DE2009557A1 - Elektronische Entladesteuerung fur ein elektrisches Warmespeichersystem mit einem Speicherkern - Google Patents

Elektronische Entladesteuerung fur ein elektrisches Warmespeichersystem mit einem Speicherkern

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DE2009557A1
DE2009557A1 DE19702009557 DE2009557A DE2009557A1 DE 2009557 A1 DE2009557 A1 DE 2009557A1 DE 19702009557 DE19702009557 DE 19702009557 DE 2009557 A DE2009557 A DE 2009557A DE 2009557 A1 DE2009557 A1 DE 2009557A1
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electronic discharge
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Peter Dipl Ing 6078 Neu Isenburg Ortac Erbil Dipl Ing 6100 Darmstadt M Ruler
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • G05D23/1923Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller using thermal energy, the cost of which varies in function of time

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Description

  • Elektronische Entladesteuerung für ein elektrisches Wärmesprichersystem mit einem Speichenkern Dir Erfindung beziht sich auf eine elektronische Entladesteuerung für ein elektrisches Wärmespeichersystem mit einem Speicherkern.
  • Bekanne elektrische Wärmespeichersysteme mit Speicherkern arbeiten raumteperaturabgängig. Dem in den Niedertarifzeiten aufgeladenen Speicherkern kann zu beliebigen Tageszeiten Wärme entnommen werden. Tritt nun der Fall auf, daß dem zu heizenden Raum betrachtliche Wärme entzogen wird, beispielsweise durch ein geöffnetes Fenster, so führt dies bei längerem Offensein des Fensters unter Umständen dazu, daß der Speicherkern versehentlich vorzeitig entlanden wird. Die notwendige weitere Beheizung des Raumes muß dann mit einem Heizstrom zum normaler Tarif erfolgen*.
  • Bei den bekannten elektrischen W;rmespeichersys temen mit einem Speicherkern wird ferner mittels eines ersten Lüfters Luft durch Kernkanäle geblasen, die den Kern mit hoher Temperatur verläßt während mit einem zweiten Lüfter Kaltluft zugemischt wird. Das Luftgemisch tritt in den zu erwärmenden Raum ein. Die Lüfter saugen Luft mit Raumtemperatur an. Dio Drehzahlen der Lüfter können zwei Zustände einnehmen, und zwar entweder 0 oder nnenn Die Lüfter werden zweipunktgeregelt. d. h. ein- und usgeschaltet. Bei handbetätigten Geräten kann die Drehzahl des einen Lüfters in Stufen eingestellt werden.
  • Die Drehzahl des ersten Lüfters ist eiue Funktion der Raumtemperatur #R' die Drehzahl des zweiten Lüfters ist eine Funktion der Luftaustrittstenperatur #A. Entsprechend wird für den ersten Lüfter ein Raumtemperatur und für den zweiten Lüfter ein Fuhler am Luftaustritt des Systems benötigt. Sowohl für den Fühler am Luftisustritt, als auch fiir den Raumthermostaten kann ein Bimetallschalter verwendet werden. Die Temperatur #Kmax des Speicherkernes liegt bei etwa + 600 °C und die Luftaustrittstemperatur # Amax bei etwa + 140 °C. Erwünscht ist hingegen eine Luftaustrittstemperatur # Amax von etwa # 100 °C.
  • Bei den bekannten Wärmespeichersystemen können die Lüfterdrehzahlen nur zwei diskrete Zustände annehmen. Dadurch schwankt einmal die Luftaustrittstemperatur # A in relativ hohem Naße, was von in Nähe des Systems befindlichen Personen als unangenehm empfunden wird und ferner entsteht eine unangenehme Geräuschbelästigung durch das dauernde Herauf- und Herunterlaufen der Lüftermotore (Zeitshrift "Elektro-Anzeiger" Nr. 3, 1996, S. 14-17).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Wärmespeichersystem mit einer von Umgebungseinflüssen unabhängigen konstanten Wärmeleistung zu schaffen. Dieses Verhalten hat dem Vorteil, daß Fehler der obengenannten Art (Fernsteröffnen) keinen Einfluß haben, da sich dadurch die Wärmeleistung nicht ändert. Es soll ferner erreicht werden, die durch Drehzahlschwankungen der Lüftermotore auftreienden Geräuschänderung zu vermeiden. Außerdem sollen die relativ großen Schwankungen der Luftaustrittstemperatur vermieden werden. Diese Temperatur soll sich stetig ändern können, im Gegensatz zu der sprunghaften Änderung bei den bekannten Systemen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Steuerung der Kanäle ein elektronischer Regler verwendet ist, dem zwecks Erzielung konstanter Heizleistung außer der Luftaustrittstemperatur des Systems die Specherkerntemperatur aufgeschaltet ist. Zweckdienliche Weiterbildungen des Erfindunsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen Fig. 1 ein Wärmespeichersystem mit einem einzigen Lüfter, Fig. 2 ein Prinzipbild der Ausführung des Antriebes fiir den Luftverteiler, Fig. 3 Diagramme für das Wärmespeichersystem, Fig. 4 ein Blockschema der Entladesteuerung ntit einer weiteren Betriebsmöglichkeit.
