DE2539165A1

DE2539165A1 - Schaltung fuer die aufladevorrichtung eines elektrischen waermespeichers

Info

Publication number: DE2539165A1
Application number: DE19752539165
Authority: DE
Inventors: Poul Christian Carlos; Boerge Bernhard Hansen; Flemming Thorsoee
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: DK387676A; DK144049B; DE2539165C3; GB1554581A; DK144049C; DE2539165B2; FR2323286A1; FR2323286B1; IT1071434B; JPS5232143A; US4117307A

Description

Die Erfindung bezieht sidi auf eine Schaltung for die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärmespeichers, mit einem Integrator, der bei Untertemperatur im Raum ein Signal des einen Vorzeichens und bei Übertemperatur ein Signal des entgegengesetzten Vorzeichens integriert und dessen Integrationsendwert als MaB für die Aufladung benutzt wird.

Es ist bereits eine Aufladevorrichtung für eine elektrische Speicherheizung vorgeschlagen worden, deren Entladung mittels eines ein- und ausschaltbaren Ventilators u. dgl. erfolgt, wobei die Laufzeiten des Ventilators mittels eines Integrators summiert und die Summe als Maß für die Aufladung benutzt werden, wobei ein Raumthermostat mit drei Stellungen verwendet wird und diese drei Stellungen als Untertemperatur-Stellung, bei der der Ventilator eingeschaltet ist, Normaltemperaturstellung, bei der der Ventilator ausgeschaltet ist, und Übertemperatur-Stellung, deren Einschaltdauer la Integrator von der Summe der Laufzeiten des Ventilators subtrahiert wird, ausgenutzt sind. Auf diese Weise wird für die nächste Aufladung des Wärmespeichers in der vorangehenden Periode nicht nur der zu befriedigende Wärmebedarf, sondern auch die zu Übertemperaturen führende Fremdwärme berücksichtigt** «LLe z.B. durch Sonneneinstrahlung oder Überfüllung des Raumes hervorgerufen ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzugeben» bei der ·*!,■ vom Tr "-egrator zu ermittelnde Aufladezeit den tatsächlichen Anforderungen noch genauer angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst» daß zumindest das der Übertemperatur zugeordnete Signal annähernd proportional der Differenz zwischen de* Istwert und dem Sollwert der Temperatur ist.

Obwohl in der vorgeschlagenen Aufladevorrichtung die Integration des der Untertemperatur zugeordneten Signals und des der Übertemperatur zugeordneten Signals völlig gleichartig vorgenommen wird» ergibt sich zwar ein sehr genaues Abbild des Wärmebedarfs infolge Itatertemperatur, aber nur ein angenähertes Abbild des aus der Übertemperatur erkennbaren Wärme-Überschusses. Dies hat seinen Grund darin, daß der Wärmespeicher durch Entladung einer Untertemperatur entgegenwirken kann, so daS diese nur zeitweilig auftritt und beispielsweise die Laufzeit eines bei Untertemperatur eingeschalteten Ventilators ein korrektes Abbild des Wärmebedarfs ergibt. Der Übertemperatur kann auf diese Weise aber nicht entgegengewirkt werden. Daher ist ihre Zeitdauer kein genaues MaS für den Wärmeüberschuß. Erfindungsgemäß wird daher ein Signal integriert, das der QrSSe der Übertemperatur entspricht. Je länger die Übertemperatur dauerte und je größer sie war, um so geringer kann die nächstfolgende Aufladung des Wärmespeichers sein. Während sich daher Untertemperaturen sofort durch Entladen des Wärmespeichers beseitigen lassen, ist auf diese Weise dafür gesorgt, daß Obertemperaturen bei der nächstfolgenden Entladeperiode weitgehend ausgeglichen sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß dem Integratoreingang ein Differenzverstärker vorgeschaltet ist, dessen erster Eingang an den Abgriff eines Raumtemperatur-Spannungsteilers angeschlossen ist, der aus

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einem der Raumtemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand und einem einstellbaren Sollwertwiderstand besteht und zwischen zwei Leitungen unterschiedlichen Potentials liegt, und dessen zweiter Eingang mit einem zwischen diesen Potentialen liegenden Mittelpotential versorgt ist.

