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Regeleinrichtung für die Leistungsverteilung bei einer Klimaanlage
Bei Klimaanlagen, die einen Raum mit kalter Luft versorgen sollen, kommt es vielfach
vor, daß sich sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der in, der Anlage
aufzubereitenden Luft innerhalb weiter Grenzen und kurzer Zeit erheblich ändern.
Man unterteilt daher die Kältemaschinenanlage in zwei einzelne Maschinen unterschiedlicher
Leistung.
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Bei Klimaanlagen dieser Art besteht die Gefahr, das der sich ändernde
Kältebedarf unwirtschaftlich gedeckt wird. Dies ist der Fall, wenn die für eine
geringe Leistung ausgelegte Kältemaschine zur Deckurig eines ihre Leistung wesentlich
überschreitenden Kältebedarfes oder umgekehrt die für eine höhere Leistung ausgelegte
Maschine zur Deckung eines ihre Leistung wesentlich unterschreitenden Kältebedarfes
herangzogen wird.
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Eine solche unwirtschaftliche Betriebsweise der Klimaanlage kann in
an sich bekannter Weise dadurch unmöglich gemacht werden, daß eine Regeleinrichtung
die Deckung des jewedligen Kältebedarfes selbsttätig derart auf die einzelnen Kältemaschinen
verteilt,
daß jede Maschine innerhalb ihres wirtschaftlichen Leistungsbereiches
arbeitet.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung dieser Art und
besteht darin, daß eine beeinflußt von dem Druck in der Saugleitung der Kältemaschinen
arbeitende Steuereinrichtung vorgesehen ist, die je nach der Größe dieses Druckes
entweder nur die eine oder nur die andere oder beide Kältemaschinen selbsttätig
ein- und abschaltet, wobei die Steuereinrichtung mit einer Verzögerungsvorrichtung
versehen ist, welche die Zuschaltung einer der Kältemaschinen verzögert. Auf diese
Weise ist es möglich. bei Gewährleistung günstiger Lastverteilung das Zuschalten
einer Maschine selbsttätig so lange zurückzustellen, bis die in Betrieb befindliche
Maschine den Leistungsbedarf unter keinen Umständen mehr zu decken in der Lage ist.
Ein überregeln wird so wirksam verhindert. An sich war es auch bekannt, Kältemaschinen
mittels auf den Druck des Kältemittels ansprechender Impulsgeber unter Verwendung
von Verzögerungseinrichtungen selbsttätig zu steuern.
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Ein Ausführungsbeispiel der Klimaanlage nach der Erfindung ist in
der Zeichnung in einem schematischen Grundriß und in Verbindung mit dem Schaltschema
der zugehörigen Steuereinrichtung veranschaulicht.
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Durch eine Kammer io, die durch einen Kanal i i an die Außenluft und
durch einen Kanal 12 an die Raumluft angeschlossen ist, saugt ein von einem Elektromotor
16 angetriebener Lüfter 15 das aus Frischluft und Raumluft bestehende Luftgemisch
über zwei Filtersätze 13, 14 an und drückt die Luft durch einen Kanal
17 in den mit kalter Luft zu speisenden Raum. In der Kammer io sind zwei
Verdampfer 18, i9 einer Kompressions-Kältemaschinenanlage hintereinander angeordnet.
Diese Kältemaschinenanlage besteht aus zwei Maschinenaggregaten 20, 21, zu denen
je ein Verdichter 24 bzw. 28, ferner je ein Kondensator 25 bzw. 29 und schließlich
je ein Aufnehmer 26 bzw. 30 für das flüssige Kältemittel gehören. Aus den
Aufnehmern 26, 30 strömt das verdichtete Kältemittel durch eine Rohrleitung
22 über je ein Expansionsventil 36 bzw. 37 zu den' Verdampfern 18, i9. Aus diesen
Verdampfern saugen die Verdichter 24. 28 das gasförmige Kältemittel durch eine Rohrleitung
23 wieder an. Die Kondensatorrohre 25.:29 liegen in je einem wassergekühlten Behälter
27 bzw. 31. Die beiden Verdichter 24, 28 «-erden durch je einen Elektromotor 32
bz1,v. 34 angetrieben. Die Steuerung der Kältemaschinenanlage erfolgt in Abhängigkeit
von der Raumtemperatur mittels eines Thermometers 35. Bei eintretendem Kältebedarf
werden einer der beiden :Rotoren 32, 34 oder beide Motoren eingeschaltet. Die Expansionsventile
36, 37 werden in Abhängigkeit von der Temperatur des den betreffenden Verdampfer
verlassenden Kältemittels durch Wärmefühler 38 bzw. 39 gesteuert.
