DE3887451T2

DE3887451T2 - Klimaanlage mit Aussenluft-Einlassmechanismus.

Info

Publication number: DE3887451T2
Application number: DE3887451T
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Hayata; Motoshi Miyanaka; Keiji Sato; Toyo Sumi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-02
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2008-10-25
Also published as: EP0315573B1; EP0315573A3; US4941326A; JPH068697B2; DE3887451D1; EP0315573A2; JPH01121648A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage mit einem Außenluft-Einlaßmechanismus und, insbesondere, auf eine Steuerungsanlage und ein Verfahren zur Optimierung der Fähigkeit, Außenluft zu kühlen in Reaktion auf Veränderungen in der Kühlbelastung und/oder der Lüftmenge.
Bei einem herkömmlichen System zur Steuerung einer Klimaanlage wird ein Außenluft-Einlaßdämpfer in der Weise angetrieben, daß, während der als Raumtemperatur-Sensor dienende Kühlthermostat auf EIN steht, die Temperatur einer aus Raum-Rückluft und Außenluft gemischten Luft sich an einen Sollpunkt eines Mischluft-Thermostats angleicht, dessen Sollpunkt nur manuell eingestellt werden kann, und daß, während der Kühlthermostat auf AUS steht, die Öffnung des Außenluft-Einlaßdämpfers auf die kleinste Öffnungsgröße gestellt ist.
In US-Patent Nr. 4,244,193 wird ein Beispiel eines Typs von Kühlsystem beschrieben, in dem Außenluft verwendet wird. In diesem System wird zur Verringerung der durch das Kühlsystem verbrauchten Energie durch den Einsatz einer einfach aufgebauten und montierten Zusatzanlage Außenluft verwendet.
Diese Art von Zusatzanlage wird zusammen mit einer mechanischen Kühlanlage verwendet, um diese Kühlanlage durch die Verwendung von Außenluft bei der Kühlung eines Raumes zu unterstützen.
Um die Raumlufttemperatur zuerst auf einen mittleren Wert zu verringern, kommt eine mechanische Kühlanlage oder eine Kombination einer mechanischen Kühlanlage mit einer Zusatzanlage zum Einsatz.
Der Raum wird auf eine vorher festgesetzte niedrige Temperatur gekühlt, während ein Außenlufttemperatur-Reaktionslüfter zur Einführung von Außenluft verhältnismäßig niedriger Temperatur in den Raum betrieben wird, wenn die Raumtemperatur niedriger ist, als eine vorbestimmte Temperatur.
Diese Art herkömmlicher Anlage ist so konstruiert, daß die Mischluft-Temperatur durch manuelle Wahlschalter-Betätigung eingestellt wird, ohne daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Einstellen der Mischluft-Temperatur in Reaktion auf Veränderungen in der Kühllast und der Lüftmenge optimieren könnten. Wenn die Kühllast ein Niveau der Mischlufttemperatur überschreitet, das zum Zeitpunkt der Anfangseinstellung angegeben wurde, wird die Kühlleistung für die Erhaltung der angestrebten niedrigen Temperatur unangemessen, und wenn die Lüftmenge den Sollwert unterschreitet, wird die Kühlleistung auch unangemessen, worauf der Benutzer die Mischluft-Temperatur auf einen niedrigeren Wert setzen muß. Umgekehrt, wenn die Kühllast das anfangs festgesetze Niveau unterschreitet oder wenn die Lüftmenge höher wird, wird die Kühlleistung viel zu hoch und der Kühlthermostat schaltet ab. Dann wird jedoch die Öffnung des Außenluft-Einlaßdämpfers auf ein Mindestmaß verringert und das Innere des Raumes mit Luft beschickt, deren Temperatur im wesentlichen der Raum-Rückluft-Temperatur entspricht, was zu einer höheren Schwankungsbreite in der Temperatur der ausgestoßenen Luft führt.
Eine Klimaanlage dieser allgemeinen Art wird in US-A-4 379 484 vorgestellt. Bei dieser Klimaanlage wird die Temperatur der Ausstoßluft, die vom Innenlüfter 20 ausgestoßen wird, manuell auf einen festen Wert eingestellt. Diese bekannte Klimaanlage hat auch eine Vergleichseinrichtung zum periodischen Vergleich der tatsächlichen Ausstoßluft-Temperatur mit dem Ausstoßluft- Temperatur-Sollwert. Wenn die Außenlufttemperatur niedriger ist als der gewählte Sollwert und die Ausstoßlufttemperatur höher ist als der Sollwert, dann wird der Dämpfer auf die größte mögliche Öffnung gestellt. Andererseits wird der Dämpfer auf die geringste mögliche Öffnung gestellt, wenn die Ausstoßluft-Temperatur niedriger ist als der Sollwert.
Die Vergleichseinrichtung wird verwendet zum periodischen Vergleich der Ausstoßluft-Temperatur mit dem Ausstoßluft- Temperatur-Sollwert. Das Patent weist jedoch keinen Mischluft- Temperatur-Anfangs-Sollpunkt auf, der aufgrund des Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung verändert wird. Die Ausstoßluft-Temperatur wird einmal manuell eingestellt und bleibt bis zur nächsten manuellen Veränderung fest. Der Sollwert der Ausstoßluft wird im Verhältnis einer Veränderung der Raumtemperatur nicht verändert. Deshalb zieht eine falsche manuelle Einstellung eine unzureichende Kühlung nach sich oder einen unökonomischen Kühlbetrieb des Kompressors.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Klimaanlage vorzusehen, bei der die Mischluft-Temperatur automatisch eingestellt wird, und nicht manuell durch den Benutzer, während diese Temperatur unter Berücksichtigung von Veränderungen der Kühllast und/oder Lüftmenge optimiert wird, wobei es bei dieser Klimaanlage auch möglich ist, ein abruptes Ansteigen der Ausstoßluft-Temperatur zum Zeitpunkt des Abschaltens des Kühlthermostats zu minimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in Anspruch 1 beschriebene Klimaanlage gelöst und durch ein Verfahren, eine Klimaanlage zu betreiben, wie es in Anspruch 7 beschrieben ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Klimaanlage der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des gesamten Systems in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Details einer Dämpferantriebsvorrichtung;
Fig. 3 ist ein Funktionsblockschaltbild der Ausführungsform von Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Mikrocomputersteuerung;
