DE3145215A1

DE3145215A1 - Thermostateinrichtung

Info

Publication number: DE3145215A1
Application number: DE19813145215
Authority: DE
Inventors: Michael R. Ann Arbor Mich. Levine
Original assignee: Individual
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1982-07-01
Also published as: US4356962A; JPS57114914A; DE3145215C2; ZA817622B; CA1173936A

Description

3U5215

PATENTANWÄLTE SCIIAlTMHUItG, SCIIULZ-I)OULAM <Xr TILOENES EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Michael R. Levine 2900 Heatherway

Ann Arbor, Michigan 48104 V. i> t. A.

KARL-HEINZ SCHAUMBURG. DIpl.-Ing.

WOLFGANG-SCHULZ-DÖRLAM Ingenieur dlplömo E. N. S. I. Grenoble

DR. DIETER THOENES, Dipl.-Phys.

13. November 1981 L 7012 DE - SBgw

Thermostateinrichtung

P.O. BOX 801560 - D-8000 MÜNCHEN 80 · MAUERKIRCHERSTRASSE 31 TELEFON (089) Ü87897 und 907898 - TELHX 5 22019 ESPAT D

Die Erfindung betrifft eine Thermostateinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Einrichtung arbeitet elektronisch, mißt die Temperatur innerhalb eines Gebäudes und steuert die Einschaltung einer die Temperatur innerhalb des Gebäudes beeinflussenden Einrichtung, beispielsweise eines Ofens oder einer Klimaanlage. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Thermostateinrichtung, die die Betriebszeit der die Temperatur beeinflussenden Einrichtung während eines jeden Betriebszyklus adaptiv steuert, um vorbastί nun te Kriterien zu erfüllen.

Thermostateinrichtungen für Heizöfen und/oder Klimaanlagen (im folgenden insgesamt als "öfen" bezeichnet), wie sie in Wohngebäuden und vielen Handels- und Industriegebäuden eingesetzt werden, enthalten gewöhnlich einen Speicher für einen gewünschten Temperatur-Einstellwert, eine Vorrichtung zur Messung der aktuellen Temperatur innerhalb des Gebäudes und eine Vorrichtung zur Ein- oder Ausschaltung des Ofens abhängig von der Differenz zwischen dem Einstellwert und der aktuellen Temperatur.

Um ein schnelles Ein- und anschließendes Ausschalten des Ofens im Bereich des Einstellwertes zu verhindern, haben die Thermostateinrichtungen einen ".sogenannten Totbereich, d.h. die Temperatur, bei der die Kontakte der Thermostateinrichtung geschlossen werden, um den Ofen einzuschalten, liegt etwas unter der Temperatur, bei der sie nach Aufheizen des thermostatgesteuerten Raums öffnen. Wenn beispielsweise der Einstellwert des Thermostaten 21° C beträgt, so kann der Brenner des Ofens eingeschaltet werden, wenn die Temperatur auf 20,5° C abgefallen ist, und ausgeschaltet werden, wenn die Raumtemperatur z.B. 21,6° C beträgt. Der Temperaturunterschied des Totbereichs wird

ausgehend von mehreren Überlegungen festgelegt: wenn er sehr klein ist, so schaltet der Ofen relativ schnell ein und am:, wenn die Raumtemperatur nahe dem Einstellwert liegt, wodurch Ventile und ähnliche Elemente einer erhöhten Abnutzung unterliegen und sich ein verringerter Wärmewirkungsgrad wegen der zur wiederholten Aufheizung des Ofens und der Kühlkanäle erforderlichen Energie ergibt. Ferner wird durch schnelle Änderungen der Luftbewegungen ein lästiger Geräuschpegel erzeugt. Ein größerer Totbereich führt zu einem höheren Wärmewirkungsgrad und geringerer Abnutzung sowie geringerer Geräuschbelästigung, jedoch bemerkt der Bewohner eines derart gesteuerten Raums Temperaturänderungen über etwa 1,5° C, wodurch der maximalen Breite des Totbereichs praktische Grenzen gesetzt werden.

