DE9301321U1

DE9301321U1 - Stromversorgung über das Heizungssystem

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Publication number: DE9301321U1
Application number: DE9301321U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2003-02-02

Description

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Dr. Ralf Kinkel, Am Kumb 3, D-6756 Otterbach

Stromversorgung über das Heizungssystem

Beschreibung

Technisches Gebiet

Bei dieser Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Stromversorgung von Sensoren und Stellgliedern an Heizungssystemen und deren Datenverkehr untereinander bzw. mit einer zentralen Steuer- und Regeleinheit.

Stand der Technik

Die verbrauchsgerechte Ermittlung von Heizkosten in Mehrfamilienhäusern über Verdunsterröhrchen oder Wärmemengenzähler an den jeweiligen Heizkörpern sind seit langem Stand der Technik, so daß auf die jeweiligen Techniken hier nicht eingegangen wird.

Die bestehenden Meßsysteme haben dabei im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit zwei Problembereiche: die Stromversorgung und das manuelle Ablesen der Verbrauchswerte. Denn unabhängig vom jeweiligen Meßverfahren müssen die Meßwerte mindestens einmal jährlich abgelesen werden, und die elektronischen Geräte müssen vor Spannungsausfall und Manipulation geschützt alljährlich mit einer Batterie versorgt werden. Dies stellt einen enormen Personal- und Kostenfaktor dar.

Bekannt sind Techniken, bei denen die Sensoren an den Heizkörperen bzw. den Etagenverteilern durch einen Netzanschluß versorgt und zentral (bspw. im Heizungskeller) durch einen Rechner und eine Datenleitung abgefragt werden. Allerdings ist das Verlegen der Leitungen in bestehenden Gebäuden nicht wirtschaflich und auch nicht vor Manipulationen geschützt. Eine Stromversorgung über Solarzellen ist in einigen Fällen zwar möglich, aber auch sie ist nicht gegen Manipulation gesichert und schränkt zudem die Möbiliemng (bspw. Einbauküche) ein.

Daneben stellen die jährlich auszuwechselnden Batterien als Sondermüll eine erhebliche Umweltbelastung dar.

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Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Leitungsinsatallation das alljährliche manuelle Ablesen und Auswechseln der Batterie an den Heizkosten- bzw. Wärmeenergieverbrauchsmessern zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Energieversorgung der Meßgeräte an den einzelnen Heizkörpern und die Datenübertragung zu einer Zentraleinheit direkt über das Heizungswasser erfolgt.

Äquivalent einer Batterie (galvanischen Zelle) wird dabei mittels zweier Elektroden die elektrolytische Eigenschaft des Wassers zur Stromgewinnung ausgenutzt. Die von heutigen integrierten Schaltungen benötigten Leistungen von wenigen Mikrowatt werden dabei problemlos erreicht. Dabei kann die Rohrleitung selbst als Elektrode eingesetzt werden, wenn sie aus dem entsprechenden Material besteht. Die für eine Optimierung der "Batterielebensdauer" notwendige Wahl der Elektroden bzw. die dem Heizungswasser zu zugebenden Lösungen, wie bspw. Entkalker, sind für diese Erfindung zweitrangig und werden hier nicht beschrieben, da sie in der Elektrochemie Stand der Technik sind.

Die Datenübertragung kann sowohl akkustisch durch Ultraschallsignale als auch elektrisch bzw. elektromagnetisch durch Modulation und Aussendung hochfrequenter Signale erfolgen. Die Abfrage und Auswahl der einzelnen Sensoren von einer zentralen Einheit aus, kann entweder über mehrere Frequenzbbänder oder durch zeitliches Multiplexen eines Frequenzbandes erfolgen. Diese Technik wird in Computernetzen auf vielfältige Art angewendet und kann hier ebenfalls eingesetzt werden, so daß auf eine Beschreibung verzichtet wird.

Aufgrund der geringeren Kosten besitzt das Multiplexverfahren wegen der vorliegenden niedrigen Datenraten und der praktisch unbegrenzten Anzahl der Abfragestellen einen Vorteil. Gesteuert wird die Übertragung durch die Zentraleinheit in der Art, daß sie eine Kennung, die sogenannte Geräteadresse, aussendet und damit dem angesprochenen Sensor signalisiert, daß er seine Meßwerte übertragen darf. Somit kann immer nur ein Sensor senden, wodurch eine Signalüberlagerung mehrerer Sensoren vermieden wird.