Bei dieser Schaltung sorgt ein sehr einfacher Aufbau dafür, daß am Verstärkerausgang positiv oder negativ zu integrierende Signale vorhanden sind. Ist die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers größer als das Mittelpotential, treten Ausgangssignale des einen Vorzeichens auf, ist die Spannung am Abgriff kleiner als das Zwischenpotential, treten Ausgangssignale des anderen Vorzeichens auf. Außerdem sind die dem Differenzverstärker zugeführten Signale proportional der Abweichung vom Sollwert. Daher wird bei der Integration nicht nur die Größe der Übertemperatur, sondern auch die Größe der Untertemperatur berücksichtigt.

Des weiteren kann dem Raumtemperatur-Spannungsteiler ein Kerntemperatur-Spannungsteiler parallelgeschaltet sein, der aus einem der Kerntemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand und einem Vergleichswiderstand besteht, und daß die

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Abgriffe beider Spannungsteiler über Summationswiderstände an den ersten Eingang des Differenzverstärkers gelegt sind. Auf diese Weise wird die ungeregelte Wärmeabgabe berücksichtigt, die der Wärmespeicher durch Konvektion oder Strahlung an die Umgebung abgibt.

In ähnlicher V/eise kann dem Raumtemperatur-Spannungsteiler auch ein Außentemperatur-Spannungsteiler parallelgeschaltet sein, der aus einem der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand und einem Vergleichswiderstand besteht, und daß die Abgriffe beider Spannungsteiler über Summationswiderstände an den ersten Eingang des Differenzverstärkers gelegt sind. Eine niedrigere Außentemperatur führt dabei automatisch zu einer höheren Aufladung.

In allen Fällen ist der Schaltungsaufbau sehr einfach. Der Differenzverstärker braucht nicht geändert zu werden. Alle Abgriffe der verschiedenen Spannungsteiler können einfach über die Summationswiderstände an den ersten Verstärkereingang gelegt werden.

Die beschriebene Schaltung kann dahingehend weiter ausgebildet werden, daß der Differenzverstärker eine Rückführung zur Erzeugung eines Kippverhaltens mit Totzone aufweist und daß eine Schaltvorrichtung für eine Entladevorrichtung, z.B. einen "Ventilator, vom Verstärkerausgang gesteuert ist. Die Schaltvorrichtung wird daher wie ein üblicher Mehrstellungs-Thermostat, insbesondere Drei-Stellungs-Thermostat betätigt.

Die Schaltvorrichtung kann ein Relais sein, das über eine Diode an den Verstärkerausgang angeschlossen ist. Die Diode sorgt dafür, daß der Relaiszweig nicht als störende Rückführung wirkt.

Die Rückführung kann aus einem negativen Widerstandszweig und einem positiven, mindestens ein nicht-lineares Glied aufweisenden Zweig bestehen. Je nach der Art des nicht-linearen Gliedes ergeben sich etwas unterschiedliche Betriebsverhältnisse.

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Wenn das nicht-lineare Glied durch zwei antiparallel geschaltete oder durch zwei entgegengesetzt gepolte, in Reihe geschaltete Dioden gebildet ist, werden dem Integratoreingang mit zunehmender Untertemperatur wachsende Signale der einen Polarität, und mit zunehmender Übertemperatur wachsende Signale rier anderen Polarität zugeführt, wobei lediglich das Gebiet der toten Zone ausgespart ist, in der die vorhandenen Signale wenig ausgeprägt sind.

Wenn das nicht-lineare Glied durch eine Zenerdiode gebildet ist, erhält man das Verhalten eines Zweistellungs-Thermostaten, der bei entsprechender Polung der Zenerdiode - bei Übertemperatur sowie in demjenigen Teil des Untertemperaturbereichs, der innerhalb der Schaltdifferenz des Thermostaten liegt, analoge Signale, bei Überschreiten der Zenerspannung im Untertemperaturbereich dagegen konstante Signale abgibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärmespeichers,

Fig. 2 eine Abwandlung zur Berücksichtigung mehrerer EinflußgröBen und

Fig. 3 eine Abwandlung zur gleichzeitigen Steuerung der Entladeschaltvorrichtung.

