A steilt jedoch nicht notwendigerweise die besten Betriebsbedingungen der Kühlanl·age im Hinblick auf das Wohlbefinden von im zu klimatisierenden Raum 10 befind-

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lichen Personen dar, da hierbei zusätzlich der Feuchtigkeitsgehalt der Luft berücksichtigt werden muß. Die Kurve A wird daher nur dann verwendet,wenn die relative Luftfeuchte 60% oder weniger beträgt. Wird dagegen zur Festlegung der Verdichterdrehzahl in Abhängigkeit von der Verdampfergebläseraddrehzahl die Kurve B von Fig. 2 verwendet, so erhält man einen maximalen Feuchtigkeitsentzug der Luft. Der zulässige Arbeitsbereich für das Arbeiten der Kühlanlage in der Ebene der graphischen Darstellung von Fig.2 liegt somit zwischen den beiden Kurven A und B. Im Einzelfalle kann man die Kühlanlage unter Verwendung einer einer ganzen Familie von Kurven betreiben, welche zwischen der Kurve A und der Kurve B liegen, z.B. die Kurve C. Wächst der Feuchtigkeitsgehalt der Luft, so wird der Arbeitspunkt der Kühlanlage langsam inkremental von einer Kurve zu einer anderen Kurve innerhalb des durch die Kurve A und B begrenzten Arbeitsbereiches verlagert, und zwar in Abhängigkeit von der gemessenen relativen Luftfeuchte. Der Feuchtigkeitsmesser 64 mißt die relative Luftfeuchte und erzeugt ein entsprechendes digitales elektrisches Signal. Dieses digitale Feuchtigkeitssignal wird zur Ansteuerung des Kennlinieneinstellkreises 58 verwendet, der seinerseits den Arbeitspunkt der Kühlanlage im Diagramm von Fig. 2 schrittweise auf den verschiedenen Kurven verlagert. Der dann durchlaufene Weg entspricht einem Arbeiten der Kühlanlage, bei dem der Energieverbrauch immer noch sehr klein gehalten wird, während sowohl die für ungesättigte Luft eingestellte Soll-Temperatur als auch die gewünschte Luftfeuchte im zu klimatisierenden Raum 10 eingehalten werden.

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In der Praxis zeigt ein digitales Ausgangssignal vom Feuchtigkeitsfühler 64 an, daß ein auf den Feuchtigkeitsgehalt der Luft ansprechender Schalter entweder geöffnet oder geschlossen ist. Ist der Schalter geschlossen, so zeigt dies an, daß die relative Luftfeuchte 60% oder weniger beträgt, während ein geschlossener Schalter eine relative Luftfeuchte von mehr als 60% anzeigt. Der Kennlinieneinstellkreis 58 erhält zu vorgegebene Zeitintervallen dieses digitale Ausgangssignal des Temperaturfühlers 60 und ändert den Arbeitspunkt entsprechend auf den verschiedenen Kurven des Diagrammes von Fig. 2. Genauer gesagt verlagert der Kennlinieneinstellkreis 58 den Arbeitspunkt graduell in diskreter Weise in Richtung auf die Kurve A zu, wenn der Schalter geschlossen ist. Ist dagegen der Schalter offen, so wird der Arbeitspunkt langsam in diskreter Weise auf die Kurve B zu bewegt.

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Claims

Patentanwälte Dipl. Ing. H. Hauet: Dip«. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graaifs Dipl. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens Dr.-Ing. W. Döring MozartstraEe 23 8000 München 2 BORG-WARNER CORPORATION South Michigan Avenue München, 22.September 1980 Chicago,111. 60604, USA Anwaltsakte: M-5308 Kühlanlage Patentansprüche

1.!Kühlanlage zum Klimatisieren eines Raumes, mit

a) einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, in welchem ein Verdichter, ein Kondensor, eine Expansionseinrichtung und ein Verdampfer jeweils hintereinander geschaltet sind,

b) einem Temperaturfühler, welcher die Ist-Temperatur des zu klimatisierenden Raumes in ein entsprechendes elektrisches Ist-Temperatursignal umsetzt,

c) einem Temperaturwähler zum Einstellen der Soll-Temperatur des zu klimatisierenden Raumes, welcher ein der Soll-Temperatur entsprechendes elektrisches Soll-Temperatursignal bereitstellt,

d) einem Feuchtigkeitsfühler, der ein der relativen Luftfeuchte im zu klimatisierenden Raum entsprechendes elektrisches Feuchtigkeitssignal bereitstellt, -2-