Fig. 5 ist eine Kurvendarstellung von Veränderungen der Raum-Innenbelastung, der Dämpferöffnung, der Mischlufttemperatur und der Raumtemperatur für ein auf der herkömmlichen Technik beruhendes und ein auf der vorliegenden Erfindung beruhendes System;
Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung eines Teils eines anderen Beispiels der Luftzufuhr; und
Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels der Luftzufuhr.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Fig. 1 zeigt das ganze System eines luftgekühlten und geteilten (split) Typs van Klimaanlage, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird. Eine Außeneinheit 5, die aus einem Kompressor (MC) 1 besteht, der mit einer Rohranlage 51 zu einem Kühlkreis verbunden ist, einem Kondensator 2, einem Außenlüfter 3, einem Außenlüftermotor (MFC) 3a, und einem Dekompressionsmechanismus 4, der in den Kühlkreis eingebunden ist, ist außen an einem zu kühlenden Raum 52 angebracht. Eine Inneneinheit 15 ist mit einem Zufuhrschacht 20 verbunden, durch den Luft in das Innere des Raums geblasen wird, mit einem Rückführschacht 21, durch den Luft aus dem Inneren des Raumes zurückgeführt wird, und mit einem Außenluftschacht 22, durch den Außenluft in den Raum eingeführt wird. Die Inneneinheit 15 besteht aus einem im Kühlkreis eingebundenen Verdampfer 6, einem Innenlüfter 7, einem drehzahlvariablen Innenlüftermotor (MEF) 7a, einer Dämpferantriebsvorrichtung (DMA) 8 und einem Dämpfer 9, der am Schnittpunkt zwischen dem Rückführschacht 21 und dem Außenluftschacht 22 angeordnet ist, und einer Steuereinrichtung 10, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Ein im Innern eines Außenluftschachts 22 angebrachter Außenluft-Temperatursensor (ThO) 11, ein im Raum 52 angebrachter Raumtemperatursensor (ThR) 12, ein zwischen dem Dämpfer 9 und der Ansaugseite des Verdampfers 6 angebrachter Mischluft-Temperatursensor (ThM) 13 und ein im Raum 52 aufgestelltes Fernsteuerpult (RMC) 14 sind jeweils an die Steuereinrichtung 10 mit Hilfe von Signalleitungen angeschlossen.
Die Steuereinrichtung 10 besteht aus einem Steuerteil zur Steuerung des Kompressors, der Lüfter und des Dämpfers, einer Vergleichseinrichtung 101 zum periodischen Vergleichen der Raumtemperatur mit einem Raumtemperatur-Sollpunkt, und einer Änderungseinrichtung 102 zum Ändern eines vorläufig bestimmten Mischluft-Temperatur-Anfangs-Sollpunkts auf der Basis des Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung.
Wenn die Dämpferantriebsvorrichtung (DMA) 8 sich in normaler Drehrichtung dreht, dann dreht sich der Dämpfer 9 in Richtung des Pfeils A, so daß die Menge der in den Raum eingeführten Außenluft erhöht wird, während die Menge der aus dem Raum zurückgeführten Luft verringert wird. Wenn die Dämpferantriebsvorrichtung 8 sich in die andere Richtung dreht, dann dreht sich der Dämpfer 9 in Richtung des Pfeils B, und die Menge der in den Raum eingeführten Außenluft wird verringert, während die Menge der in den Raum zurückgeführten Luft dadurch erhöht wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt, hat die Dämpferantriebsvorrichtung (DMA) 8 einen Vollöffnungs-Grenzschalter (LSP) 17a, der geöffnet wird, wenn der Dämpfer 9 den Weg zur Einführung von Außenluft 60 vollständig öffnet, das heißt, der Dämpfer 9 wird in eine Stellung 53 bewegt, bei der die Menge der fließenden Raumrückluft 61 Null wird, und einen Vollverschluß-Grenzschalter (LSN) 17b, der geöffnet wird, wenn der Dämpfer 9 den Außenluft-Einlaßweg ganz verschließt, das heißt, der Dämpfer 9 wird in eine Stellung 54 bewegt, bei der die Menge der dem Raum Zuge führt en Außenluft im Verhältnis zur Menge der in den Raum zurückgeführten Luft Null wird. Diese Grenzschalter sind an die Steuereinrichtung 10 angeschlossen. Ein Potentiometer (PTM) 18 ist an den Dämpfermotor (MD) 16 derart angeschlossen, daß es in verbundener Beziehung mit der Drehbewegung des Dämpfermotors 16 bewegt wird, und daß der Widerstand des Potentiometers sich im Verhältnis zu dieser Drehbewegung verändert. Der Dämpfermotor (MD) 16 ist ein reversibler Motor, der in die normale Drehrichtung dreht (angezeigt durch den Pfeil A), wenn an diesen Motor eine Spannung an das an eine Spannungsquelle 160 angeschlossene Klemmenpaar P und C angelegt wird. Er dreht sich in der anderen Drehrichtung (angezeigt durch den Pfeil B), wenn eine Spannung an ein Klemmenpaar N und C angelegt wird. Er dreht sich nicht, wenn an keines dieser Klemmenpaare eine Spannung angelegt ist. Ein Klemmenpaar R1 und R2 wird zur Feststellung des Widerstandes des Potentiometers (PTM) 18 verwendet. In Reaktion auf einen der dabei ermittelten Widerstandswerte wird die Mindestöffnung des Dämpfers durch Mikrocomputerverarbeitung festgelegt.
Fig. 3 ist ein Schaltbild zur Gesamtsteuerung dieser Klimaanlage.
Die Steuereinrichtung 10 weist Verbindungen zu anderen Teilen auf, so daß sie mit Ausgangssignalen vom Fernsteuerpult (RMC) 14 versorgt wird, die den Einstellungen folgender Schalter entsprechen: eines Drehschalters 14a, eines Schwachwindschalters (SFL) 14b, eines Starkwindschalters (SFH) 14c, eines Kühlschalters (SC) 14d und einer Raumtemperatur-Einstellvorrichtung (ATRMS) 14e; weiter mit Signalen, denen erfaßte Ausgangswerte vom Außentemperatursensor (ThO) 11, vom Raumtemperatursensor (ThR) 12, vom Mischluft-Temperatursensor (ThM) 13 und vom Potentiometer (PTM) 18 entsprechen; und Signale, denen die Einstellungen der Dämpfer-Mindestöffnungs-Einstellvorrichtung (AMO) 19a, einer Mischlufttemperatur-Einstellvorrichtung (ATMS) 19b und einer Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Einstellvorrichtung (ATOS) 19c entsprechen. Aufgrund dieser Signale führt Steuereinrichtung 10 Vergleichs/Rechen-Vorgänge durch und gibt die Ergebnisse dieser Vorgänge aus.
