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Dokumentenidentifikation DE69929874T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001008817
Titel Verfahren zur Regelung eines Gebläses
Anmelder Carrier Corp., Syracuse, N.Y., US
Erfinder Thompson, Kevin D., Indianapolis, Indiana 46214, US;
Van Ostrand, William F., Indianapolis, Indiana 46250, US;
Dempsey, Daniel J., Carmel, Indiana 46032, US
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 69929874
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.11.1999
EP-Aktenzeichen 996300877
EP-Offenlegungsdatum 14.06.2000
EP date of grant 15.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse F24F 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Heiz-, Ventilations- oder Luftklimatisierungssysteme (heating, ventilating oder air conditioning systems – HVAC) und ist insbesondere auf ein Verfahren zum Anpassen der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl eines HVAC-Systems, das ein Standardthermostat verwendet, gerichtet.

HVAC-Systeme weisen typischerweise sowohl eine Heizvorrichtung, wie z.B. einen Warmluftofen, als auch eine Kühlvorrichtung wie z.B. eine Klimaanlage auf, obwohl auch eine Wärmepumpe verwendet werden kann, um für das Heizen und/oder das Kühlen zu sorgen. HVAC-Systeme weisen auch einen Bläser mit mehreren Geschwindigkeiten auf, um Luft über die Heiz- und Kühlvorrichtungen zu dem zu heizenden oder zu kühlenden Raum zu zirkulieren. Der Betrieb des HVAC-Systems als einer Gesamtheit wird durch eine Kombinations-Ofen-oder -Gebläse-Steuerung gesteuert, die typischerweise eine programmierbare Steuerungseinheit mit einem gespeicherten Programm aufweist. Während des Steuerns der Heiz- und der Kühlvorrichtung schaltet diese Steuerungseinheit den Bläser an und aus und erzeugt Signale, die den Bläser bei einer Drehzahl laufen lassen, die durch ihr gespeichertes Programm und durch die Einstellungen, die ein Anwender an seinem Thermostat durchgeführt hat, bestimmt ist.

Ein typisches Standardthermostat weist zwei manuell betätigbare Schalter auf, einen Modusauswahlschalter und einen Gebläseschalter. Der Modusauswahlschalter ist ein Drei-Positionen-Schalter, der eine "Heiz"-Einstellung, die das HVAC bei seiner Heizdrehzahl arbeiten lässt, eine "Kühl"-Einstellung, die das HVAC bei seiner Kühldrehzahl arbeiten lässt, und eine "Aus"-Einstellung aufweist. Der Gebläseschalter ist ein Zwei-Positionen-Schalter, der eine "Gebläse-An"-Einstellung und eine "Auto"-Einstellung aufweist. Wenn der Gebläseschalter in seiner "Gebläse-An"-Position ist, läuft der Bläser kontinuierlich und sorgt für Ventilation für den Raum. Wenn der Gebläseschalter in seiner "Auto"-Position ist, läuft der Bläser nur, wenn es eine "Anforderung für Heizen" oder eine "Anforderung für Kühlen" gibt, und er läuft bei einer der Drehzahlen, die durch die Steuerungseinheit angefordert ist. Die Anzahl solcher Drehzahlen kann lediglich zwei sein, eine zum Heizen und eine zum Kühlen, oder bis zu sechs oder mehr sein, abhängig von dem Modell des HVAC-Systems, das verwendet wird.

Vor der vorliegenden Erfindung war die Drehzahl, bei der der Bläser arbeitete, wenn der Gebläseschalter in seiner "Gebläse-An"-Position war, entweder die Heiz- oder die Kühldrehzahl und konnte an der Steuerungseinheit geändert werden, nicht jedoch am Thermostat. Dies liegt daran, dass der Gebläseschalter eines Standardthermostats mit der Steuerungseinheit nur durch ein einzelnes Ausgabekabel verbunden ist und deshalb daran nur einen Strom anlegen kann oder keinen Strom anlegen kann. Eine Art, es einem Anwender zu ermöglichen, die kontinuierliche Drehzahl des Gebläses oder des Bläsers an dem Thermostat anzupassen, ist in US-Patent Nr. 4 146 086 (Hobbick et al.) beschrieben, das demselben Anmelder wie demjenigen der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Obwohl das in dem letzteren Patent beschriebene Thermostat es dem Anwender ermöglicht, die kontinuierliche Gebläsedrehzahl an dem Thermostat anzupassen, hat es den Nachteil, dass es die Verwendung eines nicht standardmäßigen Thermostats erfordert, das einen Drei-Positionen-Gebläseschalter und ein zusätzliches Kabel zum Auswählen der gewünschten zusätzlichen kontinuierlichen Gebläsedrehzahl aufweist. Da das Aufweisen eines zusätzlichen Kabels bei HVAC-Systemen, die bereits installiert worden sind, unpraktisch ist, können die Thermostate des letzteren Typs in Strukturen nur zum Zeitpunkt ihrer Konstruktion installiert werden.

US 5 579 209 offenbart eine Fernsteuerungseinheit für eine Klimaanlage. Anspruch 1 ist gegenüber dieser Offenbarung abgegrenzt.

Angesichts des Vorangehenden ist zu erkennen, dass vor der vorliegenden Erfindung ein Bedarf für ein Verfahren zum Anpassen der kontinuierlichen Gebläsegeschwindigkeit von HVAC-Systemen, die nur mit Standardthermostaten ausgestattet sind, existierte.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Anpassen der Drehzahl eines Bläsers, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, vorgesehen. Zumindest in einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Anpassen der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl von HVAC-Systemen, die mit Standardthermostaten ausgestattet sind, vorgesehen.

