DE3439139A1

DE3439139A1 - Klimageraet

Info

Publication number: DE3439139A1
Application number: DE19843439139
Authority: DE
Inventors: Masakatsu Shimizu Hayashi; Hiroshi Sano Kogure; Taichi Tanaami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1985-05-09
Also published as: IT8468058A0; FR2554216A1; ES537031A0; IT8453965V0; FR2554216B1; US4615481A; ES8507253A1; JPS6091152A; IT1179787B; KR850003976A; IT8468058A1

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Klimagerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Klimagerät, das insbesondere hinsichtlich des Heizkomforts verbessert ist.

Pig. 1 zeigt ein konventionelles Klimagerät, das aufweist: eine Inneneinheit 1, die mit einer Außeneinheit (nicht gezeigt) des Klimageräts über eine Kühlmittelleitung verbunden ist; ein Tragelement 2, an dem noch zu erläuternde Bauteile gehaltert sind; einen Wärmetauscher 3 für den Wärmeaustausch mit der Innenluft, so daß Kühl- oder Heizbetrieb stattfindet; ein Ventilatorgehäuse 4, das auch als Tropfenfänger für den Wärmetauscher 3 dient; einen Ventilator 5, der vom Wärmetauscher 3 gekühlte oder erwärmte Luft in den Raum fördert; einen Ventilatormotor 6, der den Ventilator 5 antreibt, wobei der Luftdurchsatz in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung des Ventilatormotors 6 bestimmt ist; eine Luftleitklappe 7, deren Winkellage verstellbar ist (und zwar manuell in drei Stufen), so daß der Austrittswinkel der zuströmenden gekühlten/erwärmten Luft aus dieser Luftleitklappe 7 regelbar ist; dabei sind der Wärmetauscher 3, der Tropfenfänger 4, der Ventilator 5, der Ventilatormotor 6 und die Luftleitklappe 7 ortsfest an dem Tragelement 2 angeordnet; ferner umfaßt das Klimagerät einen

Meßfühler 8, der die Temperatur T der Abluft (die gleich der Raumtemperatur ist) erfaßt und ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Thermostat zugeführt wird, der daraufhin einen Verdichter in einer außenseitigen Kondensatoreinheit ein- bzw. ausschaltet, um dadurch die Raumtemperatur gleichbleibend zu halten; und außerdem ist ein Steuerteil 9 vorgesehen, der den Ein- bzw. Ausschaltzustand einer Stromversorgung, die Ausgangsleistung des Ventilatormotors 6 usw. steuert. Die Pfeile A. und A„ bezeichnen die Richtungen des Abluft-bzw. des Zuluftstroms. Die Fig. 2 und 3 zeigen Strömungsverläufe der Zuluft bei Heizbetrieb mit diesem Klimagerät (z. B. mit einer Nennheizkapazität von 3150 kcal/h).

Fig. 2 zeigt drei Zustände von Zuluftströmen bei Änderung des Luftdurchsatzes M zwischen drei Werten, d. h. groß, Mittelwert und klein, wobei der Austrittswinkel θ gleich bleibt. Fig. 3 zeigt drei Zustände von Luftströmen bei Änderung des Luftdurchsatzes M zwischen drei Werten, d. h. groß, Mittelwert und klein, wobei der Austrittswinkel θ änderbar ist.

Dabei ist mit 10 im Vertikalschnitt ein Ausschnitt eines Raums in der Raummitte bezeichnet, 10-1 ist eine Bodenfläche, und Kurven 11 bedeuten Zuluftströme. Der Luftdurchsatz M wird nach Maßgabe der Größe der Ausgangsleistung des Ventilatormotors 6 von Fig. 1 verstellt. Der Zuluftaustrittswinkel θ wird durch Verstellen der Luftleitklappe 7 geändert. Die Temperaturdifferenz Δτ zwischen der Ablufttemperatur T und der Zulufttemperatur Τ-, wird mit steigender Raumtemperatur geringer.

