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B e-s c h r e i b u n g zu der Patentanmeldung betreffend Blektro-S»eicherheizung
Die Erfindung betrifft eine Elektro-Speicherheizung mit mindestens drei getrennten,
zum Anschluß an ein Drehstromnetz vorgesehenen Heizelementen.
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Elektro-Speicherheizungen sind üblicherweise als sogenannte Nachtstrom-Speicheröfen
verwirklicht, die Speicherkerne--besitzen, welche mittels der Heizelemente während
der belastungsschwachen Nacht zeiten bei günstigem Stromtarif aufgeheizt werden
und die gespeicherte Wärme während der Tageszeit durch -Fonvektion abgeben. Die
Wärmeabgabe während der Tageszeit wird durch einen thermostatgesteuerten Ventilator
bestimmt, welcher einen Luftstrom an den Speicherkernen vorbeibewegt.
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Die An- und Ausschaltung der Heizelemente zur Aufheizung der Speicherkerne
wird in der Regel durch das Elektrizitätswerk ferngesteuert oder mittels einer dem
Benutzer nicht zugänglichen Schaltuhr selbsttätig bewirkt. Die Speicherkapazität
der Speicherkerne und damit die Gesamtleistung des Speicherofens sowie seine Grobe
wird so festgelegt, daß die nachts gespeicher-te Wärme auch bei den nach der metereologischen
Statistik u erwaLt.enden tiefsten Temperaturen des Jahres für eine ausrelchende
Tageserwärmung des jeweiligen Wnmes ausreicht,
wobei sich die Ofengröße
im Einzelfalle natürlich nach den Jeweiligen räumlichen Verhältnissen und den Klimaverhältnissen
am Aufstellungsort richtet. In jedem Falle aber wird die zur Verfügung stehende
Speicherkapazität bzw. Größe der bekannten Speicheröfen nur in den ganz seltenen
Zeiten ausgenützt, in denen die statistischen Tiefsttemperaturen auch tatsächlich
auftreten. Dies bedeutet, daß die Speicherkapazität und damit Größe der Speicheröfen
für den weitaus überwiegenden Anteil der Betriebszeit unwirtschaftlich groß ist.
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Die Behebung dieses Nachteiles durch direktwirkende elektrische Zusatzheizungen,
welche die Heizwirkung kleiner gewählter Elektro-Speicheröfen während besonders
kalter Tage ergänzen, ist deshalb unmöglich oder zumindest unerwünscht, da diese
Zusatzheizungen entsprechend den Lebensgewohnheiten während der Zeiten der Spitzenbelastung
des Stromnetzes eingeschaltet und damit die Belastungsschwankungen des Stromnetzes,die
mit den Elektro-Speicheröfen gerade beseitigt werden sollen, nur noch vergrößern
würden. Auch eine Nachheizung der Speicherkerne kleiner gewählter Elektro-Speicheröfen
während der belastungsschwa chen Tageszeiten verbietet sich deshalb, weil auch die
Nennleistung kleiner gewählter Speicheröfen für eine ausreichende Aufheizung während
der Nachtzeiten immer noch so groß sein muß-, daß durch die Zuschaltung selbst während
der belastungsschwachen Tageszeiten die Lieferkapazität der Elektrizitätswerke überfordert
oder zumindest neue Belastungsspitzen geschaffen würden. Auch eine an sich denkbare
Zuschaltung nur einzelner Heizelemente eines Speicherofens ist wegen der damit verbundenen
ungleichförmigen Erhitzung der Speicherelemente nicht günstig und würde im Falle
einer Fußboden-Speicherheizung in unerwünschter Weise zu bereichsweise unterschiedlichen
Bodentemperaturen führen.
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Entsprechend liegt der Erfindung die aufgabe zugrund-;, d4- bekannte,
zum Betrieb mit Nachtstrom vorr:esehene Elektro-Speicher heizung so weiter ubilden,
daß ihre Spicherkapazi-t-t und SlennM
leistung kleiner, als es die
statistisch zu erwartenden Tiefsttemperaturen eigentlich erfordern, gewählt werden
und zum Ausgleich dafür eine Nachheizung während der Tageszeit stattfinden kann.
