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Regler für Wärmeaustauscher von Klimaanlagen Die Erfindung betrifft
einen Regler für Wärmeaustauschtr von Klimaanlagen mit je einer in Abhängigkeit
von der Raumtemperatur selbsttätig gesteuerten Einrichtung zum Kühlen oder Heizen
der Raumluft unter Verwendung des gleichen Wärmeaustauschersfür beide Betriebsäxten.
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Beim Übergang von der einen Betriebsart auf die andere ist die Steuereinrichtung,
die in Abhängigkeit von der Raumtemperatur die Menge des dem Wärmeaustauscher zuzuführenden
Heiz- oder Kältemittels regelt, nicht ohne weiteres anwendbar, weil. der Raumthermostat
während des Heizbetriebes beim überschreiten einer bestimmten Raumtemperatur das
Zuführungsventil für das Wärmeaustauschmittel schließen, dagegen w a "hrend des
Kühlbetriebes im gleichen Fall öffnen muß.
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Nach der Erfindung ist daher bei der Anlage ein von der Temperatur
der Wärmeaus. tauschmittel heeinfiußter Schalter vorgesehen, der beim Umschalten
der Anlage von der einen Betriebsart auf die andere die Einwirkung des Raumthermostaten
auf die Steuervorrichtung für das Heiz- oder Kühlmittel selbsttätig umkehrt.
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Eine Ausführungsform der Klimaanlage nach der Erfindung ist auf der
Zeichnung schematisch dargestellt.
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In einem wahlweise zu beheizenden oder zu kühlenden Raum i i ist ein
Wärmeaustauscher 13 aufgestellt, der nach Bedarf entweder mit einem Wärme-
oder Kälteträger beschickt wird. Zur Förderung des Wärmeaustausches zwischen der
in den Raum i 1 eingeschlossenen Luft und dem Wärmeaustauscher ist ein Ventilator
13a vargeseb£n_ Der Wärmeträger wird von einem Ofen: i 5 und der Kälteträger von
einer Kälteanlage 17 beliebiger bekannter Bauart geliefert. Das HeizmitteI gelangt
von dem Ofen 15 über
über eine Leitung i9, eine Pumpe 2o undLeitungen
21, 22 zum Wärmeaustauscher und strömt durch Leitungen 23, 24 zum Ofen zurück.
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An die Leitungen 19, 23 sind Zweigleitungen 25, 26 an:gesclilossen,
durch die das Kältemittel von einem Kältemittelsp-eicher 16 in den Wärmeaustauscher
13 gelangt oder in den Speicher zurückströmt. In dem Leitungen 19, 24 ist je ein
von Hand bedienbares Ventil 27 angeordnet. Beide Ventile sind beim Heizen geöffnet,
dagegen heim Kühlen geschlossen. In den Kältemittelleitungen 25, 26 befinden sich
gleichartige Ventile 28, die beim Heizen geschlossen, dagegen beim Kühlen geöffnet
sind.
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In der Zuführungsleitung 22 zum Wärmeaustauscher 13 ist ein mittels
eines Elektromotors 51 gesteuertes Regelventil 52 angeordnet. In einer dieses Ventil
umgehendem Leitung 22' befindet sich ein von Hand gesteuertes Absperrventil 52'.
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In dem Raum i i ist ferner .ein Thermostat 38 aufgestellt, der einen
Teil einer Vorrichtung 3o bildet, die in dem Raum i i eine zwischen einer oberen
und unteren Grenze liegende Temperatur aufrechterhält. Diese Vorrichtung steuert
den Antriebsmotor 51 für das Ventil 52, das die dem V4'ärmeaustauscher 13 zuströmende
Menge des Heiz- oder Kältemittels regelt.
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Zu der Anlage gehört schließlich eine Vorrichtung 32, die nach der
Erfindung die Wirkung der Vorrichtung 30 über den Antriebsmotor 51 auf das
Regelventil 52 umkehrt, wenn die Anlage vom Heizen auf Kühlen oder vom Kühlen auf
Heizen umgeschaltet wird. Diese Vorrichtung 32 legt in Abhängigkeit von der Temperatur
des die Anlage jeweils durchströmenden Mittelseinen Doppelschalter 43, 44 um, der
den Drehsinn des Motors 51 umkehrt. Die Vorrichtung 32 besteht aus einem mit dem
Rohr 22 in WärMelei:tender Verbindung stehenden Thermostaten .58. Unter der Einwirkung
der Wärme dehnt sich die in dem Thermostaten befindliche Flüssigkeit aus und schließt
über den Balg 59 einen Schalter 6o, der den Doppelschalter 43, 44 über seinen Elektromagneten
62. steuert.