Allgemein ausgedrückt weist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Programmieren (oder Umprogrammieren) der Steuerungseinheit der Kombinations-Ofen- oder -Gebläse-Steuerung vor, um nach Bewegungen des Gebläseschalters von seiner "Gebläse-An"-Position oder seinem "Gebläse-An"-Zustand hin zu seiner "Auto"-Position oder seinem "Auto"-Zustand (oder zumindest einen Teil des Weges dorthin) und wieder zurück, d.h. dem Hin-und-her-Schalten (toggling) des Gebläseschalters, zu suchen und um solches Hin-und-her-Schalten als Aufforderung zu interpretieren, dass die Drehzahl des Bläsers auf die nächste zur Verfügung stehende Drehzahl erhöht werden soll. Bei HVAC-Systemen, die nur eine Heizdrehzahl und eine Kühldrehzahl haben, bewirkt das erste solche Hin-und-her-Schalten, dass der Bläser von seiner Standarddrehzahl, üblicherweise seiner Heizdrehzahl, hin zu seiner Kühldrehzahl umschaltet. Weitere Hin-und-her-Schaltungen lassen dann die Bläserdrehzahl zurück zu ihrer Heizdrehzahl schalten, dann zurück zu ihrer Kühldrehzahl und so weiter bei aufeinander folgenden Hin-und-her-Schaltungen des Gebläseschalters. Bei HVAC-Systemen, die zwei oder mehr Heizdrehzahlen und eine Kühldrehzahl haben, kann die Voreinstellungsdrehzahl die niedrige Heizdrehzahl sein, wobei jedes Hin- und Herschalten des Gebläseschalters als eine Aufforderung für einen zusätzlichen Drehzahlwechsel interpretiert wird und verursacht, dass die Bläserdrehzahl auf die nächst höhere Drehzahl erhöht wird, bevor ihre maximale Drehzahl erreicht wird, und sie dann zu ihrem Voreinstellungswert zurückkehrt. Allgemeiner ausgedrückt kann das Verfahren der Erfindung in jedem System mit mehreren Drehzahlen verwendet werden, das irgendeine Anzahl von Drehzahlen, die durch eine Nachschlagetabelle gegeben sind, hat, die mittels Aufforderungen, die durch Bewegen des Gebläseschalters eines Standardthermostats weg von und zurück zu seiner "An"-Position oder seinem "An"-Zustand durchgeführt werden, adressiert werden können.

In Übereinstimmung mit einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung werden Gebläseschalterbewegungen, die Aufforderungen für Änderungen bei der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl aufweisen, von Gebläseschalterbewegungen, die solche Anforderungen nicht aufweisen, unterschieden, indem gefordert wird, dass die Bewegung des Gebläseschalters von und zurück zu seiner "An"-Position innerhalb eines Zeitfensters mit einer vorbestimmten Dauer auftritt, wie z.B. zwischen einer und drei Sekunden. Die Verwendung dieses Zeitfensters ist vorteilhaft, weil sie gewährleistet, dass der Gebläseschalter während der Zeiten, wenn er nicht verwendet wird, um Änderungen bei der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl anzufordern, in der normalen Weise verwendet werden kann.

In Übereinstimmung mit einem weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung bleiben Änderungen bei der Gebläsedrehzahl, sobald sie einmal durchgeführt sind, effektiv, bis sie wieder geändert werden, beeinflussen aber die Drehzahl des Bläsers nur, wenn der Gebläseschalter in seiner "An"-Position ist. Insbesondere haben Bläserdrehzahlanpassungen, die in Übereinstimmung mit der Erfindung durchgeführt werden, keine Wirkung auf die Bläserdrehzahlen, die während des Heizens und Kühlens eingestellt werden, und Änderungen bei der Drehzahl, die dem Betrieb des HVAC-Systems in seinem Heiz- und seinem Kühlmodus zugeordnet sind, haben keine Wirkung auf die kontinuierliche Gebläsedrehzahl, die zum Zeitpunkt ihrer letzten Anpassung ausgewählt wurde. Somit erhöht die Verwendung des Verfahrens der Erfindung die Anzahl von kontinuierlichen Gebläsedrehzahlen eines HVAC-Systems, ohne ansonsten dessen normalen Betrieb zu beeinflussen.

In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerung so ausgelegt, dass kontinuierliche Gebläsedrehzahl angepasst werden kann, wenn der Modussteuerungsschalter in seiner "Heiz"-, "Kühl"- oder "Aus"-Position ist. Wenn der Modussteuerungsschalter in der "Heiz"- oder der "Kühl"-Position ist, ist die Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerung so ausgelegt, dass kontinuierliche Gebläsedrehzahl weiterhin angepasst werden kann, vorausgesetzt, dass keine Anforderung nach Heizen oder Kühlen wirksam ist, während die Anpassung durchgeführt wird. Es ist zu verstehen, dass alle solchen Ausführungen und Äquivalente davon, die den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten ersichtlich sind, innerhalb der Erwägung der vorliegenden Erfindung sind.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, wobei:

1 ein Blockverkabelungsdiagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung ist, die zum Ausführen des Verfahrens der Erfindung geeignet ist;

2 ein Flussdiagramm ist, das die Anwendung des Verfahrens der Erfindung bei einem HVAC-System zeigt, das einen Zwei-Stufen-Ofen mit einem PSC-Bläser aufweist;

2A eine Tabelle ist, die die Zustände zeigt, die den Betrieb eines Ofens charakterisieren, der in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm aus 2 gesteuert ist; 3 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung ist, die zur Verwendung beim Ausüben des Verfahrens der Erfindung geeignet ist;

4 ein Flussdiagramm ist, das die Anwendung des Verfahrens der Erfindung bei einem HVAC-System zeigt, das einen Ofen mit einem Bläser variabler Drehzahl aufweist; und

4A eine Tabelle ist, die die Zustände zeigt, die den Betrieb verschiedener Modelle von Öfen charakterisieren, die in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm aus 4 gesteuert sein können.

