DE3225218A1

DE3225218A1 - Einrichtung zur zeitlich verzoegerten einschaltung eines beheizten waermespeichers

Info

Publication number: DE3225218A1
Application number: DE19823225218
Authority: DE
Inventors: Robert 6312 Steinhausen Studer
Original assignee: Landis and Gyr AG; LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Landis and Gyr AG
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1983-02-17
Also published as: FR2510337B3; FR2510337A3

Description

Zf G*/Oc

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller DipL-Chem. Dr.Gerherd Scfaupfner Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Lucile-Grahn-Str. 38 - D 8000 München 80

LGZ

Landis & Gyr Zug AG

CH-6301 Zug

Schweiz

Einrichtung zur zeitlich verzögerten Einschaltung eines beheizten WärmeSpeichers

Einrichtung zur zeitlich verzögerten Einschaltung eines elektrisch beheizten Wärmespeichers in Abhängigkeit der Restwärme

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur zeitlich verzögerten Einschaltung eines elektrisch beheizten Wärmespeichers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 935 136 bekannt und dient dem Zweck, die Belastung in elektrischen Verteilnetzen mit ferngesteuerten oder durch Tarifschaltuhren beeinflussten, elektrisch beheizten Wärmespeichern während der zu einem Niedertarif freigegebenen Aufheizperiode auszugleichen.

Bei elektrisch beheizten Wärmespeichern, im folgenden kurz Speicher benannt, die mit Ein/Aus-Thermostaten versehen sind, entsteht im Netz zu Beginn der Aufheizperiode eine ausgeprägte Lastspitze, indem anfänglich nahezu alle gleichzeitig zugeschalteten Speicher Strom beziehen. Demgegenüber entsteht gegen Ende der Aufheizperiode eine durch zunehmende Abschaltungen voll aufgeheizter Speicher bedingte niedrige Last.

Durch die Verwendung der bekannten Einrichtung bei wenigstens einem Teil der durch das gleiche Fernsteuerkommando gesteuerten oder durch Schaltuhren zugeschalteten Speicher wird die Belastung gleichmässiger verteilt. Die bekannte Einrichtung bewirkt jedoch, dass bei einem Spannungsausfall oder bei einer durch eine Netzüberlastung bedingten Abschaltung, die durch ein zusätzliches Fernsteuerkommando während der Aufheizperiode ausgelöst wird, der Steuernocken seine Ausgangsstellung nicht mehr erreicht. In der darauffolgenden Aufheizperiode entsteht dann eine zu frühe Einschaltung der Speicher und damit eine unerwünschte Lastspitze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die auch bei vorübergehender Abschaltung der Speicher, sei es im Falle einer Fernsteuerung wegen momentan zu

hoher Netzbelastung oder durch einen Spannungsausfall bedingt, vor Beginn der neuen Aufheizperiode wieder in ihre Ausgangsstellung läuft.

Dies wird erreicht durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung, von der nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert wird.

Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltschema einer Steuer-Einrichtung zur Aufheizung eines Warmwasser-Speichers

und

Fig. 2 ein abweichendes Detail der Schaltung nach der Fig. 1.

In beiden Figuren sind für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ein elektrisch aufheizbarer Warmwasserspeicher ist als Speicher 1 bezeichnet. Er enthält neben einem Heizelement 2, das über eine elektrische Zuleitung 3 ein- oder mehrphasig angeschlossen ist, einen Temperaturfühler 4 eines Thermostaten 5. Der letztere besteht aus einem Temperaturregler und einem Temperaturwächter oder -begrenzer. Dessen Schaltkontakte sind in Reihe mit denjenigen eines Schaltschützen 6 in die elektrische Zuleitung 3 geschaltet.

Im Speicher 1 befindet sich ferner ein zweiter Temperaturfühler eines auf der Volumenänderung eines Mediums basierenden Fühlersystems, das über ein Kapillarrohr 8 mit einem Ausdehnungskörper, im Beispiel mit einer Membrane 9, verbunden ist. Die Membrane 9 befindet sich in einem Gehäuse 10, das die nachfolgend beschriebene Einrichtung zur Erzeugung einer allfälligen Einschaltverzögerung des Heizelementes 2 enthält.