Eine elektrische Speicherheizung 1 weist einen Speicherkern 2 auf, dem mittels eines Heizwiderstandes 3 Wärme zugeführt wird und von de» durch Strahlung und Konvektion ungeregelt sowie mittels eines Gebläses 4 geregelt Wärme abgeführt wird. Der Heizwiderstand wird von einem einphasigen Versorgungsnetz gespeist, dessen Phasenleitung an einer Klemme 5 und dessen Nulleiter an einer Klemme 6 angeschlossen ist. In der zum Heizwiderstand 3 führenden Netzzuleitung befindet sich ein Niedertarifschalter 8, der von einer Zeituhr 9 während der

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Niedertarifperioden geschlossen wird, ein Aufladeschalter 10 und ein im Kern 2 angeordneter Ubertemperaturschalter 11, der bei Öberteaperatur öffnet. Das Gebläse wird mit Hilfe eines Thermostatschalters 12 eingeschaltet, dessen Fühler 13 der Raumtemperatur ausgesetzt ist.

Zur Steuerung der Aufladezeit ist ein Integrator 14 mit einem ersten Eingang 15, an den der Ausgang eines Differenzverstärkers 16 angeschlossen ist, und mit einem zweiten Eingang 17, an den ein Abfragekreis 18 angeschlossen ist, vorgesehen. Eine Steuerleitung 19 sorgt dafür, daß bei offenem Niedertarifschalher 8 der Differenzverstärker 16 und bei geschlossenem Schalter 8 der Abfragekreis 18 wirksam ist. Die dem Eingang 15 zugeführ^en Signale werden im Integrator 14 integriert und bilden einen Integrationswert, der ein Maß für die/Aufladung darstellt. Sr kanu durch eine konstante oder auch variable Abfragegröße aufgelöst werden, wobei zum Zeitpunkt der vollständigen Auflösung der Auf ladeschalter 10 betätigt wird. Der Integrator 14 kann ein Kondensator oder ein Sekundärelement, vorzugsweise aber ein elektrolytisches Element sein, bei dem ein Peststoff-Elektrolyt mit hoher loaenleitfähigkeit, z.B. eine Silberhalogenidverbindung, zwischen einer Elektrode aus aktivem Material, z.B. Silber, und einer Elektrode aus demgegenüber inaktivem Material, z.B. Gold., angeordnet ist. Zwischen einer ersten Leitung 20, die an der Spannung +U liegt und einer zweiten Leitung 21, die an der Spannung -U liegt, befindet sich ein Spannungsteiler 22, der aus einem temperaturabhängigen Widerstand R1, welcher der Raumtemperatur ausgesetzt ist, und einem einstellbaren Sollwertwiderstand R2 besteht. Der Abgriff 23 ist mit dem ersten Eingang 24 des Differenzverstärkers 16 verbunden. Dessen zweiter Eingang 25 liegt an Masse 26, welche das Potential Null besitzt. Wenn der temperaturabhängige Widerstand R1 ein NTC-Widerstand ist und die Raumtemperatur steigt von Untertemperatur auf Übertemperatur, so sinkt das Potential am Eingang 24. Wenn hierbei das Massepotential unterschritten wird, wechselt das analoge Signal am Yerstärkerausgang das Vorzeichen.

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In Fig. ? ist veranschaulicht, daß der Differenzverstärker 16 noch weitere ßinflüsse berücksichtigen kann. Neben dem Raumtemperatur-Spannungsteiler 22 ist ein Kerntemperatur-Spannungsteiler 27, bestehend aus einem der Kerntemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand R3 und einem Vergleichswiderstand Rh mit einem Abgriff 28 sowie ein Außentemperaturspannungsteiler 29, bestehend aus einem der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand R5 und einem Vergleichswiderstand R6, mit einem Abgriff 30 vorgesehen. Die drei Abgriffe23, 28 und 30 sind über Summationswiderstände R7, R8 und R9 mit dem Eingang 24 verbunden.

In Fig. 3 ist der Differenzverstärker 16 mit einer negativen Rückführung versehen, die aus den beiden Widerständen R9 und R10 besteht, sowie mit einer negativen Rückführung, welche aus den Widerständen R11, R12 und einem nicht-linearen Glied 31 besteht. Bei der Ausführungsform a besteht dieses nicht-lineare Glied aus zwei antiparallelgeschalteten Dioden D1 und D2, im Ausführungsbeispiel b aus zwei entgegengesetzt gepolten, in Reihe geschalteten Dioden D3 und D4 und im Ausführungsbeispiel c aus einer Zenerdiode Z. Außerdem ist der Verstärkerausgang über eine Diode D5 und ein Relais 32 zur Betätigung des Schalters 12 mit der die Spannung +U führenden Leitung 20 verbunden.