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Diese Aufgabe ist bei einer Elektro-Speicherheizung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Eeizelemente eine der Netzspannung gleichende
Nennspannung haben und daß ihnen ein elektrisch steuerbarer Stern-Dreieck-Umschaltsr
vorgeschaltet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Speicherheizung kann die Aufnahmeleistung
von der vollen Nennleistung bei Dreieck-Betrieb in einfachster Weise durch Umschaltung
auf Stern-Betrieb auf ein Drittel der Nennleistung herabgesetzt werden. Der Stern-Dreieck-Umschalter
ist elektrisch steuerbar, so daß die Umschaltung vom Elektrazitätswerk aus zentral
oder selbsttätig mittels einer Schaltuhr bewirkt werden kann. Eine Stern-Dreieck-Umschaltung
ist an sich z ß. von Anlaßgeräten für Elektromotore bekannt, wo sie jedoch nur zur
Begrenzung der sonst sehr hohen Stromaufnahme während des Anlaufens des Motors dient,
jedoch nicht für eine längerfristig wirksame Leistungsumschaltung.
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Bei der erfindungsgemäßen Speicherheizung erbringt der Stern-Dreieck-Umschalter
den wesentlichen Vorteil, daß die Speicherkerne eines Speicherofens oder der Fußboden
während der belastungsschwachen Nachtzeiten mit voller Nennleistung aufgeheizt und
bei Bedarf während der Tageszeiten mit auf ein Drittel verringerter Aufnahmeleistung,
die bei den Elektrizitätswerken ohne Schwierigkeiten während der belastungsschwachen
Tageszeiten zur Verfügung steht, nachgeheizt werden können. Dies ermöglicht gegenüber
dem bisherigen Zustand eine Verringerung der Speicherkapazitäten und damit eine
sehr willkommene Verkleinerung der Ofengroßen. Bei Fußbodenheizungen, für welche
die erfindungsgemäße Speicherheizung wegen des Fehlens irgendwelcher zusätzlicher
Reizelemeni-e oder anderer in den Boden einzulegender
Bauelemente
ebenso geeignet ist, rerringsit sich die maximal notwendige Bodentemperatur, was
aus physiologischen Gründen angenehm ist. Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen
Speicherheizung ein Teil des bei den bekannten Speicherheizungen zwangsläufig nur
in der Nacht anfallenden Stromverbrauches durch eine entsprechende Steuerung in
die belastungsschwachen Tageszeiten dort verlegt werden, wo aufgrund der Vielzahl
der bereits installierten Elektro-Speicherheizungen Belastungsspitzen während der
Nachtzeit auftreten. Dies ist im Hinblick auf die kommenden Atomkraftwerke, die
mit sehr konstanter Belastung betrieben werden müssen, besonders wertvoll. Schließlich
wird mit der erfindungsgemäßen Speicherheizung eine gebietsweise gestaffelte Einschaltung
während der Nacht, die bisher zur Vermeidung von Einschaltspitzen praktiziert wird,
aber kompliziert ist, häufig entfallen können, indem die Speicherheizungen nach
der Erfindung zuerst mit der verringerten Aufnahmeleistung eingeschaltet und später
erst auf die volle Aufnahmeleistung umgeschaltet werden.
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Der zur Erzielung der angegebenen Vorteile erforderliche Aufwand ist
bei der erfindungsgemäßen Speicherheizung äußerst gering.
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Im wesentlichen ist gegenüber den bekannten Speicherheizungen lediglich
ein zusätzlicher, elektrisch steuerbarer Stern-Dreieck-Umschalter notwendig, welcher
in einfachster Weise durch ein Schütz gebildet ist. Wenn das Schütz einem Ein-Aus-Schalter
für die Elektro-Speicherheizung nachgeschaltet ist, kann es belastungsfrei geschaltet
werden, wodurch der Einsatz eines relativ kleinen SchUtzes ohne Einbuße an Lebensdauer
möglich ist .D er Ein-Aus-Schalter ist vorzugsweise ebenfalls durch ein Schütz gebildet.
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Die Pernsteuerung der Speicherheizung durch das Elektrizitätswerk
wird besonders einfach, wenn der Ruhelage . des Schützes die Sternschaltung der
Heizelemente, d.h. die niedrigere Aufnahmeleistung der Speicherheizung zugeordnet
ist. Bei dieser Zuordn;ung werden zur Einschaltung der vollen Aufnahmeleistung,
z.B.
