NO126151B

NO126151B -

Info

Publication number: NO126151B
Application number: NO69143A
Authority: NO
Inventors: K Hallgren
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1968-01-26
Filing date: 1969-01-14
Publication date: 1972-12-27
Also published as: ES362611A1; BE726260A; SE344632B; JPS5130477B1; CA933260A; GB1248230A; CH505426A

Description

Varmefølersystem. Heat sensor system.

Oppfinnelsen vedrører et varmefølersystem for. styring The invention relates to a heat sensor system for steering

av temperaturforholdene i oppholdsrom som benyttes -av levende vesener, f.eks. mennesker, med en varmeføler som ér påvirket av konveksjons-strømning og kan oppvarmes kontinuerlig. • of the temperature conditions in living spaces used - by living beings, e.g. people, with a heat sensor that is affected by convection flow and can be continuously heated. •

De vanlige varmefølere i bolig- og arbeidsrom for mennesker, staller' og andre rom for dyr osv. måler vanligvis iare temperaturen til den omgivende luft, som på grunn av konveksjonen strømmer forbi føleren. Erfaringen har imidlertid vist at man hermed ikke tilfredsstiller kravene til velvære. En romoppvarmning, som ved sittende eller rolig beskjeftigelse blir funnet som behagelig, The usual heat sensors in living and working rooms for people, stables and other rooms for animals, etc. usually measure the temperature of the surrounding air, which due to convection flows past the sensor. However, experience has shown that this does not satisfy the requirements for well-being. A space heater, which is found to be comfortable during sitting or quiet occupation,

kan ved kroppslig arbeide føre til svetting. Omvendt er en romoppvarmning som ved kroppslig arbeid blir funnet behagelig, for liten can lead to sweating during physical work. Conversely, a room heater that is found pleasant during physical work is too small

ved rolig beskjeftigelse. Videre spiller den innfallende varme- og kuldestråling en meget stor rolle. Den som mottar strålingsvarme (fra solen eller et strålingsvarmelegeme) finner en lavere romtemperatur behagelig enn en annen person, som ikke er utsatt for varmestråling. by quiet occupation. Furthermore, the incident heat and cold radiation plays a very large role. Someone who receives radiant heat (from the sun or a radiant heater) finds a lower room temperature comfortable than another person, who is not exposed to heat radiation.

Det er kjent en automatisk elektrisk reguleringsinn-retning for romtemperaturer, ved hvilken varmeføleren er anordnet i et med luftgjennomgangsåpninger utstyrt hus og kan oppvarmes ekstra ved hjelp av valgvis innkoplbare varmemotstander. Blir varmemotstanden betjent i avhengighet av varmefølerens verdier fremkommer en termisk tilbakeføring. Blir varmemotstanden kontinuerlig innkoplet, så måler føleren en for høy romtemperatur og det fremkommer en temperatursenkning. An automatic electrical regulation device for room temperatures is known, in which the heat sensor is arranged in a housing equipped with air passage openings and can be heated additionally with the help of optionally switchable heating resistors. If the heating resistance is operated in dependence on the heat sensor's values, a thermal return occurs. If the heating resistance is continuously switched on, the sensor measures an excessively high room temperature and a temperature drop occurs.

Det er også kjent en termostatisk reguleringsk^rets, ved hvilken en kvikksølv-varmeføler på den ene side blir oppvarmet' A thermostatic control circuit is also known, by which a mercury heat sensor is heated on one side.

av romtemperaturen og på den annen side av en oppvarmingsmotstand. Den til oppvarmingsmotstanden tilførte elektriske effekt er avhengig av varmefølerens utgangssignal. Også her tjener oppvarmingsmotstanden som termisk tilbakeføring. of the room temperature and on the other hand of a heating resistor. The electrical power supplied to the heating resistor is dependent on the heat sensor's output signal. Here, too, the heating resistor serves as thermal feedback.