  • Wie in der Fig. 1 schematisch angedeutet, wird ein einziger Lüfter 1 verwendet (Walzenlüfter), der durch einen Motor 2 angetrieben ist. Der Lüfter 1 bläst in eine Luftkammer 3, welche zwei Luftaustrittsöffnungen 4, 5 hat.
  • In der Kammer 4 befindet sich ein Speicherkern G. Die aus den Luftaustritten 4, 5 austretenden warmen und kalte Luftströme gelangen in eine Mischkammer 7 und vom dort durch eine einzige Luftaustrittsöffnung 8 in den zu Prwärmenden Raum.
  • Der Luftstrom wird aufgeteilt durch eine 1lippe 9, die bei 10 schwenkbar gelagert ist.
  • Der Lüfter 1 läuft ständig mit -einer bestimmten festen Geschwindigkeit. Die Stellung der genannten bewegbare Elemente wird so eingerichtet, daß die Luftaustrittstemperatur konstant bleibt.
  • Für die Bewegung der Klappe kann an, sich ein Motor verwendet werden. Dabei besteht ein Nachteil darin, daß beim Abschalten des Wärmespeichersystems das bewegbare Element in einer beliebigen Mittel- oder Endstellung stehen bleiben kann, wenn nicht besondere aufwendige Rücklaufanordnungen eingebaut werden.
  • Bei Abschaltung des Wärmespeicllersysterns kann dann das bewegbare Eleiiient so stehen, daß der Warmluftkanal 4 freigegeben ist. Wird das Wärmespeichersystem wieder eingeschaltet (beispielsweise morgens), dann steht das bewegbare Element noch in der gleichen Stellung und aus der Luftaustrittsöffnung tritt eine sehr hohe Temperatur aus (ca. 200 °C), das einen sehr gefährlichen Betriebszustand darstellt. Dies ist so lange der Fall, bis der TemperaturregLer entsprechend reagiert hat und dadurch die Luftaustrittstemperatur abgesenkt wird.
  • Um diese Nachteile nu verhindern1 wird das bewegbare Element -nach dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip durch einen Bimetall angetrieben. Das Antriebselement für die Klappe 9 ist ein Draht 12, an dem über eine Uml.enkrollt 13 gegen die Kraft einer Feder 11 von einem Dimetall 14 gezogen werden kann. Der Bimetall 14, dessen eincs Ende fest gelagert ist, wie mit 18 angedeutet, ist mit einem Heizwiderstand 15 versehen. Der Heizwiderstand ist über den Regler 17 an eine Versorgungsspannung 16 gelegt. und wird so nach Maßgabe der Luftaustrittstemperatur #A oder nach Maßgabe der Differenz zwischen Luftaustrittstemperatur @ A und einem Sollwert #Asoll mit elektrischer Lcistung beaufschlagt.
  • Einem Regler 17 mit einem nicht weiter dargestellten Leistungsschalter wird z. B. die Luftaustrittstemperatur #A -#Asoll zugeführt- Entsprechend wird die Heizpatrone 15 gesteuert, wodurch sich dgr Bimetall 14 bewegt und eine entsprechende Drehung des bewegbaren Elementes 9 erfolgt.
