DE69523523T2

DE69523523T2 - Verfahren zur Steuerung eines Belüftungsgerätes

Info

Publication number: DE69523523T2
Application number: DE69523523T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ahlfors; Gary Bergstroem; Oerjan Goetmalm
Original assignee: ABB Flaekt AB; Flaekt AB
Current assignee: Callenberg Flaekt Marine Moelndal Se AB
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: SE9402965D0; DE69523523D1; FI954077A; EP0699874B1; EP0699874A3; SE503354C2; NO179884C; EP0699874A2; NO953472D0; NO953472L; DK0699874T3; FI114821B; FI954077A0; SE9402965L; NO179884B

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftungsvorrichtung für die Belüftung und die Regelung der Temperatur in Unterkünften, umfassend einen Einlaß, der mit einem Lüftungskanal verbunden ist, zumindest einen Auslaß, der mit der Unterkunft verbunden ist, Dämpfermittel, die zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet sind, für die Regelung des Volumens des Luftstromes in die Unterkunft über zumindest zwei zusammenwirkende Dämpferscheiben, die Durchflußwege aufweisen, deren Durchflußquerschnitt durch Drehen von zumindest einer Dämpferscheibe um eine Spindel veränderlich ist, und eine Regeleinrichtung für das Regeln des Durchflusses und der Temperatur zwecks der Anpassung an ein Soll- Temperaturniveau. Eine solche Lüftungsvorrichtung wird in FR-A-2180 798 beschrieben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

An Bord von Schiffen wird Unterkunftsbereichen, beispielsweise Kabinen, Luft zugeführt. Die Luft dient zum Regeln der Temperatur im Unterkunftsbereich und zum Ersetzen von Luft, die aus dem Bereich hinausbefördert wird.
Es sind mehrere verschiedene Luftzufuhr- und Belüftungssysteme bekannt. Üblicherweise werden 100% Frischluft, die entfeuchtet und temperiert wurde, einer großen Anzahl von Lüftungsvorrichtungen zugeführt, die gleichzeitig als Diffusoren für das Verteilen der Luft fungieren. Die zugeführte Luft kann ausgehend von einer niedrigen Temperatur erwärmt werden oder mit heißer Luft gemischt werden, um die Temperatur in dem Bereich auf den Sollwert zu bringen. Derartige Lüftungsvorrichtungen werden so eingestellt, daß sich bei dem vorherrschenden Druck, der wiederum davon abhängig ist, wie andere Lüftungsvorrichtungen innerhalb des gleichen Lüftungssystems eingestellt sind, an der Einlaßseite der Vorrichtung der richtige Durchfluß und die richtige Temperatur ergeben. Die Einstellung ist daher ein sich wiederholender Prozeß, d. h. es muß viele Male eingestellt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Eine defekte Lüftungsvorrichtung beeinflußt somit alle anderen Vorrichtungen innerhalb desselben Systems und kann Unannehmlichkeiten oder wiederholte Einstellungen bedingen. Ein gesteigertes Verlangen nach Kühlung in Schiffskabinen führt dazu, daß man bezüglich der zugeführten Luftmenge die Grenze erreicht, bis zu der es möglich ist, diese einer Kabine mittels einer einzigen Vorrichtung zuzuführen, ohne daß Zug 0auftritt. Eine Erhöhung der Zahl der Lüftungsvorrichtungen wäre jedoch eine unwirtschaftlich Lösung.
Aus US-A-4426918 sind ein verteilendes Luftdiffusorsystem und ein Luftdiffusor für dasselbe bekannt, die für das Abziehen von Luft aus einen dynamischen Luftsammelraum dienen, der Bereiche mit relativ höherem und niedrigerem Druck aufweist. Jeder Diffusor weist eine Vielzahl selektiv einstellbarer Luftabzugsöffnungen und eine entsprechende Vielzahl von Luftabzugsvorrichtungen auf, die sich in den Luftsammelraum hinein erstrecken, um Luft durch den Diffusor zu leiten; der wirksame Luftabzugsquerschnitt ist selektiv einstellbar, jedoch nur innerhalb von Grenzen, die einen völlig geschlossenen Zustand des Diffusors ausschließen. Die Diffusoren sind entlang dem Luftsammelraum angeordnet, und ihre wirksamen Luftabzugsquerschnitte werden von Bereichen des Luftsammelraums mit höherem hin zu Bereichen mit niedrigerem statischen Druck zunehmend größer. Dadurch weisen die Luftströme einen ausgeglichenen Volumendurchfluß auf.
Ein zentrales Problem bei bekannten Luftansaugvorrichtungen mit Stellklappen in Gestalt von zusammenwirkenden Dämpferscheiben für das Regeln des Luftstroms sind die unangenehmen Geräusche infolge der Durchwirbelung des Luftstroms, wenn er die Stellklappe passiert. Insbesondere in einem Betriebszustand, in dem eine starke Drosselung erfolgt, ergeben sich bei den bisher bekannten Stromventilen erhebliche störende Geräusche.

