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Schalteinrichtung für nachtstrombeheizte Heisswasserspeicher u. dgl.
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für über einen Zeitschalter nachtstrombeheizte Heisswasserspeicher u. dgl. mit einem thermostatisch gesteuerten Schalter zur langsameren Aufheizung von
Speichern mit restlichem Warmwasser über einen vorbestimmten Wert von der vorhergehenden Heizperiode.
Durch die langsamere Aufheizung solcher Speicher wird die sonst am Beginn der Nachtstrombezugszeit auftretende Belastungsspitze in den Netzen in wirtschaftlicher Weise wesentlich gesenkt und es ist verständlich, dass an einer solchen Senkung die Elektrizitätsversorgungsunternehmen interessiert sind, weil dadurch insbesondere in Netzen mit überwiegender Heisswasserspeicherbelastung Investitionskosten für Netzstationen und Kabel eingespart werden können.
Eine solche Einrichtung ist aus der deutschen Patentschrift Nr. 639252 bekannt, jedoch ist die Konstruktion und schaltungstechnische Lösung aufwendig und störungsanfällig.
Es ist ferner eine thermostatisch gesteuerte Schalteinrichtung für elektrisch beheizte Heisswasserspeicher in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1, 049. 510 beschrieben, bei welcher von Hand aus eine langsamere oder schnellere Aufheizung des Speichers einstellbar ist.
Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen zeichnet sich die Schalteinrichtung nach der Erfindung insbesondere dadurch aus, dass sie einfacher im Aufbau ist und dass damit in Abhängigkeit von der restlichen Warmwassermenge auch die Aufheizung mit möglichst geringer Netzbelastung selbsttätig erzielt wird. Hiedurch wird die Heisswasserspeichemetzbelastung gestreckt, die Lastspitze abgebaut und eine wirtschaftliche Verlagerung der Netzlast gegen die frühen Morgenstunden ist die Folge.
Erfindungsgemäss wird dies mit einer Schalteinrichtung erreicht, die neben einem an sich bekannten thermostatisch gesteuerten Hauptschalter, der unterhalb der vorgegebenen Höchstgrenze der Speicherwassertemperatur, z. B. 85 C, geschlossen ist, noch mindestens einen ebenfalls von der Wassertemperatur thermostatisch gesteuerten Zusatzschalter aufweist, der bei einer Wassertemperatur unter einer vorbestimmten, unteren Grenze, z.
B. 48 C bzw. 66 C, geschlossen und darüber geöffnet ist, und dass die Heizwicklung für das Speicherwasser aus mindestens zwei Teilen besteht, von denen der eine Teil in Serie mit dem Hauptschalter dauernd in einem durch einen Zeitschalter gesteuerten Stromkreis liegt, wogegen der andere Teil der Heizwicklung bei geschlossenem Zusatzschalter zum ersten Teil der Wicklung parallel geschaltet ist, und dass ferner im Stromkreis des Zusatzschalters ein selbsthaltendes Relais sich befindet, dessen Arbeitskontakt in einem Stromkreis angeordnet ist, durch den der andere Teil der Heizwicklung auch nach dem Öffnen des Zusatzschalters bis zur Erreichung der Höchsttemperatur weiterhin parallel zum einen Teil der Heizwicklung an den Hauptschalter angeschlossen bleibt.
Nachstehend sind an Hand der Zeichnungen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele und die Wirkungsweise der gegenständlichen Schalteinrichtung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt im Schaltschema eine Ausführung bei der Haupt- und Zusatzschalter als Kontakte in einer gemeinsamen, vom Temperaturfühler gesteuerten Quecksilberschaltröhre 1 ausgebildet. sind, wobei der vom Drehpunkt der Schaltröhre am weitesten entfernte, an einem Ende der Schaltröhre liegende Eingangskontakt 2 mit dem im mittleren Teil der Röhre folgenden Wurzelkontakt 4 und dem am andern Ende der Schaltröhre liegenden Endkontakt 5 den Hauptschalter 2, 4, 5 bilden, während der Zusatzschalter 3, 4 aus dem in unmittelbarer Nähe des Eingangskontaktes sich befindlichen Zusatzkontakt 3 und dem Wurzelkontakt 4 besteht.
Die Schaltröhre wird vom Temperaturfühler 13 beim Steigen der Speicherwassertemperatur in der angegebenen Pfeilrichtung gehoben und die Rückstellfeder 14 führt sie wieder beim Fallen der Wassertemperatur in die ursprüngliche Lage zurück.
