DE2539065A1

DE2539065A1 - Aufladeeinrichtung fuer eine elektrische speicherheizung

Info

Publication number: DE2539065A1
Application number: DE19752539065
Authority: DE
Inventors: Bertel Birker; Poul Christian Carlos Iversen; Gunnar Ernst Rudolf Olsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1977-03-10
Also published as: US4097719A; DK394276A; FR2323284B1; IT1071432B; JPS5232142A; GB1503292A; DE2539065C3; DE2539065B2; FR2323284A1

Description

Aufladeeinrichtung für eine elektrische Speicherheizung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufladeeinrichtung für eine elektrische Speicherheizung ait einer Schaltvorrichtung, die vom Ladezustand des Speichers, insbesondere von dessen Kerntemperatur, beeinflußt ist und einen Aufladeschalter betätigt.

Es ist bei derartigen Speicherheizungen bekannt, mittels eines Kerntemperaturfühlers die Restwärme des Speicherkerns und mittels eines Außentemperaturfühlers den zu erwartenden Wärmebedarf festzustellen und dann aus beiden Größen die Aufladezeit zu bestimmen. Dies führt zu ungenauen Ergebnissen.

Es ist ferner bekannt, den über den Tag vorhandenen Wärmebedarf des zu beheizenden Raumes als Strom abzubilden, diesen Strom zu integrieren und den zu Beginn der Niedrigtarifperiode erzielten Integrationswert durch einen konstanten Abfragestrom wieder aufzulösen, wobei die Abfragezeit zur Festlegung der Aufladezeit benutzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufladeeinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit sehr einfachen Mitteln eine den Wärmebedarf sehr genau angepaßte Aufladung ermöglicht.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Vergleicher, der durch einen Vergleich zwischen einem dem vorhergehenden maximalen Ladezustand entsprechenden ersten Signal und einem dem augenblicklichen Ladezustand entsprechenden zweiten Signal ein Steuersignal zum Betätigen der Schaltvorrichtung bildet, und durch eine Korrekturvorrichtung mit der das Steuersignal durch ein Korrektursignal modifiziert wird, das von mindestens einer die Entladung beeinflussenden Kenngröße abhängig ist.

Bei dieser Aufladeeinrichtung wird der jeweilige Aufladeendwert dadurch bestimmt, daß von dem Aufladeendwert in der vorhergehenden Aufladeperiode ausgegangen und dieser, falls erforderlich, durch weitere Kenngrößen modifiziert wird. Wenn keine Änderungen in der Außentemperatur, der Raumtemperatur u. dgl. eintreten, wird lediglich die während der Entladeperiode entnommene Härme ersetzt. Dies ist erreicht, wenn der durch das zweite Signal dargestellte augenblickliche Ladezustand den durch das erste Signal dargestellten maximalen Ladezustand der vorhergehenden Aufladeperiode erreicht hat. Ein derartiger Vergleich ist sehr einfach durchzuführen. Auch wenn sich die für die Entladung maßgebenden Kenngrößen geändert haben sollten, gibt die beschriebene Aufladung nach Haßgabe des Wärmeverbrauchs in der vorangehenden Entladeperiode ein grobes Abbild der in der kommendem Entladeperiode zu erwartenden Wärmeentnahme. Daher genügen in der Regel verhältnismäßig kleine Korrekturen zur Bestimmung eines neuen maximalen Ladezustandes, der dann seinerseits wiederum als Bezugsgröße für die nächstfolgende Aufladung dient. Da die Korrekturen erst für einen am Ende der Aufladeperiode liegenden Aufladeendwert eine Rolle spielen, können auch noch aktuelle, während der Aufladung auftretende, die Entladung Beeinflussende Kenngrößen, wie die Außentemperatur, berücksichtigt werden.|Eine bevorzugte Ausführung ist ausgezeichnet durch eine erste Heßvorrichtung, welche die Kerntemperatur am Ende der Aufladung mißt, und einen Heßwertspeicher, welche dieses Heßergebnis speichert, zur Abgabe des ersten Signals und durch eine zweite Meßvorrichtung, welche die

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Kerntemperatur kontinuierlich mißt» zur Abgabe des zweiten Signals. Hierbei wird auf sehr einfache Weise die Kerntemperatur zur Barstellung des Ladezustandes benutzt und das erste Signal gespeichert.

Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn ein von der Kerntemperatur beeinflußtes Ausdehnungsglied als zweite Meßvorrichtung und ein am Ende der Aufladung damit kuppelbarer, arretierbarer Mitnehmer als erste Meßvorrichtung und Meßwertspeicher vorgesehen ist. Lediglich ein Ausdehnungsglied sorgt dann für beide Messungen.

