DE1295160C2 - DEVICE FOR CONTROLLING THE CHARGING OF HEAT STORAGE ROOM HEATING STOVES, IN PARTICULAR THOSE WITH ELECTRIC CURRENT AS ENERGY CARRIERS, WITH HEAT ENERGY IN CHEAP PERIODS - Google Patents
DEVICE FOR CONTROLLING THE CHARGING OF HEAT STORAGE ROOM HEATING STOVES, IN PARTICULAR THOSE WITH ELECTRIC CURRENT AS ENERGY CARRIERS, WITH HEAT ENERGY IN CHEAP PERIODSInfo
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- DE1295160C2 DE1295160C2 DE1963F0041313 DEF0041313A DE1295160C2 DE 1295160 C2 DE1295160 C2 DE 1295160C2 DE 1963F0041313 DE1963F0041313 DE 1963F0041313 DE F0041313 A DEF0041313 A DE F0041313A DE 1295160 C2 DE1295160 C2 DE 1295160C2
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Description
5555
Vorrichtung zum Steuern der Aufladung von Wärmespeicher-Raumheizöfen, insbesondere solchen mit elektrischem Strom als Energieträger, mit Wärmeenergie in Billigzeitperioden.Device for controlling the charging of heat storage space heating stoves, in particular such with electricity as a source of energy, with heat energy in low-cost periods.
Beim Aufladen von Wärmespeicher-Raumheizöfen, welche durch elektrischen Strom oder von einem anderen Wärmeträger aufgeladen werden, sind nicht nur die vom Energielieferanten freigegebenen Ladezeiten zu berücksichtigen, sondern es ist für eine wirtschaftliche Heizung auch notwendig, die Speicherofen in der Ladezeit — die Hauptladezeit liegt in der Regel zwischen 22 and 6 Uhr — nur so weit aufzuladen, wie die am nächsten Tage voraussichtlich benötigte Wärmemenge beträgt. Ferner ist es vorteilhaft, den Ladevorgang so zu steuern, daß die Aufladung erst am Ende der freigegebenen Ladezeit, d. h. zu Beginn der Entladezeit, in voller Höhe vorhanden ist. In allen anderen Fällen würde ein unnötiger Energieverbrauch durch kaum zu vermeidende Wärmeabgabe zur unrechten Zeit eintreten.When charging heat storage space heaters that are powered by electricity or by Charged with another heat transfer medium are not only those approved by the energy supplier Charging times must be taken into account, but it is also necessary for economical heating to use the storage heater in the charging time - the main charging time is usually between 10 p.m. and 6 a.m. - only so far to charge the amount of heat that is expected to be required the next day. Furthermore it is It is advantageous to control the charging process in such a way that charging only takes place at the end of the approved charging time, d. H. at the beginning of the discharge time, is available in full. In all other cases it would be unnecessary Energy consumption due to unavoidable heat emission occur at the wrong time.
Auf eine Vorrichtung zum Steuern einer solchen Aufladung bezieht sich die Erfindung.The invention relates to an apparatus for controlling such charging.
Es ist bereits durch die deutsche Patentschrift 11 28 105 ein Verfahren zum Steuern der Aufladung von Wärmespeichern bekannt, welches diesen für eine wirtschaftliche Heizung als notwendig genannten Maßnahmen entspricht. Bei ihm wird als Steuergröße die Außenlufttemperatur herangezogen. Der Zeitpunkt des Aufladebeginns stellt sich so ein, daß die Ladung erst am Ende der jeweiligen Billigzeitperiode beendet ist.It is already through the German patent specification 11 28 105 a method for controlling the charging of heat storage known, which said this as necessary for economical heating Measures. It uses the outside air temperature as a control variable. Point of time the beginning of the charging process is such that charging is only carried out at the end of the respective low-cost period is finished.
Dieses Verfahren hat den schwerwiegenoen Nachteil, daß die im Speicherofen von der vorhergehenden Heizperiode z. B. infolge Erhöhung der Außenluft! smperatur verbliebene Restwärme unberücksichtigt bleibt, so daß es zu unwirtschaftlichen Überladungen kommen kann. Nachteilig ist ferner, daß die Außenlufttemperatur mittels eines Wärmeausdehnungselementes festgestellt und über ein mechanisches Gestänge auf einen Schaltzylinder übertragen wird. Derartige gemischt mechanisch-elektrische Elemente sind naturgemäß sehr empfindlich und einem stetigen Verschleiß unterworfen, so daß eine ständige Wartung erforderlich ist.This procedure has the serious disadvantage that the in the storage heater from the previous heating period z. B. due to an increase in outside air! temperature remaining residual heat is not taken into account, so that it leads to uneconomical overloading can come. Another disadvantage is that the outside air temperature by means of a thermal expansion element established and transferred to a shift cylinder via a mechanical linkage will. Such mixed mechanical-electrical elements are naturally very sensitive and a Subject to constant wear, so that constant maintenance is required.
