Fernsteuervorrichtung für die Aufladaang eines Elektre-Wärmespeichers
Die erforderliche Auflademenge von Elektro-Wärmespeichern ist abhängig von der jeweils herrschenden Witterung: in jeder Ladeperiode, also hauptsächlich in der Nacht vor der Wärmeentnahme, soll möglichst nicht mehr Energie gespeichert werden, als es dem Wärmebedarf, also der Wetterlage des kommenden Tages entspricht. Zu diesem Zweck war früher die Handeinstellung der Regelorgane üblich. Dieses unwirtschaftliche, unbequeme und dem Irrtum des Benutzers unterworfene Vorwählverfahren ist bei den Spei chergeräten moderner Bauart fast durchweg von vollautomatischen, wettergetreuen Ladevorrichtungen abgelöst worden.
Die bisher am weitesten verbreitete selbsttätige Ladevorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Sie hat zwei flüssigkeitsgefüllte Temperatur-Fühler 3a und 3b, deren bei Erwärmung entstehende Flüssigkeitsdrücke gemeinsam auf den Lade-Unterbrecher 3 einwirken. Bei Überschreiten eines gewissen Summendruckes öffnet also dieser Unterbrecherschalter. Der eine Teildruck wird direkt von der momentanen Temperatur des Spei cherkerns 1 erzeugt, denn der zugehörige Temperatur Fühler 3b befindet sich im direkten thermischen Kontakt mit dem Speicher. Der zweite Fühler 3a ist nur für Steuerzwecke vorgesehen; er wird von einem Steuer-Heizwiderstand 5 beeinflusst, der seinerseits seine elektrische Speiseenergie, wettergetreu dosiert, von einem ausserhalb des Gebäudes angeordneten Wetter-Fühler 6 erhält.
Beispielsweise bei milder Witterung ist diese Steuerenergie recht hoch, so dass der im Steuer-Fühler entstehende Teildruck 3a ebenfalls hoch -sein wird, wodurch also der Ladebegrenzer 3a sich bereits öffnet, sobald der Speicher 1 eine relativ niedrige Temperatur erreicht hat. Dieses Wirkungsprinzip ist im Gebrauchsmuster 1 947 588 beschrieben.
Handelsübliche Temperatur-Fühler der dargestellten Art sind für eine Verwendung von maximal etwa 400 Grad Celsius geeignet; höhere Temperaturen könnten zur Zerstörung führen. Aus diesem Grunde ist bei -dem vorbeschriebenen, bekannten Prinzip der LadeZteuerung die Anordnung des Speicher-Fühlers so getroffen, dass er aussen an diesem anliegt oder sogar mit einem gewissen Abstand von diesem untergebracht ist. Diese Fühler erfassen also nur einen Bruchteil der tatsächlich im Zentrum des Speichers vorhandenen Temperatur, die beispielsweise 800" C und mehr betragen kann.
Da dieses Bruchteilsverhältnis der aussen gemessenen Temperatur nicht immer einwandfrei errechnet werden kann oder zumindest eine aufwendige kon struktivesGenauigkeit erfordert, wäre eine Temperaturerfassung im Zentrum des Kerns bei sonstiger Beibehaltung des vorbeschriebenen robusten und preiswerten Prinzips wünschenswert. Diese Forderung wird bekräftigt durch die Tatsache, dass sich erhebliche zeitliche Verschiebungen zwischen dem Temperaturverlauf am Speicher und dem Temperaturverlauf im Speicher ergeben, wodurch die Regelgüte und die Regelgenauigkeit erheblich beeinträchtigt werden, sofern nicht zusätzliche Aufwendungen, zum Beispiel für therrnische Rückführungen und dergleichen getroffen werden.
Der Erfinder ging von der Aufgabe aus, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, wobei also unter Beibehaltung des grundsätzlichen Wirkungsprinzips ein für hohe Temperaturen geeigeter Messfühler unmittelbar im Speicherkern selbst untergebracht werden sollte.