Im Gehäuse 10 ist ein Motor 11, vorteilhaft ein Synchronmotor angeordnet, der zwei gleichdrehende Steuernocken 12, 13 antreibt. Der erste Steuernocken 12 betätigt einen ersten Schalter 14, dessen Lage relativ zum Steuernocken 12 mittels des Temperaturfüh-

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lers 7 und dessen Membrane 9 in Abhängigkeit vom Wärmezustand des Speichers 1 verstellt wird. Im beschriebenen Beispiel erfolgt diese Verstellung durch eine Bewegung des ersteil Schalters 14 längs einer Kreisbahn 15, deren Zentrum in der· Achse des Steuernockens 12 liegt. In der Fig. 1 ist der Schalter 14, bei dem es sich um einen Mikroschalter handeln kann, in seiner Stellung bei einer Speichertemperatur von 15 C und in unterbrochener Darstellung in einer solchen, die 75 C entspricht, dargestellt, wobei die Steuernocken 12, 13 in deren Ausgangsstellung gezeichnet sind. Der Schalter 14 ist dann unter Voraussetzung einer Speichertemperatur von max. 15 C geschlossen. Er legt in diesem Zustand über seine flexiblen elektrischen Zuleitungen eine vom Fernsteuerkommando oder der Schaltuhr beeinflusste Steuerspannung Up. an den Schaltschütz 6. Zu diesem Zweck ist der Schalter 14 zwischen zwei Anschlussklemmen 16 und 17 des Gehäuses geschaltet. An der Klemme 16 liegt die Steuerspannung Up, und die Klemme 17 ist mit einer Erregerspule 18 des Schaltschützes verbunden, deren zweiter Anschluss an einem Nulleiter N liegt. Der Schaltschütz 6 kann dreipolig ausgebildet sein und verbin*· det in erregtem Zustand das Heizelement 2 über den ebenfalls dreipoligen Thermostaten 5 mit einem Drehstromnetz R, S, T.

Der zweite Steuernocken 13 betätigt einen fest angeordneten zweiten Schalter 19, der in seiner einen Schalterstellung den Motor an eine Phase R der dauernd vorhandenen Netzspannung legt, während in der in der Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung der Steuernocken 12, 13 am Anfang der Aufheizperiode der Motor 11 nur Spannung erhält, wenn die Steuerspannung U_ vorhanden ist. Diesem Zweck dient ein Relais 20, dessen Arbeitskontakt 21 in den Stromkreis des Motors 11 geschaltet ist. Dazu ist die Erregerspule des Relais 20 mit der Anschlussklemme 16 verbunden, während an einer weiteren Anschlussklemme 22 die eine Phase z.B. R des Drehstromnetzes R, S, T liegt. Der Arbeitskontakt 21 verbindet den Motor 11 mit der Klemme 22. Die Erregerspule des Relais 20 und der Motor 11 sind ferner über eine Klemme 23 an den Nulleiter N angeschlossen.

Der zweite Schalter 19 ist ein Ausschalter, dessen Kontakte in der Ausgangsstellung offen sind. Der Schalter 19 überbrückt im geschlossenen Zustand den Arbeitskontakt 21.

Im Beispiel der Fig. 2 dient als zweiter Schalter ein Umschalter 24, an dessen Zuleitung 25 der Motor 11 angeschlossen ist. Der Umschalter 24 legt in der Ausgangsstellung den Motor 11 an die Steuerspannung U_ und in seiner anderen Stellung direkt an die dauernd vorhandene Netzspannung R. Je ein Ausgang 26, 27 des Umschalters 24 ist zu diesem Zweck mit der Klemme 16 bzw. mit der Klemme 22 verbunden. Auf diese Weise kann durch die Verwendung des Umschalters 24 das Relais 20 der Fig. 1 eingespart werden. Die Fig. 2 stellt dadurch eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt:

Sobald die Steuerspannung Up erscheint, das heisst sobald das Fernsteuerkommando den Speicher 1 zur Aufheizung freigibt, und unter der Voraussetzung, dass sich die Steuernocken 12, 13 in deren Ausgangsstellung befinden, erhält der Motor 11 Spannung. Dazu wird im Beispiel der Fig. 1 das Relais 20 erregt, über dessen Arbeitskontakt 21 der Motor 11 die Spannung erhält, während nach der Fig. 2 der Motor 11 über den Umschalter 24 von der Klemme 16 her direkt mit der Steuerspannung U_ gespeist wird. Beide Steuernocken 12, 13 beginnen sich, bezogen auf die Fig. 1, im Uhrzeigersinn zu drehen.

Die Form des zweiten Steuernockens 13 ist so gewählt, dass der zweite Schalter 19 seine Ausgangsstellung nur während einer im Vergleich zur ganzen Umlaufzeit der Steuernocken 12, 13 kurzen Zeit einhält, im vorliegenden Beispiel etwa eine Stunde, wobei die ganze Umlaufzeit etwas mehr als 21 Stunden beträgt.

Ist der Speichen 1 zu Beginn der Aufheizperiode ganz ausgekühlt, dann wird gleichzeitig mit dem Erscheinen der Steuerspannung U_p

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auch die Heizung 2 an Spannung gelegt, denn der Schalter 14 ist dann geschlossen und von der Klemme 16 her wird der Schaltschütz 6 erregt.

Weist hingegen der Speicher 1 noch eine Restwärmemenge auf, dann befindet sich der Schalter 14 auf dem Kreisbogen irgendwo zwischen den beiden in der Fig. 1 dargestellten Endlagen. Der sich drehende Steuernocken 12 muss dann erst einen der Restwärmemenge angemessenen Weg zurücklegen, bis seine Abfallkante den Schalter 14 erreicht und diesen zum Einschalten bringt. Daraus ergibt sich die Einschaltverzögerung.