Bezugnehmend auf 1 ist ein Blockverkabelungsdiagramm des Teils eines beispielhaften HVAC-Systems gezeigt, der direkt in die Ausübung des Verfahrens der Erfindung einbezogen ist. Der Rest des HVAC-Systems, d.h. diejenigen Teile davon, die nicht direkt mit dem Ausüben der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehen, wie z.B. die Heiz- und die Kühleinheit und ihre zugehörigen Ventile, Kanäle, etc., wurden aus Gründen der Klarheit weggelassen.

Der in 1 gezeigte Teil des HVAC-Systems weist ein Thermostat 10 auf, das durch einen herkömmlichen Satz von Kabeln 20 mit der Kombinations-Ofen-oder- Gebläse-Steuerungseinheit 30 eines HVAC-Systems verbunden ist. Das Thermostat 10 ist herkömmlichen Typs und weist einen Modussteuerungsschalter 12 mit mehreren Positionen auf (dessen Kontakte in 1 nicht sichtbar sind), der einen Betätigungshebel 12A hat, der es einem Anwender ermöglicht, Betrieb in einem Heizmodus ("Heizen"), einem Kühlmodus ("Kühlen") oder einem "Aus"-Modus auszuwählen. Das Thermostat 10 weist auch einen Zwei-Positionen-Gebläseschalter 14 auf, der einen Betätigungshebel 14A hat, der es einem Anwender ermöglicht, den Bläser zwischen einem Betrieb in einem kontinuierlichen Gebläsemodus ("Gebläse an") hin zu einem intermittierenden oder An/Aus-Modus ("auto") zu schalten. Weil Thermostate des vorliegenden Typs wohl bekannt sind, wird deren Arbeitsweise hierin nicht in Einzelheiten diskutiert.

Obwohl die Worte "Gebläse an" und "auto" beide auf der Oberfläche des Thermostats erscheinen, sind die Zustände, die sie wiedergeben, von einem elektrischen Standpunkt her nicht voneinander unabhängig. Dies liegt daran, dass das, was der "Auto"-Zustand tatsächlich angibt, das Fehlen des "Gebläse an"-Zustands ist. Mit anderen Worten wird der "Auto"-Zustand eingestellt, sobald das dem "Gebläse-an"-Zustand zugeordnete elektrische Signal beendet wird, unabhängig davon, ob der Hebel 14A den gesamten Weg zu der mit "auto" markierten Position bewegt wird. Es wird daher verstanden, dass die Worte und Sätze "auto", "kontinuierliches Gebläse aus" und Ausdrücke ähnlicher Bedeutung zueinander äquivalent sind und untereinander austauschbar sind und dass Bezugnahmen auf die "Auto"-Position oder den "Auto"-Zustand jede Gebläseschalterposition oder jeden Gebläseschalterzustand umfassen, in der/dem kontinuierlicher Gebläsebetrieb nicht angefordert ist. Es wird auch verstanden, dass obwohl die nachfolgende Beschreibung hinsichtlich Bewegungen des Gebläseschalters von und zurück zu der "Gebläse-an"- oder "An"-Position oder dem entsprechenden Zustand formuliert ist, auch Bewegungen des Gebläseschalters von und zurück zu der "Auto"-Position oder dem "Auto"-Zustand verwendet werden können und dass solche Bewegungen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung äquivalent sind.

Die Steuerungseinheit 30, die in einem beträchtlichen Abstand von dem Thermostat 10 angeordnet sein kann, ist durch eine geeignete Relaistreiberschaltung 54 und ihre zugeordneten Sätze von Kontakten, hier durch die gemeinsame Bezeichnung 60 angegeben, in Drehzahlsteuerungsbeziehung mit dem Bläsermotor 40 verbunden. In Reaktion auf Signale, die von dem Thermostat 10 empfangen werden, erzeugt die Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerungseinheit 30 Drehzahlauswahlsignale, die durch Betätigen geeigneter Kombinationen der Kontakte des Kontaktsatzes 60, den Bläsermotor 40 dazu veranlassen, ein Bläsergebläse (nicht gezeigt) bei der gewünschten Drehzahl anzutreiben und dadurch die gewünschte Luftströmungsrate über das HVAC-System zu dem zu heizenden oder zu kühlenden Raum einzustellen.

Die Anzahl unterschiedlicher möglicher Drehzahlen für den Bläsermotor 40 und dementsprechend die Anzahl verschiedener Luftströmungsraten über das HVAC-System hin zu dem Raum ist üblicherweise abhängig von der Art, in der eine oder mehrere der Windungen des Motors 40 gewickelt sind. In 1 werden diese verschiedenen Drehzahlen eingestellt durch Versehen der Bläserwicklung mit einer Mehrzahl von Verzweigungen, wie z.B. 40A, 40B und 40C, die zu unterschiedlichen jeweilige Anzahlen von Windungen verbinden, und durch wahlweises Anlegen einer Antriebsleistung an die Verzweigung, die der gewünschten Drehzahl zugeordnet ist. Die Anzahl solcher Drehzahlen variiert von Ofentyp zu Ofentyp und von Anwendung zu Anwendung und kann lediglich zwei sein oder bis zu fünf oder sogar mehr sein. Wie später vollständiger erklärt werden wird, kann das Verfahren der Erfindung mit jedem System verwendet werden, das zwei oder mehr Drehzahlen hat.