  • Durch eine derartige Ausbildung ist erreicht, daß das bewegbare Element 9 im kalten Zustand des Bimetalles 14 so steht , daß alle Luft durch den Kaltluftkanal 5 fließt. Fällt also beispielsweise die Netzversorgung aus, dann kühlt sich d Bimetall 14 ab und das bewegbare Element 9 geht in die Stellung, bei welcher die gesamte geförderte Luft in den Kaltluftkanal 5 geht. Wird das Wärmespeichersystem wieder eingeschaltet, wird zunächst Kaltluft austreten, die sich dann erwärmen wird.
  • Der Regler 17 kann beispielsweise als Zweipunktregler ausgebildet sein. Es kann aber auch ein stetig arbeitender Regler verwendet werden.
  • Durch den mit fester Drehzahl laufenden Lüfter ist die Luftaustrittsgeschwindigkeit vA konstant, während die Luftaustrittstemperatur #A über das vom Bismetall angetriebene bewegbare Element 9 auch konstant gehalten wird Es wird ferncr die Wärmeleistung Nstat berücksichtigt, die das Wärmespeichersystem über seine Oberfläche abgibt.
  • Es ist die abgegebene Wärmeleistung NWärme = c . vA . # A + Nstat, Nstat = f (#K).
  • Je höher die Kerntemperatur # K ist, desto mehr Wärme wird über die Gehäuseoberfläche abgegeben. c ist eine Konstante.
  • Zwecks Erzielung einer konstanten Wärmeleistung wird die Kerntemperatur #K als Störgröße dem Regler 17 aufgeschaltet. Dieser ist damit nicht nur durch #A - #Asoll beeinflußt, sondern auch noch durch # K.
  • Die Kerntemperatur # K kann mit dem gleichen Fühler gemessen werden, der während des Aufladervorganges zur Restwärmebestimmung verwendet wird. Das bewegbare Element 9 wird somit nach Maßgabe der Luftaustrittstemperatur #A und Kerntemperatur # K bewegt.
  • Die Wirkungsweise wird anhand der Diagramme nach der Fig. 3 näher erläutert.
  • Im Diagramm nach der Fig. 3a ist über der Zeit t die Kerntemperatur #K bei der Entladung des Wärmespeichersystems aufgetragen. Die Entladung fängt bei etwa + 600 OC an und geht bis etwa + 150 OC, wie angedeutet ist.
  • Bei hohen Kerntemperaturen #K ist die über die Oberfläche des Systems abgegebene Wärmeleistung N at besonders groß, wie dics das Diagramm 3b zeigt, bi welchem über der Zeit t die Luftaustrittstemperatur #A aufgetragen ist. Die Luftaustrittsgeschwindigkeit vA ist konstant angenommen. Der Maximalwert der Luftaustrittstemperatur # . soll + 100 °C sein. Da das System zum Anfang eine A relativ große statische Wärmeleistung Nstat abgibt, wird die Luftaustrittstemperatur4vl A den durch die Kurve d (Fig. 3b) angedeuteten Verlauf annehmen. Die Luftaustrittstemperatur # A liegt zunächst unter 100 °C und nimmt zum Entladeende hin zu, da dann über die Oberfläche des Systems nicht mehr so viel Wärme abgegeben wird.
  • Im Diagramm nach der Fig. 3c ist die abgegebene Wärmeleistung NWärme über der Zeit t aufgetragen. Wie ersichtsich, ist dies eine Konstante, wobei vA = VAmax ist.
  • Durch Veränderung der Drehzahl des Lüfters in ten e bis g oder auch stufenlos können verschiedene N Wänne = konstant eingestellt werden. Die Luftaustrittsgeschwindigkeit vA ist in Pfeilrichtung wachsend aufgetragen.
  • Das gleiche Wärmespeichersystem kann nun auch so ausgebildet werden, daß es raumtemperaturabhängig arbeitet, und zwar stetig raumtemperaturabhängig, wobei dann die Luftaustrittsgeschwindigkeit vA als Funktion der Raum-(#@) temperaturAiR gebildet ist. Es ist also VA= f (##R).
  • In' der Fig. 4 ist eine elektronische Entladesdialtung für ein Wärmespeichersystem als Blockschema dargestellt, welches eine konstante Wärmeleistung abgibt oder raumtemperaturabhängig arbeitet.