Ein Vorschlag, die eingangs genannte Aufgabe auf rein elektrischem Wege zu lösen, findet sich in dem älteren Patent 12 50 027, welches ein Aufladegerät für Speicherheizungen betrifft, bei dem die Außenlufitemperatur durch einen elektrischen, temperaturabhängigen Widerstand dargestellt wird, der derart arbeitet, daß niedrigeren Meßtemperaturen zunehmende Widerstandswerte zugeordnet sind, und der mit einem vorgegebenen konstanten Widerstand und mit einem durch eine Uhr oder ein elektromotorisches Zeitwerk angetriebenen Drehwiderstand (Potentiometer) mit wachsender oder je nach der Schaltung auch fallender Widerstandscharakteristik zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet ist, in der die Widerstandswerte miteinander verglichen und durch die bei Veränderung des Brückengleichgewichtes Steuervorgänge ausgelöst werden, die das Einschalten des Ladestromes bewirken.A suggestion to solve the above-mentioned problem in a purely electrical way can be found in the earlier patent 12 50 027, which relates to a charger for storage heaters in which the outside air temperature is represented by an electrical, temperature-dependent resistor, which is such works that lower measuring temperatures are associated with increasing resistance values, and the with a given constant resistance and with a clock or an electromotive Timing driven rotary resistance (potentiometer) with increasing or depending on the Circuit also with decreasing resistance characteristics interconnected to form a Wheatstone bridge in which the resistance values are compared with each other and by the change in the bridge equilibrium Control processes are triggered that cause the charging current to be switched on.
Bei dieser Vorrichtung, die mit für sich bekannten Einzelelementen arbeitet, bleibt die im Speicher eventuell verbliebene Restwärme unberücksichtigt, so daß es auch hier am Ende der Ladeperiode zu unwirtschaftlichen Überladungen kommen kann. Ein weiterer Nachteil dieses Gerätes besteht darin, daß sich dort auf Grund der Brückenschaltung gekrümmte Kurvenscharen für die Regelung ergeben, die nur im mittleren Bereich einen einigermaßen geraden Verlauf haben, während der Anfang- und Endbereich ziemlich gekrümmt sind und Anlaß zu Ungenauigkeiten bei der Aufladung geben.In this device, which works with individual elements known per se, the remains in the memory Any remaining residual heat is not taken into account, so that it is also here at the end of the charging period inefficient overloads can occur. Another disadvantage of this device is that there are curved families of curves for the control due to the bridge circuit, which only have a fairly straight course in the middle area, while the initial and End areas are rather curved and give rise to inaccuracies in the charging.
Durch die DT-PS 6 39 252 ist eine Steuervorrichtung für ein Speichergerät bekannt, die die vom Vortage im Speicher verbliebene Restwärme erfaßt und als Steuergröße bei der Aufladung berücksichtigt. Das Speichergerät wird bei verbliebener RestwärmeThrough the DT-PS 6 39 252 a control device for a storage device is known that the previous day Residual heat remaining in the storage tank is recorded and taken into account as a control variable during charging. The storage device will if there is any residual heat
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entsprechend später eingeschaltet, so daß das Ende der Ladezeit etwa mit dem Ende der Billigzeitperiode zusammenfällt. Die Außentemperatur wird aber bei dieser Vorrichtung nicht erfaßt. Die Steuerung erfolgt zudem über mechanische, auf Quecksilberschalter einwirkende Elemente. Hierdurch ergeben sich nicht nur die oben angeführten, bei gemischt mechanisch-elektrischer Bauweise zwangsläufig auftretenden Nachteile, sondern die Steuerung selbst wird ungenau, weil die Quecksilberschalter" stufenweise arbeiten und nur wenige Schaltstufen aufweisen. accordingly switched on later, so that the end of the charging time around the end of the cheap time period coincides. The outside temperature is not recorded with this device. The control takes place also via mechanical elements that act on mercury switches. This results not only those mentioned above, which inevitably occur with mixed mechanical-electrical construction Disadvantages, rather, the control itself becomes inaccurate because the mercury switch "gradually" work and have only a few switching steps.