Die erfindungsgemässe Fernsteuervorrichtung zur Aufladung eines Elektro-Wärmespeichers unter Berücksichtigung der wetterabhängigen Aussentemperatur und der Speicher-Restwärme ist gekennzeichnet durch mindestens einen im Speicherkern angeordneten, der Speicherwärme ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand, einen zu diesem elektrisch parallel geschalteten aber thermisch von der genannten Speicherwärme isoliert angeordneten Steuer-Heizwiderstand, dessen Steuer-Heizenergie auf eirn thermischen Ladebegrenzer einwirkt, weiter gekennzeichnet durch einen dieser Parallelichaltung vorgeordneten Reihenwiderstand,
wobei der aus dieser Parallelschaltung und diesem Rei- henwiderstand gebildete Steuer- & romkreis von einer Spannung gespeist ist, die mit Hilfe eines Aussenfühlers entsprechend der wetterabhängigen Aussentemperatur veränderlich ist, also zum Beispiel von einem Aussenfühler her geliefert wird. Bei dieser Anordnung wird also der eine Zweig des Druckübertragungssystems ersetzt durch einen elektrischen Schaltungszweig, der jedoch nicht unmittelbar auf den Lade-Regler einwirkt, sondern die Steuerenergie des bisher auch vorhandenen Steuer-Heizkreises beeinflusst.
Die Wirkungsweise ist derart, dass bei temperaturabhängiger Veränderung des im Speicher angeordneten Messwiderstandes der Strom und damit die Steuerenergie im parallel geschalteten Steuerzweig sich entsprechend gegenläufig ändern.
In der praktischen Verwirklichung bieten sich grundsätzlich zwei Ausführungsmöglichkeiten: Entweder wird im Speicherkern ein PTC-Element verwendet, dann steigt bei Speichererwärmung der Strom in dem anderen Schaltungszweig, so dass als Ladebegrenzer ein solcher Schalter vorzusehen ist, dessen Kontakte bei Druckanstieg öffnen. Die zweite Ausfiihrungsfoun besteht darin, ein NTC-Element im Speicher zu verwenden, so dass bei Erwärmung der Strom dort steigt und im parallelgeschalteten Zweig dementsprechend sinkt; da dieser Zweig in thermisch hydraulischer Wirkverbindung mit dem Ladebegrenzer steht, ist hier ein solcher Schalter vorzusehen, dessen Kontakte sich bei nachlassendem Betätigungsdruck öffnen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die bisher erwähnte, mit flüssigkeitsgefüllten Fühlern ausgerüstete Vorrichtung; der steuerbeheizte Temperaturfühler könnte vielmehr auch bimetallisch ausgebildet sein. Eine solche Lösung ist immer dann vorzuziehen, wenn eine räumlich unmittelbare Zusammenfassung dieses Temperatur-Fühlers mit dem zugehörigen Lade unterbrechungs;Kontakt ohne weiteres möglich ist. In allen übrigen Fällen, also bei getrennter Anordnung zwischen dem Fühler mit Steuer-Widerstand einerseits und dem Unterbrechungskontakt andererseits bietet die bewährte Druckübertragung durch Kapülar-Leftungen optimale Variationsmöglichkeiten in konstruktiver Hinsicht.
Die Elektrizitätswerke sind daran interessiert, dass zu Beginn der Niedertarif-Periode, also dann, wenn das Belastungstal noch recht flach ist, so wenig Speichergeräte wie möglich eingeschaltet werden; der Ladebeginn jedes einzelnen Gerätes soll also, unter Berücksichtung der Witterung, so spät wie möglich einsetzen. Auch der Verbraucher hat diesen Wunsch, damit zum Beispiel bei milder Witterung ein auf seinen Sollwert geladener Speicher nicht schon mitten in der Nacht seine Ladung beendet und etliche Stunden ungenutzt gefüllt ist, Stunden, in ,denen ungewollte Wärmeverluste die Wirtschaftlichkeit beeinflussen würden. Auch der Verbraucher begrüsst es daher, wenn die Ladung so spät wie möglich beginnt und somit so spät wie möglich endet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bereits Zeitsteuergeräte vorgeschlagen worden, die den Beginn der Ladung unter Berücksichtigung der Witterung so weit wie möglich verzögern (zum Beispiel Gebrauchsmuster 1 935 686).