Der Zusatzschalter 3, 4 und der Teil 2, 4 des Hauptschalters sind bis zur unteren, vorbestimmten Grenztemperatur, z. B. 48 C, geschlossen und dann offen. Noch vor dem Öffnen des Zusatzschalters und des Hauptschalterteiles 2, 4 schliesst sich der andere Teil 4, 5 des Hauptschalters, bis sich auch dieser Teil bei der vorgesehenen Speicherwasserhöchsttemperatur, z. B. 850 C, öffnet. Dann sind in der Schaltröhre keine Kontakte mehr untereinander verbunden und jede Stromzufuhr zum Speicher ist unterbrochen. Der Speicher hat sich somit bei der Höchsttemperatur abgeschaltet.
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Nachdem am Wurzelkontakt 4 der Schaltröhre der eine Teil der Heizwicklung 12 als auch die andere Heizwicklung 11, in Serie mit dem Arbeitskontakt 6 des Relais 7 liegend, angeschlossen ist, kommen bei einem erregten Relais beide Heizwicklungen über den Hauptschalter an die Netzspannung R zu liegen.
Die Erregung des selbsthaltenden Relais 7 erfolgt dabei vorerst über den geschlossenen Zusatzschalter, wobei der Strom vom Netz über die Erregerwicklung 8 und die mit ihr in Serie liegende Heizwicklung 11 zunächst über Zusatzschalter und dann über den Hauptschalter fliesst.
Die Netzspannung R, die z. B. von 22 bis 6 Uhr über einen Zeitschalter eingeschaltet ist, wird der Schalteinrichtung über den Eingangskontakt 2 und den Endkontakt 5 zugeführt.
Hat nun ein Speicher, mit dieser Schalteinrichtung ausgerüstet, am Beginn der Nachtstrombezugszeit, z. B. 22-6 Uhr, eine restliche Wassertemperatur unter der unteren Grenze, z. B. 48 C, so wird die Erregerwick1ung 8 des Relais 7 über den dann geschlossenen Zusatzschalter 4, 3 erregt. Das Relais schliesst seinen Arbeitskontakt 6, wodurch die Erregerwicklung des Relais auch über den Hauptschalter an die Netzspannung R gelegt wird, so dass die Erregerwicklung und die mit ihr in Serie liegende Heizwicklung 11 an der Netzspannung R angeschlossen bleibt, auch wenn sich der Zusatzschalter dann beim Steigen der Speicherwassertemperatur über die untere Grenze öffnet.
Bei der vorgegebenen Höchsttemperatur wird dann auch der Teil 5,4 des Hauptschalters abgeschaltet, so dass in der Schaltröhre keine Kontakte mehr untereinander verbunden sind und jede Stromzufuhr zum Speicher unterbrochen ist. Der Speicher hat sich bei der Höchsttemperatur somit abgeschaltet.
Ein Speicher mit restlichem Warmwasser unter der unteren Grenztemperatur wird also vom Beginn der Nachtstrombezugszeit bis zur Erreichung der Höchsttemperatur mit beiden an den Wurzelkontakt 4 angeschlossenen Heizwicklungen aufgeheizt.
Liegt nun aber am Beginn der Strombezugszeit die Temperatur des restlichen Speicherwassers über der unteren, vorbestimmten Grenze, dann ist der Zusatzschalter dauernd geöffnet und es bleiben während der ganzen Bezugszeit Selbsthalterelais sowie die zweite Heizwicklung 11 spannungslos.
Der Speicher wird dann nur mit der einen Heizwicklung 12 über den geschlossenen Teil 4, 5 des Hauptschalters bis zur Höchsttemperatur aufgeheizt, wenn nicht während der Aufheizperiode durch eine Warmwasserentnahme aus dem Speicher die untere Grenztemperatur unterschritten wird.
Speicher mit einer Restwassertemperatur über der unteren Grenze heizen also nur mit einer Heizwicklung auf und eine Senkung der Netzlast ist die Folge.