Likeledes er det kjent en reguleringskrets som har tre bimetall-varmefølere. Den første og den andre føler reagerer kun på romtemperaturen, mens den tredje føler reagerer på romtemperaturen og varmestrålingen. Den andre og den tredje føler er koblet slik mot hverandre at bare strålingspåvirkningen blir merkbar. Romtemperatur-påvirkningen fra den første føler og strålingspåvirkningen til den andre og tredje føler blir knyttet sammen i en reguleringskobling. Den første og den tredje føler blir dessuten oppvarmet i avhengighet av følestillingen. Likewise, a control circuit is known which has three bimetallic heat sensors. The first and second sensors only react to the room temperature, while the third sensor reacts to the room temperature and heat radiation. The second and third sensors are connected to each other in such a way that only the radiation effect becomes noticeable. The room temperature influence from the first sensor and the radiation influence of the second and third sensors are linked together in a regulation link. The first and the third sensor are also heated depending on the sensor position.

Det er allerede kjent å anordne motstanden med en negativ temperaturkoeffisient (NTC-motstand) som temperaturføler i en motstandsbro. Motstandsverdien ved de forskjellige tidspunkt blir målt og tatt som mål for temperaturen. It is already known to arrange the resistor with a negative temperature coefficient (NTC resistor) as a temperature sensor in a resistance bridge. The resistance value at the various times is measured and taken as a measure of the temperature.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er The task underlying the invention is

å tilveiebringe et varmefølersystem av den innledningsvis nevnte type, som tillater en måling og tilpasning av komfortsonen til et levende vesen. Under betegnelsen "komfortsone" forstås herved de betingelser, som i fellesskap hos et menneske frembringer følelsen av at det i rommet er akkurat passe varmt. Målinger har vist at denne følelse er tilstede i det området hvor hudens temperatur er ca. 33°C. Dette til- to provide a heat sensor system of the initially mentioned type, which allows a measurement and adaptation of the comfort zone of a living being. The term "comfort zone" is understood here as the conditions which together produce in a person the feeling that the room is just the right temperature. Measurements have shown that this feeling is present in the area where the skin's temperature is approx. 33°C. This to-

svarer en temperatur ved bekledningens utside på ca. 26°C. Den nøyaktige "komforttemperatur" avhenger av aktivitetsnivået for den person som befinner se.g i rommet, (f.eks. vedhugging, skrivebordsarbeid, spising). Den synker med stigende aktivitetsnivå. Por andre levende vesener gjelder tilsvarende forhold. corresponds to a temperature on the outside of the clothing of approx. 26°C. The exact "comfort temperature" depends on the activity level of the person in the room (eg chopping wood, desk work, eating). It decreases with increasing activity level. Similar conditions apply to other living beings.

Denne oppgave blir løst ifølge oppfinnelsen ved at varmeføleren har en overflate som kan oppta en varmestråling fra rommet eller kan avgi en ^varmestråling til rommet og at det kontinuerlig til føleren tilføres en innstillbar varmeeffekt som svarer til aktivitetsnivået for et levende vesen, slik at overflatetemperaturen for føleren som nominell verdi for varmefølersystemet er omtrent lik komforttemperaturen for det levende -vesen. This task is solved according to the invention in that the heat sensor has a surface that can absorb a heat radiation from the room or can emit a heat radiation to the room and that an adjustable heat effect is continuously supplied to the sensor that corresponds to the activity level of a living being, so that the surface temperature for the sensor as a nominal value for the heat sensor system is approximately equal to the comfort temperature for the living being.

I innstillet tilstand for varmefølersystemet har man følgelig ved følerens overflate den komforttemperatur som.svarer til det innstilte aktivitetsnivå. Avvikelser fra denne komforttemperatur fører til en reguleringsprosess ved hvilken en eller flere faktorer som påvirker komfortfølelsen blir forandret så lenge til føleroverflaten igjen har inntatt komforttemperaturen. Den på grunn av oppvarmingen over omgivelsestemperaturen liggende følertempe.ratur tilsvarer en likevektstilstand mellom den opptatte og den avgitte varmeenergi. Herved blir det ikke bare tatt hensyn til omgivelsestemperaturen ,. men også hastigheten til den forbistrømmende luft, den stråling som treffer føleren og naturligvis også den varmeeffekt som er innstilt i samsvar.med aktivitetsnivået. Dette svarer omtrent, til tilstanden ved huden til et levende vesen, fra hvilken det kontinuerlig avgrs varme i samsvar med den indre forbrenning, hvorved varme-avgivningen retter seg etter omgivelsestemperaturen, etter den mot huden treffende varmestråling osv.. In the set state for the heat sensor system, the surface of the sensor therefore has the comfort temperature which corresponds to the set activity level. Deviations from this comfort temperature lead to a regulation process whereby one or more factors that affect the feeling of comfort are changed until the sensor surface has once again reached the comfort temperature. The sensor temperature, which is above the ambient temperature due to the heating, corresponds to a state of equilibrium between the absorbed and the emitted heat energy. In this way, not only the ambient temperature is taken into account. but also the speed of the air flowing past, the radiation that hits the sensor and of course also the heating effect that is set in accordance with the level of activity. This roughly corresponds to the condition of the skin of a living being, from which heat is continuously emitted in accordance with the internal combustion, whereby the heat output is adjusted according to the ambient temperature, according to the heat radiation hitting the skin, etc.