Mit der gezeigten Vorrichtung können auch Stellglieder, wie Ventile, zur Heizungssteuerung der einzelnen Heizkörper elektrisch versorgt und von der Zentraleinheit angesprochen werden. Damit kann jeder Heizkörper individuell geregelt werden. Die

zur Ventilsteuerung notwendigen Kräfte bzw. die dazu notwendige elektrische Energie kann der "Heizungsbatterie" direkt nur schwerlich entnommen werden. Da durch die Trägheit der Heizung das Ventil nur in größeren zeitlichen Abständen gestellt werden muß, kann zwischen den Stellvorgängen die dazu benötigte Energie in einem Speieher, bspw. einem Kondensator oder Akku, zwischengespeichert werden. Daneben besteht die Möglichkeit einen elektrisch betätigbaren hydraulischen Schütz und die Fließkräfte des umlaufenden Heizungswassers als Verstärker zur Ventilsteuerung einzusetzen.

Über die Zentraleinheit läßt sich die gesamte Heizungsanlage bedarfsgerecht steuern. Dabei kann jeder einzelne Raum individuell abgefragt und geregelt werden, so daß die Heizkosten minimiert werden können. Auch der Komfort läßt sich steigern, wenn die individuellen Anforderungen nach einer Erhöhung der Raumtemperatur zur Zentraleinheit gemeldet und von ihr im Falle eines schon länger geöffneten Ventils dann die Heizwassertemperatur und/oder die Umlaufgeschwindigkeit erhöht wird.

Neben der Messung des Wärmeenergieverbrauchs oder der Reglung der einzelnen Heizkörper können über die vorgestellte Vorrichtung auch andere Raumdaten ohne direkten Bezug zur Heizung (wie bspw. Luftfeuchte, Illumination, Betätigen der Tür, Alarmanlagenfunktionen) abgefragt oder zum Raum hin übertragen werden.

Wesentlich ist bei der vorgestellten Vorrichtung, daß keine Stromanschlüsse benötigt und keine Leitungen verlegt werden müssen. Die entsprechenden Sensoren bzw. Stellglieder werden lediglich in die Zuleitungen der Heizkörper bzw. an deren gegenüberliegenden toten Ende eingesetzt. Somit sind alle Altanlagen umrüstbar!

Mittels einer Datenfernübertragung, beispielsweise dem TEMEX-Dienst der Bundespost, können die Daten der Gebäude-Zentraleinheit fern abgefragt und für die Heizkostenabrechnung verwendet werden. Dabei entfällt sowohl das personalintensive Ablesen der einzelnen Heizkostenverteiler als auch der Zentraleinheit im Gebäude.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Fig. 1 ein schematische Ausführung der Stromentnahme aus dem Heizungswasser,
Fig. 2 eine Beispielkonfiguration eines Heizungssystems mit Sensoren und einer
zentralen Steuer- und Regeleinheit.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Das Prinzip der Stromentnahme aus dem Fluid zeigt Figur 1. Hier sind zwei ringförmige Elektroden (1, 2) elektrisch isoliert in einem Zwischenstück (3), das in die Rohrleitung eingesetzt wird, angeordnet. Das Elektrodenmaterial wird abhängig vom elektrolytischen Inhalt so gewählt, daß eine möglichst lange Lebensdauer gewährleistet ist. Die dazu notwendigen elektrochemischen Grundlagen sind Stand der Technik und werden hier nicht beschrieben. Der vom Meßfühler (4) aufgenommene Meßwert wird in der Sensorelektronik (5) ausgewertet, die ihre Energie über die Elektroden (1, 2) elektrolytisch aus dem Fluid bezieht. Die Datenübertragung zur Zentraleinheit erfolgt elektroakustisch mit Ultraschall oder elektromagnetisch über das Rohrleitungssystem (13, 14) bzw. über das Fluid selbst.