TECHNISCHES PROBLEM

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lüftungsvorrichtung mit kompakten Installationsabmessungen, woraus ein geringer innerer Druckabfall resultiert, was zu einer wirksamen Luftzufuhr beiträgt, mit akkurater Dämpfung über einen großen Durchflußbereich hinweg, ungeachtet von Druckschwankungen an der Einlaßseite der Vorrichtung, und mit geringer Geräuschentwicklung über den gesamten Durchflußbereich hinweg zu schaffen.

LÖSUNG

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfermittel, Wärmeerzeugungsmittel und Sensoren, die mit der Regeleinrichtung verbunden sind, in einem zylindrischen Kanalabschnitt angeordnet sind, daß jeder Durchflußweg in dem Dämpfermittel in jeder Drehposition einen Trichter bildet, der sich in Fließrichtung allmählich verengt, so daß das Dämpfermittel in der fast völlig geschlossenen Position schlitzförmige Durchflußöffnungen mit Wand aufweist, die in Fließrichtung konvergieren, und daß eine Dämpferscheibe dünn und oberhalb einer anderen Dämpferscheibe angeordnet ist und auch mit einer Anzahl von Flügeln entsprechend der Anzahl der Durchflußwege versehen ist, wobei die Flügel in einem Winkel zur Scheibenebene in flußabwärtiger Richtung angeordnet sind und in die Durchflußwege hineinragen, um in dem Durchflußweg eine Seite mit im wesentlichen der gleichen Länge wie die anderen Seiten und mit einer entsprechenden Verengung in Fließrichtung zu bilden. Diese Gestaltung der Lüftungsvorrichtung ermöglicht ein akkurates, geräuscharmes Dämpfen über einen großen Durchflußbereich hinweg.
Das Einstellen der Lüftungsvorrichtung wird durch druckabhängige Durchflußregelung erleichtert.
Das Einstellen erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Differentialdruckmessers.
Weitere Abwandlungen der Erfindung sind den beigefügten Unteransprüchen zu entnehmen.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt/zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtung;
Fig. 2 eine Ansicht der Lüftungsvorrichtung aus Fig. 1 von der Stirnseite her;
Fig. 3-5 den Dämpfer der Lüftungsvorrichtung in drei verschiedenen Betriebspositionen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Lüftungsvorrichtung umfaßt ein zylindrisches Rohrgehäuse 10, das über konische Endverbindungsstücke 11 in einem Lüftungskanal angebracht ist. Dadurch kann die Vorrichtung mit Kanalsystemen verbunden werden, die Dichtungsringe entweder auf dem inneren oder dem äußeren Rohr aufweisen. Die Anbringung erfolgt mit Hilfe von Befestigungsklammern 12, wodurch es einfach möglich ist, die Lüftungsvorrichtung zwecks Reparatur oder Wartung als komplette Einheit aus dem Kanalsystem auszubauen. Ein länglicher Anschlußkasten 13 für Elektroausrüstung ist in Längsrichtung auf der Außenseite des Rohrgehäuses 10 angebracht.
Der Pfeil 14 in Fig. 1 bezeichnet die Richtung des Durchflusses durch die Lüftungsvorrichtung, der Frischluft zugeführt wird, die entfeuchtet und auf eine relativ niedrige Temperatur, z. B. 15ºC, abgekühlt wurde.
An der Einlaßseite des Rohrgehäuses 10 sind zwei in Form einer Doppelspirale gewendelte Heizelektroden 15 mit einer Leistung von jeweils 900 W angebracht, wobei die Leistung stufenlos regelbar ist. Die Regelung der Leistung bezüglich Luftstrom und Temperaturanforderungen für den Bereich, der durch die Lüftungsvorrichtung versorgt wird, erfolgt in einer elektronischen Leistungsregeleinrichtung 16.