Des weiteren kann das Ausdehnungsglied und der Mitnehmer je einen Potentiometerabgriff tragen sowie mit je einem Eingang des Vergleichers verbunden sein. Auf diese Weise werden die Temperaturmeßwerte in Spannungen umgesetzt, die unmittelbar miteinander verglichen werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung ein Relais, das zwischen einem Niedrigtarif schalter und dem Aufladeschalter an die Metzzuleitung angeschlossen ist, und der Auflade schalter ist ein Umschalter, der in seiner Ruhestellung eine magnetische Kupplung für den Mitnehmer über einen Kondensator an die Netzzuleitung legt. Infolge des Kondensators gibt der Umschalter, wenn er am Ende der Aufladezeit in seine Ruhestellung zurückgeht, einen Stromimpuls an die magnetische Kupplung, durch die der Mitnehmer in die der Kerntemperatur zu diesem Zeitpunkt entsprechende Stellung verlagert wird.

Des weiteren ist es günstig, wenn der Vergleicher die Schaltvorrichtung betätigt, wenn die beiden Meßergebnisse eine vorgegebene Differenz aufweisen, und wenn die Korrekturvorrichtung diese Differenz festlegt.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß der Vergleicher ein elektrischer Vergleicher ist und wenigstens ein Eingang über eine Summierschaltung gespeist wird, die einerseits vom ersten

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oder zweiten Signal und andererseits von einem von der Korrekturvorrichtung abgegebenen Korrektursignal versorgt ist. In der Summierschaltung wird das Korrektursignal von einem der Kerntemperatur-Meßergebnisse abgezogen oder zu ihm hinzugefügt. Infolgedessen spricht der Vergleicher erst an, wenn zwischen den beiden Meßergebnissen eine Differenz vorhanden ist. Diese Differenz kann durch das Korrektursignal geändert werden.

Das Korrektursignal kann beispielsweise durch die Spannung an einem elektrischen Speicher, z.B. einem Kondensator, gebildet sein, der über ein Kenngrößennetzwerk aufladbar und über Widerstände entladbar ist.

Das Kenngrößen-Netzwerk kann einen von der Raumtemperatur abhängigen Zwei-Stellungs-Theraostatschalter in Reihe mit einem festen Widerstand aufweisen. Es kann auch einen von der Kerntemperatur abhängigen Widerstand aufweisen. Verwendbar ist auch ein von der Außentemperatur abhängiger Widerstand.

Bei Wechselstromspeisung des Kenngrößennetzwerks kann der Thermostatschalter und der von der Kerntemperatur abhängige Widerstand mit einer Diode und der von der Außentemperatur abhängige Widerstand mit einer entgegengesetzt gepolten Diode in Reihe liegen. Auf diese Weise ergibt sich am Kondensator eine Spannung, die mit Hilfe des Thermostatschalters und des von der Kerntemperatur abhängigen Widerstandes aufgebaut und mittels des von der Außentemperatur abhängigen Widerstandes abgebaut wird. Bei Verwendung von NTC-Widerständen ist die Spannung am Kondensator um so größer, je länger der Thermostatschalter jeweils eingeschaltet, je höher die Kerntemperatur und je niedriger die Außentemperatur ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Eine Speicherheizung 1 weist einen Speicherkern 2 auf, dem mittels eines Heizwiderstandes 3 Wärme zugeführt wird und der

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durch Konvektion und Strahlung ungeregelt sowie mit Hilfe eines Gebläses 4 geregelt Wärme abgibt. Die Stromversorgung erfolgt mittels eines Wechselstromnetzes, dessen Phasenleitung an die Klemme 5 und dessen Nulleiter an die Klemme 6 angeschlossen ist. In der Netzzuleitung 7 zum Heizwiderstand 3 befindet sich ein Niedrigtarifschalter 8, der durch eine Zeitmhr nur während der Niedrigtarifperioden geschlossen wird, ein als Umschalter ausgebildeter Aufladeschalter 9 und ein Schalter 10, der bei Übertemperatur im Kern 2 öffnet. Das Gebläse 4 wird mittels eines Thermostatschalters 11 geschaltet, dessen Fühler 12 der Raumtemperatur ausgesetzt ist.

