GR20160100642A - Συστημα θερμανσης ηλεκτρικης αντιστασης ή ηλεκτρικων αντιστασεων, με την απ' ευθειας χρηση συνεχους ή εναλλασσομενου ρευματος - Google Patents

Abstract

Το ρεύμα παράγεται από ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (Α.Π.Ε.) ή εναλλακτικά θέρμανση της αντίστασης(εων) με την χρήση εναλλασσομένου ρεύματος από ηλεκτρικό δίκτυο, π.χ. ΔΕΗ. Τα ρεύμα DC, ή AC που οδηγείται σε έναν μεταγωγικό διακόπτη ή σε ειδικό ρελέ, ο οποίος τροφοδοτεί την ηλεκτρική αντίσταση(εις). Στον μεταγωγικό διακόπτη ή στο ειδικό ρελέ συνδέεται και η παροχή από το δίκτυο. Αρα η αντίσταση(εις) μπορούν να λειτουργήσουν και με παροχή από ηλεκτρικό δίκτυο π.χ. ΔΕΗ. Το κύκλωμα τροφοδοσίας της αντίστασης ανοιγοκλείνει με ρελέ ο οποίος ελέγχεται με μηχανικό ή ηλεκτρονικό θερμοστάτη.

Description

Σύστημα θέρμανσης ηλεκτρικής αντίστασης ή ηλεκτρικών αντιστάσεων, με την απ’ ευθείας χρήση συνεχούς ή εναλλασσομένου ρεύματος.

Η παρούσα εφεύρεση αφορά σύστημα όπου ηλεκτρική(ές) αντίσταση(σεις) θερμαίνονται με απ' ευθείας χρήση ηλεκτρικού ρεύματος, AC ή DC το οποίο μπορεί να έχει σταθερές ή μεταβαλλόμενες τάση και ένταση κάθε χρονική στιγμή.

Η θέρμανση ηλεκτρικής(ών) αντιστάσης(εων) με την χρήση φωτοβολταϊκά πάνελ, ή από ανεμογεννήτρια ή (Α.Π.Ε.) γίνεται κυρίως με τις τρεις ακόλουθες διαδικασίες:

1. Παραγωγή συνεχούς ρεύματος, μέσω π.χ. φωτοβολταϊκά πάνελ, την αποθήκευσή του σε μπαταρίες μέσω inverter, την μετατροπή του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω inverter και στην συνέχεια την τροφοδοσία της ηλεκτρικής(ων) αντίστασης(εων).

2. Παραγωγή ρεύματος DC ή AC μέσω π.χ. ανεμογεννήτριας την μετατροπή -σταθεροποίηση του ρεύματος μέσω inverter και στην συνέχεια την τροφοδοσία της ηλεκτρικής(ών) αντίστασης(εων) μέσω δικτύου ή UPS.

3. Παραγωγή συνεχούς ρεύματος, μέσω π.χ. φωτοβολταϊκά πάνελ, την αποθήκευσή του σε μπαταρίες μέσω inverter και στην συνέχεια την τροφοδοσία της ηλεκτρικής(ων) αντίστασης(εων) απ’ ευθείας από τις μπαταρίες ή τροφοδοσία της ή των αντιστάσεων μετά από την μετατροπή της τάσης του συνεχούς ρεύματος.

Οι τρεις άνω περιγραφόμενες διαδικασίες απαιτούνε ακριβές συσκευές, inverter, UPS, μπαταρίες. Στόχος των συσκευών αυτών είναι η τροφοδοσία της ηλεκτρικής(ων) αντίστασης(εων) με ρεύμα συνεχές ή εναλλασσόμενο το οποίο θα χαρακτηρίζεται από σταθερή ένταση και τάση σε κάθε χρονική στιγμή. Οι συσκευές αυτές χρειάζονται συντήρηση και επιπρόσθετα είναι πιθανόν να παρουσιάσουν βλάβες. Τέλος μειώνουν την απόδοση του συστήματος.

Στην παρούσα εφεύρεση παρουσιάζεται το πώς γίνεται απ' ευθείας χρήση του συνεχούς ρεύματος σε ηλεκτρική(ες) αντίσταση (εις), όπου το συνεχές ρεύμα μπορεί να έχει μεταβαλλόμενη τάση και μεταβαλλόμενη ένταση ανά κάθε χρονική στιγμή.