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, bei einer rein elektrisch arbeitenden Vorrichtung, wie sie dem Gegenstand des älteren Patents zugrunde liegt, die Genauigkeit der Steuerung zu erhöhen, wobei insbesondere das Ende des Ladevorganges auch dann mit dem Ende der Billigzeitperiode zusammenfallen soll, wenn bei Ladebeginn noch eine mehr oder weniger große Restwärmemenge im Speicherkern vorhanden ist.The invention has set itself the task of a purely electrically operating device like her the subject of the earlier patent is based on increasing the accuracy of the control, wherein in particular, the end of the charging process also coincide with the end of the cheap time period should if there is still a more or less large amount of residual heat in the storage core at the start of charging is available.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß außer der Außenlufttemperatur auch die von der vorangegangenen Lade-Entlade-Periode im Wärmespeicher verbliebene Restwärme als Steuergröße erfaßt und durch einen elektrischen, temperaturabhängigen Widerstand dargestellt wird, der ebenfalls so arbeitet, daß niedrigeren Meßtemperaturen zunehmende Widerstandswerte zugeordnet sind, und daß die temperaturabhängigen Widerstände und der Drehwiderstand in Reihe geschaltet sind, wobei die Steuervorgänge dann ausgelöst werden, wenn die Summe der Widerstandswerte der veränderlichen Widerstände mit dem Widerstandswert des vorgegebenen konstanten Widerstandes übereinstimmt.The solution to the problem is that in addition to the outside air temperature, that of the previous one Charge-discharge period and residual heat remaining in the heat accumulator is detected as a control variable is represented by an electrical, temperature-dependent resistor, which also works in this way that lower measuring temperatures are associated with increasing resistance values, and that the temperature-dependent Resistors and the rotary resistor are connected in series, with the control operations then triggered when the sum of the resistance values of the variable resistances corresponds to the resistance value of the given constant resistance.
Auch im Falle der Erfindung werden die NachteileIn the case of the invention, too, there are disadvantages
mechanisch oder mechanisch-elektrisch arbeitender Elemente vermieden. Es werden aber auf Grund der Reihenschaltung der Widerstände (Summierung) Kurvenscharen mit geradlinigem Verlauf erzielt, die ein genaueres Arbeiten der Aufladevorrichtung auch in den extremen Bereichen ergeben. Durch die Heranziehung der Restwärme als Steuergröße wird die im Speicher eventuell verbliebene Restwärme bei der Aufladung mit berücksichtigt, so daß es zu keinermechanically or mechanically-electrically working elements avoided. But due to the Series connection of the resistances (summation) sets of curves with a straight course achieved, the result in a more accurate working of the charger even in extreme areas. By attraction the residual heat as a control variable is any residual heat remaining in the storage tank Charging is taken into account so that there is no
ίο unerwünschten Überladung mehr kommen kann.ίο unwanted overloading can occur.
Eine Ausführungsform des Gegenstandes der Er findung sieht vor, die Außenlufttemperatur mittelbar über die Temperatur der der Außenluft zugekehrten Wandoberfläche des zu beheizenden Objekts zu messen. Diese Maßnahme führt dazu, daß bei der Feststellung des Wärmebedarfs die in der Wand des zu beheizenden Objekts vorhandene Wärme Berücksichtigung findet; nur von der Außenlufttemperatur auszugehen, kann insbesondere dann, wenn dieseOne embodiment of the subject matter of the invention provides for the outside air temperature indirectly via the temperature of the wall surface of the object to be heated facing the outside air measure up. This measure leads to the fact that in the determination of the heat demand in the wall of the the object to be heated is taken into account; only from the outside air temperature can be assumed, especially if this
sich schnell ändert, zu Fehleinschätzungen des Wärmebedarfs führen. Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung von Halbleitern für die temperaturabhängigen Widerstände vor. Hierdurch wird die Wartungsfreiheit der Vorrichtung noch gesteigert.changes quickly, leading to incorrect assessments of the heat demand. Another embodiment provides for the use of semiconductors for the temperature-dependent resistors. This will the maintenance-freedom of the device is increased.