Bei der Variante der Fig. 3a ergibt sich die Funktionsweise eines Breistellungs-Thermostaten, weil der Verstärker 16 infolge der beiden Rückführungen ein Kippverhalten mit Totzone aufweist. Dem Integratoreingang 15 werden bei Untertemperatur Analogsignale des einen Vorzeichens und bei Übertemperatur Analogsignale des anderen Vorzeichens zugeführt. Innerhalb der Totzone hängen die Signale von der Art des letzten Kippens ab; sie sind weniger stark ausgeprägt. Der Schalter 12 schließt, wenn die Totzone in Richtung auf Untertemperatur überschritten wird und öffnet, wenn die Totzone in Richtung Übertemperatur überschritten wird. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei der Variante der Fig. 3b.

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Bei der Ausföhnrngsform nach Pig. 3c ist zu berücksichtigen» daß die Zenerdiode Z kein symmetrisches Verhalten zeigt. Hier läßt es sich erreichen, daß Analogsignale zwar im Übertemneraturbereich vorhanden sind, dagegen im Untertemperaturbereich ein konstantes Signal an den Integrator gegeben wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt die Aufladung zu Beginn der Niedrigtarifperiode ein und endet, wenn der Integrator 14 seinen Ruhezustand erreicht hat. Es ist aber auch möglich, die Eingangssignale des Verstärkers 16 so zu wählen, daß zunächst der Integrator 14 abgefragt werden muß, ehe der Aufladeschalter 10 geschlossen wird, worauf die Aufladung bis zum Ende der Nied.rigtarifperiode erfolgt.

Das adscten^otential braucht nicht genau in der Mitte zwischen den Potentialen der beiden Leitungen 20 und 21 zu liegen, sondern kann von diesem Mittelwert auch abweichen; gegebenenfalls müssen dann andere Werte für die Widerstände R1 - R6 gewählt werden.

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Claims

- 9 Patentansprüche

Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärmespeichers, mit einem Integrator, der bei Untertemperatur im Raum ein Signal des einen Vorzeichens und bei Übertemperatur ein Signal des entgegengesetzten Vorzeichens integriert und dessen Integrationsendwert als Haß für die Aufladung benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das der Übertemperatur zugeordnete Signal annähernd proportional der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Temperatur ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem

Integratoreingang (15) ein Differenzverstärker (16) vorgeschaltet ist, dessen erster Eingang (24) an den Abgriff (23) eines Raumtemperatur-Spannungsteilers (22) angeschlossen ist, der aus einem der Raumtemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand (R1) und einem einstellbaren Sollwertwiderstand (R2) besteht und zwischen zwei Leitungen (20, 21) unterschiedlichen Potentials liegt, und dessen zweiter Eingang (25) mit einem zwischen diesen Potentialen liegenden Zwischenpotential versorgt ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Raumtemperatur-Spannungsteiler (22) ein Kerntemperatur-Spannungsteiler (27) parallelgeschaltet ist, der aus einem der Kerntemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand (R3) und einem Vergleichswiderstand (R4) besteht, und daß die Abgriffe (23, 28) beider Spannungsteiler über Summationswiderstände (RS, R9) an den ersten Eingang (24) des Differenzverstärkers (16) gelegt sind.
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Raumtemperatur-Spannungsteiler (22) ein Außentemperatur-Spannungsteiler (29) parallelgeschaltet ist, der aus einem der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand (R5) und einem Vergleichswiderstand (R6) besteht,

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und daß die Abgriffe (23, 30) beider Spannungsteiler über Sunmationswiderstände (R7, R9) an den ersten Eingang (24) des Differenzverstärkers (16) gelegt sind.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (16) eine Rückführung zur Erzeugung eines Kippverhaltens mit Totzone aufweist und daß eine Schaltvorrichtung (32) für eine Entladevorrichtung, z.B. einen Ventilator (4), vom Verstärkerausgang gesteuert ist.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (32) ein Relais ist, das über eine Diode (D5) an den Verstärkerausgang angeschlossen ist.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung aus einem negativen Widerstandszweig (R9, R1O) und einem positiven, mindestens ein nicht-lineares Glied (31) aufweisenden Zweig (R11, R12, 31) besteht.
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-lineare Glied (31) durch zwei antiparallel geschaltete Dioden (D1, D2) gebildet ist.
9. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-lineare Glied (31) durch zwei entgegengesetzt gepolte, in Reihe geschaltete Dioden (D3, D4) gebildet ist.
10. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-lineare Glied (31) durch eine Zenerdiode (Z) gebildet ist.

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