Σκοπός της παρούσης εφευρέσεως είναι να τροφοδοτούμε την ηλεκτρική(ες) αντίσταση(εις), απ' ευθείας με συνεχές ρεύμα, τα οποίο μπορεί να διαφέρει σε τάση και ένταση ανά χρονική στιγμή. Η ηλεκτρική ηλεκτρική(ες) αντίσταση (εις), θα λειτουργήσει, μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια ανεξαρτήτως τάσεως και εντάσεως. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνουμε οικονομική παραγωγή θερμότητας.

Μία ηλεκτρική(ες) αντίσταση(εις) με την κατάλληλη ηλεκτρολογική σύνδεση μπορεί να λειτουργήσει με συνεχές ρεύμα (π.χ. σε ένας απλός ηλεκτρικός θερμοσίφωνα μπορεί να τροφοδοτηθεί από φωτοβολταϊκά στοιχεία, (ανεμογεννήτρια), και να θερμανθεί νερό χωρίς να χρεώνεται ο χρήστης. Ένας απλός ηλεκτρικός θερμοσίφωνας μπορεί να μετατραπεί και να δουλέψει και σαν ηλιακός).

Δίνεται η δυνατότητα επιλογής της ισχύος που θα παρέχουν τα φωτοβολταϊκά στην ηλεκτρική(ες) αντίσταση(εις) δεδομένου ότι τα φωτοβολταϊκά πάνελ προσθαφαιρούνται πολύ εύκολα.

Δεν απαιτείται μετατροπή του συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα για λειτουργήσουν οι ηλεκτρικές αντιστάσεις. Άρα μειώνεται το κόστος και η πολύπλοκοτητα της εγκατάστασης. Ταυτόχρονα μεγαλώνει η αξιοπιστία του συστήματος.

Ειδικά η χρήση των φωτοβολταϊκών πάνελ έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως αντοχή στον χρόνο. Ελάχιστη συντήρηση, μειούμενο κόστος, δεν επηρεάζονται από την θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος τον χειμώνα, ευκολία τοποθέτησης κλπ. Η ανεμογεννήτρια μπορεί να παράγει ρεύμα όλο το εικοσιτετράωρο.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι με την συγκεκριμένη εφεύρεση δίνεται η δυνατότητα θέρμανσης ηλεκτρικής(ων) αντίστασης(εων) σε μεγάλη απόσταση από το σημείο μπορεί να τοποθετηθούν η ανεμογεννήτρια ή τα φωτοβολταϊκά πάνελ.

Επίσης οι ηλεκτρική(ες) αντίσταση(εις) μπορούν να λειτουργήσουν και με την χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος από το ηλεκτρικό δίκτυο.

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ ενεργοποιούνται με ελάχιστο φως και παράγουν άμεσα ηλεκτρισμό. Άρα μία η περισσότερες αντιστάσεις ενεργοποιείται άμεσα και παράγει θερμότητα ανάλογα με το ηλεκτρικό φορτίο με το οποίο θα τροφοδοτηθεί. Το ίδιο συμβαίνει όταν ο ήλιος εμφανιστεί ελάχιστα, δηλαδή με τα φωτοβολταϊκά πάνελ κερδίζουμε άμεσα θερμότητα.

Το Καλοκαίρι όπου η ανάγκη για παραγωγή θερμότητας μέσω ηλεκτρικής(ων) αντίστασης(εων) είναι ελάχιστη, μπορεί ν’ απομονώνεται ένα ή περισσότερα φωτοβολταϊκά πάνελ, διαφορετικό(ά) κάθε Καλοκαίρι, το οποίο ή τα οποία θα καλύπτονται κατάλληλα και κατά συνέπεια θα παρατείνεται ο χρόνος ζωής τους. Επιπρόσθετα το ή τα φωτοβολταϊκά πάνελ τα οποία απενεργοποιούμε από το σύστημα μπορούν να παράγουν ρεύμα για άλλες χρήσεις.

Τα μειονεκτήματα που παρουσιάζονται είναι ότι το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα χρειάζεται πολύ μεγάλη προσοχή και απόλυτη προστασία διότι είναι εξαιρετικά επικίνδυνο, (σκοτώνει).

Επίσης το ρελέ καταναλώνει ελάχιστη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία είναι αμελητέα.

Η λειτουργία της εφεύρεσης που αφορά σύστημα όπου γίνεται χρήση συνεχούς ρεύματος ή χρήση εναλλασσομένου ρεύματος για θέρμανση ηλεκτρικής αντίστασης(εων), περιγράφεται ακολούθως.