In der Praxis ist der Totbereich etwas schmaler als 1,5° C, da bei Öffnen der Thermostatkontakte und Abschalten des Brenners der Ofen die Raumtemperatur noch kurzzeitig erhöht, wenn das Gebläse zuvor erhitzte Luft in den Raum befördert. Dadurch ergibt sich ein "thermisches Überschießen", bei dem die Raumtemperatur eine gewisse Zeit nach Abschalten des Brenners ein Maximum erreicht und die maximale Temperaturerhöhung in dem thermostatisch gesteuerten Raum etwas höher als das Temperaturdifferential des Totbereichs der Thermostaten ist. Der Grad, mit dem dieses Überschießen auftritt, ändert sich abhängig von den thermischen Verlusten des zu heizenden Raumes nach außen. .Lm Winter kann er sehr gering sein, und im Frühling, wenn eine relativ kleine Temperaturdifferenz zwischen dem geheizten Innenraum und dem Äußeren herrscht, ist er wesentlich größer, da die in dem Ofen und den Leitungen vorhandene erhitzte Luft bei Abschalten des Brenners einen größeren Temperaturanstieg im Raum verursacht. Das

3H-5215

thermische Überschießen ändert sich ferner abhängig von der Gebäudekonstruktion. Ein Gebäude mit gemauerten Wänden muß länger als ein Holzfachwerkhaus geheizt worden, um eine vorbestimmte Temperaturänderung hervorzurufen. Die Einstellung des Totbereichs isL somib notwendigerweise ein Kompromiß, der bei warmem Weiter zu einer unzweckmäßig großen Temperaturüberhöhung und bei kaltem Wetter zu einer unnötig kurzen Temperaturänderung führt.

Ein ähnlicher Kompromiß muß bei der Einstellung des unteren Temperaturgrenzwertes des Totbereichs in Kauf genommen werden. Die Raumtemperatur fällt für eine gewisse Zeit weiter ab, nachdem der normale Thermostat die Temperatureinstellung der Untergrenze des Totbereichs erkennt und den Ofenbrenner abschaltet. Diese Verzögerung ist darauf zurückzuführen, daß das Ofengehäuse eine gewisse Zeit zur Aufheizung auf eine solche Temperatur benötigt, bei der das Gebläse eingeschaltet wird. Bei kaltem, windigem Wetter ist diese "Unterschießen" größer als bei warmen windstillem Wetter, wenn nur geringe Wärmeverluste auftreten.

Ähnliche Kompromisse müssen auch hinsichtlich der Zeitverzögerung der Einschaltung des Ofenbrenners und der Zeit hingenommen werden, bei der das Gebläse eingeschaltet: wird. Diese Verzögerung ist günstig, um das Einblasen kalter Luft in den geheizten Raum zu verhindern. Die optimale Verzögerungszeit ändert sich jedoch abhängig von der Umgebungstemperatur des Ofens und der Heizleitungen und ist bei kaltem Wetter länger als bei warmen Wetter. Ähnlich wird das Ofengebläse für eine vorbestimmte Zeit nach Abschaltung des Ofenbrenners betrieben, um die gesamte erhitzte Luft in den Raum zu befördern. Die Zeit dieser Verzögerung sollte im Idealfall abhängig von dor

3U5215

Umgebungstemperatur des Gebäudes veränderbar sein, um zu gewährleisten, daß die gesamte Wärme aus dem Ofen entnommen wird, bevor das Gebläse abgeschaltet wird, daß jedoch keine Kaltluft in die geheizten Teile des Gebäudes befördert wird.

Diese Kompromisse beeinträchtigen den Wärmewirkungsgrad des Heizsystems. Wenn die Zykluszeit des Brenners für ein vorgegebenes Gebäude optimal für jeden Zustand der atmosphärischen Bedingungen einstellbar wäre, so würde sich eine Verbesserung des Wärmewirkungsgrades des Ofensystems ergeben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Thermostateinrichtung anzugeben, bei der der Totbereich und die Gebläsezeitverzögerung nicht auf Kompromißwerte eingestellt werden müssen, so daß eine Verbesserung des Wärmewirkungsgrades möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Thf>rmostateinrichtung nach der Erfindung enthält oino Anpaßvorrichtung, die Änderungen der Raumtemperatur infolge verschiedener Manipulationen der Einschaltzeit und/oder der Abschaltzeit des Ofens und der Gebläsezeitverzögerungen feststellt und don Ein- und/oder Ausschaltzyklus des Ofens und der Gebläseverzögerungen anpassend einstellt, so daß dadurch der Wärmewirkungsgrad des Ofens bei den jeweils aktuellen Umgebungsbedingungen optimiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden

3U5215

auch noch eingehend beschrieben wird, steuert anpassend bzw. adaptiv die Zeit, während der der Ofen eingeschaltet ist, nachdem die Umgebuncistempe.ra tür der Thermos tat einrichtung auf den unteren Wert des Totbereichs abgefallen ist. Die Einrichtung enthält einen Zähler, der auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist, und einen Taktgenerator. Wenn die Thermostateinrichtung den Ofen zur Einschaltung des Brenners ansteuert, werden die Ausgangssignale des Taktgenerators gezählt, bis der vorbestimmte Wert erreicht ist, bei dem dann der Brenner abgeschalbot wird. Die gemessene Umgebungstemperatur während dos Ileizzyklus und des folgenden Zyklus, bei dem der Brenner abgeschaltet ist, wird überwacht, und wenn eine Temperatur gleich dem oberen Grenzwert des Totbereichs erreicht ist, wird der Einstellwert des Zählers um eine Einheit verringert. Wenn der obere Grenzwert des Totbereichs während dieser Zeit nicht erreicht wird, so wird der Zählerstand um eine Einheit erhöht. Die in dem Zähler gespeicherte Zahl, die der Länge des Heizzyklus entspricht, welcher immer dann auftritt, wenn die Raumtemperatur auf den unteren Grenzwert des Totbereichs abfällt, wird somit adaptiv gesteuert und folgt der Geschwindigkeit, mit der der Ofen das Gebäude aufheizt. Diese ist wiederum umgekehrt proportional der Geschwindigkeit des Wärmeaustausch^ zwischen dem Gebäude und dem Außenraum. Bei kaltem Wetter wird der Speicherwert und die Zeit des Heizzyklus adaptiv verkleinert, so daß das System unabhängig von den Umgebungsbedingungen etwa bis zum Maximum des Totbereichs überschießt. Bei einem andei en Λακ ΠΊ1ΐπ.ιη<μ;1> <· i Hp i e 1 der l'lrlindung wird die Länge der Zeil, für die der ο Ten abgeseilt1 tet ist:, in ähnlicher VJei.se jnil einem ZüIiJer adaptiv gesteuert, um ein "thermisches Unterschießen", d.h. den Abfall der Temperatur im Gebäude, der nach Einschaltung des Ofens auftritt, zu kompensieren. Diese doppelte Steue-

3U52T5

rung führt zu einer sehr genauen Einstellung des Totbereichs unabhängig von der Umgebungstemperatur.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ähnliche adaptiv arbeitende Zähler vorgesehen, die die Verzögerung der Einschaltung des Ofengebläses steuern, nachdem der Brenner eingeschaltet ist, sowie die Periode, in der das Gebläse weiter arbeitet, nachdem der Brenner abqoschaltet. ist. Bei dieser Ausbildung erfolgt die Bestimmung, ob dlo Zählerstände erhöht oder verringert werden sollen, auf der Grundlage einer Analyse der Temperaturänderungen am Thermostat.

Das Register, welches die verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Brenner eingeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das Gebläse eingeschaltet wird, zeitlich steuert, wird durch einen Vergleich der Temperaturen am Thermostat kurz vor der Einschaltung des Gebläses und eine kurze Zeit nach diesem Vorcjang gesteuert. Wenn die Einschaltung des Gebläses zu einer Absenkung der Raumtemperatur führt, wird der Registerinhalt erhöht, um die Verzögerungszeit zu verlängern. Wenn ein Temperaturanstieg auftritt, sobald das Gebläse eingeschaltet ist, so ist die Verzögerungszeit zu lang,und der Registerinhalt wird verringert. Ähnlich wird das Register, welches die Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Brenner abgeschaltet wird, und dem späteren Zeitpunkt, zu dem das Gebläse abgeschaltet wird, steuert, abhängig von der Analyse der Temperaturen während der Verzögerungsperiode gesteuert. Wenn die Temperatur während der vollen Verzögerungsperiode weiter ansteigt, so wird der Inhalt des Verzögerungsregisters erhöht, um die Einschaltzeit des Gebläses zu verlängern. Dies erzeugt eine Verzögerung in Anpassung an die maximale Überschießperiode und optimiert

»Ο tf

3U5215

- 11 -

somit den thermischen Wirkungsgrad, der der Verzögerung zugeordnet ist.