Im folgenden werden zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung die theoretischen Grundlagen mitgeteilt, wobei darauf hingewiesen sei, daß bei den veränderlichen Widerständen an Stelle von solchen mit wachsender Wider-Standscharakteristik selbstverständlich auch solche mit fallender Widerstandscharakteristik, und zwar bei allen gleichzeitig, in Anwendung kommen können.In the following, to explain the operation of the device according to the invention, the theoretical Basics communicated, whereby it should be noted that with the variable resistances in place of those with increasing resistance characteristics, of course, there are also those with decreasing resistance characteristics, and indeed for all of them at the same time, are used can.
Die erwähnten Widerstandswerte werden, wie dargestellt wurde, in einer Meßschaltung summiert. Dies läßt sich in folgender Gleichung erfassen:The resistance values mentioned are, as shown, summed in a measuring circuit. this can be expressed in the following equation:
Witterungweather
RestwärmeResidual heat
Ladezeit KonstanteLoading time constant
Die einzelnen Summanden setzen sich wie folgt zusammen:The individual summands are made up as follows:
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1. Der Witterungswiderstandswert besteht aus dem1. The weather resistance value consists of the
a) Festwiderstand Rwo, z. B. bezogen auf 20° C Gebäudewandtemperatur,a) Fixed resistor R where , e.g. B. related to 20 ° C building wall temperature,
b) variablen Wert Δ tw ■ <x„, in dem Δ tw die Temperaturdifierenz gegenüber 20° C = t„ — 20 "C, aw der Temperaturkoeffizient (Ω/° C) ist.b) variable value Δ t w ■ <x ", in which Δ t w is the temperature difference compared to 20 ° C = t" - 20 "C, a w is the temperature coefficient (Ω / ° C).
2. Der Restwärmewiderstandswert besteht aus dem2. The residual heat resistance value consists of the
a) Festwiderstandswert R00, z.B. bezogen auf 20° C Speicheroberflächentemperatur (an Stelle der Ofenkerntemperatur, die schlecht meßbar ist),a) Fixed resistance value R 00 , e.g. based on 20 ° C storage surface temperature (instead of the furnace core temperature, which is difficult to measure),
b) variablen Wert Δ t„ ■ t\q, in dem A tq die Temperaturdifierenz gegenüber 20° C = f, - 20° C,b) variable value Δ t "■ t \ q , in which A t q is the temperature difference compared to 20 ° C = f, - 20 ° C,
aQ der Temperaturkoeffizient (Q/°C) bedeutet. a Q means the temperature coefficient (Q / ° C).
3. Der Ladezeitwiderstandswert besteht aus dem3. The charging time resistance value consists of the
a) Festwiderstandswert Rh0 des Potentiometers zum Zeitpunkt der Ladezeitfreigabe, z. B. 22 Uhr.a) Fixed resistance value R h0 of the potentiometer at the time of the charging time release, e.g. B. 10 p.m.
b) variablen Wert Z1, ■ &h, in dem Zh Zeitabstand in Stunden (Sperrzeit) nach der Freigabe der tariflich begünstigten Ladezeit, z. B. nach 22 Uhr, und αΛ die Widerstandsänderung je Stunde bedeutet.b) variable value Z 1 , ■ & h , in which Z h time interval in hours (blocking time) after the release of the tariff preferential charging time, z. B. after 10 p.m., and α Λ means the change in resistance per hour.
4. K ist ein vorgegebener Festwiderstand.4. K is a given fixed resistance.
Je nachdem die variablen Anteile der beiden ersten Summanden größer oder kleiner entsprechend einer kleineren oder größeren Witterungs- bzw. Ofenrestwärmetemperatur sind, fällt der Wert Zh (Einschaltzeitraum nach 22 Uhr) kleiner oder größer aus; d. h., die Ladung des Wärmespeichers beginnt entsprechend früher oder später.Depending on whether the variable portions of the first two summands are larger or smaller, corresponding to a smaller or larger weather or residual furnace heat temperature, the value Z h (switch-on period after 10 p.m.) is smaller or larger; that is, the charging of the heat storage begins earlier or later accordingly.
Setzt man die obengenannte Gleichung für die Werte Rw0 bis K die durch die Meßwiderstände vorgegebenen und für die übrigen Widerstände entsprechend gewählten Zahlenwerte ein und löst sie nach Z1x auf, so erhält man für den Beginn der Ladezeit nach 22 Uhr die GleichungIf the above equation is used for the values R w0 to K, the numerical values given by the measuring resistors and selected accordingly for the other resistors and solved for Z 1x , the equation for the start of the charging time after 10 p.m. is obtained
Z„ = 1,320 + 0,200^Z "= 1.320 + 0.200 ^
wobei nur noch tw (die Gebäudeoberflächentemperatur) und tq (die Speicheroberflächentemperatur) einzusetzen sind.where only t w (the building surface temperature) and t q (the storage surface temperature) have to be used.