Τα μέρη του συστήματος είναι τα ακόλουθα:

1. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ ή ανεμογεννήτρια.

2. Καλώδια

3. Αυτόματο ρελέ διαφυγής συνεχούς ρεύματος

4. Μεταγωγικός διακόπτης

5. Ηλεκτρικές ασφάλειες

6. Ρελέ

7. θερμοστάτης

8. Ηλεκτρική (ες) αντίσταση (εις) ( π.χ. για τον θερμοσίφωνα, ή το δοχείο ζεστού νερού θέρμανσης ή αντιστάσεις θέρμανσης αέρα κλπ).

9. Γείωση

10. Ρελέ οκτώ επαφών το οποίο δίνει προτεραιότητα στο ηλεκτρικό ρεύμα της επιλογής μας AC ή DC.

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ (ανεμογεννήτρια), με κατάλληλο προσανατολισμό για μεγιστοποίηση της απόδοσης τους, παράγουν συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα. Η μεταξύ τους σύνδεση προτείνεται σε σειρά, χωρίς να αποκλείεται παράλληλη σύνδεση ή και συνδυασμός συνδέσεων.

To DC ρεύμα μέσω του αυτόματου ρελέ διαφυγής συνεχούς ρεύματος το οποίο συνδέεται με γείωση, για λόγους ασφάλειας, οδηγείται σε μεταγωγικό διακόπτη. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει αυτόματο ρελέ διαφυγής συνεχούς ρεύματος για λόγους ασφαλείας, τα φωτοβολταϊκά πάνελ συνδέονται παράλληλα έτσι ώστε η τάση να μην ξεπεράσει τα 30 V.

Στον μεταγωγικό διακόπτη συνδέονται: Βλ. Σχήμα 1

1. Η παροχή εναλλασσομένου ρεύματος της ΔΕΗ.

2. Η παροχή συνεχούς ρεύματος προερχόμενη από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, (ή η παροχή της ανεμογεννήτριας).

Σημειώνεται ότι η φάση και ο ουδέτερος της ηλεκτρικής αντίστασης ή των αντιστάσεων συνδέονται στον μεταγωγικό διακόπτη, έτσι ώστε ο ουδέτερος του συνεχούς ρεύματος να μην έρχεται επαφή με την μπάρα ουδετέρου εναλλασσομένου ρεύματος του ηλεκτρικού πίνακα που τροφοδοτείται από την ΔΕΗ, ή την όποια εταιρεία παροχής εναλλασσομένου ρεύματος. Βλ. Σχήμα 1 και Σχήμα 3.

Το κύκλωμα τροφοδοσίας της αντίστασης ανοιγοκλείνει με ρελέ ο οποίος ελέγχεται με μηχανικό - ηλεκτρικό θερμοστάτη. Ο θερμοστάτης συνδέεται με το πηνίο του. Το πηνίο του ρελέ, και ο θερμοστάτης τροφοδοτούνται με AC, (εναλλασσόμενο ρεύμα) όπως φαίνεται στα σχήματα 1 και 2.

Υπάρχουν δύο φάσεις λειτουργίας του κυκλώματος A

Φάση 1: Η θερμοκρασία της αντίστασης(εων) ή του περιβάλλοντος στο οποίο αναφέρεται αυτή είναι χαμηλότερη σε σχέση με την μέγιστη θερμοκρασία που έχουμε ορίσει στον θερμοστάτη. Σε αυτήν την περίπτωση το έλασμα του θερμοστάτη, που ενεργοποιείται με την θερμοκρασία, κλείνει το κύκλωμα Α, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2 το πηνίο του ρελέ ενεργοποιείται και το ρελέ οπλίζει κλείνοντας το κύκλωμα Β, βλ. Σχήμα 1 , με αποτέλεσμα να τροφοδοτηθεί η αντίσταση (εις) με ρεύμα, συνεχές DC ή εναλλασσόμενο AC. Ο Μεταγωγικός διακόπτης ορίζει το εάν η αντίσταση θα τροφοδοτηθεί με συνεχές ή με εναλλασσόμενο ρεύμα από το δίκτυο ή και από γεννήτρια. Εναλλακτικά με έναν ειδικό Ρελέ οκτώ επαφών, η αντίσταση(εις) τροφοδοτείται συνέχεια με συνεχές ρεύμα και όταν θέλουμε να δώσουμε εναλλασσόμενο ρεύμα στην αντίσταση(εις) από το δίκτυο, τότε ενεργοποιούμε την ασφάλεια, η τον ασφαλειοδιακόπτη της αντίστασης(εων) και ο ειδικός Ρελές οκτώ επαφών δίνει προτεραιότητα στο εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε η αντίσταση(εις) καταναλώνει(ουν) AC. Βλ. Σχήμα 5. Ας σημειωθεί ότι ο ειδικός Ρελές οκτώ επαφών μπορεί να δώσει προτεραιότητα και στο συνεχές ρεύμα με την κατάλληλη συνδεσμολογία.