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während der Nachtzeit, der Ein-Aus-Schalter und das Schütz gemeinsam
betätigt. Zur Einschaltung der verringerten Aufnahmeleistung, z.B. für eine Nachheizung
während der Tageszeit, genügt die Betätigung des Ein-Aus-Schalters. Sollte es dabei
auf die Einschaltung zu bestimmten Tageszeiten nicht ankommen, kann die Betätigung
des
Ein-Aus-Schalters auch durch den Kunden zugelassen werden, da diesem bei abgeschaltetem
Schütz die Einschaltung mit der unerwünscht hohen vollen Aufnahmeleistung in jedem
Falle verwehrt ist.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt ein Schaltbild des Ausführungsbeispieles.
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Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Elektro-Speicherofen 1 besitzt
drei getrennte Heizelemente 2 zur Aufheizung nicht dargestellter Speicherkerne.Die
Heizelemente 2 sind mit ihrem einen Anschluß über die Arbeitskontakte eines Schützes
3, das einen Ein-Aus-Schalter bilder und Sicherungen 4 jeweils an einen Hauptleiter
R,S bzw. T eines Drehstromnetzes angeschlossen. Die Heizelemente 2 haben alle die
gleiche Nennleistung von beispielsweise 2 kW und eine der Netzspannung des Drehstromnetzes
gleichende Nennspannung von beispielsweise 380 V.
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Dem Schütz 3 ist ein Stern-Dreieck-Umschalter in Form eines Schützes
5 mit drei Umschaltkontakten nachgeschaltet. In seiner Ruhelage verbindet das Schütz
5 die freien Anschlüsse der drei Heizelemente 2 gemeinsam mit dem Nulleiter N des
Drehstromnetzes zum Betrieb in Sternschaltung. In der Arbeitslage des Schützes 5
sind die freien Anschlüsse der Heizelemente mit jeweils einem Hauptleiter des Drehstromnetzes
zum Betrieb in Dreieck-Schaltung verbunden. Da die Heizelemente beim Betrieb in
Stern-Schaltung nur mit der niedrigeren Phasenspannung des Drehstromnetzes von beispielsweise
220 V gespeist werden, nehmen sie eine gegenüber dem Betrieb in Dreieck-Schaltung
auf ein Drittel verringerte Leistung von insgesamt beispielsweise 2 kW auf.
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Die Betätigung der Schütze 3 und 5 erfolgt mittels jeweils einem Tonfrequenz-Rundsteuerrelais
6 bzw. 7. Dazu ist die Erregerspule jeden SchUtzes 3 bzw. 5 mit einem Anschluß mit
dem Nulleiter N verbunden und mit dem anderen Anschluß über einen
Arbeitskontakt
des jeweils zugeordneten onfrequenz-Rundsteuerrelais 6 bzw. 7 zu einer an eine der
drei Hauptleiter angeschlossene Sicherung 8 geführt. Die Tonfrequenz-Rundsteuerrelais
6 und 7 werden in bekannter Weise durch das Elektrizitätswerk ferngesteuert. Bei
Ansteuerung beider Relais 6 und 7 wird der Speicherofen mit seiner hohen Leistung
eingeschaltet, wobei zur belastungsfreien Umschaltung des Schützes 5 das Relais
7 etwas früher als das Relais 6 angesteuert wird. Bei Ansteuerung des Relais 6 allein
wird der Speicherofen 1 nur mit der niedrigeren Leistung eingeschaltet. Damit die
Einschaltung mit der niedrigeren Leistung auch dem Kunden möglich ist, kann ein
nicht gezeigter Handschalter vorgesehen sein, mit welchem der Arbeitskontakt des
Relais 6 überbrückbar ist.
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Zur Regelung der Wärmeabgabe des Speicherofens ist ein Raumthermostat
9 vorgesehen, welcher einen einen Luftstrom an den Speicherkernen vorbeiblasenden
Ventilator 10 ein- und ausschaltet. Pür eine kurzfristige Heizung während der Ubergangszeit
ist ein direktwirkendes Heizelement 11 von vergleichsweise geringer Leistung vorgesehen,
welches durch den Benutzer mittels eines Schalters 12 unabhängig von der Fernsteuerung
des Speicherofens zu jeder Zeit beliebig ein- und ausgeschaltet werden kann.
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