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Als Stromquelle dient ein Transformator 34.. an dessen Sekundärspule
die Leitu:Igsdrähte 35, 36 angeschlossen sind. DerThermostat steht über einen Draht
37 mit dem Draht 35 in Verbindung und stellt bei ÜberuniUnterschreitung der Raumtemperatur
den Kontakt mit den Kontaktstücken 39, 4o her, die mittels Leitungsdrähte 41, 42
an den Doppelschalter 43, 44 angeschlossen sind. Jeder Kontaktarm dieses Schalters
wirkt mit z » Gegenkontakten der Leitungsdrähte 4#, wei e 46 oder 47, 48
zusammen. Die Gegenkontakte sind paarweise über Leiter 48, 53- an Endschalter 49,
54 des umsteuerbaren; langsam laufenden Motors 51 angeschlossen, der über ein Getriebe
das Regelventil 52 des Wärmeaustauschers 13 verstellt. Der Endschalter 49 wird mittels
eines auf dem Getrieberad sitzenden Anschlages 57 geöffnet, sobald das Ventil 52
seine Schließlage erreicht hat, wobei der Anschlag den Endschalter 54 in der Offenlage
des Ventils geöffnet hält.
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Der Thermostat 38 wird mittels zweier Heizwiderstände 63, 65 beheizt.
Der Widerstand 63 ist an den Leitungsdraht 48 des Doppelschalters 43, 44 und mittels
eines Leiters 6.1 an den Leitungsdraht 53 angeschlossen. Der Widerstand 65 liegt
parallel zur Spule 62 des Elektromagneten. des Doppelschalters, 43, 44. Die Wirkungsweise
der beschriebenen Anlage ist folgende: Es sei angenommen, daß der Thermostat so-
geeicht ist, daß er in uribeheiztem Zustande eine Temperatur von 30° C aufrechterhält.
Die Abbildung veranschaulicht den Betriebszustand im Falle einer Kühlung des Raumes
i i, in dem diese Temperatur von 30@ C herrscht. Es sind also die Ventile 27 geschlossen
und die Ventile 28 geöffnet worden. Der Thermostat 38 nimmt also seine unwirksame
Mittelstellung ein. Sobald die Temperatur 30° C überschreitet, berührt der Thermostat
38 den Kontakt 39, so daß der Motor 51 eingeschaltet und das Ventil 52 weiter geöffnet
wird. Wenn durch mehrmalige Wiederholung dieses Vorganges das Ventil völlig geöffnet
worden ist, schlägt der Zapfen 57 des Getrieberades gegen den Endschalter 54, der
sich dadurch öffnet.
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Wird dagegen die Temperatur von 3o- C unterschritten, so berührt der
Thermostat seinen Kontakt 40. Der -Motor wird nun ebenfalls, jedoch über den geschlossenen
Endschalter 49 eingeschaltet, so daß er das Ventil 52 'in der entgegengesetzten
Richtung dreht, d. h. mehr schließt. Hat dieser Vorgang durch mehrmalige Wiederholung
zum völligen Schließen des Ventils geführt, so öffnet sich der Schalter ebenfalls
unter der Wirkung des Anschlages 57. Dabei findet noch eine geringe Kältemittelmenge
durch die Umgehungsleitung 22' Zutritt zu dem Wärmeaustauscher, so daß in der gesamten
Anlage stets ein Kältemittelkreislauf aufrechterhalten bleibt. Hierdurch ist gewährleistet,
daß der Thermostat 58 ständig unter dem Temperatureinfluß des Kältemittels steht
und die Regeleinrichtung der Anlage betriebsfähig bleibt.
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Wenn sich nun die Außentemperatur derart ändert, daß von dem beschriebenen
Be-_
trieb der Anlage -als Kühleinrichtung zu dem Betrieb als Heizvorrichtung
übergegangen werden muß, so werden die Ventile 27 geÖffnet und die Ventile z8 geschlossen.
In den Wärmeaustauscher 13 strömt dann das Heizmittel. Infolgedessen spricht
der Thermostat 58 an ünd schließt den Schalter 6o. Die Relaisspule 6z wird erregt
und zieht den Umschalter 43, 44 an, dessen Arm 43 dann den Kontakt 46 und
dessen Arm 44 nun den Kontakt 48 berührt. Infolgedessen beeinflußt der Thermostat
3.8 bei seiner Kontaktgebung nun in umgekehrter Weise die Regelung der Heizmittelzuführung
zum Wärmeaustauscher 13 über den. Motor 51, weil der Schalterarm 43, 44 den Stromkreis
des Motors 5 i umkehrt.