In den Speicherkern 2 ist ein Ausdehnungsglied 13 eingesetzt, das einen Stab 14 aufweist, welcher an einem in den Kern 2 eingesetzten Rohr 15 befestigt ist. Es trägt einen Abgriff 16, der auf einem Potentiometer 17 schleift, das mit einer festen Spannung U versorgt ist. Ein weiterer Abgriff 13 befindet sich an einem Mitnehmer 19, der durch eine Feder 20 fest gegen das Potentiometer 17 gedrückt wird. Der Mitnehmer ist zwischen zwei Federn 21 in einer Aussparung 22 des Stabes 14 gehalten. Ihm ist eine elektromagnetische Kupplung 23 zugeordnet, bei deren Erregung die Kraft der Feder 20 überwunden wird und der Mitnehmer sich in eine durch die Federn 21 vorgegebene Mittelstellung mit Bezug auf die Aussparung 22 bewegt. Die Kupplung 23 ist über einen Kondensator 24 mit dem Ruhekontakt des Umschalters 9 verbunden. Wenn der Umschalter am Ende der Aufladezeit in die veranschaulichte Ruhelage geht, erhält die Kupplung 23 einen sie kurzzeitig in Betrieb setzenden Stromstoß.

Der Umschalter 9 wird durch ein Relais 25 betätigt, das an den Ausgang eines Vergleichers 26 angeschlossen ist. Den beiden Eingängen 27 und 28 des Vergleichers 26 werden über je einen Widerstand R1 und R2 erste und zweite Signale in der Form der Spannungen zugeführt, welche von den Abgriffen 16 und 13 am Potentiometer 17 abgefühlt werden. Der Ausgangsstrom des Vergleichers 26 bildet ein Steuersignal für die Schaltvorrichtung 25. Bei der bis hierher beschriebenen Schaltung würde der

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Vergleicher 26 ansprechen, wenn die Abgriffe 16 und 18 sich auf gleicher Höhe befinden, also wenn die Kerntemperatur denselben Wert erreicht hat wie am Ende der letzten Aufladeperiode.

Eine Korrekturvorrichtung 29 ist vorgesehen, um den Endwert der Kerntemperatur dem Bedarf besser anzupassen. Zu diesem Zweck ist ein Kondensator C2 vorhanden, dessen Spannung am Punkt A über Widerstände R3 und R4, die zusammen mit dem Widerstand E2 eine Summierschaltung bilden, auf den Eingang 27 des Vergleichers wirkt. Der Kondensator C2 wird über einen Widerstand R5 und eine Diode D1 immer dann aufgeladen, wenn der Thermostatschalter 11 geschlossen ist. Je länger die Einschaltdauer, um so größer der Wärmebedarf und um so höher die Aufladung am Punkt A. Ein temperaturabhängiger Widerstand R6, welcher der Kerntemperatur ausgesetzt ist, berücksichtigt die dauernd durch Strahlung und Konvektion ungeregelt abgegebene Wärmemenge in ähnlicher Weise. Entladen wird der Kondensator C2 einerseits über die Widerstände R3 und R4 und andererseits über eine Diode D2 und einen der Außentemperatur ausgesetzten temperaturabhängigen Widerstand R7. ZweckmäSigerweise sind die Widerstände R6 und R7 NTC-Widerstände. Die Spannung am Punkt A ist dann um so höher, je länger der Thermostatschalter 11 geschlossen ist, je höher die Kerntemperatur ist und je niedriger die Außentemperatur ist.

Die Aufladeeinrichtung arbeitet in folgender Weise. Der Mitnehmer 19 hat die Endtemperatur bei der letzten Aufladung gespeichert. Durch geregelte Wärmeabgabe mittels des Gebläses 4 und durch ungeregelte Wärmeabgabe infolge Strahlung und Konvektion gibt der Speicherkern 2 Wärme ab. Die Kerntemperatur sinkt infolgedessen. Infolgedessen bewegt sich der Abgriff 16 des Stabes 14 nach oben. Wenn zu Beginn der nächsten Niedrigtarifperiode der Schalter θ eingeschaltet wird, zieht das Relais 25 sofort an und legt den Aufladeschalter 9 in die Arbeitsstellung, weil das am Eingang 28 des Vergleichers 26 vom Abgriff 16 des Mitnehmers 19 her stammende Eingangssignal ein anderes ist als das am Eingang 27 anliegende Signal. Die beiden Eingangswerte nähern sich einander, wenn durch die Beheizung des

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Kerns 2 die Kerntemperatur wieder ansteigt. Der genaue Endwert, bei dem das Relais 25 wieder abfällt, ist erreicht, wenn die Differenz zwischen den Spannungen an den Abgriffen 16 und 17 einen Wert hat, der durch die Spannung am Punkt A vorgegeben ist. Diese Spannung wird noch während der Aufladung durch verschiedene äußere Einflüsse, nämlich die derzeitige Wärmeabgabe und die Außentemperatur, korrigiert. Wenn der Aufladeschalter 9 in die Ruhestellung zurückkehrt, wird die Kupplung kurzzeitig erregt. Infolgedessen wird der Anpreßdruck durch die Feder 20 gelöst und der Mitnehmer kann in die dem derzeitigen Endwert der Kerntemperatur entsprechende Hittellage verlagert werden. Alsdann wird er dort durch die Feder 20 erneut arretiert, um das Temperaturmeßergebnis bis zur nächsten Aufladung zu speichern.