Das Prinzip einer Heizungsanlagensteuerung über das Fluid zeigt Figur 2. In den Zuleitungen zu den Heizkörpern (11, 12) sind Sensoren (16, 17, 19, 20) zur Temperatur- und Durchflußmessung in den Hin- und Rücklauf (13, 14) eingebaut Im Unterschied zum Stand der Technik werden die Sensoren jedoch nicht über Stromleitungen oder Batterien, sondern elektrochemisch gemäß der in Figur 1 beschriebenen Vorrichtung mit Strom versorgt Die Übertragung der Meßwerte zur Steuer- und Regeleinheit (15) erfolgt elektroakustisch mit Ultraschall oder elektromagnetisch über das Rohrleitungssystem (13, 14) bzw. über das Fluid selbst Die Sensoren (18, 21) am toten Ende der Heizkörper (11, 12) dienen der Messung der Oberflächentemperatur der Heizkörper. Über ein integriertes und elektrohydraulisch steuerbares Ventil im Sensor (16, 19) kann die zentrale Steuer- und Regeleinheit (15) die Heizkörper (11, 12) individuell regeln. Die für eine kurze Zeitspanne aufzubringende Energie zur Ventilsteuerung wird dabei entweder in einem Akku oder Kondensator gesammelt und zwischengespeichert oder aus der Hießenergie des Fluids über einen elektrohydraulischen Schütz als Verstärker gewonnen.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Allgemein liegt die Verwertbarkeit der Erfindung in der Versorgung von elektronischen Geräten an Rohrleitungen mit elektrolytischem Inhalt.

Eine erste konkrete Verwertbarkeit der Erfindung wird bei der automatischen Ablesung und Berechnung der Heizkosten in Gebäuden gesehen. Gegenüber dem jetztigen Stand der Technik müssen keinerlei Leitungsinstallationen vorgenommen oder Batterien gewechselt werden. Daneben ist die gezeigte Vorrichtung aufgrund ihrer

Kapselung weitgehend manipulationssicher. Durch das Einsparen der Batterie wird ein erheblicher Beitrag zur Abfall Vermeidung und zum Umweltschutz beigetragen.

Eine weitere Verwertung liegt in der elektronischen Fernablesung von Wasserverbräuchen in Haushalten innerhalb eines Gebäudes oder sogar von mehreren Gebäuden.

Beim Ablesen von Meßgeräten in Mietwohnungen besteht das Problem des Zugangs, wenn der Mieter nicht anwesend ist. Dieses Problem wird bei der beschriebenen Vorrichtung vermieden.

Gerade in sanitären Anlagen ist die Energieversorgung über das Stromnetz kritisch. Bei mit Sensoren ausgerüsteten automatischen Wasserhähnen kann sowohl der Sensor als auch das Stellglied mittels der vorgestellten Vorrichtung mit Energie versorgt werden. Reicht die Energie zur Versorgung des Stellglieds nicht, kann dieses an entsprechender Stelle im Leitungsnetz angeordnet, dort mit Netzstrom versorgt und mittels Datenübertragung durch den Sensor gesteuert werden.

In Solaranlagen kann die vorgestellte Vorrichtung zur Abfrage von Daten oder zum Stellen von Ventilen ebenfalls eingesetzt werden. Hier können die notwendigen Sensoren oder Aktoren direkt in den Kollektoren installiert werden, was ansonsten bei Vakuumröhren wegen des Kabelanschlusses sehr schwierig ist.

Auch die Steuerung von Berieselungsanlagen kann mit der vorgestellten Vorrichtung direkt von einer Zentrale aus, ohne Strom- und Datenleitungen, erfolgen.
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Bezugszeichenliste