Ein Relais (ARH) 10a für den Versorgungskontakt des Starkwind- Betriebs des Innenlüftermotors und ein Relais (ARL) 10b für den des Schwachwind-Betriebs des Innenlüftermotors sind zueinander parallel geschaltet an den drehzahlvariablen Innenlüftermotor (MEF) 7a angeschlossen, ein Kompressor-Relais (ARC) 10C ist an den Kompressor (MC) 1a und den Außenlüftermotor (MCF) 3a angeschlossen, so daß es diese Motoren gleichzeitig betreiben kann, und ein Relais für Dämpfer-Normaldrehung (ARP) 10d und ein Relais für Dämpfer-Umkehrdrehung (ARN) 10e sind an den Dämpfermotor (MD) 16 angeschlossen. Auf diese Weise werden die einzelnen Motoren gesteuert.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung mit einem Mikrocomputer für die Steuerung dieser Klimaanlage. Die Steuereinrichtung weist folgendes auf: einen Eingangskreis 60 zum Eingeben der Raumtemperatur tRM, einer Außenlufttemperatur tO und einer Mischlufttemperatur tM; eine Speicherschaltung 70 zum Speichern eines Raumtemperatur-Sollpunkts tRMS, eines Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkts tMSS, eines Außenluft- Kühl-Umschalt-Außenluft-Temperatur-Sollpunkts tOS, und eines minimalen Dämpfer-Öffnungs-Sollpunkts; einen arithmetischen Verarbeitungsabschnitt 80; und eine Steuerschaltung 90. Der arithmetische Verarbeitungsabschnitt 80 und die Steuerschaltung 90 wirken zusammen zur Steuerung der Öffnung des Dämpfers 9 und des Betriebs des Kompressors 1 und des Innen- und Außenlüfters 3 und 7 durch den Vergleich der Raumtemperatur tRM mit dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS, der Außenlufttemperatur tO mit dem Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenluft-Temperatur-Sollpunkt tOS, und der Mischlufttemperatur tM mit dem Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkt tMSS. Der arithmetische Verarbeitungsabschnitt 80 und die Steuerschaltung 90 steuern den Öffnungsbzw. Schließbetrieb des Dämpfers 9 durch die Verwendung eines veränderten Mischlufttemperatur-Sollpunkts tMS oder eines neuen Wertes des Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkts tMSS, der um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC) höher ist als der ursprüngliche Wert, wenn ein Zustand, in dem die Raumtemperatur tRM niedriger ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS, länger als über einen Zeitraum τ&sub2; (ungefähr eine Minute) angedauert hat, und durch die Verwendung eines weiteren neuen Sollpunkts aus der Verringerung des veränderten Mischlufttemperatur-Sollpunkts tMS um Δt&sub2; (ungefähr 1ºC), wenn ein Zustand, in dem die Raumtemperatur tRM höher als der Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS ist, länger als über einen Zeitraum τ&sub3; (ungefähr drei Minuten) angedauert hat.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Klimaanlage mit Bezug auf Tabelle 1 beschrieben, doch ist die Erfindung im wesentlichen unten beschrieben. Die Raumtemperatur (tRM) und der Raumtemperatur-Sollpunkt (tRMS) werden durch die Vergleichseinrichtung periodisch miteinander verglichen, und die Veränderungseinrichtung verändert den Mischlufttemperatur-Sollpunkt durch Erhöhen des Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkts (tMSS) um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC). Wenn der Betrieb über einen beträchtlichen Zeitraum unter der Bedingung stattgefunden hat, daß tRM ≥ tRMS + α1 (unmerkliche Temperaturveränderung), wird der veränderte Sollpunkt (tMS) noch einmal verändert, indem er um Δt&sub2; (ungefähr 1ºC) verringert wird. Die Antriebssteuerung des Außenlufteinlaßdämpfers, des Außenlüfters, des Innenlüfters und des Kompressors wird danach durch die Steuereinrichtung auf der Basis des in der oben beschriebenen Weise geänderten Raumtemperatur-Sollpunkts fortgesetzt.
Wenn der Mischlufttemperatur-Sollpunkt auf einem niedrigeren Wert festgelegt wird, wird durch den Außenlufteinlaßdämpfer ein Mischen der Außenluft niedriger Temperatur mit der Raumrückluft in größerer Menge ermöglicht, so daß die Mischlufttemperatur verringert und dadurch die Kühlleistung erhöht wird. Im Fall einer umgekehrten Einstellung wird durch den Außenlufteinlaßdämpfer ein Mischen von Außenluft niedriger Temperatur mit einer kleineren Menge von Raumrückluft ermöglicht, so daß die Mischlufttemperatur erhöht und damit die Kühlleistung verringert wird. So kann die Klimaanlage ohne Störung einer optimalen Veränderung in der Einstellung der Mischlufttemperatur in Reaktion auf eine Veränderung in der Kühllast und auch auf eine Fluktuation in der Lüftmenge folgen. Tabelle 1 Betriebsarten Stellung des Betriebschalters Vergleich zwischen Außenlufttemperatur und Außenluft-Kühl-Umschalt-Temperatur Vergleich zwischen Raumtemperatur und Raumtemperatursollwert Stop Lüftung Kühlung Außenluftkühlbereich Kühlthermostat Tabelle 1 (Fortsetzung) Mischtemperatur-Einstellung Einstellungsveränderungsbedingung Sollpunkt nach Einstellungsveränderung Kühlthermostat Für den Fall, daß Zeit τ&sub2; nach dem Wechsel in die AUS-Stellung der Kühlthermostat immer noch AUS ist Für den Fall, daß tRM > τRMS + α&sub2; so lange wie Zeit τ&sub3; oder länger andauert Für den Fall, daß diese Bedingung noch einmal τ&sub3; Min. andauert Fur den Fall, daß dieser Zustand τ&sub3; Min. andauert, auch während der Dämpfer in voll geöffnetem Zustand ist Anfangspunkt Tabelle 1 (Fortsetzung) Dämpferrelaisbetrieb und Dämpferoffnung Drehrichtung der Dämpferbetriebs letzte Dämpferöffnung Schließen Öffnen Stop vollständig geschlossen Minimalöffnung Einstellen vollständig geöffnet Tabelle 1 (Fortsetzung) Betriebszustände des Kühlkreismotors Erläuterung Nr. tO Außenlufttemperatur tRM Raumtemperatur tMSS Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkt tOS Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkt tRMS Raumtemperatur-Sollpunkt tMS Sollpunkt nach Mischlufttemperatur-Korrektur