Die Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerungseinheit 30 kann einen einzelnen Mikrocontroller mit einer in einem Chip integrierten Schaltung oder ein Mikroprozessor 32 einsetzen, der herkömmlichen Typs ist. Der Mikrocontroller 32 weist z.B. einen zentralen Prozessor (CPU) 34, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 36 zum Speichern eines Heiz- und/oder Kühl-Steuerprogramms für das HVAC-System als einer Gesamtheit und einen Lese-Schreib-Speicher (RAM) 38 zum Speichern änderbarer Information, wie z.B. Fehlercodes, An-Zeit geringer Hitze, An-Zeit hoher Hitze, kontinuierlicher Gebläsedrehzahl und jeglicher anderer mit der Steuerung in Beziehung stehender Daten. Tabellen einschließlich Nachschlagetabellen, die erlaubte Betriebszustände für das HVAC-System definieren, können in dem ROM 36 oder dem RAM 38 oder beiden gespeichert sein. Die CPU 34, der ROM 36 und der RAM 38 sind vorzugsweise miteinander und mit den I/O-Anschlüssen des Mikrocontrollers 32 über einen geeigneten Daten- und Steuerungsbus 39 verbunden. Da die Arbeitsweise von Mikrocontrollern den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten wohl bekannt ist, wird die interne Arbeitsweise des Mikrocontrollers 32 hierin nur in dem Ausmaß diskutiert, das notwendig ist, um dessen gespeichertes Programm von denjenigen von HVAC-Systemen der Typen, die im Stand der Technik bekannt sind, zu unterscheiden.

Vor der vorliegenden Erfindung war das gespeicherte Programm einer Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerungseinheit, wie z.B. der Steuerungseinheit 30 aus 1, dazu ausgelegt, Daten von einem zugehörigen Thermostat darüber zu empfangen, was als eine Zeit-unabhängige oder Zeit-unempfindliche Basis angesehen werden könnte. Damit ist gemeint, dass die Steuerungseinheit dazu programmiert war, Spannungs- oder Stromniveaus und Übergängen zwischen solchen Spannungs- oder Stromniveaus Bedeutung zuzumessen, nicht aber, den zeitmäßigen Beziehungen zwischen Übergängen zwischen solchen Niveaus Bedeutung zuzumessen. Als Ergebnis war die Informationsmenge, die die Steuerung von dem zugeordneten Thermostat empfangen konnte, maximal gleich der Anzahl von Leitern, die die Steuerung mit dem Thermostat verbunden haben.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die Kombinations-Ofen-oder-Gebläse-Steuerungseinheit eines ansonsten herkömmlichen HVAC-Systems programmiert (oder umprogrammiert), um auf Daten von einem zugeordneten Thermostat auf einer Zeit-abhängigen oder einer Zeit-empfindlichen Basis zu reagieren und so die Menge an vom Anwender eingegebener Information, die sie von dem zugeordneten Thermostat empfangen kann, zu erhöhen, ohne die Anzahl von Leitern, die sie mit dem Thermostat verbinden, zu erhöhen. Insbesondere ist eine in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaute Steuerungseinheit programmiert (oder umprogrammiert), um nicht nur auf den "An"- und den "Auto"-Zustand des Gebläseschalters 14 zu reagieren, sondern auch, um das Auftreten vorbestimmter zeitmäßiger Beziehungen zwischen Übergängen zwischen diesen Zuständen zu detektieren und auf diese zu reagieren. Die Steuerungseinheit ist auch programmiert, das Auftreten dieser zeitmäßigen Beziehungen als Anwender-verursachte Aufforderungen nach Änderungen bei der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl zu interpretieren und die letztere Drehzahl in einer Weise zu ändern, die mit der Anzahl verschiedener Drehzahlen, bei denen das HVAC-System in der Lage ist zu arbeiten, konsistent ist. Es ist daher zu erkennen, dass ein HVAC-System, das mit einer Steuerungseinheit ausgestattet ist, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung programmiert ist, es einem Anwender ermöglicht, die kontinuierliche Gebläsedrehzahl seines Systems nach Belieben zu ändern, ohne entweder sein Thermostat oder die Anzahl von Leitern, die das Thermostat mit dem Rest des HVAC-Systems verbinden, ändern zu müssen oder die zugeordneten Drehzahlverzweigungen des Motors 40 elektrisch schalten zu müssen.

Beispiele davon, wie das Verfahren der Erfindung angewendet werden kann, um einem Anwender auswählbare Kontrolle über die kontinuierliche Gebläsedrehzahl von HVAC-Systemen mit zwei oder mehr Drehzahlen zu ermöglichen, wird nun unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 2 und 3 und ihrer zugehörigen Tabellen von Drehzahlen und Zuständen diskutiert. Dabei zeigt das Flussdiagramm aus 2 die Anwendung der Erfindung auf ein HVAC-System mit einem Einzel- oder Zwei-Stufen-Ofen mit einem PSC-Bläser, und 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein HVAC-System mit einem Ofen mit einem Bläser variabler Drehzahl. Wie später vollständiger erklärt wird, ist die Ausführungsform aus 2 eine Ausführungsform, bei der die kontinuierliche Gebläsedrehzahl selbst dann angepasst werden kann, wenn der Modusauswahlschalter 12 nicht in seiner "Aus"-Position ist.

Bezugnehmend zuerst auf die Ausführungsform der 2 und 2A, beginnt ein Betrieb, wenn das System erstmals angeschaltet wird (Block 200), und eine Arbeits- oder Schleifensteuerungsvariable FR wird auf einen Wert von 0 initialisiert. Nachdem dies geschieht, testet die Steuerungseinheit 30 auf das Vorliegen einer Anforderung nach Heizen (Block 204) oder Kühlen (Block 206) und wird, falls eine solche Anforderung vorliegt, zu einer Heiz-Unterroutine 205 oder einer Kühl-Unterroutine 207 gelenkt, um diese Anforderung zu bedienen. Wenn keine Anforderung vorliegt, geht die Steuerung zu Block 210 über und tritt in den Bereich des Flussdiagramms ein, der der Anpassung der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl gemäß der Erfindung zugeordnet ist. Weil das Bedienen von Anforderungen nach Heizen oder Kühlen in einer den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannten Art durchgeführt wird, wird das Bedienen dieser Anforderungen hierin nicht im Detail diskutiert.