Unterhalb der Elektroden 15 ist in dem Rohrgehäuse 10 eine Dämpfervorrichtung 17 angebracht, die nachstehend im Einzelnen beschrieben wird, jedoch allgemein eine Dämpferscheibe 19 umfaßt, die mit Hilfe von Schrauben 18 in dem Rohrgehäuse befestigt ist und mit einer Spindel 20 versehen ist. Die Spindel 20 trägt eine drehbar gelagerte Dämpferscheibe 21 und eine ebenfalls drehbare, zwischen den beiden Dämpferscheiben 19, 21 gelagerte Nebenscheibe 22. Die Betätigung der Dämpferscheibe 21 erfolgt über ein Zahnrad 23, ein Getriebe 24 und einen Schrittmotor 25, der mit der Regeleinrichtung 16 verbunden ist.
Unterhalb der Dämpfervorrichtung 17 weist das Rohrgehäuse 10 in seinem Inneren einen vergleichsweise langen Raum 26 auf, der für das "Glätten" des aus einer Anzahl von Durchflußwegen in der Dämpfervorrichtung austretenden Luftstromes vorgesehen ist, so daß die Verwirbelung des Luftstromes behoben wird, bevor dieser den konischen Rohrabschnitt 11 am stromabwärtigen Ende des Rohrgehäuses erreicht.
In dem Rohrgehäuse 10 sind sowohl an der stromaufwärtigen als auch der stromabwärtigen Seite der Dämpfervorrichtung 17 Temperaturfühler 27 in Form von Durchführungen angebracht. Die Temperaturfühler 27 sind mit der Regeleinrichtung 16 verbunden. Ein Differentialdruckmesser 28 ist zusammen mit Meßfühlern 29 oberhalb und unterhalb der Dämpfervorrichtung 17 angebracht. Der Differentialdruckmesser 28 ist ebenfalls mit der Regeleinrichtung 16 verbunden.
Die feststehende Dämpferscheibe 19 der Dämpfervorrichtung 17 weist die normale Dicke einer dünnen Scheibe auf und ist mit fünf Durchflußöffnungen 30 versehen, die in gleichmäßigen Abständen entlang dem Umfang der kreisförmigen Scheibe angeordnet sind. Jeder Durchflußweg 30 hat die Gestalt eines Kreisausschnitts mit abgeschnittener Spitze. Jeder dieser Kreisausschnitte weist ein Winkelmaß von etwa 36 Grad auf. Eine der Seiten des Winkels eines jeden Kreisausschnitts ist mit einem Flügel 31 versehen, der von der Scheibenebene weg in die Durchflußrichtung gebogen ist, so daß er sich fast im rechten Winkel zur Scheibenebene befindet. Die Flügel 31 stehen gut 25 mm über die Scheibenebene hinaus.
Die drehbare Dämpferscheibe 21 der Dämpfervorrichtung 17 weist hingegen eine Dicke von etwa 25 mm auf. Entlang dem Umfang der Scheibe 21 sind fünf Durchflußwege 32 in der gleichen Weise und mit den gleichen Abständen angeordnet. Jeder Durchflußweg 32 hat die Gestalt eines Kreisausschnitts mit abgeschnittener Spitze. Jeder dieser Kreisausschnitte weist ein Winkelmaß von etwa 36 Grad auf, wobei die Seiten des Winkels in Durchflußrichtung leicht konisch verlaufen, so daß sich die Durchflußöffnung in diese Richtung allmählich um einige Winkelgrade verengt. Die Flügel 31 an der feststehenden Dämpferscheibe 19 ragen nach unten in die Durchflußwege 32 hinein, so daß ihre Endkanten 33 parallel zu einer der stromabwärtig befindlichen Winkelkanten dieser Durchflußwege angeordnet sind.
Die Dämpferscheibe 21 unterliegt dem Einfluß einer nicht dargestellten Verdrehungsfeder, die dazu dient, eine Drehkraft auszuüben, die jedes eventuelle Spiel im Zahneingriff mit dem Zahnrad 23 ausschließt. Da die Verdrehungsfeder bestrebt ist, die Scheibe 21 in Richtung hin zur völlig geöffneten Position zu drehen, befindet sich die Feder in ihrem maximal gespannten Zustand, wenn der Dämpfer völlig geschlossen ist. Dies ist günstig, da der Dämpfer, was die Einstellbarkeit anbelangt, nahe der völlig geschlossenen Position besonders empfindlich ist.
Die Nebenscheibe 22 ist ebenfalls aus einem flächigen Material gefertigt und mit Durchflußöffnungen 34 versehen, die in ihrer Gestalt uneingeschränkt den Durchflußwegen 30 in der feststehenden Dämpferscheibe 19 entsprechen.