Erläuterung 1

Wenn der Betriebs-Start/Stop-Schalter (SO/F) 14a des Fernsteuerpults (RMC) 14 während des eingeschalteten Zustands der Spannungsquelle oder während des Betriebs ausgeschaltet wird, schaltet die Steuereinrichtung 10 das Relais für Dämpfer- Umkehrbewegung (ARN) 10e ein, und der Dämpfermotor (MD) 16 dreht dadurch in die umgekehrte Drehrichtung, bis der Vollverschluß-Grenzschalter (LSN) 17b ausgeschaltet wird, so daß der Dämpfer 9 den Außenluftschacht 22 vollständig verschlossen hat und keine Außenluft eingeführt wird. Alle anderen Motoren werden ausgeschaltet und der Betrieb wird nicht gestartet.

Erläuterung 2

Wenn der Starkwind-Schalter (SFH) 14c des Fernsteuerpults (RMC) 14 danach eingeschaltet wird, schaltet die Steuereinrichtung 10 das Relais für Dämpfer-Normaldrehung (ARP) 10d ein und schaltet danach dieses Relais aus, so daß der Dämpfer in einer geöffneten Stellung angehalten wird, wenn die Information über den Drehwinkel, der aus einem vom Potentiometer (PTM) 18 festgestellten Widerstandswert errechnet wird, mit dem Sollpunkt übereinstimmt, der von der Dämpfer-Minimalöffnungs-Einstell-Vorrichtung (AMO) 19a festgelegt wird.
Entsprechend führt der Innenlüfter 7 Außenluft in der bei normalem Betrieb nötigen Menge in den Raum ein. Für den Fall, daß der Schwachwind-Schalter (SFL) 14b eingeschaltet ist, wird der Dämpfer 9 in der gleichen Weise gesteuert.

Erläuterung 3

Wenn der Kühlschalter (SC) 14d des Fernsteurpults (RMC) 14 eingeschaltet wird, während die Außenlufttemperatur tO höher ist als der von der Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkt-Einstell-Vorrichtung (ATOS) 19c eingestellte Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkt (tOS), oder wenn die Raumtemperatur tRM niedriger ist als der von der Raumtemperatur-Einstell-Vorrichtung (ATRMS) 14c eingestellte Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS, während tO ≥ tOS im Kühlbetrieb, wird die Klimaanlage in der gleichen Weise wie in Erläuterung 2 betrieben und der Dämpfer 9 wird in seiner Minimalöffnungsstellung gehalten, da das Relais für Dämpfernormaldrehung (ARP) 10d, das Relais für Dämpferumkehrdrehung (ARN) 10e und das Kompressorrelais (ARC) 10C sich in der Aus-Stellung befinden. In dieser Stellung ist es deshalb nicht möglich, daß Außenluft hoher Temperatur in den Raum in übergroßer Menge eingeführt und so die Raumtemperatur angehoben wird.