Φάση 2: Η θερμοκρασία της αντίστασης ή του περιβάλλοντος στο οποίο αναφέρεται αυτή είναι ψηλότερη σε σχέση με την μέγιστη θερμοκρασία που έχουμε ορίσει στον θερμοστάτη. Σε αυτήν την περίπτωση, το έλασμα του θερμοστάτη, που ενεργοποιείται με την θερμοκρασία, ανοίγει το κύκλωμα Α, βλ. Σχήμα 2 με συνέπεια το πηνίο του ρελέ να απενεργοποιηθεί και οι επαφές οπλισμού του ρελέ να ανοίξουν το κύκλωμα Β, Σχήματα 1 και 3. Κατά συνέπεια η αντίσταση (εις) να μην τροφοδοτείται πλέον με ρεύμα, εναλλασσόμενο AC ή συνεχές DC.

Παράδειγμα εφαρμογής της εφεύρεσης σε ηλεκτρικό θερμοσίφωνα

Μέσω του μεταγωγικού διακόπτη ένας θερμοσίφωνας μπορεί να ζεστάνει νερό με την χρήση εναλλασσομένου ρεύματος (παροχή ΔΕΗ π.χ.) αλλά επιπρόσθετα να εκμεταλλευτεί την ηλιακή ενέργεια μέσω των φωτοβολταϊκών πάνελ, ή μέσω μιας ανεμογεννήτριας και να ζεστάνει νερό. Ένας ηλεκτρικός θερμοσίφωνας δηλαδή μπορεί να λειτουργήσει και με ηλιακή ή αιολική ενέργεια.

Περιγραφή Λειτουργίας

Όταν η θερμοκρασία του νερού μέσα στον θερμοσίφωνα είναι χαμηλότερη σε σχέση με την μέγιστη θερμοκρασία που έχουμε ορίσει στον θερμοστάτη. Το έλασμα του θερμοστάτη που ενεργοποιείται με την θερμοκρασία, κλείνει το κύκλωμα Α, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, ενεργοποιείται το πηνίο του ρελέ, και το ρελέ οπλίζει κλείνοντας το κύκλωμα Β, βλ. Σχήμα 1 , με αποτέλεσμα να τροφοδοτηθεί η αντίσταση του θερμοσίφωνα με ρεύμα, συνεχές DC ή εναλλασσόμενο AC μέσω του μεταγωγικού διακόπτη. Ο Μεταγωγικός διακόπτης ορίζει το εάν η αντίσταση θα τροφοδοτηθεί με συνεχές ή με εναλλασσόμενο ρεύμα. Εναλλακτικά με έναν ειδικό Ρελέ οκτώ επαφών, η αντίσταση τροφοδοτείται συνέχεια με συνεχές ρεύμα και όταν θέλουμε να δώσουμε εναλλασσόμενο ρεύμα στην αντίσταση από το δίκτυο, τότε ενεργοποιούμε τον ασφαλειοδιακόπτη του θερμοσίφωνα και ο ειδικός Ρελές οκτώ επαφών δίνει προτεραιότητα στο εναλλασσόμενο ρεύμα και η αντίσταση καταναλώνει AC. Βλ. Σχήμα 5. Ας σημειωθεί ότι ο ειδικός Ρελές οκτώ επαφών μπορεί να δώσει προτεραιότητα και στο συνεχές ρεύμα με την κατάλληλη συνδεσμολογία.