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Gleichzeitig mit der Erregung der Relaisspule 62 wird auch der Widerstand:
65 eingeschaltet, der- so ausgebildet und angeordnet ist, daß per die Temperatur
der Umgebung des Thermostaten um 8o° C gegenüber der tatsächlichen Raumtemperatur
erhöht. Der Thermostat spricht also jetzt nicht erst bei einer Raumtemperatur von
30° C, . sondern schon bei einer Raumtemperatur von - 22°-C an, d. h. der Thermostat
berührt schon den Kontakt 39, wenn die -Raumtemperatur den niedrigen Wert von 2z°
C Überschreitet. Entsprechend findet erst bei einer Unterschreitung der gleichen
Raumtemperatur von 22° C eine Berührung zwischen dem Thermostaten 38 und dem Kontakt
40 statt.
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Sobald der Thdrmostat die Heizmittelzufuhr zum Wärmeaustauscher vergrößert,
d. h. also der Thermostat 38 den Kontakt 4o berührt, wird auch der Heizwiderstand
63 gleichzeitig mit dem das Ventil 52 rum: im Öffnungssinne verstellenden Motor
51 eingeschaltet. Der Stromkreis verläuft nun von dem einen Ende der Sekundärspule
des Transformators 34 über den Leiter 37, den Thermostaten 38, den Kontakt 4o, Leiter
42, Schalterarm 44, Leiter 48 zum Widerstand 63 und von diesem über die Leiter 64,
53# den geschlossenen Endschalter 54 .Über den Motor Si, Leiter 36 zurück zum anderen
Ende der Sekundärspule des Transformators. Wenn die dem Thermostaten 38 von dem
Wärmeträger selbst und dem Widerstand 63 zugeführte Gesamtwärme die Temperatur des
Thermostaten wieder auf 22° C erhöht hat, löst sich der Thermostat von dem Kontakt
40, so@ daß der Heizwiderstand 63 und der Motor 5 i ausgeschaltet werden. Infolge
der Heizwirkung des Widerstandes 63 geschieht dies bereits, bevor die Raumtemperatur
den Wert von 22° C erreicht hat. Infolgedessen wird der Thermostat den Kontakt 40
bald wieder aufs ,neue berühren, so daß sich der beschriebene Regelvorgang wiederholt.
Nachdem solche Regelimpulse mehrmals hintereinander ,aufgetreten sind, steigt die
Raumtemperatur schließlich so, weit, daß sie den Wert von 22° C tatsächlich erreicht.
Infolgedessen kommt die gesamte Regeleinrichtung zur Ruhe, und das Ventil 52 verharrt
in seiner eingeregelten Stellung. .Bei hinreichend niedriger Außentemperatur öffnet
sich das Ventil 52 völlig, worauf der Endschalter 54 in der bereits beschriebenen
Weise geöffnet wird. Da die Steuerung des Ventils somit auf Grund kleiner Regelimpulse
:erfolgt, die sich in kurzen Zeitabständen periodisch wiederholen, ist eine stabile
und empfindliche Regelung der Raumtemperatur gewährleistet.
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Wenn bei steigender Außentemperatur auch die Raumtemperatur über z2°
C steigt, berührt der Thermostat 38 den Kontakt 3g. Der Motor 51 wird dann eingeschaltet,
wobei der Stromkreis über den Endschalter 49 verläuft. Es spielen sich dann sinngemäß
die beschriebenen Regelvorgänge ab, jedoch mit dem Unterschied, daß sich das Ventil
52 allmählich schließt: Bei völlig geschlossenem Ventil 52 fließt das Heizmittel
wiederum in beschränkter Menge durch die Umgehungsleitung 22', so daß die Regeleinrichtung
infolge der Einwirkung des Heizmittels auf den Thermostaten 58 trotz der Abschaltung
der Anlage betriebsfähig bleibt.
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Handelt @es sich um die wahlweise Kühlung und Heizung mehrerer Räume
eines Gebäudes mittels einer einzigen Kühl- oder Heizanlage, so kann eine verwickelte
und teure Regelzentrale fortfallen, wenn man 'm. jedem Raum oder bei jedem Wärmeaustauscher
13 eine Regelungseinrichtung nach der Erfindung vorsieht.