Erläuterung 4

Wenn das Verhältnis zwischen der Raumtemperatur tRM und dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS unter den gleichen Bedingungen wie denen in Erläuterung 3, zu tRM ≥ tRMS wird, wird das Kompressorrelais (ARC) 10C eingeschaltet und der Kompressormotor (MC) 1a und der Innenlüftermotor (MCF) 3a dadurch in Betrieb genommen, so daß das System den Kühlbetrieb mit Hilfe des Kühlkreises aufnimmt.

Erläuterung 5

Wenn der Kühlschalter (SC) 14d eingeschaltet wird, während das Verhältnis zwischen der Außenlufttemperatur tO und dem Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkt tOS tO < tOS ist, und wenn die Raumtemperatur tRM höher ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS und nicht höher ist als die unmerkliche Temperaturveränderung (bei der sich die Mischlufttemperatur nicht verändert) α&sub1;, d.h. tRM niedriger ist als tRMS + α&sub1;, dann wird das Kompressorrelais (ARC) 10c ausgeschaltet und es kommt zu keinem Kühlbetrieb mit Hilfe des Kühlkreises. Zu diesem Zeitpunkt wird das Relais für Dämpfernormaldrehung (ARP) 10d eingeschaltet und der Dämpfer 9 dreht in normaler Drehrichtung und wird dann angehalten, wenn das Relais für Dämpfer-Normaldrehung (ARP) 10d bei einer Stellung ausgeschaltet wird, bei der die Temperatur tM der aus Außenluft und Raumrückluft gemischten Luft mit dem von der Mischlufttemperatur-Einstellvorrichtung (ATMS) 19b eingestellten Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkt tMSS übereinstimmt. Da die Außenlufttemperatur tO sich in diesem Fall verändert, werden das Relais für Dämpfernormaldrehung (ARP) 10d und das Relais für Dämpferumkehrdrehung (ARN) 10e ein- bzw. ausgeschaltet, so daß der Dämpfer in normaler bzw. umgekehrter Drehrichtung gedreht wird und so die Mischlufttemperatur tM dem Mischlufttemperatur-Anfangs- Sollpunkt tMSS angleicht und Außenluft-Einfuhr-Kühlung durchführt.

Erläuterung 6

Wenn nach dem Vorgang von Erläuterung 5 ein Zustand, in dem das Verhältnis zwischen der Raumtemperatur tRM und dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS tRM ≤ tRMS ist, über einen Zeitraum τ&sub2; (ungefähr eine Minute) angedauert hat, d.h. der Kühlthermostat des Raumtemperatur-Sensors ganz augeschaltet ist, treibt die Steuereinrichtung 10 den Dämpfer 9 in der Weise an, daß der Dämpfer 9 schließt, wenn die Mischluftemperatur sich dem geänderten Mischlufttemperatur-Sollpunkt tMS angleicht, der dadurch ermittelt wurde, daß der Mischlufttemperatur-Anfangs- Sollpunkt (tMSS) um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC) erhöht wurde, wodurch eine übergroße Kühlung durch eine übergroße Menge an eingeführter Außenluft verhindert wird.

Erläuterung 7

Wenn das Verhältnis zwischen der Raumtemperatur tRM und dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS nach dem Verstreichen einer weiteren Zeit τ&sub2; (ungefähr eine Minute) immer noch tRM ≤ tRMS ist, wird ein Vorgang durchgeführt, bei dem der geänderte Mischlufttemperatur-Sollpunkt tMS zwangsweise zu tMS = tMS + Δt&sub1; gemacht wird, wodurch zur Verhinderung einer übergroßen Kühlung zusätzlich beigetragen wird.

Erläuterung 8

Wenn entsprechend umgekehrt als bei Erläuterung 6, ein Zustand, bei dem tRM > tRMS + α&sub1;, d.h. bei dem die Raumtemperatur tRM um einen Wert der unmerklichen Temperaturschwankung α&sub1; höher ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt, was vor allem dann auftritt, wenn die Gesamt-Flußmenge und die Außenluft-Einfuhrmenge z.B. dadurch verringert werden, daß der Schwachwindschalter (SFL) 14b eingeschaltet wird, über einen Zeitraum τ&sub3; (ungefähr drei Minuten) angedauert hat, wird der geänderte Mischlufttemperatur-Sollpunkt tMS um Δt&sub2; (ungefähr 1ºC) verringert, d.h. tMS = tMS - Δt&sub2; wird bewirkt, wodurch der Dämpfer 9 auf eine größere Öffnung eingestellt wird, so daß Mischluft niederer Temperatur dem Inneren des Raumes zugeführt wird, wodurch ein Kühlleistungsmangel verhindert wird.

Erläuterung 9

Wenn das Verhältnis zwischen der Raumtemperatur tRM und dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS nach dem Verstreichen einer weiteren Zeit τ&sub3; (ungefähr drei Minuten) immer noch tRM > tRMS + α&sub1; ist, wird der gleiche Vorgang wie der in Erläuterung 8 durchgeführt, damit der Mischlufttemperatur-Sollpunkt zur Erhöhung der Kühlleistung noch weiter verringert wird.