Das Steuersystem der Thermostateinrichtung kann ein Ventil in einem Heißwassersystem oder einen Schieber in einem Zonensteuersystem sowie direkt den Ofen steuern. Wenn im folgenden der Begriff "Ofen" oder "Heizvorrichtung" verwendet wird, so soll dieser Begriff auch derartige Strömungssteuervorrichtungen sowie Primärheizgeräte oder Kühlgeräte selbst umfassen.

Die mit einer Thermostateinrichtung nach der Erfindung durchgeführten Steuerfunktionen sind sehr kompliziert, erfordern jedoch nur wenig oder keinen zusätzlichen Schaltungsaufwand gegenüber den üblichen elektronischen Thermostateinrichtungen, wie sie beispiel.sweiHO durch die US-Patentschriften 4 172 555 und 4 206 872 bekannt sind. Arbeitet die Terhmostateinrichtung mit einem Mikroprozessor, so können die erforderlichen Abänderungen zur Erzielung der Steuerfunktionen und der damit verbundenen Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades ausschließlich durch geeignete Programmierung verwirklicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Aus

führungsbeispiels, das die Ofenbrennzeit zur Verhinderung eines Uberschiessens adaptiv steuert,

Fig. 2 eine, grafische Darstellung der Terrtpe-

raturänderung innerhalb eines Gobciudi'S Ihm Vorwondunq (>in< <r Thci most ii I ~

3H5215

einrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Blockdarstellung eines zweiten

Ausführungsbeispiels, das die Periode zwischen den Brennerzyklen, die Gebläseverzögerung nach Einschaltung des Brenners und die Periode des Weiterlaufs des Gebläses nach Brennerzyklusende sowie die Brennerzykluszeit adaptiv steuert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine elektronische Thermostateinrichtung 10 ist, die mit einem Ofen 12 verbunden ist und den Ofenbrenner für eine vorbestimmte Zeit immer dann einschaltet, wenn die Umgebungstemperatur der Thermostateinrichtung unter den vorbestimmten Einstellwert abfällt. Ferner steuert sie adaptiv die Brennerzeit zur Erzeugung eines vorbestimmten Anstiegs der Umgebungstemperatur während der ßrennzoit in der Größenordnung von 1 bis 1,6° C.

Die Thorinostateinrichtung 10 entspricht vorzugsweise all-M(MUO in der liinr Lchtung nach dem US-Patent 4 172 555 und arbeiteL daher mit einem Mikroprozessor. Die Thermostateinrichtung 10 ist in einem mit dem Ofen 12 geheizten (oder gekühlten)Gebäude angeordnet. Sie enthält einen Sensor 14, der ein analoges elektrisches Signal entsprechend der Augenblickstemperatur in ihrer Umgebung erzeugt. Dieses Signal wird einer Umgebungstemperaturschaltung 16 zugeordnet, die ein digitales Signal T abgibt, das der

Umgebungstemperatur proportional ist. Dieses Signal wird einem digitalen Vergleicher 18 zugeführt. Die Thermostaten inrichturuj enthält ferner eine Vorrichtung 20 zur Erzeugung einer gewünschten Einstelltemperatur T . Diese

» « • I"

3U5215

- 13 -

Einstelltemperatur kann manuell wie bei den üblichen mechanischen Thermostaten eingestellt oder von einem gespeicherten Programm gewünschter Temperaturwerte innerhalb eines sich wiederholenden Zeitzyklus abgeleitet werden, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 4 172 555 beschrieben ist. Die Einstelltemperatur wird einem Totbereichsgenerator 22 zugeführt, der ein und denselben Wert von der Einstelltemperatur subtrahiert und ihn zu ihr addiert, um zwei Signale T ΗΔΤ und T - Δ T abzuleiten, die dem Vergleicher 18 zugeführt werden. Der Wert des TotbereichK kann durch einen Einsteller 24 bestimmt werden, der manuell oder programmgesteuert einstellbar ist. Der Totboreich wird üblicherweise auf ca. 1,5° C eingestellt. Ist ein Gebäude jedoch unbewohnt, so daß der physikalische Nachteil, der mit einer größeren Temperaturänderung verbunden ist, ohne Einfluß bleibt, so kann auch ein wesentlich größerer Totbereich mit der damit verbundenen Zunahme des thermischen Wirkungsgrades vorgesehen werden.