Es wird beobachtet, dass, wenn weder eine Anforderung nach Heizen noch eine Anforderung nach Kühlen in der Ausführungsform von 2 vorliegt, es egal ist, ob dies zutrifft, weil der Modusschalter 12 in seiner "Aus"-Position ist oder weil der Modusschalter 12 in seiner "Heiz"- oder "Kühl"-Position ist und die Temperatur des Raums innerhalb akzeptabler Grenzen ist. Diese alternativen Arten zum Erreichen des Blocks 210 bilden die Basis für zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. In der bevorzugten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, schreitet die Steuerungseinheit zu Block 210 vor, unabhängig davon, welche der oben genannten Alternativen vorliegt.

Wenn beim Antreffen von Block 210 die Steuerungseinheit findet, dass der Gebläseschalter 14 nicht in seiner "An"- oder Kontinuierliches-Gebläse-Position ist, springt sie zurück zu den Blocks 204 und 206, um auf das Vorliegen neu auftretender Anforderungen nach Heizen oder Kühlen hin zu testen und dann zu Block 210 fortzuschreiten, um auf eine neu auftretende Anforderung nach kontinuierlichem Gebläsebetrieb hin zu testen. Die Steuerungseinheit kann durch die die Blocks 204, 206 und 210 enthaltende Schleife viele Male zirkulieren, bis sie herausfindet, dass der Gebläseschalter 14 in seiner "An"-Position ist und ermöglicht wird, zu den Blocks 212 und 214 fortzuschreiten. Beim Antreffen der Blocks 212 und 214 wird die Steuerungseinheit dazu angesteuert, die Kombination von Relaiszuständen, die durch den aktuellen Wert der Steuerungsvariable FR (Block 212) angefordert wird, in diesem Fall 0, einzurichten und das Bläserbetätigungsrelais BE aus 1 (Block 214) unter Strom zu setzen. Wie in der Tabelle aus 2A gezeigt, ist die Kombination von Relaiszuständen, die FR = 0 entspricht, eine, die die Kontakte 60A und 60B des Kontaktsatzes 60 in ihren nicht unter Strom gesetzten Zuständen (normalerweise geschlossen) belässt. Als Ergebnis wird Leistung der Verzweigung 40C des Bläsers 40 zugeführt, was den letzteren veranlasst, bei seiner geringsten Drehzahl zu arbeiten. Unter der angenommenen Startbedingung ist somit die Drehzahl kontinuierlichen Betriebs des Gebläses gleich ihrer Voreinstellungsdrehzahl oder geringsten Betriebsdrehzahl. In Zwei-Stufen-Systemen ist dies die Drehzahl geringen Heizens.

Nachdem der oben beschriebene Zustand eingestellt wurde, wird die Kombinations-Ofen- oder -Gebläse-Steuerungseinheit zu Block 216 geleitet, der sie veranlasst, nochmals zu bestimmen, ob der Gebläseschalter in seiner "An"-Position ist. Falls er das ist, testet die Steuerungseinheit auf das Vorliegen einer Anforderung nach Heizen oder Kühlen (Blocks 218 und 220) und wird, wenn eine der beiden vorliegt, dazu angesteuert, diese Anforderung zu bedienen. Wenn die Steuerungseinheit jedoch herausfindet, dass der Gebläseschalter in seinem "Auto"- oder Aus-Zustand ist, existiert die Möglichkeit, dass ein Anwender eine Aufforderung zu einer Änderung bei der kontinuierlichen Drehzahl des Gebläses initiiert. Um festzustellen, ob dies der Fall ist, wird die Steuerung zu einer Zeitgebungsschleife geleitet, die die Blöcke 222 bis 234 umfasst. In dieser Schleife startet die Steuerungseinheit einen Zeitgeber (Block 222) und testet, ob der Gebläseschalter in seiner "An"-Position ist (Block 224). Wenn er das nicht ist, läuft die Steuerungseinheit durch die Schleife, die die Blocks 232 und 234 umfasst, die zusammen die "Aus-Verzögerung"-Zeit TD der Steuerungseinheit prüfen, bis die Steuerungseinheit detektiert, dass der Gebläseschalter zu seiner "An"-Position zurückgekehrt ist oder der Zeitgeber TD übersteigt. Wenn der Zeitgeber TD übersteigt, wird die Steuerungseinheit zu Block 236 geleitet, wo der Bläser "Aus" geschaltet wird, und schreitet dann zurück zu Block 204. Wenn der Zeitgeber TD nicht übersteigt, wird die Steuerungseinheit zurück zu Block 224 durch "Aus-Verzögerung"-Blocks 232 und 234 geleitet und falls der Gebläseschalter zu seiner "An"-Position zurückgekehrt ist, bestimmen die Blocks 226 bis 230, ob die Zeit, die der Gebläseschalter nicht in seiner "An"-Position war, innerhalb der Grenzen oder des Zeitfensters war, für die die Steuerungseinheit programmiert ist, sie als eine Aufforderung zu einer Änderung bei der kontinuierlichen Drehzahl des Gebläses zu interpretieren.