Es ist auch möglich, die Meßvorrichtungen für den Ladezustand und den Meßwertspeicher rein elektrisch auszubilden. Der Korrektureinfluß kann auch auf andere Weise geltend gemacht werden, beispielsweise durch einen Eingriff im Vergleicher selbst. Statt des Kondensators C2 kann auch ein anderes elektronisches Bauelement verwendet werden, das eine in Abhängigkeit von der Auf- und Entladung abhängige Spannung hat, beispielsweise eine sogenannte "Memoriode".

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Claims

- 8 -Patentansprüche

1. Aufladeeinrichtung für eine elektrische Speicherheizung rait einer Schaltvorrichtung, die vom Ladezustand des Speichers, insbesondere von dessen Kerntemperatur, beeinflußt ist und einen Aufladeschalter betätigt, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (26), der durch einen Vergleich zwischen einen dem vorhergehenden maximalen Ladezustand entsprechenden ersten Signal und einem dem augenblicklichen Ladezustand entsprechenden zweiten Signal ein Steuersignal zum Betätigen der Schaltvorrichtung (25) bildet, und durch eine Korrekturvorrichtung (29) mit der das Steuersignal durch ein Korrektursignal modifiziert wird, das von mindestens einer die Entladung beeinflussenden Kenngröße abhängig ist.

2. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Meßvorrichtung (19), welche die Kerntemperatur am Ende der Aufladung mißt, und einen Meßwertspeicher (19), welche dieses Meßergebnis speichert, zur Abgabe des ersten Signals und durch eine zweite Meßvorrichtung (14), welche die Kerntemperatur kontinuierlich mißt, zur Abgabe des zweiten Signals.

3. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Kerntemperatur beeinflußtes Ausdehnungsglied (14) als zweite Meßvorrichtung und ein am Ende der Aufladung damit kuppelbarer, arretierbarer Mitnehmer (19) als erste Meßvorrichtung und Meßwert spei eher vorgesehen ist.

4. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsglied (14) und der Mitnehmer (19) je einen Potentiometerabgriff (16, 18) tragen sowie mit je einem Eingang des Vergleichers (26) verbunden sind.

5. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (25) ein Relais ist, das zwischen einem Niedrigtarifschalter (8) und dem Aufladeschalter (9) an die Netzzuleitung angeschlossen ist, und

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daß der Aufladeschalter ein Umschalter ist, der in seiner Ruhestellung eine magnetische Kupplung (23) für den Mitnehmer (19) über einen Kondensator (C1) an die Netzzuleitung legt.

6. Aufladeeinrichtung nach eines der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (26) die Schaltvorrichtung (25) betätigt, wenn die beiden Heßergebnisse eine vorgegebene Differenz aufweisen, und daß die Korrekturvorrichtung (29) diese Differenz festlegt.

7. Aufladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (26) ein elektrischer Vergleicher ist und wenigstens ein Eingang über eine Summierschaltung (R2, R3, R4) gespeist wird, die einerseits vom ersten oder zweiten Signal und andererseits von einem von der Korrekturvorrichtung (29) abgegebenen Korrektursignal versorgt ist.

8. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal durch die Spannung an einem elektrischen Speicher, z.B. einem Kondensator (C2), gebildet ist, der über ein Kenngrößennetzwerk (30) aufladbar und über Widerstände (R3, R4) entladbar ist.

9. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kenngrößen-Netzwerk (30) einen von der Raumtemperatur abhängigen Zwei-Stellungs-Thermostatschalter (11) in Reihe mit einem festen Widerstand (Rj?) aufweist.

10. Aufladeeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kenngrößen-Netzwerk (30) einen von der Kerntemperatur abhängigen Widerstand (R6) aufweist.

11. Aufladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kenngrößen-Netzwerk (30) einen von der Außentemperatur (R7) abhängigen Widerstand aufweist.

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12. Aufladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet» daß bei Wechselstromspeisung des Kenngrößen-Netzwerkes (30) der Thermostatschalter (11) und der von der Kerntemperatur abhängige Widerstand (R6) mit einer Diode (D1) und der von der Außentemperatur abhängige Widerstand (R7) mit einer entgegengesetzt gepolten Diode (D2) in Reihe liegen.

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