(1) Minus-Elektrode

(2) Plus-Elektrode

(3) Rohrleitungszwischenstück

(4) Meßfühler

(5) Sensorelektronik

(6) Sensorgehäuse

(10) Heizung

(11) Heizkörper

(12) Heizkörper

(13) Rückflußrohr

(14) Hinflußrohr

(15) Heizungssteuerung

(16) Sensor

(17) Sensor

(18) Sensor

(19) Sensor

(20) Sensor

(21) Sensor

Claims

Dr. Ralf Hinkel, Am Kumb 3, D-6756 Otterbach Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Energieversorgung von elektronischen Geräten an Rohrleitungen mit elektrolytischem Inhalt, dadurch gekennzeichnet, daß mittels in das Fluid eingeführter Elektroden ein galvanisches Element gebildet und zur elektrischen Energieversorgung verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode durch die Rohrleitung selbst gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit sowie Sensoren und Aktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung zwischen Sensoren, Aktoren und Zentraleinheit elektroakustisch durch Ultraschallsignale über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit sowie Sensoren und Aktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung zwischen Sensoren, Aktoren und Zentraleinheit elektrisch und/oder elektromagnetisch über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Versorgung von Stellgliedern, wie bspw. Motoren oder Ventilen, notwendige Energie mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnommen und in einem Speicher, bspw. einem Akkumulator, zwischengespeichert wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Versorgung von Stellgliedern, wie bspw. Motoren oder Ventilen, notwendige Energie aus der Fließenergie des Fluids gewonnen wird, wie bspw. durch einen elektrisch betätigbaren hydraulischen Schütz oder eine Turbine.

7. Vorrichtung zur zentralen Erfassung und/oder Steuerung des Wärmeenergie verbrauchs der einzelnen Heizkörper einer Heizungsanlage nach einem der Ansprüche &Igr;&oacgr; mit Sensoren und Stellgliedern an den einzelnen Heizköpern sowie mit einer Zentraleinheit und Berechnungsprogramm, dadurch gekennzeichnet, daß an den einzelnen

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Heizkörpern die elektrische Energie für Sensoren und/oder Stellglieder mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnommen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit und den Sensoren und Stellgliedern am Heizkörper elektroakustisch durch Ultraschallsignale und/oder elektromagnetisch über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit zusätzlichen Sensoren zur Erfassung anderer Daten des Raums zur Zentraleinheit, wie bspw. Luftfeuchte, Illumination, Uhrzeit oder Betätigen der Tür, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der Sensoren und Übertragungseinheit im Raum mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnommen wird.

10. Vorrichtung zur zentralen Erfassung des Wasserverbrauchs einzelner Verbrauchsstellen nach einem der Ansprüche 1-6 mit Sensoren und Stellgliedern an der Wasserabgabestelle sowie einer Zentraleinheit und Berechnungsprogramm, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren und Stellglieder an der Wasserabgabestelle ihren Energiebedarf mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnommen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit und den Sensoren und Stellgliedern an der Wasserabgabestelle elektroakustisch durch Ultraschallsignale und/oder elektromagnetisch über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

12. Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Wasserhähnen nach einem der Anspräche 1-6 mit einem Näherungssensor und und einem Ventil sowie einer Zentraleinheit mit Steuerprogramm, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor und/oder das Ventil ihren Energiebedarf mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnehmen.

13. Vorachtung zur zentralen Erfassung der Daten eines Solarkollektors bzw. zu dessen Steuerung nach einem der Ansprüche 1-6 mit Sensoren und Stellgliedern am Kollektor sowie einer Zentraleinheit mit Berechnungsprogramm, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren und Stellglieder am Kollektor ihren Energiebedarf mittels in

das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnehmen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit und den Sensoren und Stellgliedern am Kollektor elektroakustisch durch Ultraschallsignale und/oder elektromagnetisch über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

15. Vorrichtung zur zentralen Erfassung der Daten einer Berieselungsanlage bzw. zu deren Steuerung nach einem der Ansprüche 1-6 mit Sensoren und Stellgliedern am

Kollektor sowie einer Zentraleinheit mit Berechnungsprogramm, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren und Stellglieder an der Wasserabgabestelle ihren Energiebedarf mittels in das Fluid eingeführter Elektroden aus dem zwischen diesen und dem Fluid gebildeten galvanischen Element entnehmen.
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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenaustausch zwischen der Zentraleinheit und den Sensoren und Stellgliedern an der Wasserabgabestelle elektiOakustisch durch Ultraschallsignale und/oder elektromagnetisch über die Leitungssrohre bzw. das Fluid erfolgt.

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