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Da sich sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der die Kammer
io durchströmenden Luft innerhalb weiter Grenzen ändern kann, schwankt auch die
Belastung der Verdampfer 18, i9 in erheblichem Maße. Da jedes Kältemaschinenaggregat
nur innerhalb eines eng begrenzten Leistungsbereiches wirtschaftlich arbeitet, wird
bei geringer Leistung zweckmäßig nur das eine Aggregat in Betrieb genommen, während
bei voller Belastung beide-Aggregate arbeiten. Wenn die beiden Kältemaschinenaggregate
für unterschiedliche Leistungen ausgelegt sind, so können ohne weiteres drei verschiedene
Leistungsstufen unter Einhaltung des günstigsten Wirkungsgrades eingestellt werden.
Wenn beispielsweise das Aggregat 2o für eine Normalleistung von io PS und das Aggregat
21 für eine Normalleistung von 2o PS ausgelegt ist, so kann die gesamte Anlage bei
io PS oder bei 2o PS oder bei 30 PS Leistungsbedarf betrieben «-erden, wobei
in jedem dieser drei Fälle der günstigste Wirkungsgrad eingehalten wird. Um diesen
günstigsten Wirkungsgrad bei jedem Leistungsbedarf zu gewährleisten, ist bei dem
Erfindungsgegenstand eine Steuereinrichtung vorgesehen, die stets für die günstigste
Leistungsverteilung sorgt.
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Bei eintretendem Kältebedarf schließt der Thermostat 35 seinen rechten
Kontakt, so daß eine Relaisspule 40 über die sekundäre Windung eines Transformators
41 gespeist wird. Die Primärwindung des Transformators 41 liegt an einem Netz .I2.
Der oberste Schalter des Relais 4.3 überbrückt dann zwei Kontakte. wodurch ein Haltestromkreis
für den Anker des Relais geschlossen wird. Gleichzeitig wird der untere Doppelschalter
des Relais .13 geschlossen, so daß die zu den Antriebsmotoren 32, 34 der Verdichter
sowie zu der Steuereinrichtung führenden Leitungsdrähte 4-. mit dem Netz 42 in Verbindung
stehen. Der Motor 32 des Kältemaschinenaggregates 20 wird dabei über die Schalter
45 und 46 und eine Leitung 47 eingeschaltet. In dem Leitungsnetz .1-. liegt die
Spule 48 eines zweiten Relais 53. Diese Spule 48 wird gespeist, sobald ein Schalter
49 geschlossen ist. Die Schalter .46 und .19 werden durch Vorrichtungen jo bz«-.
52 gesteuert, die unter dem Einfluß des in der Verdichtersaugleitung 23 herrschenden
Druckes stehen. Die Schalter 46, 49 bestehen aus je zwei gelenkig aufeinandergelagerten
Hebelarmen, deren Enden durch eine Feder .46a bzw. 49a miteinander verbunden sind.
Die
beiden Schalter können dann so eingestellt werden, daß sie bei
einem bestimmten Mindestdruck geöffnet und bei einem bestimmten Höchstdruck geschlossen
sind. Zieht der Anker 53 bei stromdurchflossener Spule 48, d. h. bei geschlossenem
Schalter 49, an, so legt er den Schalter 45 derart um, daß der Motor 34 über die
Leiter 55 und 47 an das Netz 44 gelegt wird. Eine an den Anker 53 angeschlossene
Zeitverzögerungseinrichtung 56 beliebiger Bauart sorgt jedoch dafür, daß der Schalter
45 erst nach einer vorbestimmten Zeit umgelegt wird, damit das von dem Motor 34
angetriebene Kältemaschinenaggregat 2i nicht bereits dann in Betrieb gesetzt wird,
wenn das Aggregat 2o den Leistungsbedarf noch befriedigend decken kann. Wenn also
das in Betrieb befindliche Aggregat 2o bei bereits geschlossenem Schalter 49 den
Druck in der Saugleitung 23 doch noch beispielsweise auf 2 kg/cm2 vermindern konnte,
bevor die Verzögerungseinrichtung 56 das Umlegen des Schalters 45 zuließ, öffnet
der Impulsgeber 52 den Schalter 49 wieder, so daß die Spule 48 Wieder stromlos wird
und der Schalter 45 nicht umgelegt . werden kann. Sinkt bei weiterem Betrieb des
Aggregates 2o der Druck in der Saugleitung 23 auf einen Mindestwert, beispielsweise
1,5 kg/cm2, so öffnet der Impulsgeber 5o den Schalter 46, so daß der Motor 32 stillgesetzt