En særlig god tilpasning oppnås, hvis føleroverflaten har en varmestrålings-absorbsjonskoeffisient, som tilsvarer den for et levende vesen. Denne koeffisient kan derved være tilpasset et men-neskes hud eller pelsen på et dyr. A particularly good adaptation is achieved if the sensor surface has a heat radiation absorption coefficient, which corresponds to that of a living being. This coefficient can thereby be adapted to a human skin or the fur of an animal.

Det foretrukkede anvendelsesformål består deri, at varmefølersystemet er koblet inn i en styringskrets på en slik måte, at følerens overflatetemperatur blir holdt konstant på en verdi som tilsvarer det levende vesens komforttemperatur. The preferred purpose of application is that the heat sensor system is connected to a control circuit in such a way that the surface temperature of the sensor is kept constant at a value that corresponds to the living being's comfort temperature.

Ved -et utførelseseksempel for oppfinnelsen er føleren en NTC-motstand, som får tilført den forutbestemte varmeeffekt ved hjelp av en strøm som går igjennom den. Det er kjent å benytte en NTC-motstand som temperaturføler. Her blir i tillegg den egenskap utnyttet, at de fleste NTC-motstandsmaterialer har en strålingsab-sorberende overflate, som ligger i de områder som er av interesse her. Dessuten kan den gis den ønskede temperatur over romtemperatur ved hjelp av den gjennomgående strøm. In an exemplary embodiment of the invention, the sensor is an NTC resistor, which is supplied with the predetermined heating effect by means of a current passing through it. It is known to use an NTC resistor as a temperature sensor. Here, in addition, the property that most NTC resistance materials have a radiation-absorbing surface, which lies in the areas of interest here, is exploited. Moreover, it can be given the desired temperature above room temperature by means of the continuous current.

I mange tilfelle anbefales det imidlertid å tilføre den som føler benyttede NTC-motstand den forutbestemte varmeeffekt ved hjelp av en hosliggende elektrisk oppvarmingsinnretning. Herved er måling og effekttilførsel uavhengig av hverandre. In many cases, however, it is recommended to supply the sensing NTC resistor with the predetermined heating effect by means of an adjacent electrical heating device. In this way, measurement and power supply are independent of each other.

NTC-motstand kan være anordnet i en i og for seg kjent brokobling. Herved skulle matespenningen til brokoblingen være regulerbar, for på enkel måte å kunne forandre aktivitetsnivået. NTC resistance can be arranged in a bridge connection known per se. In this way, the supply voltage to the bridge connection should be adjustable, in order to be able to change the activity level in a simple way.

Ved et annet utførelseseksempel er det sørget for at i et i og for seg kjent termostatisk system med romføler har følerover-flaten varmestrålingsabsorberende egenskaper og blir påvirket av konveksjon og stråling fra omgivelsen samt av en kontinuerlig virkende oppvarmingsinnretning. Som romføler kan det benyttes f.eks. en bi-metallføler eller en føler fylt med et utvidelsesstoff. Som utvidelsesstoff er damp, en væske eller et fast stoff egnet. In another exemplary embodiment, it is ensured that in a thermostatic system known per se with a room sensor, the sensor surface has heat radiation absorbing properties and is affected by convection and radiation from the surroundings as well as by a continuously operating heating device. As a room sensor, it can be used e.g. a bi-metal sensor or a sensor filled with an expansion agent. Vapor, a liquid or a solid are suitable as expansion agents.