Nimmt man an, daß die Eins teiltemperatur 21° C und der Totbereich auf 1° C eingestellt ist, so können die beiden dem Vergleicher 18 von dem Tatbereichsgenerator 22 zugeführten Signale 20° C und 22° C entsprechen. Das System arbeitet so, daß der Ofenbrenner eingeschaltet wird, wenn die Umgebungstemperatur auf 20° C abfällt. Der Brenner wird für eine vorbestimmten /.oil e ingcsclialtot, die adaptiv so eingestellt wird, daß die Raumtemperatur auf 22° C gebracht wird.

Der Vergleicher 18 gibt ein Ausgangssignal auf einer Leitung 26 ab, das dem Setzeingang einer bistabilen Schaltung 28 zugeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert des Totbereichs

■" "·"" '-" ^:- 3U5215

ist. Die bistabile Schaltung 28 ist ein Teil einer Adapti vüohal tung 2^l), dio in Fig. 1 gostricholt eingerahmt ist. Der Vergleicher 18 liefert ferner ein Ausgangssignal auf einer Leitung 27 an den Setzeingang einer bistabilen Schaltung 50, wenn die Umgebungstemperatur größer oder gleich der oberen Grenztemperatur des Totbereichs ist. Das Signal auf der Leitung 26 setzt die bistabile Schaltung 28, und diese gibt ein Ausgangssignal an ein Relais 32 ab, welches innerhalb der Thermostateinrichtung die Thermostatkontakte schließt. Diese sind über Leitungen 34 und 36 mit einem Elektromagnetventil 38 verbunden, das im Ofen 12 angeordnet und mit der Sekundärwicklung eines Transformators 40 in Reihe geschaltet ist, welcher den Speisestrom für den Elektromagneten liefert. Gemäß anderen Ausführungsmöglichkeiten kann das Ausgangssignal am Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 auch ein Elektromagnetventil in einem Flüssigkeitsheizsystem, einen Steuerschieber, eine Wärmepumpe oder eine ähnliche Einrichtung steuern.

Das Setzen der bistabilen Schaltung 28 führt auch zur Eingabe einer in einem Aufwärts-Abwärtszähler42 enthaltenen Digitalzahl· in einen Abwärtszähler 44 über ein Und-Glied 46. Der Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 ist ferner mit einem Und-Glied 48 verbunden, welches an seinem /.weiten Eingang Taktimpulse erhält. Diese Impulse können in !Intervallen von 30 Sek., 1 Minute usw. je nach Wunsch auftreten. Während die bistabile Schaltung 28 gesetzt ist, werden also diese Taktimpulse dem Abwärtszähler 44 zugeführt, so daß dessen Zählerstand verringert wird. Wenn er den Zählerstand Null erreicht hat, wird ein Ausgangssignal auf den Rücksetzeingang der bistabilen Schaltung 28 gegeben, wodurch deren Signal am Relais 32 verschwindet und der Brennerelektromagnet abgeschaltet wird. Auf

- 15 -

diese Weise wird der Ofenbrennor für eine Zeit eingeschaltet, die von dem Zählerstand de« Zählers 4 2 zu Beginn eines Brennerzyklus abhängt.

Immer dann, wenn der Vergleicher 13 auf der Leitung ein Signal abgibt, welches anzeigt, daß die Umgebungstemperatur die obere Grenze des Totbereichs erreicht hat, wird die bistabile Schaltung 50 gesetzt und liefert ein Ausgangssignal an den Zähler 42, wodurch dessen Zählerstand um eine Einheit verringert wird. Der Zähler 42 kann in ähnlicher Weise durch ein Signal des Und-Gliedes '52 hochgezählt werden, welches durcli den Rücksetzausgang der bistabilen Schaltung 50 und den Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 aufgesteuert wird. Ist also die bistabile Schaltung 50 noch in ihrem rückgc.setzten Zustand bei Einleitung des nächsten Brennerzyklus durch das Setzen der bistabilen Schaltung 28, so wird der Zählerstand um eine Einheit erhöht. Eine Einheit kann eine Zeiteinheit von 30 Sek., 1 Minute o.a. repräsentieren. Die bistabile Schaltung 50 wird durch ein Ausgangssignal eines Und-Gliedes 30 rückgesetzt, welches durch den Setzausgang der bistabilen Schaltung 28 und den Setzausgang der bistabilen Schaltung 50 aufgesteuert wird. Das Ausgangssignal des Und-Gliedes 30 wird um eine Taktzeit mit der Verzögerungsschaltung 31 verzögert. Diese Verzögerung verhindert, daß der Zähler 50 unbeabsichtigt lediglich dadurch erhöht wird, daß dip bistabile Schaltung 28 gesetzt ist. Auf diese Wci.sc! wird der Zählerstand des Zählers 42 jeweils einmal in jedem Brennerzykluy geändert, und zwar in einer suJehen Rich-tuny, daß er um eine Brennerzykluslänge pendelt, die bewirkt, daß die Umgebungstemperatur den oberen Grenzwert des Totbereichs T +AT am Ende des Brennerzyklus erreicht.