Erläuterung 10

Wenn ein Zustand, in dem der Mischlufttemperatur-Sollpunkt tRM ≥ tRMS + α&sub2; (α&sub2; > α&sub1;, α&sub2; ist eine unmerkliche Temperaturveränderung, die größer ist als α&sub1;), über einen Zeitraum τ&sub3; (ungefähr drei Minuten) angedauert hat, selbst nachdem der Dämpfer vollständig geschlossen ist, dann wird das Kompressorrelais (ARC) 10c und damit der Außenlüftermotor (MCF) 3a angeschaltet, so daß das System sowohl die Außenluft-Einfuhr- Kühlung als auch die Kühlkreiskühlung durchführt.
Fig. 5 ist eine Kurvendarstellung von Veränderungen der Raumtemperatur, der Mischlufttemperatur, der Dämpferöffnung und der Innenraumlast während des Betriebs, wobei die gestrichelten Linien die Veränderungen im Fall des herkömmlichen Verfahrens darstellen und die durchgezogenen Linien die schätzungsweisen Veränderungen für den Fall der vorliegenden Erfindung anzeigen. In dieser Darstellung steht tRMS für einen Raumlufttemperatur-Sollpunkt. Auf der Basis dieses Sollpunkts gibt die strichpunktierte Linie a ein Niveau von -1ºC an, die durchgezogene Linie b ein Niveau von α&sub1; = 1ºC und die durchgezogene Linie c ein Niveau von α&sub2; = 3ºC.
In dem Bereich unterhalb der strichpunktierten Linie a, wird der Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkt tMSS durch eine Erhöhung (um Δt&sub1;) verändert. Umgekehrt wird er im Bereich oberhalb der durchgezogenen Linie b durch eine Verringerung (um Δt&sub2;) verändert.
Im Bereich zwischen der strichpunktierten Linie a und der durchgezogenen Linie b mit einer Temperaturdifferenz von ungefähr 2ºC, wird die Mischlufttemperatur nicht verändert. Dieser Bereich wird thermostatunsensibler Bereich genannt. An einem Punkt d wird der Mischlufttemperatur-Anfangs-Sollpunkt tMSS zu einem geänderten Mischlufttemperatur-Sollpunkt tMS verändert.
Wenn der Kühlthermostat über den Zeitraum τ&sub2; (ungefähr eine Minute) nach dem Zeitpunkt, an dem der Mischlufttempertur- Anfangs-Sollpunkt nach tMS verändert wird, immer noch ausgeschaltet ist, wird der Mischlufttemperatur-Sollpunkt um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC) erhöht, d.h. er wird nach tMS + Δt&sub1; verändert. Danach wird der Mischlufttemperatur-Sollpunkt bis zu einem Punkt e nicht mehr verändert. Wenn die Raumtemperatur das Niveau der durchgezogenen Linie b überschreitet, wird der Mischlufttemperatur-Sollpunkt um Δt&sub2; (ungefähr 1ºC) verringert.
Die Raumtemperatur tRM wird über einen Zeitraum τ&sub3; (ungefähr drei Minuten) zwischen Punkt e und Punkt f gemessen. Wenn die Bedingung sich nicht verändert hat, wird der Mischlufttemperatur-Sollpunkt noch einmal um Δt&sub2; (ungefähr 1ºC) stufenweise verringert.
Wenn die Raumtemperatur den Punkt f erreicht, wird der Dämpfer ganz geöffnet. Nachdem ein Zustand, bei dem die Raumtemperatur höher ist als tRMS + α&sub2;, d.h. sie über der durchgezogenen Linie c liegt, über einen Zeitraum τ&sub3; angedauert hat, wird der Kompressor in Betrieb genommen. Zu dieser Zeit wird sowohl die Kühlkreiskühlung als auch die Außenluft-Einfuhr-Kühlung durchgeführt. Wenn die Raumtemperatur einen Punkt g in dem kühlthermostatunsensiblen Bereich erreicht hat, wird der Betrieb des Kompressors eingestellt und es wird nur die Außenluft-Einfuhr-Kühlung durchgeführt. Zu dieser Zeit ist die Dämpferöffnung auf einen Öffnungsgrad 1 eingestellt, der um einen Schritt niedriger ist als die Vollöffnung an einem Punkt h.
Das Dämpferöffnungsdiagramm zeigt, daß die Öffnung verringert wird, wenn die Raumtemperatur unter einen Sollwert tRMS fällt, und sie vergrößert wird, wenn die Raumtemperatur steigt. In diesem Dämpferöffnungsdiagramm ist der Zustand nicht angezeigt, bei dem die Dämpferöffnung auf das Minimum verringert wurde.
Wenn die Messung ab Punkt d über den Zeitraum τ&sub2; (ungefähr eine Minute) eine Raumtemperatur unterhalb der strichpunktierten Linie a ergibt, wird die Dämpferöffnung noch weiter verringert, wenn möglich auf die Minimalöffnung. Die Innenraumlast-Linie ist auf der Basis des Design-Punkts eingetragen, nämlich des Raumtemperatur-Sollpunktes tRMS im Verhältnis zu der sich verändernden Raumtemperatur.
Die wesentlichen Merkmale der Funktionsweise der Klimaanlage mit dem Außenluft-Einfuhrmechanismus liegen darin, daß der Raumtemperatursensor (ThR) oder Kühlthermostat und die Mischlufttemperatur-Anfangs-Einstellungs-Einrichtung (ATMS) 19b für das Halten der Raumtemperatur tRM auf einem vorbestimmten Niveau während des Betriebs vorgesehen sind und daß die Klimaanlage, indem sie während des Betriebs Außenluft einführt, mit einem Mischlufttemperatur-Sollpunkt betrieben wird, der um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC) höher ist als der Mischlufttemperatur- Anfangs-Sollpunkt, solange der Kühlthermostat ausgeschaltet ist, und die Klimaanlage durch Verringern des veränderten Lufttemperatur-Sollpunkts um Δt&sub1; (ungefähr 1ºC) betrieben wird, wenn ein Betriebszustand andauert, bei dem die Raumtemperatur höher ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Mischlufttemperatur-Sollpunkt auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Raumtemperatur und dem Raumtemperatur-Sollpunkt tRMS automatisch optimiert, wodurch das Problem des Kühlleistungsmangels ausgeschlossen werden kann, ohne daß der Benutzer die Raumtemperatur-Einstell-Vorrichtung (ATMS) 19b manuell bedienen muß, wenn sich die Luftflußmenge und/oder die Rauminnenlast verändert. Zugleich kann häufiger An- und Ausschaltbetrieb verhindert werden, wenn der Kühlthermostat während des Außenluft-Einfuhr-Kühlens im ausgeschalteten Zustand ist.