Wenn keine Aufforderung zu einer Änderung erkannt wird, wird keine Änderung in der Steuerungsvariablen FR durchgeführt, und die Steuerung wird zu den Blocks 216 bis 220 rückgeführt, um das Auftreten von Anforderungen nach Erwärmen oder Kühlen oder weitere Änderungen bei der Position des Gebläseschalters zu erwarten. Wenn eine Aufforderung zu einer Änderung erkannt wird, wird die Steuerungseinheit zu Block 240 geleitet, der die Variable FR veranlasst, auf ihren nächst höheren Wert, in diesem 1, erhöht zu werden. Wenn FR nicht seinen Maximalwert (Block 242), in diesem Fall 3, erreicht hat, wird die Steuerungseinheit dann zu Block 244 geleitet, der sie dazu veranlasst, in dem Kontaktsatz 60 diejenige Kombination geschlossener Kontakte einzurichten, die durch die Tabelle aus 2A angefordert wird, wenn FR = 1. Wie in 2A gezeigt, ist diese Kombination eine, bei der der Zustand von Kontakten 60A nicht geändert ist, bei der aber der Zustand von Kontakten 60B geändert ist. Unter diesen Bedingungen wird das Bläserbetätigungsrelais BE kurz vom Strom genommen, bevor Kontakte 60B geschlossen werden. Dann wird das Bläserbetätigungsrelais BE wieder unter Strom gesetzt und führt der Verzweigung 40B des Bläsermotors Wechselspannungsleistung zu, was ihn dazu veranlasst, bei der nächst höheren zur Verfügung stehenden Drehzahl zu laufen, in diesem Fall seiner Heiz-Drehzahl. Bei Zwei-Stufen-Systemen ist dies die Drehzahl hohen Heizens. Das kurze Vom-Strom-Nehmen des Bläserbetätigungsrelais BE findet für wenige Millisekunden statt und wird durchgeführt, um die Zuverlässigkeit von Relaiskontakten 60A und 60B zu verbessern und zu vermeiden, dass mehrere Motordrehzahlverzweigungen gleichzeitig unter Strom gesetzt werden.

Wenn unter der oben beschriebenen Bedingung ein Anwender erneut den Gebläseschalter in einer Weise bewegt, für die die Steuerungseinheit programmiert ist, sie als eine Aufforderung zu einer Änderung bei der kontinuierlichen Gebläsedrehzahl zu erkennen, wird der Wert der Steuerungsvariable FR erneut erhöht, so dass FR seinen dritten und maximalen Wert von 2 erreicht. Unter dieser Bedingung richtet die Steuerungseinheit diejenige Kombination geschlossener Kontakte ein, die FR = 2 in 2A zugeordnet ist, d.h. die Kombination, die bewirkt, dass Wechselstromleistung an die Verzweigung 40A angelegt wird. Als Ergebnis arbeitet ein Bläsermotor 40 bei seiner höchsten Drehzahl, nämlich seiner Kühl-Drehzahl.

Sobald der Bläser bei seiner höchsten Drehzahl arbeitet, bringt jedoch die Bewegung des Gebläseschalters, um eine dritte, noch weitere Änderung bei der Gebläsedrehzahl zu fordern, die Blocks 242 und 246 in Aktion und bewirkt, dass die Variable FR zu ihrem ursprünglichen Voreinstellungswert von 0 zurückgeführt wird. Diese tritt auf, weil die Variable FR, wenn sie auf 3 inkrementiert wird, einen Wert annimmt, der größer als die Anzahl verschiedener Drehzahlen ist, bei denen der Bläsermotor laufen kann (sich daran erinnernd, dass FR = 0 einer der drei Betriebsdrehzahlen entspricht, bei der der Bläsermotor des vorliegenden Beispiels laufen kann) und sie daher die durch Block 242 gestellte Bedingung erfüllt. Das Erfüllen dieser Bedingung leitet wiederum die Steuerungseinheit zu Block 246, der FR = 0 erzwingt und dadurch den Bläser veranlasst, zu seiner ursprünglichen Einstellung geringer Drehzahl zurückzukehren. Dieses Rücksetzen oder Rückführen der Steuerungsvariable zu ihrem ursprünglichen Wert, nachdem sie eine Anzahl von Werten angenommen hat, die gleich der Anzahl von Drehzahlen ist, bei der der Bläsermotor laufen kann, ist typisch für bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dieses Merkmal, das hierin im Anschluss manchmal als ein "Umlauf"-Merkmal ("wrap around") bezeichnet wird, ist in bevorzugte Ausführungsformen aufgenommen, weil es gewährleistet, dass ein Anwender mit irgendeiner kontinuierlichen Gebläsedrehzahl, der er sich gegenübersieht, anfangen kann und diese Drehzahl auf irgendeine Gebläsedrehzahl ändern kann, die er auswählt, durch einfaches Manipulieren des Gebläseschalters durch eine vorbestimmte zeitabhängige Sequenz von Positionen.

Angesichts des Vorangehenden ist zu erkennen, dass das Verfahren der Erfindung einen Anwender befähigt, das Bläsergebläse eines HVAC-Systems bei jeder der kontinuierlichen Drehzahlen arbeiten zu lassen, bei denen der Bläsermotor in der Lage ist, zu arbeiten, das dieses in einer Weise tut, die keine Änderungen an dem HVAC-System außer Änderungen bei der Programmierung von deren Steuerungseinheit erfordert, und das nicht in die Arbeitsweise des Systems in seinem Heiz- oder Kühlmodus eingreift. Wie aus den zusätzlichen Beispielen, die nun beschrieben werden, zu sehen ist, kann das Verfahren der Erfindung mit jedem Heiz- und/oder Kühlsystem verwendet werden ohne Rücksicht auf die Anzahl seiner Betriebsdrehzahlen, vorausgesetzt, dass das System einen Bläsermotor hat, der in der Lage ist, bei zwei oder mehr Drehzahlen zu laufen.