1. Bei einem tw = +20° C und einem tq von 20° C (Übergangsjahreszeit) würde Zh = 8 Stunden betragen, also die Aufladung um 6 Uhr früh zum Ende der freigegebenen Ladezeit erst beginnen können, d. h., es findet gar keine Speicherung statt.1. With a t w = + 20 ° C and a t q of 20 ° C (transitional season), Z h = 8 hours, so charging can only start at 6 o'clock in the morning at the end of the approved charging time, ie it takes place no storage takes place at all.
2. Bei einem tw = 0° C und einem /, von 20° C (mittlere Winterverhältnisse) würde·ΖΛ = 4 Stunden betragen, d. h., die Aufladung würde um2. With a t w = 0 ° C and a /, of 20 ° C (mean winter conditions), · Ζ Λ = 4 hours, ie the charge would have been over
2 Uhr beginnen.2 o'clock start.
3. Bei einem tw = — 200C und einem /„ von 2O0C (starker Frost) würde Zn = 0 Stunden betragen, d. h., die Aufladung würde sofort um 22 Uhr zum Zeitpunkt der Freigabe beginnen.3. In a t w = - 20 0 C and a / "from 2O 0 C (severe frost) would Z n = 0 hours, respectively, that is, the charge would immediately begin at 22 o'clock at the time of release.
4. Bei einem tw = — 200C und einem t„ von 4O0C (starker Frost, jedoch Restwärme im Ofen) würde Zh = 2,7 Stunden betragen, d. h., die Auf- ao ladung würde um 0,42 Uhr beginnen.4. For a t w = - 20 0 C and a t "of 4O 0 C (severe frost, but the residual heat in the furnace) would be Z h = 2.7 hours, ie, the up ao charge would 0.42 Start clock.
Tritt nach dem Beginn der Ladung eine Erhöhung der Außenlufttemperatur ein, so wird im Falle der Erfindung sofort die Ladung unterbrochen. Die erfindungsgemäße Regelung wirkt daher gleichzeitig al; Überladcsicherung.If the outside air temperature increases after the start of charging, in the case of Invention immediately interrupted the charge. The scheme according to the invention therefore acts at the same time al; Overload protection.
Ein nach der vorstehenden Gleichung arbeitendes Oerat ist schematisch in der Figur dargestelltA device operating according to the above equation is shown schematically in the figure
Darin bezeichnet 1 den Widerstand des unmittelbar an der Gebäudewand gelegenen Witterungsfühlers, 2 den Widerstand des am Speicherofen 9 gelegenen Restwärmefühlers, und 3 den Widerstand des durchdrehbaren Potentiometers, welches über die Achse 4« von einer Uhr oder einem sonstigen elektromotorischen Zeitwerk 4 verstellt wird.1 denotes the resistance of the immediate The outside sensor located on the building wall, 2 the resistance of the one located on the storage heater 9 Residual heat sensor, and 3 the resistance of the rotatable potentiometer, which is set via the Axis 4 ″ is adjusted by a clock or some other electromotive timer 4.
Die genannten Widerstände sind in Reihe geschaltet. Ihre Summe wird innerhalb der Meßschaltung 5 die von einer Konstant-Spannungsquelle 7 gespeist wird, mit einem vorgegebenen konstanten Widerstand Π verglichen. Im Falle der Übereinstimmung beider werte werden Steuervcirgänge ausgelöst, die das Einschalten des Ladeschalters 6 bewirken, der das Netz 10 an den Speicherofen 9 legt.The resistors mentioned are connected in series. Their sum is within the measuring circuit 5 which is fed by a constant voltage source 7, with a predetermined constant resistance Π compared. If the two values match, control processes are triggered that enable the of the charging switch 6, which attaches the network 10 to the storage heater 9.
λ-00W Patentschutz umfaßt jeweils nur die Merkmale eines jeden Anspruchs in ihrer Gesamtheit einschließlich der Rückoeziehungen. λ- 00 W patent protection covers only the features of each claim in their entirety, including the withdrawals.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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- 1963-11-19 DE DE1963F0041313 patent/DE1295160C2/en not_active Expired
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