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e) einem Verdampfergebläsemotor, welcher auf ein Luft in den zu klimatisierenden Raum förderndes Gebläserad arbeitet, und

f) einem Verdichtermotor, welcher den Verdichter antreibt,

gekennzeichnet durch

g) einen ersten mit dem Verdampfergebläsemotor (29) verbundenen Motordrehzahlsteuerkreis (31), der die Drehzahl dieses Motors (29) kontinuierlich und diskret steuert,

h) einen zweiten Motordrehzahlsteuerkreis (30), der mit dem Verdichtermotor (28) verbunden ist und dessen Drehzahl kontinuierlich und diskret steuert,

i) eine programmierte Steuerschaltung (32), welche mit dem Ist-Temperatur signal, dem Soll-Temperatursignal und dem Feuchtigkeitssignal beaufschlagt ist und ein erstes digitales Signal zum Ansteuern des ersten Motordrehzahlkreises (31) sowie ein zweites digitales Signal zum Ansteuern des zweiten Motordrehzahlsteuerkreises (30) erzeugt, wobei das zweite digitale Signal in funktioneller Abhängigkeit (56) vom ersten digitalen Signal steht, und

k) eine Datenverarbeitungseinrichtung (38) mit einem Programm, welche mit der programmierten Steuerschaltung (32) verbunden ist und deren Arbeitsweise derart steuert, daß ein Ist-Temperatur signalwert und ein Feuchtigkeitssignalwert von den im zu klimatisierenden Raum (10) angeordneten entsprechenden Fühlern (34,64) übernommen wird.

ORIGINAL INSPECTED

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Außentemperaturfühler (60), welcher die Temperatur der Luft außerhalb des Gebäudes mißt und ein dieser entsprechendes elektrisches Außentemperatursignal erzeugt, und durch einen Kennlinieneinstellkreis (58) der programmierten Steuerschaltung (32), der mit dem Außentemperatursignal beaufschlagt ist und die funktionale Abhängigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten digitalen Signal gemäß dem Außentemperatursignal inkrementweise abändert.

3. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennlinieneinstellkreis (58) die Verdichterdrehzahl gegenüber der Gebläseraddrehzahl langsam in Inkrementen erhöht, wenn das Feuchtigkeitssignal anzeigt, daß der Luft im zu klimatisierenden Raum (10) Feuchtigkeit entzogen werden soll.

4. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierte Steuereinrichtung einen Subtrahierkreis (44) aufweist, der das Ist-Temperatursignal mit dem Soll-Temperatursignal vergleicht und ein entsprechendes Fehlersignal bereit stellt.

5. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierte Steuerschaltung (32) ferner einen Summierkreis (50), einen Proportionalverstärker (46) sowie einen Integrator (48) aufweist, welche Schaltkreise eine geschlossene Schleife bilden, die mit dem Fehlersignal beaufschlagt ist, und dazu

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ORIGINAL INSPECTED

dienen, den unter stationären Bedingungen erhaltenen Unterschied zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur zu minimisieren.

6. Kühlanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierte Steuerschaltung (32) ein digitales Filter (52) aufweist, das dem Ausgang des Summierkreises (50) nachgeschaltet ist und zum Eliminieren von Störsignalen dient.

7. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung (38) durch einen Milroprozessor gebildet ist.

8. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (34) und der Feuchtigkeitsfühler (64) jeweils durch einen Thermistor gebildet sind.

9. Verfahren zum Betreiben einer Kühlanlage zum Klimatisieren eines Raumes, welche Kühlanlage einen geschlossenen Kältemittelkreislauf aufweist, in welchem ein Verdichter, ein Kondensor, eine Expansionseinrichtung und ein Verdampfer jeweils hintereinander geschaltet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Umsetzen der Ist-Temperatur im zu klimatisierenden Raum in ein entsprechendes elektrisches Ist-Temperatursignal; Erzeugen eines elektrischen Soll-Temperatursignales, welches der gewünschten Soll-Temperatur im zu klimatisierenden Raum entspricht; Umsetzen der relativen Luftfeuchte im zu klimatisie-

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