Die Ileizkurve, die sich in dem thermostatisch geheizten Raum mit einer Thermostateinrichtunq nach Fig. 1 ergibt, ist in Fig. 2 gezeigt. Die durchgezogene Linie A zeigt den Betrieb eines Ofens, der durch einen Thermostaten üblicher Art gesteuert wird, wobei der Brenner eingeschaltet wird, wenn die Raumtemperatur auf den unteren Wert des Totbereichs abfällt, und abgeschaltet wird, wenn die Raumtemperatur den oberen Wert des Totbereichs erreicht. Das Gebläse wird eine vorbestimmte Zeit nach der Ein- und Ausschaltung des Brenners ein- bzw. ausgeschaltet. Hierbei tritt natürlich ein thermisches Überschießen auf, das bei 60 gezeigt ist, da der Ofen jeweils eine Restwärme hat. Der Grad des Uberschießens hängt von dem Wärmeverlust des Gebäudes zur Außenseite hin ab, jedoch zeigt das Uberschießvolumen die psychologische Belästigung der Hausbewohner infolge der merklichen Temperaturänderungen sowie den überflüssigen Heizaufwand, der den Wirkungsgrad des Systems verringert. Die gestrichelte Linie B zeigt die Heizkurve, die sich bei Verwendung einer Thermostateinrichtung nach Fig. 1 ergibt, bei der die Einschaltzeit des Brenners adaptiv so gesteuert wird, daß die Raumtemperatur eine Spitze erreicht, die mit dem oberen Grenzwort dos Totbereichs zusammenfällt. Der Brenner wird abgeschaltet, bevor dieso Maximaltemperatur erreicht ist. Das durch die Rostwärme des Ofens erzeugte Überschießen bringt die Raumtemperatur gerade bis zum oberen Grenzwert des Totbereichs.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Thermostateinrichung tritt ein thermisches Unterschießen dadurch auf, daß das Gebäude sich nach Einschaltung des Brenners am unteren Grenzwert des Totbereichs weiter abkühlt. Der durch diese Vergrößerung des Totbereichs hervorgerufene psychologische Nachteil und die durch die erneute Aufheizung des Raums

O -« ft

3U5215

- 17 -

verursachte Wirkungsgradverringerung werden durch eine Einrichtung nach Fig. 3 korrigiert, die eine zeitliche Steuerung der Auszeit des Brenners in adaptiver Weise bewirkt.

Die in Fig. 3 gezeigte Thermostateinrichtung steuert ferner adaptiv die icitverzöuoriinii zwir.chen der Zündung des Bronners und der Einschaltung dvu Gob]uses am Bog i rin des Brennzyklus sowie die Auszeit eines GebLäses nach Löschen des Brenners am Ende eines Brennzyklus,

Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung enthält viele Komponenten der Einrichtung nach Fig. T, für die gleichartige Bezugszeichen verwendet sind.