Es ist klar, dass die beiden Heizwicklungen und die untere Grenztemperatur, bei einer bestimmten Aufheizdauer, nicht willkürlich gewählt werden können. Um z. B. die volle Aufheizung eines 100 1-Speichers während einer Nachtstrombezugszeit von 22 bis S Uhr zu gewährleisten, müssen die Heizwicklungen mit je 625 W bei einer unteren, vorbestimmten Grenztemperatur von 48 0 C bemessen werden, wenn die Kaltwasserzuflusstemperatur zum Speicher mit 100 C angenommen und der Speicher einschliesslich seiner Abkühlungsverluste 10 kWh für seine volle Aufheizung von 10 Q C bis zur Höchsttemperatur von 850 C benötigt. Es sei hier auch noch darauf hingewiesen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel auch dann eine Verminderung der Netzlast erzielt wird, wenn die Bezugszeit über 22 Uhr bis 6 Uhr hinaus verlängert oder überhaupt nicht beschränkt wird.
In Fig. 2 ist eine Schalteinrichtung mit Trockenkontakten an Stelle von Schaltröhren schematisch gezeichnet, die durch den vom Temperaturfühler gesteuerten Schaltarm beim Steigen der Speicherwassertemperatur im Sinne der Pfeilrichtung beschaltet werden. Bei dieser Schalteinrichtung besteht der Hauptschalter aus dem Wurzelkontakt 18, aus dem bis zur unteren Grenztemperatur, z. B. 660 C, geschlossenen Eingangskontakt 15 in der Ruhestellung des Schaltarmes, sowie aus dem dem Eingangskontakt folgenden Endkontakt 16, der von der unteren, vorbestimmten Grenztemperatur bis zur Höchsttemperatur des Speicherwassers, z. B. 85 C, geschlossen ist und aus dem bei der Höchsttemperatur beschalteten Auskontakt 19, in der Endstellung des Schaltarmes.
Dabei hat der Schaltarm beim Wechseln in eine andere Schaltstellung vorerst die nebeneinanderliegenden Kontakte des gegenständlichen Hauptschalters zu verbinden.
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undNetzphase R angeschlossen, die über einen Zeitschalter während der Nachtstrombezugszeit, z. B. von 22 bis 6 Uhr, eingeschaltet wird. Der Kontakt des Zusatzschalters 23 ist mit der Steuerleitung A verbunden, die über den Zeitschalter von der Netzphase R erst zu einem, nach dem Beginn der Strombezugszeit liegenden Zeitpunkt, z. B. von 3 bis 6 Uhr, unter Spannung gesetzt wird, während der andere Kontakt des Zusatzschalters 24 mit dem Ruhekontakt 17 des selbsthaltenden Relais in leitender Verbindung steht, an dem im Ruhezustand des Relais, dessen Erregerwicklung 25 angeschlossen ist.
Das Relais kann somit vorerst nur über seinen Ruhekontakt 17 erregt werden, wenn die Steuerleitung A eingeschaltet und der Zusatzschalter geschlossen ist. Nach der Einschaltung des Relais sorgt der Selbsthaltekontakt 21 desselben, der mit dem Wurzelkontakt und der Wicklung des Relais in Verbindung steht, dafür, dass die Erregung des einmal betätigten Relais bis zur Höchsttemperatur des Speicherwassers, z. B. 85 C, aufrecht erhalten bleibt, auch wenn sich beim Steigen der Speicherwassertemperatur über die untere Grenze dann der Zusatzschalter öffnet.
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Der Zusatzschalter wird also durch den Anschluss des Selbsthaltekontaktes an die Wurzel des Hauptschalters bei einem erregten Relais überbrückt, doch kann dies auch dadurch erzielt werden, wenn der Selbsthaltekontakt des Relais direkt an die Steuerleitung angeschlossen wird.
Nach einer Erregung des Relais wird durch dessen Arbeitskontakt 20 der andere Teil der Heizwicklung 11 an den Wurzelkontakt 18 des Hauptschalters angeschlossen. Da an der Wurzel dieses Schalters auch der eine Teil der Heizwicklung 12 angeschlossen ist, liegen dann beide Heizwicklungen bis zur Erreichung der Speicherwasserhöchsttemperatur an der Netzspannung R.
Erst bei der Höchsttemperatur springt dann der Schalter zum Auskontakt 19 und da diesem Kontakt keine Spannung zugeführt wird, ist die Wurzel des Schaltarmes spannungslos und die Stromzufuhr zu den beiden Heizwicklungen unterbrochen.
Der Speicher hat sich also bei der Höchsttemperatur abgeschaltet.