  • Das Wärmespeichersystem besteht aus einem einzigen Lüfter 1, beispielsweise einer Klappe 9, einem Speicherkern 6, den Warm- und Kaltluftkanälen 4, 5 und einem ######## Mischraum 7 mit einer Austrittsöffnung 8. Am Luftaustritt 8 ist ein Fühler 23 angeordnet, der ein Signal #A, abgibt. Ein weiterer am Speicherkern 6 angeordneter Fühler 22 gibt ein Signal #K ab. Die Signale der Fühler 22, 23 beeinflussen den Regler 17 durch den dio Klappe 9 entsprechend bewegt wird. Durch einen Stufenschalter 26 kann die Drehzahl des Motors 2 und damit die Luftaustrittsgeschwindigkeit vA bei spielsweise von iiand geändert werden.
  • Mit der beschriebenen Schaltung gibt das Wärmespeicher system eine konstante Wärmeleistung ab.
  • Die Luftaustrittstemperatus # A wird also nicht konstant gehalten, sondern wird von der Speichernkeintemperatur #K abhängig gemacht. Dadurch wird erreicht, daß die statisch abgegebene Wärme Nstat ntit berücksichtigt wird.
  • Die Luftströmungsgeschwindigkeit wird hingegen konstant gehalten, wodurch auch die Luftaustrittsgeschwindigkeit VA konstant ist. Soll das Wärmespeichersysten raumtemperaturabhängig arbeiten, so wird lediglich ein Schalter 25 umgelegt. Im Einblasteil 3 des Systems ist ein Fühler 21 angeordnet, der ein Signal #R liefert, welches auf den Motor 2 des Lüfters 1 wirkt.
  • Die von dem Gerät abgegebene Heizleistung wird jetzt durch #R bestimmt, wobei die Regelung der Luftaustrittstemperatur #A mit aufgeschaöter Kerntemperatur #K wirksam bleibt.
  • Dadurch wird die abgegebene maximale Heizleistung begrenzt was eine vorzeitige Entladung de.t Speicherkernes z B. bei geöffneten Fenstern des beheizten Raumes verhindert.
  • Durch einfaches Umschalten am Motor 2-ist also ein Warmespeichersystem erzielt, das entweder eine konstante lAürmeleistung abgibt oder raumtemperaturabhängig arbeitet. Da im letzteren Fall in der angesaugten Luft gemessen wird (Fühler 21), entfällt der sonst notwendige Raumthermostat.

Claims (6)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Elektronische Entladesteuerung für ein elektrisches Wärmespeichersystem mit einem Speicherkern und steuerbaren Warm- und Kaltluftkanalen, dadurch gekennzeichnot, daß zur Steuerung der Kanäle (4, 5) ein elektronischer Regler (17) verwendet ist, dem zwecks Erzielung konstanter Heizleistung außer der Luftaustrittstemperatur ( #A) des Systems die Speicherkerntemperatur ( #K) aufgeschaltet ist.
  2. 2. Elektronische Entladesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Lüfter (1) eine konstante Luftaustrittsgeschwindigkeit (v A) erzeugt.
  3. (Patentansprüche ) 3. Elektronische Entladesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Lüfter (1) eine von der Raumtemperatur (#R) abhängige Luftaustrittsgeschwindigkeit (vA) erzeugt.
  4. A Ii. Elektronische Entladesteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Lüftermotors (2) veränderbar (26) ist.
  5. 5. Elektronische Entladesteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Lüftermotors (2) von einem im Einblasteil (3) des Systemes angeordneben Temperaturfühler (21) beeinflußt ist.
  6. 6. Elektronische Entladesteuerung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedene Steuerung des Lüftermotors (2) durch einen Umschalter (25) erfolgt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3427523A1 (de) * 1984-07-26 1986-02-06 Inter Control Hermann Köhler Elektrik GmbH & Co KG, 8500 Nürnberg Verfahren zur raumtemperaturregelung eines mit einem geblaese versehenen elektrospeicherofens
DE3631525A1 (de) * 1986-09-17 1988-04-07 Tekmar Elektronik Gmbh & Co Waermespeicherheizgeraet und verfahren zur regelung der raumtemperatur

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3427523A1 (de) * 1984-07-26 1986-02-06 Inter Control Hermann Köhler Elektrik GmbH & Co KG, 8500 Nürnberg Verfahren zur raumtemperaturregelung eines mit einem geblaese versehenen elektrospeicherofens
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