Videre er det fordelaktig, hvis føleren er anordnet på et sted i rommet, hvor dens følerflate foruten av konveksjonen også blir påvirket av eventuell stråling. Hvis det skal tas hensyn til den stråling som faller inn gjennom vinduet, er det ikke hensikts-messig å anordne føleren umiddelbart under vinduet; den burde ha en avstand på 1 - 2 meter fra vinduet. I rom, som arbeider med en tak-strålingsoppvarming, bør føleren være anordnet slik at den står under påvirkning fra strålingsvarmen. Furthermore, it is advantageous if the sensor is arranged in a place in the room, where its sensor surface is affected not only by convection but also by possible radiation. If the radiation falling in through the window is to be taken into account, it is not appropriate to arrange the sensor immediately below the window; it should have a distance of 1 - 2 meters from the window. In rooms that work with ceiling radiant heating, the sensor should be arranged so that it is under the influence of the radiant heat.

Oppfinnelsen blir i det følgende nærmere forklart ved hjelp av eksemplet på utførelsen som er fremstilt på tegningen, som viser: Fig. 1 et varmefølersystem ifølge oppfinnelsen med NTC-motstand, In the following, the invention is explained in more detail using the example of the design shown in the drawing, which shows: Fig. 1 a heat sensor system according to the invention with NTC resistance,

fig. 2 et varmefølersystem med en noe annen oppbygging, fig. 2 a heat sensor system with a slightly different structure,

fig. 3 et varmefølersystem med en føler fylt med utvidelsesstoff, og fig. 3 a heat sensor system with a sensor filled with expansion material, and

fig. h et rom med flere innstallerte følere. fig. h a room with several installed sensors.

På fig. 1 er en NTC-motstand 1 anordnet i brokobling med tre andre motstander 2, 3 og 4. Brospenningen blir tilført ved hjelp av en regulerbar spenningskilde 5. Ved klemmene 6 kan det tas In fig. 1 is an NTC resistor 1 arranged in a bridge connection with three other resistors 2, 3 and 4. The bridge voltage is supplied by means of an adjustable voltage source 5. At the terminals 6 it can be taken

ut en styrespenning. Den regulerbare spenningskilde 5 kan f.eks. out a control voltage. The adjustable voltage source 5 can e.g.

være dannet av en over en fast spenning liggende spenningsdeler. be formed by a tension component lying above a fixed tension.

På grunn av NTC-motstanden 1 strømmer det i avhengighet av innstillingen til spenningskilden 5 en strøm, som tilfører en NTC-motstand bestemt varmeeffekt. Dessuten står NTC-motstanden Due to the NTC resistor 1, depending on the setting of the voltage source 5, a current flows, which supplies an NTC resistor determined heating effect. Also stands the NTC resistor

under påvirkning fra konveksjonsstrømningen og den tilstedeværende varmestråling. Følgelig innstiller det seg på dens overflate en temperaturlikevekt. Styrespenningen ved klemmene 6 er et mål for denne likevektsspenning. under the influence of the convection flow and the heat radiation present. Consequently, a temperature equilibrium is established on its surface. The control voltage at terminals 6 is a measure of this equilibrium voltage.

På fig. 2 blir denne bro drevet av en konstant spenning 7, som ikke har noen eller bare meget liten innvirkning på temperaturforholdene til NTC-motstanden 1. I steden for er det til motstanden tilordnet en varmevikling 8, over hvilken det ved hjelp av en regulerbar spenningskilde 9 kan tilføres en forutbestemt varmeeffekt til NTC-motstanden. Også i dette tilfelle innstiller det seg en like-vektstemperåtur på overflaten til motstanden, hvis størrelse blir angitt videre ved hjelp av styrespenningen 6. In fig. 2, this bridge is driven by a constant voltage 7, which has no or only very little effect on the temperature conditions of the NTC resistor 1. Instead, a heating winding 8 is assigned to the resistor, over which, by means of an adjustable voltage source 9 a predetermined heating effect can be applied to the NTC resistor. In this case too, an equilibrium temperature is established on the surface of the resistor, the size of which is further indicated by means of the control voltage 6.