Aus der Wirkungsweise dieser Schalteinrichtung ist zu ersehen, dass eine Hinzuschaltung des andern Teiles der Heizwicklung 11 also nur dann erfolgt, wenn das Relais erregt wird. Eine Erregung des Relais kann jedoch nur dann stattfinden, wenn die Steuerleitung A eingeschaltet ist. Da die Steuerleitung aber erst nach dem Beginn der Strombezugszeit, z. B. um 3 Uhr früh, an Spannung gelegt wird, ist am Anfang der Bezugszeit, unabhängig von der restlichen Warmwassermenge im Speicher, immer nur der eine Teil 12 der Heizwicklung, der an den Hauptschalter angeschlossen ist, eingeschaltet.
Es heizt sich somit jeder Speicher nur mit einer Heizwicklung, z. B. mit 850 W, auf. Wird nun mit dieser Leistung bis zur Einschaltung der Steuerleitung A, z. B. um 3 Uhr früh, die untere Grenze der Speicherwassertemperatur, z. B. 66 C, nicht erreicht, bleibt der Zusatzschalter geschlossen und es wird um 3 Uhr früh dann der andere Teil der Heizwicklung mit z. B. 1050 W durch den Arbeitskontakt des dann vom Zusatzschalter erregten Relais hinzugeschaltet.
Kommt die Speicherwassertemperatur um 3 Uhr früh jedoch über 660 C zu liegen, dann ist schon der Zusatzschalter zu diesem Zeitpunkt geöffnet. Es unterbleibt dadurch die Erregung des Relais und damit die Hinzuschaltung des andern Teiles der Heizwicklung.
Ein Speicher mit einer restlichen Warmwassertemperatur am Beginn der Nachtstrombezugszeit von
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bis zu seiner Höchsttemperatur vom Beginn der Strombezugszeit an, aufheizen.
Eine wesentliche Senkung der Nachtlast ist bei diesem Ausführungsbeispiel somit auf jeden Fall auch bei voll ausgenützten Speichern gegeben und sinkt diese, z. B. für einen 1001-Speicher, von 1250 auf 850 W, wenn dem Ausführungsbeispiel ein 1001-Speicher, eine Kaltwasserzuflusstemperatur von 10 C, eine Höchsttemperatur von 850 C und eine benötigte Arbeit von 10 kWh zur vollen Aufheizung des Speichers, einschliesslich seiner Abkühlungsverluste, zugrunde gelegt wird.
Die weiteren Bedingungen für dieses Ausführungsbeispiel, wie Bemessung der einen Heizwicklung mit 850 und der hinzuzuschaltenden mit 1050 W, sowie eine Nachtstrombezugszeit von 22 bis 6 Uhr früh, die Einschaltung der Steuerleitung von 3 bis 6 Uhr und die Einstellung der unteren Grenztemperatur auf 66 C wurden bereits in der Beschreibung angeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schalteinrichtung für über einen Zeitschalter nachtstrombeheizte Heisswasserspeicher u. dgl., mit einem thermostatisch gesteuerten Schalter zur langsameren Aufheizung von Speichern mit restlichem Warmwasser über einen vorbestimmten Wert von der vorhergehenden Heizperiode, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben einem an sich bekannten thermostatisch gesteuerten Hauptschalter (2, 4, 5 bzw. 18, J, ss, J , der unterhalb der vorgegebenen Höchstgrenze der Speicherwassertemperatur, z. B. 850 C, geschlossen ist, noch mindestens einen ebenfalls von der Wassertemperatur thermostatisch gesteuerten Zusatzschalter (3, 4 bzw. 23, 24) aufweist, der bei einer Wassertemperatur unter einer vorbestimmten, unteren Grenze, z. B.
48 bzw. 66 C C, geschlossen und darüber geöffnet ist, und dass die Heizwicklung für das Speicherwasser aus mindestens zwei Teilen (11, 12) besteht, von denen der eine Teil (12) in Serie mit dem Hauptschalter dauernd in einen durch einen Zeitschalter gesteuerten Stromkreis liegt, wogegen der andere Teil der Heizwicklung (11) bei geschlossenem Zusatzschalter zum ersten Teil der Wicklung (12) parallel geschaltet ist, und dass ferner im Stromkreis des Zusatzschalters ein selbsthaltendes Relais sich befindet,
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terhin parallel zum einen Teil der Heizwicklung (12) an den Hauptschalter angeschlossen bleibt.