Auch die vorliegende Erfindung eignet sich gut für die wirkungs- und schaltfngsmässige Kombination mit einer solchen Zeitsteuervorrichtung. In diesem Fall wird zu Beginn jeder Lade-Periode die Betriebsspannung des Steuer-Stromkreises zeitproportional, also kontinuierlich verändert. Da sie ohnehin schon wetterabhängig ist, erreicht sie also einen bestimmten Soll Wert je nach Witterung früher oder später. Insbesondere mit Hilfe eines Spannungsteilers, der zum Teil von der Witterung und zum anderen Teil von einem Uhrwerk beeinflusst wird, kann eine solche kombinatorische Abhängigkeit der Steuerspannung erreicht werden.
Nachfolgend werden anhand der Fig. 2, 3 und 4 der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Aus der Fig. 2 ist erkennbar, ,dass im Unterschied zu der in der Fig. 1 gezeigten bisherigen Anordnung anstelle des dort verwendeten flüs sigkeitsgefüllten Speicher-Fühlers 3b nun ein PTC-Element 4 eingesetzt ist, das innerhalb des Speicherkerns 1 untergebracht wurde. In direkter Verbindung mit dem Laderegler 3 steht somit nur noch ider Steuer Fühler 3a, dessen Beheizung mit Hilfe des Widerstandes 5 von zwei Einflüssen bestimmt wird: von der Spleicherwärme und; von der Witterung.
Bei mildem Wetter liefert der Aussenfühler 6, der zum Beispiel als selbstbeheizte Tankvorrichtung ausgebildet sein kann, eine höhere Betriebsspannung 9, so dass der Laderegler 3 bei entsprechend niedriger Speicher-Temperatur abgeschaltet wird. Ferner bewirkt die Speicher-Temperatur, dass der Widerstandswert im PTC-Element 4 mit zunehmender Lademenge steigt, so dass eine Stromverdrängung zum parallel geschalteten Widerstand 5 hin stattfindet, wodurch also eine weitere Einwirkung auf den Laderegler 3 entsteht.
Es versteht sich von selbst, dass auch bei dieser Lösung die tatsächliche Speicher-Temperatur erfasst und berücksichtigt wird, also auch die vom Vortage eventuell noch vorhandene Restwärme.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist dieses Prinzip etwas variiert ausgestaltet. Hier ist im Speicher ein NTC-Element 41 angeordnet, dessen Durchflusstrom also mit zunehmender Speicherladung steigt.
Demzufolge sinkt im Steuerwiderstand 5 der Durchflusstrom mehr und mehr. Der vom Steuerfühler 3a auf den Ladeschalter 31 ausgeübte Druck sinkt so weit, bis dieser schliesslich öffnet.
Auch als Zeitsteuer-Vorrichtung kann insbesondere der Aufbau gemäss Figur 3 verwendet werden. In diesem Fall herrscht zu Beginn jeder Lade-Periode eine Betriebsspannung 91, die zeitproportional ansteigt. Gemäss Fig. 4 wird diese Spannung von dem Teilzweig 612 eines Spannungsteilers 611 abgegriffen. Die zeitliche Veränderung entsteht durch ein Motor-Potentiometer, mit dem der zweite Teilzweig 613 gebildet wird. Da der erste Teilzweig 612 wiederum der Witterung ausgesetzt ist (entweder direkt oder durch taktende Beheizung indirekt) und zum Beispiel einen temperaturabhängigen Widerstand enthält, wird je nach Witterung früher oder später derjenige Soll-Wert der Betriebsspannung 91 erreicht, bei dem der Lade-Schalter 31 schliesst. Über diesen Soll-Wert hinaus kann die Spannung nicht steigen, da sie von einer Zener-Diode 11 begrenzt wird.
Nun beginnt die Ladung und infolge Stromverdrängung zum NTC-Element 41 hin, kühlt sich der Widerstand 5 und somit der Fühler 3a mehr und mehr ab, bis schliesslich bei ausreichender Füllung des Speichers wieder die Unterbrechung des Ladevorganges erfolgt. Diese Unterbrechung kann auch von seiten des Elektrizitätswerkes oder über Schaltuhren dadurch erfolgen, dass die Lade-Periode ohnehin endet.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist in an sich bekannter Weise eine wärmedämmende Umhüllung 8 vorgesehen, die den Steuer-Fühler 3a und den Steuer Heizwiderstand 5 umschliesst, so dass möglichst keine Steuerenergie-Verluste auftreten können. Diese Steuerungsart wird dadurch sehr wirtschaftlich.