På fig. 3 er det vist en føler 10, som er fylt med væske. Den står over et kapillarrør 11 i forbindelse med en ventil 12. Denne styretilførselen av varmemedium til et varmelegeme 13 i det rom som overvåkes av føleren 10. Rundt føleren er det lagt en varmevikling 14, som over en regulerbar spenningskilde 15 blir til-ført en bestemt strøm, hvis varmeeffekt blir overført til føleren 10. Overflaten til føleren 10 er således utformet, at den såvel kan oppta som avgi stråling. Følgelig blir den ventilen 12 styrt i avhengighet av omgivelsestemperaturen, den på føleren 10 innvirkende varmestråling og det ved hjelp av strømmen i varmeviklingen 14 be-stemte aktivitetsnivå. Hele anordningen danner følgelig en reguleringskrets, ved hvilken overflatetemperaturen til føleren 10 blir holdt på en konstant verdi som svarer til det levende vesens komforttemperatur. In fig. 3, a sensor 10 is shown, which is filled with liquid. It stands above a capillary tube 11 in connection with a valve 12. This control supply of heating medium to a heating element 13 in the room that is monitored by the sensor 10. A heating coil 14 is placed around the sensor, which via an adjustable voltage source 15 is fed a specific current, the heat effect of which is transferred to the sensor 10. The surface of the sensor 10 is designed in such a way that it can absorb as well as emit radiation. Consequently, the valve 12 is controlled in dependence on the ambient temperature, the heat radiation acting on the sensor 10 and the activity level determined by means of the current in the heating coil 14. The entire device consequently forms a control circuit, whereby the surface temperature of the sensor 10 is kept at a constant value which corresponds to the living being's comfort temperature.

På fig. 4 er det vist et rom 16 med et vindu 17, In fig. 4 shows a room 16 with a window 17,

hvilket rom har en vesentlig dybde. Det oppvarmes av et langsgående oppvarmingslegeme 18 og dessuten av en takoppvarming, som er oppdelt i fire avsnitt 19, 20, 21, 22. Hver takoppvarmingsdel er tilordnet et varmefølersystem 23 - 26 ifølge oppfinnelsen. Det langsgående varmelegeme 18 overtar grunnoppvarmingen. Takoppvarmingsdelene 19-22 blir styrt individuelt av de tilhørende systemer 23 - 26. which room has a significant depth. It is heated by a longitudinal heating body 18 and also by a roof heating, which is divided into four sections 19, 20, 21, 22. Each roof heating part is assigned a heat sensor system 23 - 26 according to the invention. The longitudinal heating element 18 takes over the basic heating. The roof heating parts 19-22 are controlled individually by the associated systems 23-26.

Herved oppnås at det på en meget kald vinterdag uten sol blir av-levert vesentlig mer strålingsvarme fra takoppvarmingsdelen 19 enn fra del 22, for å gi en person som sitter i nærheten av vinduet den samme følelse av velbehag som en person som sitter i den bakerste del av rommet. Omvendt må ved solinnstråling gjennom vinduet 17 delen 22 arbeide vesentlig sterkere enn delen 19. This achieves that on a very cold winter day without sun, significantly more radiant heat is delivered from the roof heating part 19 than from part 22, to give a person sitting near the window the same feeling of well-being as a person sitting in the back part of the room. Conversely, in the case of solar radiation through window 17, part 22 must work significantly harder than part 19.

Claims

1. Heat sensor system for a facility for controlling the temperature conditions in living spaces used by living beings, with a heat sensor that is affected by a convection flow and can be heated continuously, characterized in that the heat sensor has a surface that can absorb heat radiation from the room or can emit a heat radiation to the room and that the sensor is continuously supplied with an adjustable heating effect that corresponds to the activity level of a living being, so that the surface temperature for the sensor as a nominal value for the heat sensor system is approximately equal to the comfort temperature for the living being.

2. Heat sensor system according to claim 1, characterized in that the sensor surface has a heat radiation absorption coefficient, which corresponds to that of a living being.

3. Heat sensor system according to one of claims 1-2, characterized in that the sensor is an NTC resistor which is supplied with the predetermined heating effect by means of a continuous current.

4. Heat sensor system according to one of claims 1-2, characterized in that the sensor is an NTC resistor, which is supplied with the predetermined heating effect by means of an adjacent electric heating device.

5. Heat sensor system according to claim 3 or 4, characterized in that the NTC resistor is arranged in a bridge connection known per se.

6. Heat sensor system according to one of claims 1-2, characterized in that in a known per se thermostatic system with a room sensor/ e.g. a bimetallic sensor or a sensor filled with an expansion substance, the sensor surface has heat radiation absorbing properties and is affected by the convection and radiation from the surroundings as well as by a continuously operating heating device.