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Elektronische Entladesteuerung für ein elektrisches Wärmesprichersystem
mit einem Speichenkern Dir Erfindung beziht sich auf eine elektronische Entladesteuerung
für ein elektrisches Wärmespeichersystem mit einem Speicherkern.
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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*.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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Der Luftstrom wird aufgeteilt durch eine 1lippe 9, die bei 10 schwenkbar
gelagert ist.
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Der Lüfter 1 läuft ständig mit -einer bestimmten festen Geschwindigkeit.
Die Stellung der genannten bewegbare Elemente wird so eingerichtet, daß die Luftaustrittstemperatur
konstant bleibt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Regler 17 kann beispielsweise als Zweipunktregler ausgebildet
sein. Es kann aber auch ein stetig arbeitender Regler verwendet werden.
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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.
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Es ist die abgegebene Wärmeleistung NWärme = c . vA . # A + Nstat,
Nstat = f (#K).
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Je höher die Kerntemperatur # K ist, desto mehr Wärme wird über die
Gehäuseoberfläche abgegeben. c ist eine Konstante.
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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.
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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.
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Die Wirkungsweise wird anhand der Diagramme nach der Fig. 3 näher
erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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In' der Fig. 4 ist eine elektronische Entladesdialtung für ein Wärmespeichersystem
als Blockschema dargestellt, welches eine konstante Wärmeleistung abgibt oder raumtemperaturabhängig
arbeitet.
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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.
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Mit der beschriebenen Schaltung gibt das Wärmespeicher system eine
konstante Wärmeleistung ab.
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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.
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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.
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Die von dem Gerät abgegebene Heizleistung wird jetzt durch #R bestimmt,
wobei die Regelung der Luftaustrittstemperatur #A mit aufgeschaöter Kerntemperatur
#K wirksam bleibt.
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Dadurch wird die abgegebene maximale Heizleistung begrenzt was eine
vorzeitige Entladung de.t Speicherkernes z B. bei geöffneten Fenstern des beheizten
Raumes verhindert.
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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.