Es sind zwei Temperaturregister 70 und 72 vorgesehen. Das Register 70 erhält das Umgebungstemperatursignal, welches von der Umgebungstemperaturschaltung 16 einmal während jedes Taktzyklus abgegeben wird. Dieses Signal wird über ein Und-Glied 74 geleitet. Beim nächsten Taktzyklus wird der Inhalt des Temperaturregisters 70 in das zweite Temperaturregister 72 über ein Und-Glied 76 eingegeben. Der Inhalt des Temperaturregisters 72 ist zu jedem Zeitpunkt mit T₊₁ zu bezeichnen. Die Ausgangssignale der beiden Temperaturregister 70 und 72 werden kontinuierlich einem Vergleicher 78 zugeführt, der ein Ausgangssignal auf einer Leitung 80 abgibt, wenn T < T ₁ ist, und ein Ausgangssignal auf einer Leitung 8 2 abgibt, wenn ^Tn> Vi ^ist·

Die adaptive Uberschießsteuerung 29 der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung ist identisch mit der Einheit 29 nach Fig. I bis auf den Unterschied, daß sie ihr Ladosignal empfängt, wenn eine adaptive Unterschießsteuorung

ein Leersignal abgibt. Diese Unterschießsteuerung 84 ist gleichartig wie die Überschießsteuerung 29 aufgebaut, sie erhält ihr Ladesignal von einem Und-Glied 86, wenn die Einstelltemperatur T gleich der Umgebungstemperatur

ti

ist und die Umgebungstemperatur abfällt, was durch ein Signal auf der Leitung 82 angezeigt wird und zeigt, daß T > T ist. Die Unterschießsteuerung enthält einen vorbestimmten Zähler, dessen Zählerstand bei jedem Ladezyklus erhöht wird, wenn nicht die Umgebungstemperatur

den Wert T - Λ Τ während dieser Zählzeit erreicht. Wird s

diese Temperatur erreicht, so gibt die Unterschießsteuerunq ein Signal an die (Iberisch ießsteuerung 29 ab, die dann thron Άίχ]\ Lvorqung beginnt... Die Zahl in der Über— schießsteuerung 29 wird um eine Einheit bei jedem Ladezyklus erhöht, wenn nicht die Umgebungstemperatur den Wert T, + Δ T erreicht. Wird dieser Wert erreicht, so wird der Zähler in der Überschieß steuerung 29 abwärts gezählt.

Das Ausgangssignal der Überschießsteuerung 29, welches anzeigt, daß diese Schaltung sich im Zählzustand befindet, wird dem Ofenbrenner und einer adaptiven Gebläse-Frühsteuerung 88 zugeführt und wirkt als ein Ladesignal, so daß die Frühsteuerung 88 einen Zählvorgang beginnt. Der gespeicherte Zählerstand in der Steuerung 88 wird jeweils einmal während eines jeden Ladezyklus um eine Einheit verringert, wenn nicht die Raumtemperatur abzufallen beginnt, was durch ein Ausgangssignal des Vergleichers 18 entsprechend T > T ₁ angezeigt wird. In diesem Falle wird der Zählerstand in der Früh-Steuerung um eine Einheit erhöht. Wenn diese Steuerung den Zählerstand Null erreicht, so gibt sie ein Signal an ein Und-Glied 90 ab. Dieses wird ferner durch das Leersignal der Uberschießsteuerung 29 angesteuert. Das Ausgangssignal

3 U5? Ib

des Und-Gliedes 90 wird einem Oder-Glied 92 zugeführt, welches ein Signal an das Gebläse abgibt. Dieses Steuersignal kann mit einem thermostatischen Signal summiert werden, welches durch die Thermostatsteuerung in dem Gebläsegehäuse (nicht dargestellt) erzeugt wird und den Gebläsebetrieb einleitet, wenn die Gehäusetemperatur einen voreingestellen Wert über .schrei to t:.

Das adaptive Gebläse-Spätsignal wirkt somit als eine adaptive Zeitverzögerung, die die Einleitung des Gebläsebetriebs für eine Zeit nach Einschaltung des Brenners verhindert, die adaptiv so eingestellt ist, daß das Gebläse seinen Betrieb beginnt, sobald es den zu heizenden Raum heizt. Wenn dieser Betrieb zu früh beginnt, so daß es den Raum kühlen würde, so wird die Verzögerungszeil- adaptiv verkürzt.