Etwa eine Stunde nach dem Einschalten der Steuerspannung IL· lässt die Erhebung am zweiten Steuernocken 13 den Schalter 19 bzw. 24 wieder zurückschalten. In beiden beschriebenen Beispielen bleibt der Motor 11 unabhängig von der Steuerspannung Up so lange unter Spannung, bis der Steuernocken 13 beim Erreichen der Ausgangsstellung wieder anspricht und, unter der Voraussetzung, dass dann keine Steuerspannung U_ vorliegt, den Motor 11 abschaltet.

Der Motor 11 läuft auch dann weiter, wenn nach frühestens einer Stunde Laufzeit z.B. infolge einer Netzüberlastung bei Fernsteuerbetrieb die Energielieferung zum Speicher 1 über das Fernsteuerkommando unterbrochen werden musste. Der Motor 11 bewegt die Steuernocken 12, 13 in ihre Ausgangsstellung zurück, auch wenn keine Steuerspannung IL· vorhanden ist. Er bleibt bei einem Ausfal.l der Phase R wohl stehen, läuft jedoch beim Wiederkehren der Spannung wieder weiter. Mit einer Laufzeit von etwa 21 Stunden für eine volle Umdrehung der Steuernocken 12 und 13 können Spannungsunterbrüche bis zu etwa drei Stunden ohne Störung im Programmablauf auskorrigiert werden, wobei zu erwähnen ist, dass Unterbrüche solcher Grosse in heutigen Spannungsnetzen eher selten sind.

Die Aufheizperiode kann beispielsweise 8 Stunden und die maximale Einschaltverzögerung bei noch grosser Restwärmemenge 6 Stunden betragen. Dies bedeutet, dass ein solcher Speicher erst 6 Stunden nach Beginn der Aufheizperiode Energie erhält und solche noch während zwei Stunden beziehen kann.

Die zeitliche Verzögerung ist mit der Speicherkapazität und der Leistung der Heizelemente 2 so abgestimmt, dass der Thermostat immer vor dem Ablauf der Aufheizperiode zum Ausschalten kommt.

Die Einrichtung wirkt als Gedächtnis für die nach der letzten Aufheizperiode bezogene Wärmemenge und wird mit einfachen Mitteln erreicht, die gegenüber einer elektronischen Lösung einen kleineren Aufwand erfordert. Sie bietet bei geringem Aufwand Gewähr für eine gleichmässige Lastverteilung und bewirkt dies weitgehend auch im Falle zeitlich beschränkter Spannungsausfälle.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

Einrichtung zur zeitlich verzögerten Einschaltung eines elektrisch beheizten und von einem Fernsteuerkommando - worunter auch das Kommando einer Tarifschaltuhr verstanden sei - gesteuerten Wärmespeichers (1) mit wenigstens einem Steuernocken (12), der durch einen am Anfang der Aufheizperiode vom Fernsteuerkommando in Gang setzbaren Motor (11) antreibbar ist und mit dem ein den Heizstromkreis beeinflussender Schalter (14) betätigbar ist, dessen Lage relativ zum Steuernocken (12) zwecks Veränderung der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Eintreffen des Fernsteuer-Kommandos am Anfang der Aufheizperiode und dem Einschalten des Wärmespeichers (1) mittels eines Temperaturfühlers (7) in Abhängigkeit vom Wärmezustand des Speichers

(1) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass noch ein zweiter, mit dem ersten Steuernocken (12) gekoppelter Steuernocken (13) mit einem zweiten Schalter (19) vorhanden ist und der Schalter (19) in seiner einen Schalterstellung den Motor (11) an die Netzspannung legt, während in der anderen Schalterstellung, der Ausgangsstellung beider Steuernocken (12, 13) am Anfang der Aufheizperiode, der Motor (11) nur Spannung erhält, wenn das Fernsteuerkommando eine Steuerspannung (IL) freigibt, wobei der zweite Schalter (19) seine Ausgangsstellung nur während einer im Vergleich zur ganzen Umlaufzeit der Steuernocken (12, 13) kurzen Zeit einhält.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Fernsteuerspannung (Up) erregbares Relais (20) mit seinem Arbeitskontakt (21) in den Stromkreis des Motors (11) geschaltet ist und dass der zweite Schalter (19) als Ausschalter ausgebildet ist, dessen Kontakte in der Ausgangsstellung offen sind und im geschlossenen Zustand den Arbeitskontakt (21) des Relais (20) überbrücken.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter ein Umschalter (24) ist, der in der Ausgangs-

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stellung den Motor (11) an die Steuerspannung (U.-) und in seiner anderen Stellung direkt an die Netzspannung (R) legt.

k. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (11) ein Synchronmotor ist.