Die Vorteile der automatischen Steuerung der Mischlufttemperatur ohne manuelle Bedienung durch den Benutzer sind die folgenden:
(1) Beim herkömmlichen Verfahren ist es möglich, daß der Kühleffekt unangemessen ist, wenn die Mischlufttemperatur nicht auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird, d.h. wenn die Außenluft-Kühl-Umschalt-Temperatur nicht niedriger eingestellt wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Sollpunkt jedoch automatisch gesteuert werden, wodurch jede wesentliche Verringerung der Kühlwirkung verhindert wird. Zusätzlich wird dadurch der verwendbare Außenlufttemperaturbereich für den Außenluft-Einfuhr-Kühlbetrieb erweitert, so daß der Bereich des Kühlbetriebs unter Verwendung des Kühlkreises verringert wird, wodurch elektrische Energie gespart wird.
(2) Der Grad des abrupten Ansteigens der Raumtemperatur zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kühlthermostat während des Außenluft-Einfuhr-Kühlbetriebs ausschaltet, wird verringert, so daß die Kühlung in Hinblick auf den Komfort verbessert wird.
(3) Es ist nicht nötig in einem Probelauf durch Versuch und Irrtum, passende Werte des geänderten Mischlufttemperatur- Sollpunkts tMS und des Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkts tOS einzustellen, wodurch sich der Probelauf bei der Einrichtung vereinfacht.
In Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel für die Anordnung der Luftschächte abgebildet. Eine Schachteinheit 200 besteht aus einem Schachtglied, das einen Rückluftschacht 201 bildet und aus einem weiteren Schachtglied, das einen Außenluftschacht 202 bildet, wobei sich die Schächte im rechten Winkel schneiden. Die Schachteinheit 200 enthält den Dämpfer 9 und die Dämpferantriebsvorrichtung 8.
Die Schachteinheit 200 kann an der Inneneinheit 15 fest angebracht werden, indem sie mit Hilfe von Schrauben oder dergleichen befestigt wird. Es ist möglich, den Rückluftschacht 201 und den Außenluftschacht 202 an ihrem Ende jeweils durch angesetzte zusätzliche Schachtstücke zu verlängern. Diese Anordnung vereinfacht die Installation, da die Einheit getrennt von der Inneneiheit vorgesehen ist.
In Fig. 7 ist noch ein weiteres Beispiel der Schachtanordnung dargestellt. Eine Außenlufteinlaßöffnung 151 befindet sich in der Rückwand einer Inneneinheit 15A und eine Rücklufteinlaßöffnung 152 im Boden der Inneneinheit 15A. Der Rücklufteinlaß 152 steht mit dem Luftdurchlaß 153 in der Inneneinheit 15A in Verbindung. Der Dämpfer 9 und die Dämpferantriebsvorrichtung 8 sind als Abgrenzung zwischen den Einlässen 151 und 152 angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die Schachtanordnung in die Inneneinheit 15A mit eingebunden, wodurch die Gesamtgröße der Klimaanlage verringert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Fernsteuerpult verwendet, doch beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht nur darauf. Stattdessen kann ein Steuerschalter in der Außen- oder Inneneinheit angebracht werden.
Das erfindungsgemäße System wirkt energiesparend durch das automatische Durchführen der Außenluft-Einfuhr-Kühlung.
Die räumliche Anordnung der Innen- und Außeneinheit, des Außenluftschachts sowie des Rückluftschachts können in der verschiedensten Weise verändert werden, solange dabei von der Grundidee der vorliegenden Erfindung nicht abgewichen wird.
Z.B. kann die Anordnung so sein, daß die Inneneinheit nur einen Lufteinlaß aufweist, in dem der Dämpfer angeordnet ist und der Zweigschächte aufweist, von denen einer einen Außenlufteinlaß und der andere einen Rücklufteinlaß bildet.
Zwar ist in der oben beschriebenen Ausführungsform kein Luftfilter in der Luftzufuhr erwähnt. Es kann jedoch ein Luftfilter jeweils im Außenluftschacht und im Rückluftschacht vorgesehen werden. Es kann stattdessen auch ein Luftfilter vor dem Wärmetauscher stromabwärts vom Dämpfer angebracht werden.
Die Inneneinheit kann in einer Wandöffnung des Raums installiert werden, während eine Außenluftzufuhr und ein Rückluftzufuhr getrennt hergestellt und installiert werden. In diesem Fall kann die Installation noch weiter vereinfacht werden, indem die Dämpferteile zu einem integrierten Bauteil vereinigt werden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung die automatische Einstellung der Mischlufttemperatur auf einen entsprechenden Wert in Reaktion auf Veränderungen in der Kühllast und der Lüftmenge, ohne daß eine manuelle Bedienung durch den Benutzer nötig wird, wodurch der Grad des abrupten Ansteigens der ausgestoßenen Luft beim Abschalten des Thermostats verringert wird.