Wenn somit bei unverändertem Austrittswinkel θ die Temperaturdifferenz ΔT groß ist, während der Luftdurchsatz M klein ist, wie Fig. 2 zeigt, steigt die Warmluft nach oben, bevor sie die Bodenfläche 10-1 erreicht. Um dies bei großer Temperaturdifferenz zu verhindern, wird der Austrittswinkel 9jgroß und der Luftdurchsatz M klein gemacht (Fig. 3), so daß die Wamrluft zwangsläufig den Boden 10-1 erreichen muß. Um den Fußboden vom Betriebsbeginn des Klimageräts an komfortabel zu machen, muß

also der Austrittswinkel θ auf einen ausreichend großen Wert eingestellt werden, der für die Überwindung der Temperaturdifferenz Is T groß genug ist.

Das konventionelle Klimagerät weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

Da die Temperatur, der Luftdurchsatz M und der Austrittswinkel θ jeweils getrennt voneinander geregelt werden, ist es sehr mühsam, diese Werte optimal einzustellen, um so die größte Behaglichkeit zu erzielen.

Wie Fig. 3 zeigt, ist ferner die Ablufttemperatur_v T zu Betriebsbeginn niedrig, und eine behagliche Heizwirkung vom Boden her kann dadurch erreicht werden, daß der Luftdurchsatz M klein und der Austrittswinkel θ groß gemacht werden.

Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß bei manueller Durchführung der Umschaltung des Luftdurchsatzes M und des Austrittswinkels Θ, wie dies bei dem konventionellen Gerät der Fall ist, selbst dann, wenn der Luftdurchsatz M und der Austrittswinkel θ ursprünglich richtig eingestellt waren, die Temperaturdifferenz Δ T in bezug auf diese anfänglichen Einstellwerte ansteigt, bevor diese wieder nachgestellt werden, so daß der Warmluftstrom vor Erreichen des Fußbodens aufsteigt und keine behagliche Heizwirkung zu erzielen ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Klimageräts, mit dem ein behagliches Heizen von Anfang an ohne mühsame Einstellvorgänge möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei dem Klimagerät der Ventilatormotor und eine Luftleitklappe miteinander verknüpft so geregelt werden, daß die Fußbodenfläche mit geringem Luftdurchsatz unmittelbar nach Inbetriebnahme mit Luft hoher Temperatur erwärmt wird, wonach der Luftdurchsatz fortschreitend stufenlos erhöht und mit steigen-

der Raumtemperatur der Luftstrom gleichzeitig fortschreitend stufenlos weiter nach oben gerichtet wird, wodurch der beheizte Bereich eines Innenraums vergrößert wird.

Das Klimagerät nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Temperaturmeßfühler, die jeweils auf der Abluft- bzw. der Zuluftseite angeordnet sind, einen ersten Elektromotor zur Lageverstellung einer Luftleitklappe, einen zweiten Elektromotor zur Drehzahlregelung eines Ventilators, einen Steuerteil, der zwischen den beiden Temperaturmeßfühlern und den beiden Motoren angeordnet ist und die jeweiligen Ausgangssignale der Temperaturmeßfühler zu den Elektromotoren steuert, wobei der Steuerteil die Ausgangsleistung des ersten Elektromotors auf der Grundlage der entsprechenden Ausgangssignale des ersten und des zweiten Temperaturmeßfühlers steuert unter Lageverstellung der Luftleitklappe und Drehzahlregelung des zweiten Elektromotors.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht des konventionellen Klimageräts;
und

Diagramme von Strömungskurven der abgegebenen Warmluft beim Heizbetrieb;

eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels des Klimageräts nach der Erfindung; ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel des Steuerteils gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das die einzelnen Schritte vom Beginn bis zum Ende des Heizbetriebs wiedergibt; und

Fig. 7 ein Diagramm für ein Beispiel der optimalen Luftmenge und des optimalen Winkels der Luftrichtung vom Beginn bis zum Ende des Heizbetriebs.

Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig .	5

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Klimageräts. Ein Ventilatormotor 12 ist z. -B. ein Drehstrom-Asynchronmotor, dessen Drehzahl durch einen eingebauten Wechselrichter veränderlich ist. Meßfühler 13-1 und 13-2 erfassen die Temperatur der Abluft und der Zuluft des Klimageräts. Ein Motor 14 ist zur Winkelverstellung einer Zuluftleitklappe 7 vorgesehen. Die Zuluftleitklappe 7 wird von dem Motor 14 zwischen der Pfeilrichtung A₀ und der Pfeilrichtung A_ verstellt, wie in der Zeichnung in Strichlinien angedeutet ist. Ferner ist ein Steuerteil 15 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt die Auslegung des Steuerteils 15. Dabei errechnet ein Ablufttemperatur-Rechenglied 15-1 die Ablufttemperatur nach Maßgabe des Ausgangssignals des Ablufttemperaturfühlers 13-1. Das Ausgangssignal des Ablufttemperatur-Rechenglieds 15-1 wird einem Zuluft-Optimaltemperatur-Rechenglied 15-3 sowie einem Temperaturdifferenz-Rechenglied 15-4 zugeführt. Das Ausgangssignal eines Zulufttemperatur-Rechenglieds 15-2 wird als weiterer Eingang ebenfalls dem Temperaturdifferenz-Rechenglied 15-4 zugeführt. Das Zulufttemperatur-Rechenglied 15-2 errechnet die Zulufttemperatur T, nach Maßgabe des Ausgangssignals des Zulufttemperaturfühlers 13-2. Das Ausgangssignal des Temperaturdifferenz-Rechenglieds 15-4 wird einem Heizleistungs-Rechenglied 15-5 zugeführt, in dem die Heizleistung Q nach Maßgabe der folgenden Gleichung errechnet wird unter Nutzung der im Temperaturdifferenz-Rechenglied 15-4 errechneten Temperaturdifferenz AT:

Q = 60MAT-K

wobei M der Luftdurchsatz bei niedrigster Ventilatorgeschwindigkeit und K eine Konstante ist, die bestimmt ist durch Gewicht (kg/m ) und spezifische Wärme (kcal/kg C).

Die Ausgangssignale des Zuluft-Optimaltemperatur-Rechenglieds 15-3 und des Heizleistungs-Rechenglieds 15-5 werden einem Luftdurchsatz-Erhöhungs/Verminderungs-Entscheider 15-6 zugeführt, in dem der Luftdurchsatz M auf der Grundlage der Zulufttemperatur T, und der Heizleistung Q errechnet wird. Das Ausgangssignal dieses Entscheiders 15-6 wird einem Zuluftaustrittsgeschwindigkeits-Rechenglied 15-7 zugeführt, in dem die Zuluftaustrittsgeschwindigkeit errechnet wird. Das Ausgangssignal dieses Rechenglieds 15-7 wird einem Luftrichtungs-Entscheider 15-8 zugeführt, der den Motor 14 nach Maßgabe der Zuluftaustrittsgeschwindigkeit regelt und den Winkel der Zuluftleitklappe 7 einstellt.

Auf der Grundlage der Ausgangssignale der verschiedenen Meßfühler 13-1 und 13-2 steuert der Steuerteil 15 das Klimagerät derart, daß die in dem AbIaufdiagramm nach Fig. 6 angegebenen Operationen durchgeführt werden.

Das Diagramm von Fig. 7 zeigt Änderungen der Ablufttemperatur T , der Zulufttemperatur T,, der Temperaturdifferenz Δτ, des Zuluftaustrittswinkels θ und des Luftdurchsatzes M, wobei auf der Abszisse die Zeit vom Beginn des Heizbetriebs bis zum Erreichen eines stabilen Betriebszustands des Klimageräts aufgetragen ist und auf der Ordinate die jeweiligen Werte der Zulufttemperatur T,, der Temperaturdifferenz ΔΤ, des Zuluftaustrittswinkels θ und des Luftdurchsatzes M aufgetragen sind.

Zu Betriebsbeginn ist die Ablufttemperatur T Null. Wenn zu

diesem Zeitpunkt die Zulufttemperatur T, den Höchstwert von ca. 50⁰C annimmt, ist die Temperaturdifferenz ΔΤ ebenfalls maximal (ca. 50 C), so daß der Heizvorgang vom Fußboden aus möglich ist, indem der Luftstrom minimal gemacht wird (wobei die Drehzahl des Motors bei ca. 900 U/min liegt) und der Austrittswinkel θ ca. 80° beträgt. Im Verlauf des weiteren Betriebs erreicht die Ablufttemperatur T einen gleichbleibenden Zustand

(ca. 20 C). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Zulufttemperatur T, ca. 35 °C, der Austrittswinkel wird ca. 60°, und die Drehzahl des Ventilatormotors, die den Luftdurchsatz bestimmt, nimmt den Höchstwert von 1300 U/min an.