wird. Falls das Aggregat jedoch nicht imstande ist, den Druck in der Saugleitung
23 so weit herabzusetzen, daß sich der Schalter 49 wieder öffnet, oder falls der
Druck innerhalb der Saugleitung 23 über einen bestimmten Höchstwert, beispielsweise
2,5 kg/cm2, steigt, nachdem der Schalter 49 vorher geöffnet worden ist, so schließt
der Impulsgeber 52 den Schalter 49 wiederum. Nach Ablauf der durch die Zeitverzögerungsvorrichtung
56 vorgeschriebenen Zeit zieht der Anker 53 an, so daß der Schalter 45 in seine
obere Lage schnappt und den Motor 34 des Aggregates 21 an das Netz legt. An den
Schalter 45 ist ein Hebel 57 artgelenkt, dessen freies Ende durch eine Feder 58
mit dem freien Ende des Schalterhebels 45 verbunden ist. Unter der Wirkung der Feder
58 schnappt der Schalter aus der Mittelstellung in einer seiner beiden Endlagen,
von denen in der Zeichnung die untere Endlage veranschaulicht ist. Wenn der Anker
53 seine oberste Stellung erreicht hat, greift eine Nase 59 unter den Hebelarm 57
und nimmt diesen mit, so daß die Feder 58 den Schalter 45 in seine obere Stellung
umlegt. Sobald der Anker 53 abfällt, trifft eine Nase 61 auf den Hebelarm 57 auf,
so daß der Schalter 45 in seine untere Stellung schnappt. In der oberen Lage des
Schalters 45 liegt weiter ein Schalter 62 in Reihe zum Motor 32. Dieser Schalter
62, der von einem Druckimpulsgeber 63 gesteuert wird, ist ebenfalls mit einer Schnappfeder
62d versehen, die den Schalter 62 öffnet, sobald der Druck in der Saugleitung 23
unter einen bestimmten Mindestwert, beispielsweise 2,5 kg/cm2, fällt. Wenn also
der Druck in der Saugleitung 23 den Wert 2, 5 kg/em2 unterschreitet und dabei das
Kältemaschinenaggregat 21 in Betrieb ist, so wird der Schalter 62 geöffnet und hierdurch
der Motor 32 abgeschaltet, also das Aggregat 20 stillgesetzt. In diesem. Betriebszustand
deckt das Aggregat 2i den gesamten Leistungsbedarf. Herrscht bei in Betrieb befindlichem
Aggregat 2i innerhalb der Sangleitung 23 ein Druck über 2,5kg/cm2, so bleibt der
Schalter 62 geschlossen. Nachdem jedoch der Schalter 62 durch den Impulsgeber 63
geöffnet worden ist, hält die Feder 62 den Schalter so lange in der Offenlage, bis
der Druck innerhalb der Saugleitung wieder angestiegen ist, beispielsweise den Wert
3 kg/cm2 erreicht hat. Falls das Aggregat 21 nicht in der Lage ist, den Leistungsbedarf
der Klimaanlage zu decken, so nimmt der Druck in der Saugleitung 23 einen so hohen
Wert an, daß der Schalter 62 geschlossen und hierdurch der Motor 32 ebenfalls angetrieben
wird. In diesem Fall sind beide Aggregate 20, 2 i in Betrieb.
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Wenn durch den Betrieb der Klimaanlage die Raumtemperatur hinreichend
gesenkt worden ist,.bewegt sich der Thermostat 35 nach links, so daß die Spule 4o
kurzgeschlossen und der Schalter 43 geöffnet wird. Hierdurch werden beide Kältemaschinenaggregate
außer Betrieb gesetzt.
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Bei der beschriebenen Kältemaschinenanlage werden die Motor- und Steuerstromkreise
beider Aggregate gespeist, sobald ein Kältebedarf eintritt, wobei die druckabhängigen
Impulsgeber 52, 63 die Aggregate 20, 21 in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage
ein- und ausschalten. Hierbei ist der in der Saugleitung 23 herrschende Druck ein
Maßstab für die Größe der Belastung. Auf diese Weise wird die Klimaanlage stets
so betrieben, daß der größtmögliche Wirkungsgrad erreicht ist.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform sind sowohl die Kältemaschinenaggregate2o,
2 i als auch die Verdampfer 18, i9 parallel zueinander geschaltet und haben eine
gemeinsame Saug- und Druckleitung. Die Erfindung ist jedoch ohne weiteres auch bei
solchen Klimaanlagen anwendbar, bei denen jeder Verdampfer eine besondere Saugleitung
aufweist.