Όταν η θερμοκρασία του νερού μέσα στον θερμοσίφωνα είναι ψηλότερη σε σχέση με την μέγιστη θερμοκρασία που έχουμε ορίσει στον θερμοστάτη. Σε αυτήν την περίπτωση, το έλασμα του θερμοστάτη που ενεργοποιείται με την θερμοκρασία, ανοίγει το κύκλωμα Α, βλ. Σχήμα 2 με συνέπεια το πηνίο του ρελέ να απενεργοποιηθεί και οι επαφές οπλισμού του ρελέ να ανοίξουν το κύκλωμα Β, Σχήματα 1 και 3 Κατά συνέπεια η αντίστ ρεύμα, εναλλασσόμενο AC ή συνεχές

εναλλακτικά του ο ειδικού Ρελέ οκτώ επαφώ

Με την ίδια εφεύρεση το συνεχές ρεύμ αντίσταση(εις) για την θέρμανση χώρων. μπορούν να τροφοδοτούνται και με την χρ ΔΕΗ, γεννήτριας κ.λ.π.).

αση(εις) να μην τροφοδοτείται πλέον με DC μέσω του μεταγωγικού διακόπτη, ή ν.

μα μπορεί να τροφοδοτεί ηλεκτρική(ές) Οι αντίσταση(εις) αυτές εναλλακτικά θα ρήση εναλλασσομένου ρεύματος (παροχή

Claims (10)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1. Σύστημα θέρμανσης ηλεκτρικής αντίστασης ή ηλεκτρικών αντιστάσεων με την απ’ ευθείας χρήση συνεχούς DC ή εναλλασσόμενου ρεύματος AC παραγόμενου από Α.Π.Ε. Το ρεύμα AC, ή DC δύναται να είναι σταθερής τάσης και έντασης ή μεταβαλλόμενης τάσης και έντασης ανά χρονική στιγμή.

2. Η ηλεκτρική αντιστάση, (ή οι ηλεκτρικές αντιστάσεις) μπορεί να θερμάνει(ουν) ρευστό (π.χ. αέρα, νερό, λάδι κ.λ.π.) ή κάποιο στερεό (π.χ. πυρότουβλα, πέτρες, μπετό μέταλλο κ.λ.π.) έτσι ώστε να επιτευχθεί ζεστό νερό χρήσης, (θερμοσίφωνας) ζεστό νερό θέρμανσης, θέρμανση χώρων κ.λ.π.

3. Διαφορετικές πηγές ανανεώσιμης ενέργειας, μπορούν να συνεργαστούν μεταξύ τους π.χ. ανεμογεννήτρια και φωτοβολταϊκά, με κατάλληλες ηλεκτρονικές -ηλεκτρολογικές διατάξεις π.χ. UPS ή και χωρίς ηλεκτρολογικές, ηλεκτρονικές διατάξεις.

4. Το παραγόμενο ρεύμα AC ή DC μπορεί να προέρχεται από φωτοβολταϊκά πάνελ, από ανεμογεννήτρια από άλλη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας ΑΠΕ.

5. Οι ηλεκτρικές αντιστάσεις (μία ή περισσότερες αντιστάσεις), μπορεί να είναι η ίδια(ες), ή διαφορετική(ές) για το συνεχές και για το εναλλασσόμενο ρεύμα.

6. Η σύνδεση του συνεχούς ρεύματος μπορεί να γίνει και απ<'>ευθείας στον μηχανικό - ηλεκτρικό θερμοστάτη εάν αυτός είναι ενισχυμένος, χωρίς να γίνεται χρήση του κυκλώματος «Α», (με ρελέ), όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Σε αυτήν την περίπτωση στο κύκλωμα λειτουργίας μίας ηλεκτρικής αντίστασης ή ηλεκτρικών αντιστάσεων, συνδέονται μόνο το ρελέ διαφυγής συνεχούς ρεύματος και ο μεταγωγικός διακόπτης, ή το ειδικό ρελέ.

7. Ο θερμοστάτης που ελέγχει την θερμοκρασία των αντιστάσεων μπορεί να είναι και ηλεκτρονικός, π.χ. θερμικό το οποίο θα έχει την κατάλληλη συνδεσμολογία.

8. Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να λαμβάνεται από το ηλεκτρικό δίκτυο π.χ. από την ΔΕΗ.

9. Η ηλεκτρική αντίσταση(εις) μπορούν να λειτουργούν και με συνεχές ρεύμα DC ή μ’ εναλλασσόμενο ρεύμα AC, σταθερής έντασης με μεταβαλλόμενη τάση ή σταθερής τάσης με μεταβαλλόμενη ένταση, ή σταθερής έντασης και σταθερής τάσης.

10. Το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να έχει σταθερή ή και μεταβαλλόμενη συχνότητα.