Wie vorstehend erläutert wurde, werden mit diesem Klimagerät der Luftdurchsatz M und der Luftaustrittswinkel θ vom Steuerteil des Klimageräts automatisch eingestellt, ohne daß der Benutzer hierfür tätig werden muß. Da ferner der Luftdurchsatz M und der Luftaustrittswinkel θ stufenlos geregelt werden, nimmt der Luftdurchsatz M proportional zur Temperaturdifferenz ΔT zu. Somit wird stufenlos ein Luftdurchsatz M erreicht, der ausreichend groß ist, um jederzeit eine Erhöhung der Temperaturdifferenz ΔT zu überwinden, und ein Aufsteigen der Warmluft vor Erreichen des Fußbodens ist ausgeschlossen.

Das vorstehend erläuterte Klimagerät wird nicht nur im Heizbetrieb, sondern mit demselben Effekt auch im Kühlbetrieb eingesetzt.

■40- - Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Klimagerät,
gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Temperaturmeßfühler (13-1, 13-2), die jeweils auf der Abluft- bzw. der Zuluftseite angeordnet sind;

- einen ersten Elektromotor (14) zur Lageverstellung einer Luftleitklappe (7);

- einen zweiten Elektromotor (12) zur Drehzahlregelung eines Ventilators (5);

- einen Steuerteil (15), der zwischen den beiden Temperaturmeßfühlern und den beiden Motoren angeordnet ist und die jeweiligen Ausgangssignale der Temperaturmeßfühler zu den Elektromotoren steuert, wobei der Steuerteil die Ausgangsleistung des ersten Elektromotors (14) auf der Grundlage der entsprechenden Ausgangssignale des ersten und des zweiten Temperaturmeßfühlers (13-1, 13-2) steuert unter Lageverstellung der Luftleitklappe (7) und Drehzahlregelung des zweiten Elektromotors (12).

2. Klimagerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet.

81-A9181-02-Schö

daß der Steuerteil (15) aufweist:

ein erstes Rechenglied (15-1), das aufgrund des Ausgangssignals des ersten Temperaturmeßfühlers (13-1) die abluftseitige Temperatur (T ) nach Maßgabe dieses Ausgangssignals

errechnet;

ein zweites Rechenglied (15-2), das aufgrund des Ausgangssignals des zweiten Temperaturmeßfühlers (13-2) eine zuluftseitige Temperatur (T.) nach Maßgabe dieses Ausgangssignals errechnet;

ein drittes Rechenglied (15-4), das aufgrund der entsprechenden Ausgangssignale des ersten und des zweiten Rechenglieds (15-1, 15-2) die Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen beiden Ausgangssignalen errechnet;

- ein viertes Rechenglied (15-5), das aufgrund des Ausgangssignals des dritten Rechenglieds (15-4) die Heizkapazität (Q) errechnet;

ein fünftes Rechenglied (15-3), das aufgrund des Ausgangssignals des ersten Rechenglieds (15-1) eine Zuluft-Optimaltemperatur errechnet;

ein sechstes Rechenglied (15-6), das aufgrund der jeweiligen Ausgangssignale des vierten und des fünften Rechenglieds (15-5 und 15-3) den Luftdurchsatz (M) errechnet;

- ein siebentes Rechenglied (15-7), das aufgrund des Ausgangssignals des sechsten Rechenglieds (15-6) die Zuluftaustrittsgeschwindigkeit errechnet; und ein achtes Rechenglied (15-8), das aufgrund des Ausgangssignals des siebenten Rechenglieds (15-7) die Zuluftaustrittsrichtung errechnet;

wobei der zweite Elektromotor (12) nach Maßgabe des Ausgangssignals des sechsten Rechenglieds (15-6) und der erste Elektromotor (14) nach Maßgabe des Ausgangssignals des achten Rechenglieds (15-8) steuerbar sind.