Wie in Fig. 3-5, welche die zwei Endpositionen des Dämpfers und eine Zwischenposition zeigen, offenbart wird, wirkt sich die Drehung der drehbaren Dämpferscheibe 21 auf die Nebenscheibe 22 aus, so daß sie während der Endphase dieser Drehung, d. h. während des Drehens aus der völlig geöffneten in die völlig geschlossene Position, voran gebracht wird. Zu diesem Zweck werden die Arme 35, welche die Öffnungen 34 begrenzen, verwendet, um die Durchflußwege 30 der feststehenden Dämpferscheibe 19 abzuschirmen, so daß diese nicht den nächstfolgenden Durchflußweg 32 in der drehbaren Dämpferscheibe 21 exponieren.
Ist der Dämpfer 17 fast völlig geschlossen, erfolgt der Durchfluß durch den Dämpfer über lange und schmale, trichterförmige, radial angeordnete Schlitzöffnungen, die jeweils durch Wände begrenzt werden, die in Fließrichtung konvergieren, um einen Durchflußweg zu bilden, dessen Länge wesentlich größer als die Breite der Schlitzöffnung ist. Vorzugsweise entspricht diese Länge zumindest einem Achtel des größten Umfangs des Durchflußweges.
Mit dieser Gestaltung läßt sich erwiesenermaßen eine wesentliche Verminderung der Geräusche erzielen, die verursacht werden, wenn die Luft den Dämpfer passiert. Ansonsten bedingt dieser Regelungszustand normalerweise eine geräuschverursachende Verwirbelung in einem Dämpfer.
Ist der Dämpfer völlig geschlossen, sind die Schlitzöffnungen geschlossen. Während der Betätigung hin zur völlig geöffneten Position wird die Nebenscheibe 22 durch die drehbare Dämpferscheibe 21 voran gebracht, bis die Arme 35 der Nebenscheibe wieder von den Armen überlappt werden, welche die Öffnungen 30 der feststehenden Dämpferscheibe 30 begrenzen.
Durch Verwendung der Temperaturfühler 27 und eines Differentialdruckmessers, welche sowohl die Temperatur- als auch die Druckunterschiede oberhalb und unterhalb des Dämpfers 17 registrieren, kann die Regeleinrichtung sehr genau und zuverlässig arbeiten. Zum Beispiel kann die Regeleinrichtung dafür sorgen, daß Schwankungen im in dem Kanalsystem anliegenden Druck, die durch Schwankungen im Luftverbrauch der übrigen angeschlossenen Vorrichtungen, durch Schwankungen des Winddrucks an den Einlässen/Auslässen der Ventilatoren, welche das System versorgen, etc., ausgeglichen werden. Andernfalls können diese Druckänderungen während der Übergangszeit Trägheit und Probleme im gesamten Regelsystem verursachen, die wiederum Temperaturschwankungen in dem Bereich und einen unnötig hohen Energieverbrauch und Verschleiß der Mittel für die Regelung des Volumendurchflusses zur Folge haben.
Dies wird vermieden, indem der Regeleinrichtung 13 auch Informationen über Eigenschaften der Mittel für die Regelung des Volumendurchflusses hinsichtlich Position, Zuführdruck und erhaltenem Volumendurchfluß zugeführt werden, so daß Positionsänderungen rascher und genauer vorgenommen werden können.
Mittels der oben beschriebenen Sensoren und der Regeleinrichtung 16 ist es möglich, verschiedene Zuverlässigkeitszustände zu schaffen, die demzufolge physisch in die Lüftungsvorrichtung eingebaut sind. Dies hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtung wesentlich intelligenter funktioniert als bisher bekannte Vorrichtungen, die nur im Zusammenwirken mit einer Steuerzentrale arbeiten. Zum Beispiel kann festgelegt werden, daß den Heizelementen 15 keine elektrische Energie zugeführt werden kann, wenn nicht ein bestimmter minimaler Durchfluß durch den Dämpfer gegeben ist.
Das Material des Dämpfers wird unter dem Gesichtspunkt ausgewählt, daß die Vorrichtung als Feuerklappe fungieren können sollte.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt; vielmehr sind im Rahmen der beigefügten Ansprüche verschiedene Abwandlungen möglich. Zum Beispiel kann der Dämpfer 17 mit anderen als den gezeigten Öffnungen versehen sein.