Wenn das System, mit der die Erfindung zu verwenden ist, nur zwei Drehzahlen aufweist, z.B. eine Heizdrehzahl und die Kühldrehzahl, kann es für die Verwendung mit der Erfindung angepasst werden durch Modifizieren der Schaltung aus 1, um einen der Sätze von Relaiskontakten, d.h. Kontaktsatz 60B, zu eliminieren durch Modifizieren des Flussdiagramms aus 2, um den Maximalwert von FR = 2 zu setzen, und durch Modifizieren der Nachschlage- oder Zustandstabelle aus 2A, um einen seiner drei Zustände zu eliminieren. Da die Arbeitsweise eines solchen vereinfachten Systems die gleiche ist wie diejenige, die in Verbindung mit den Ausführungsformen der 1 und 2 beschrieben ist, außer ihrer kleineren Anzahl von Drehzahlen, wird diese vereinfachte Ausführungsform hierin nicht gezeigt oder weiter beschrieben.

Wenn andererseits das System, mit dem die Erfindung zu verwenden ist, mehr als drei Drehzahlen aufweist, kann es für die Verwendung mit der Erfindung angepasst werden durch Modifizieren der Schaltung aus 1, um zwei oder mehr Sätze von Relaiskontakten hinzuzufügen, durch Modifizieren des Flussdiagramms aus 2, um den Maximalwert von FR gleich einer Zahl größer als 3 zu setzen, und durch Modifizieren der Nachschlage- oder Zustandstabelle aus 2, um eine vergrößerte Anzahl von Zuständen aufzuweisen. Da die Arbeitsweise dieses komplexeren Systems dieselbe ist wie diejenige, die in Verbindung mit den Ausführungsformen aus den 1 und 2 beschrieben ist, außer der größeren Anzahl von Drehzahlen, wird dieses komplexere System hierin nicht gezeigt oder weiter beschrieben.

Für Systeme, die einen Bläsermotor mit variabler Drehzahl verwenden, kann die Erfindung praktiziert werden mittels einer Motorsteuerungsschaltung variabler Drehzahl, die dazu ausgelegt ist, den Motor bei einer aus einer Mehrzahl verschiedener elektronisch auswählbarer Luftströmungen zu betreiben. Ein Beispiel eines solchen Systems wird nun mit Bezug auf die 3, 4 und 4A beschrieben.

Bezugnehmend auf 3 ist ein Blockdiagramm eines Teils eines Ofens gezeigt, der für einen Betrieb bei einer relativ großen Anzahl verschiedener Luftströmungen, wie z.B. 8, angepasst ist, obwohl es im Prinzip keine obere Grenze für die Anzahl von Luftströmungen gibt, die vorgesehen sein können. Beispiele verschiedener Luftströmungen, bei denen verschiedene Modelle von Öfen mit Bläsern variabler Drehzahl arbeiten, sind in 4A enthalten. Wie im Fall von 1 zeigt 3 nur den Teil des HVAC-Steuerungssystems, der die Ausübung der vorliegenden Erfindung betrifft. Das Blockdiagramm aus 3 ist im Allgemeinen ähnlich dem aus 1, wobei entsprechende Teile in ähnlicher Weise beziffert sind, abgesehen von der Hinzufügung des Anhängsels "–1 ". Ein Hauptunterschied ist, dass das Steuerungssystem aus 3 einen Bläsermotorantrieb 60-1 variabler Drehzahl aufweist anstatt der Sätze von Relaiskontakten 60. Der Bläser 40-1 und der Motorantrieb 60-1 können in einem einzelnen Modul 70 enthalten sein, das allgemein als eine Integration von Steuerung und Motor (integrated control and motor – ICM) bezeichnet wird. Schließlich weist das Steuerungssystem aus 3 eine Steuerungseinheit 30-1 auf, die ROM 36-1 aufweist, der ein gespeichertes Programm hat, das dazu angepasst ist, der größeren Anzahl von Luftströmungen, bei der der Bläsermotor arbeitet, Rechnung zu tragen. Da die Arbeitsweise eines Systems des in 3 gezeigten Typs bis auf das, was im Zusammenhang mit dem Flussdiagramm aus 4 vorliegend beschrieben wird, den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannt ist, wird sie hierin nicht im Detail beschrieben.

Bezugnehmend auf 4 ist das Flussdiagramm für ein gespeichertes Programm des Typs gezeigt, das zur Verwendung beim Ausüben des Verfahrens der Erfindung mit einem System der Art, wie sie in 3 gezeigt ist, geeignet ist. Dieses Flussdiagramm aus 4 ist im Allgemeinen dem in 2 gezeigten ähnlich, wobei entsprechende Schritte ähnlich beziffert sind, außer hinsichtlich der Tatsache, dass alle Nummern mit der Nummer 4 beginnen anstatt mit der Nummer 2. Weil die Unterschiede zwischen den Flussdiagrammen der 2 und 4 so gering sind, werden nur die Aspekte, in denen sich das Flussdiagramm aus 4 von demjenigen aus 2 unterscheidet, hierin spezifisch diskutiert.

Ein Unterschied zwischen den Flussdiagrammen aus den 2 und 4 ist, dass das letztere einen Block 402 aufweist, der die Steuerungseinheit 30-1 dazu veranlasst, nicht lediglich die Steuerungsvariable des kontinuierlichen Gebläses (in 4 als "FS" bezeichnet) auf einen geeigneten Anfangswert, wie z.B. 0, der der niedrigsten Heizdrehzahl zugeordnet ist, einzustellen, sondern auch, die Modellnummer des Ofens, mit der sie verwendet wird, festzustellen. Die Feststellung der Modellnummer des Ofens an diesem Punkt ist wünschenswert, weil sie es der Steuerungseinheit 30-1 ermöglicht, so ausgelegt zu sein, dass sie ohne Änderung in Öfen einer Vielzahl unterschiedlicher Typen verwendet werden kann. In Übereinstimmung mit diesem Zweck weist die Nachschlagetabelle, die durch das Flussdiagramm aus 3 verwendet wird, eine Mehrzahl von Modell-Nachschlagetabellen auf, in 4 mit 1 bis 6 betitelt, eine für jede der verschiedenen Modelle, mit denen die Steuerungseinheit 30-1 verwendet werden kann.