Ein Leersginal von der adaptiven Uberschießsteuerung wirkt als Ladesignal für eine adaptive Gebläse-Spätsteuerung 94, die gleichartig wie die adaptiven Schaltungen 29, 84 und 88 aufgebaut ist. Der Zählerstand in der Spätsteuerung 94 wird bei jedem Ladezyklus erhöht, wenn nicht die Raumtemperatur während der Zähl zeit anzusteigen beginnt, was durch ein Signal auf der Leitung 80 am Ausgang des Vergleichers 78 angezeigt wird. Dies bewirkt eine Verringerung des Zählerstandes in der Spätsteuerung 94 um eine Einheit. Das Ausgangssignal der Spätsteuerung 94 wird dem Oder-Glied 92 zugeführt und bewirkt die Einschaltung des Gebläses für eine Zeit nach Abschaltung des Brenners, die adaptiv so eingestellt ist, daß die Raumtemperatur nicht durch den Betrieb des Gebläses wieder abfällt.

Die K tnr irhtuiuj nach Ι·'ί·/. ! ei iik'hj I i v\\ t also i-inc adaptiv«¹

3U5215

Steuerung der Ofenbrennzeit und der Zeit zwischen auf~ einanderfolgenden Brennzeiten, um die Raumtemperatur innerhalb der Grenzwerte des Totbereichs zu halten.

Claims

P. a t e η t a n Sprüche

1.)Thermostateinrichtung zur Steuerung des Betriebs einer eine Temperatur beeinflussenden Einrichtung, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend einer gewünschten Einstelltemperatur und einer Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend der Umgebungstemperatur an der Thermostateinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (29) zur Erzeugung von Steuersignalen mit konstantem Signalwert für die eine Temperatur beeinflussende Einrichtung (12) vorgesehen ist, die die Steuersignale für vorbestimmte Perioden erzeugt und die Perioden adaptiv abhängig vom Zustand des die Umgebungstemperatur angebenden elektrischen Signals ändert.

2. Thermostateinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die eine Temperatur beeinflussende Einrichtung (12) eine ein- und ausschalLbare Vorrichtung (38) enthält und daß die Steuersignale konstanten Signalwertes jeweils einen von zwei mög.l. ichen Zuständen aufweisen, von denen der eine dem Einschaltzustand und der andere dem Ausschaltzustand der genannten Vorrichtung (38) entspricht.

3. Thermostateinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Temperatur beeinflussende Einrichtung (12) ein Ofen ist, urid daß die ein- und ausschaltbare Vorrichtung der Ofenbrenner ist.

4. Thermostateinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Temperatur beeinflussende Ein-

richtung ein Ventil enthält, das zwischen einer Quelle erhitzter Flüssigkeit und einem diese aufnehmenden System angeordnet ist.

5. Thermostateinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die cino Temperatur beeinflussende Einrichtung ein Ofen ist und daß die ein- und ausschaltbare Vorrichtung ein Ofengebläse ist.

6. Thermostateinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale konstanten Signalwertes den Brenner des Ofens (12) im eingeschalteten Zustand halten und daß die Periode dieser Steuersignale adaptiv so einstellbar ist, daß eine vorbestimmte maximale Temperatur erzeugt wird, die eine Funktion der Einstelltemperatur ist, wobei diese Einstellung der Periode abhängig von dem Anstieg der Umgebungstemperatur an der Thermostateinrichtunq (10) jeweils nach Ende eines Steuersignals erfolcit.

7. Thermostateinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale konstanten Signalwertes das Ofengebläse einschalten und daß die Periode der Steuersignale adaptiv so einstellbar ist, daß eine maximale Wärmeübertragung vom Ofen auf einen zu heizenden Raum während eines jeden Betriebszyklus des Ofengebläses erfolgt, während die Raumtemperatur innerhalb der Grenzwerte eines vorgegebenen Temperaturbereichs gehalten wird.

8. ThcrmoBtateinrichtunq nach otnem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (20) zur Erzeugung einer Einstelltemperatur, durch eine Vorrichtung (14) zur Messuncr der Umgebungstemperatur an

3 H 52 15

der Thermostateinrlchtung (10), durch cine «",cit:- steuerung (29) zur Erzeugung eines Steuersignals, das die eine Temperatur beeinflussende Einrichtung (12) in ihrem Betriebszustand hält, und durch Vorrichtungen (42, 44) zur adaptiven Einstellung der Periode des Steuersignals als eine Funktion der Umgebungstemperatur an der Thermostateinrichtung (10) zwecks Erzeugung einer Temperatur an der Thermostateinrichtung (10) nach jedem Einschaltzyklus der eine Temperatur beeinflussenden Einrichtung (12) als Funktion dor Einstelltemperatur.