Claims

1. Klimaanlage mit einer Außeneinheit (5) mit einem Kompressor, einem Kondensator und einem Expansionsventil und einem Außenlüfter (3) und mit einer Inneneinheit (15) mit einem Verdampfer (6) und einem Innenlüfter (7), wobei die Außeneinheit (5) und die Inneneinheit (15) durch eine Rohranlage (51) zu einem Kühlkreis verbunden sind, mit einem Außen- Lufteinlaßmechanismus mit einem Dämpfer (9), der in einem Luftströmungsweg des Innenlüfters (7) der Inneneinheit (15) derart angeordnet ist, daß Außenluft in den Raum eingeleitet werden kann, und mit einer Steuereinrichtung (10) zum Steuern der Operationen des Außen-Lufteinlaßdämpfers (9), des Außen- und des Innenlüfters (3, 7) und des Kompressors (1), gekennzeichnet durch

- eine Vergleichseinrichtung (101) zum periodischen Vergleichen der Raumtemperatur mit einem Raumtemperatur- Sollpunkt und

- eine Änderungseinrichtung (102) zum Ändern eines vorläufig bestimmten Mischluft-Temperatur-Anfangs-Sollpunkts auf der Basis des Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- einen Eingangskreis (60), zum Eingeben der Raumtemperatur, der Außenlufttemperatur und der Mischlufttemperatur,

- eine Speicherschaltung (70) zum Speichern eines Raumtemperatur-Sollpunkts, eines Mischlufttemperatur-Anfangs- Sollpunkts, eines Außen-Luftkühlumschalt-Außenluft-Temperatur-Sollpunkts und eines minimalen Dämpfer-Öffnungs-Sollpunkts und

- einen arithmetischen Verarbeitungsabschnitt (80) und eine Steuerschaltung (90) zum Steuern des Dämpfer-Öffnungs- oder Schließbetriebs durch Vergleichen der Raumtemperatur mit einem Raumtemperatur-Sollpunkt, der Außenlufttemperatur mit einem Außenluft-Kühl-Umschalt-Außenlufttemperatur-Sollpunkt und der Mischlufttemperatur mit einem Mischluft-Anfangstemperatur-Sollpunkt durch Verwenden eines geänderten Mischluft-Temperatur-Sollpunkts, der höher ist als der Mischluft-Temperatur-Sollpunkt, wenn ein Zustand, in dem die Raumtemperatur niedriger ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt, für eine gewisse Zeitperiode angedauert hat, und durch Verwenden eines anderen geänderten Sollpunkts, der durch Vermindern des Mischlufttemperatur-Sollpunkts erhalten wurde, wenn ein Zustand, in dem die Raumtemperatur höher ist als der Raumtemperatur-Sollpunkt, für eine gewisse Zeitperiode angedauert hat.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer enthält:

- ein mit einem Motor (16) verbundenes Dämpfungsglied (9), das um maximal 90º drehbar ist,

- Spannungsversorgungskreise (NCP) zum Drehen des Motors in normaler oder umgekehrter Richtung,

- einen in der Normallaufschaltung P vorgesehenen Grenzschalter (17a) zur Bestimmung der vollen Öffnung des Dämpfers und

- einen in der Rücklaufschaltung N vorgesehenen Grenzschalter (17b) in der vollständig geschlossenen Stellung des Dämpfers.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, mit einem Potentiometer (18), das in verbundener Beziehung mit dem Motor (16) derart beweglich ist, daß der Widerstand, von dem ein Dämpfer-Minial-Öffnungs-Steuersignal erhalten wird, veränderlich ist.

5. Klimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Kanaleinheit (200) mit einem Kanal (200), der den Dämpfer beinhaltet und als Bauteil ausgebildet ist, das die Kanaleinheit getrennt von der Inneneinheit (15) bildet.

6. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Inneneinheit umfaßt:

- einen Rücklufteinlaß (152), der in einer Bodenwand der Inneneinheit geöffnet ist, und

- einen Außenlufteinlaß (151), der in einer Rückwand der Inneneinheit geöffnet ist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Raumtemperatur während des Betriebs ein Kühlthermostat (12) und eine Einrichtung (19b) zum Einstellen eines Mischluft-Temperatur-Anfangs-Sollpunkts vorgesehen sind,

- daß beim Einleiten von Außenluft die Raumtemperatur mittels der Vergleichseinrichtung (101) periodisch mit dem Raumtemperatur-Sollpunkt verglichen wird und

- daß der vorläufig bestimmte Mischluft-Temperatur-Anfangs- Sollpunkt durch die Änderungseinrichtung (102) so geändert wird, daß die Klimaanlage, während der Kühlthermostat (12) ausgeschaltet ist, unter Heranziehung eines geänderten Mischluft-Temperatur-Sollpunktes betrieben wird, der höher ist als der Mischluft-Temperatur-Anfangs- Sollpunkt und, wenn ein Betriebszustand andauert, in dem die Raumtemperatur höher ist als der Raumtemperatur- Sollpunkt, die Klimaanlage durch Vermindern des geänderten Mischluft-Temperatur-Sollpunkts betrieben wird.