Claims

1. Lüftungsvorrichtung für die Belüftung und die Regelung der Temperatur in Unterkünften, z. B. auf Schiffen, umfassend einen Einlaß, der mit einem Lüftungskanal verbunden ist, zumindest einen Auslaß, der mit der Unterkunft verbunden ist, Dämpfermittel (17), die zwischen dem Einlaß und den Auslaß angeordnet sind, für die Regelung des Volumens des Luftstromes in die Unterkunft über zumindest zwei zusammenwirkende Dämpferscheiben (19, 21), die Durchflußwege (30, 32) aufweisen, deren Durchflußquerschnitt durch Drehen von zumindest einer Dämpferscheibe (21) um eine Spindel (20) veränderlich ist, und eine Regeleinrichtung (16) für das Regeln des Durchflusses und der Temperatur zwecks der Anpassung an ein Soll-Temperaturniveau,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfermittel (17), Wärmeerzeugungsmittel (15) und Sensoren (27, 28), die mit der Regeleinrichtung (16) verbunden sind, in einem zylindrischen Kanalabschnitt (10) angeordnet sind, daß jeder Durchflußweg (30, 32) in dem Dämpfermittel in jeder Drehposition einen Trichter bildet, der sich in Fließrichtung allmählich verengt, so daß das Dämpfermittel (17) in der fast völlig geschlossenen Position schlitzförmige Durchflußöffnungen mit Wand aufweist, die in Fließrichtung konvergieren, und daß eine Dämpferscheibe (19) dünn und oberhalb einer anderen Dämpferscheibe (21) angeordnet ist und auch mit einer Anzahl von Flügeln (31) entsprechend der Anzahl der Durchflußwege (32) versehen ist, wobei die Flügel in einem Winkel zur Scheibenebene in flußabwärtiger Richtung angeordnet sind und in die Durchflußwege hineinragen, um in dem Durchflußweg eine Seite mit im wesentlichen der gleichen Länge wie die anderen Seiten und mit einer entsprechenden Verengung in Fließrichtung zu bilden.

2. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußwege (30, 32) sich mit einer Länge, die zumindest einem Achtel des größten Umfangs des Durchflußweges entspricht, in Längsrichtung des Kanalabschnittes (10) erstrecken.

3. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dämpferscheiben vorhanden sind, wobei eine Scheibe (21) aus einer Scheibe mit einer bestimmten Materialdicke besteht und eine Anzahl von segmentförmigen Durchflußwegen (32) aufweist, die sich im wesentlichen parallel durch die Scheibe hindurch in Längsrichtung des Kanalabschnittes (10) erstrecken.

4. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenscheibe (22) zwischen den zwei Dämpferscheiben (19, 21) angeordnet ist und so gestaltet ist, daß sie durch die drehbare Dämpferscheibe (21) voran gebracht wird.

5. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Kanalabschnitt (10) mit Mitteln (12) versehen ist, die ein einfaches lösbares Anbringen an Rohrenden (11) ermöglichen.

6. Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsabgabe des Wärmeerzeugungsmittels (15) durch die Regeleinrichtung (16) mittels einer Rückkopplung eines Sensorsignals geregelt wird, das den Durchfluß durch die Vorrichtung charakterisiert, und zwar unabhängig von Druckschwankungen in dem Lüftungskanal.