Andere Unterschiede zwischen den Flussdiagrammen der 2 und 4 sind, dass das Flussdiagramm der 4 keinen Block aufweist, der dem Block 244 aus 2 entspricht, und Blöcke 412 und 414 aufweist, die sich von den am nächsten entsprechenden Blocks 212 und 214 aus 2 unterscheiden. Die Unterschiede zwischen diesen Blocks geben die Tatsache wieder, dass das System aus 3 Änderungen in der kontinuierlichen Gebläseluftströmung ausführt durch Ausführen von Änderungen in dem numerischen Wert des cfm-spezifizierenden Signals, das es an den Antrieb 60-1 variabler Drehzahl anlegt, und nicht durch Ausführen von Änderungen in dem Relaissteuerungssignal, das es an den Relaistreiber 50 anlegt. Da diese beiden Signale die Wirkung haben, die Luftströmung und/oder die Drehzahl des Gebläses in Übereinstimmung mit Drehzahländerungsaufforderungen, die ein Anwender durch Manipulieren eines Thermostatgebläseschalters ausführt, zu ändern, sind sie für die Zwecke der vorliegenden Erfindung äquivalent. Aufgrund ihrer Äquivalenz können beide dieser zwei Signale richtig als "Drehzahlauswahlsignale" bezeichnet werden.

Abgesehen von den oben genannten Unterschieden und der unterschiedlichen Anzahl von Drehzahlen, die sie handhaben können, arbeiten die Programme, die in den Flussdiagrammen der 2 und 4 wiedergegeben sind, in der gleichen Weise, um ihre jeweiligen Steuerungsvariablen jedesmal zu erhöhen, wenn ein Anwender seinen Gebläseschalter in der Weise manipuliert, für die seine Steuerung programmiert ist, sie als eine Drehzahländerungsaufforderung zu erkennen. Wenn diese Aufforderungen erkannt werden, lässt die Steuerungsvariable das Drehzahlauswahlsignal sich von seinem aktuellen Wert zu dem nächsten benachbarten Wert, dann zu dem nächsten usw. ändern, bis es durch alle verfügbaren Werte gelaufen ist, und kehrt zu seinem anfänglichen Wert in Übereinstimmung mit dem zuvor beschriebenen Umlaufmerkmal zurück. Aufgrund dieser Ähnlichkeit der Arbeitsweise wird das Flussdiagramm aus 4 hierin nicht weiter beschrieben.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Anpassen der Drehzahl eines Bläsers eines Heiz- und/oder Kühlsystems des Typs, der ein Thermostat (10) mit einem Modussteuerungsschalter (12), der einen einer Anforderung nach Heizen (204) zugeordneten Heiz-Zustand, einen einer Anforderung nach Kühlen (206) zugeordneten Kühl-Zustand und einen Aus-Zustand hat, einen Gebläseschalter (14), der einen An-Zustand und einen Auto-Zustand hat, einen Bläsermotor (40, 40-1) mit mindestens einer Heizdrehzahl und einer Kühldrehzahl und eine Steuerung (30, 30-1) reagierend auf das Thermostat zum Ausgeben eines Drehzahlauswahlsignals zur Verwendung beim Einstellen der Drehzahl des Bläsermotors aufweist,

    gekennzeichnet durch

    Programmieren der Steuerung, um:

    (a) eine Mehrzahl von verschiedenen Werten für das Drehzahlauswahlsignal zu definieren;

    (b) eine Drehzahländerungsaufforderung als vorbestimmte zeitabhängige Änderungen in dem Zustand des Gebläseschalters (14) zu definieren;

    (c) den Zustand des Gebläseschalters (14) zu erfassen, um das Auftreten einer Drehzahländerungsaufforderung zu detektieren; und

    (d) den Wert des Drehzahlauswahlsignals zu ändern, wenn eine Drehzahländerungsaufforderung detektiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Programmieren der Steuerung (30, 30-1), um auf eine Drehzahländerungsaufforderung hin zu agieren, wenn der Modussteuerungsschalter (12) in seinem Aus-Zustand ist oder wenn der Modussteuerungsschalter (12) nicht in seinem Aus-Zustand ist und es weder eine Anforderung nach Heizen (204) noch eine Anforderung nach Kühlen (206) gibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Anwender eine Drehzahländerungsaufforderung durch Ändern des Zustands des Gebläseschalters (14) von und zurück zu dem An-Zustand innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eingibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Drehzahlauswahlsignal einen Voreinstellungswert hat, der entweder der Heizdrehzahl oder der Kühldrehzahl oder mindestens einer anderen unabhängigen Drehzahl entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Unterschiedliche der Drehzahlauswahlsignalwerte unter Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle mit einer Mehrzahl von Adressen eingerichtet werden und wobei die Detektion von Drehzahländerungsaufforderungen zum Inkrementieren der Adressen auf die die Nachschlagetabelle adressiert ist, führt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Drehzahlauswahlsignal eine Mehrzahl von verschiedenen Werten hat, einschließlich mindestens eines geringsten Werts und eines höchsten Werts und wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert umzuschalten, falls das Drehzahlauswahlsignal jeweils entweder den niedrigsten oder den höchsten Wert hat, wenn eine Drehzahländerungsaufforderung detektiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Drehzahlauswahlsignal mindestens zwei Werte hat und von einem Wert zu dem nächsten benachbarten Wert inkrementiert wird, wenn eine Drehzahländerungsaufforderung detektiert wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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