CZ28548U1

CZ28548U1 - Electronic thermostat

Info

Publication number: CZ28548U1
Application number: CZ2015-31167U
Authority: CZ
Inventors: Martin Řezáč
Original assignee: Vav Elektronic, S.R.O.; Družstevní závody Dražice - strojírna s.r.o.
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-08-18
Also published as: AT16520U1

Description

Elektronický termostatElectronic thermostat

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká nového provedení elektronického termostatu určeného zejména k řízení teploty v topných tělesech akumulačních ohřívačů vody.The technical solution relates to a new design of an electronic thermostat designed especially for the control of temperature in the heaters of storage water heaters.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pro regulaci teploty v akumulačních ohřívačích se dosud používá různých druhů regulátorů teploty neboli termostatů, které pracují na různých principech, a to mechanickém, kapalinovém, bimetalickém apod. Mechanické termostaty jsou schopny regulovat teplotu v akumulačním ohřívači na předem stanovenou teplotu. To znamená, že tento duh termostatu zajišťuje neustálý ohřev vody na danou teplotu bez ohledu na to, jestli ji odběratel potřebuje a využije, či nikoliv. Mechanické termostaty vykazují horší možnosti regulace, a to z důvodu většího spínacího rozdílu, kdy termostat vypne při mírně vyšší teplotě, než je nastavena. Příkladem těchto termostatů je řešení popsané ve spise US 2003/0194228. V termostatu popsaném ve spise WO 2010/061214 je využíván samoučící se algoritmus, který v jednom týdnu změří spotřebovávanou energii, a podle naměřených hodnot natápí v dalších týdnech akumulační ohřívač. Nevýhodou těchto řešení je nemožnost připojení na elektrorozvodnou síť řízenou hromadným dálkovým ovládáním (HDO), která je využívána většinou spotřebitelů z důvodu levnější ceny elektrické energie.Different types of temperature regulators or thermostats have been used to regulate the temperature in the storage heaters, which operate on different principles, namely mechanical, liquid, bimetallic, etc. Mechanical thermostats are able to regulate the temperature in the storage heater to a predetermined temperature. This means that this rainbow of thermostat ensures constant heating of water to a given temperature regardless of whether the customer needs and uses it or not. Mechanical thermostats have inferior control possibilities due to the larger switching difference, when the thermostat switches off at a slightly higher temperature than set. An example of such thermostats is the solution described in US 2003/0194228. The thermostat described in WO 2010/061214 employs a self-learning algorithm that measures the energy consumed in one week and heats the storage heater in the following weeks according to the measured values. The disadvantage of these solutions is the inability to connect to the mains-controlled power distribution network (HDO), which is used by most consumers because of the cheaper price of electricity.

Připojení elektronického termostatu na síť řízenou HDO řeší spis CZ 6205 Ul, kde je popisováno zapojení pro řízení, kontrolu a měření ohřevu vody elektrického bojleru, které obsahuje ovládaný silový stykač, k jehož přívodní fázi je paralelně připojen odpor, čímž se zajistí snížené napětí pro napájení termostatu. Nevýhodou tohoto řešení je stálý odběr elektrické energie nutný pro napájení termostatu a nemožnost natápění bojleru v době, kdy je vypnutý stykač HDO. Dále je známo řešení elektronického regulátoru teploty popsané ve spise CZ 23005 Ul obsahujícího mikroprocesorovou jednotku, která je paralelně propojena s topným tělesem, s teplotními čidly, s ovládacím panelem a přes tepelnou pojistku se svorkovnicovou soustavou, připojenou na rozvodnou síť elektrické energie. K mikroprocesorové jednotce jsou paralelně připojeny zdroj malého stejnosměrného napájecího napětí a detektor aktivace napájení HDO, který je propojen jak se zdrojem malého stqnosměmého napájecího napětí, tak přes svorkovnici detektoru HDO s fázovým vodičem napájení HDO, přičemž svorkovnice fázového napájení je přes tepelnou pojistku propojena s topným tělesem a svorkovnice nulové fáze je přes tepelnou pojistku propojena se spínacím relé. Tento termostat je funkční jak v připojení na fázi řízené HDO, tak i při připojení na živou fázi, která je neustále napájena, a to při využívám samoučícího se mechanismu a připojení záložního zdroje elektrického proudu, který zajišťuje uchovám naprogramovaných dat v termostatu i při dlouhotrvajícím výpadku rozvodné sítě. Toto řešení však neřeší zcela ohřev vody v době trvání nízkého tarifu, neboť jej neumí detekovat a proto je termostat schopen ohřát vodu pouze při manuálním zapojení na HDO.The connection of the electronic thermostat to the HDO-controlled network is described in CZ 6205 U1, which describes the wiring for the control, control and measurement of the water heater of an electric boiler, which contains a controlled power contactor. thermostat. The disadvantage of this solution is the constant power consumption necessary for thermostat power supply and the impossibility to heat up the boiler while the HDO contactor is switched off. Further, a solution of the electronic temperature controller described in CZ 23005 U1 is known, comprising a microprocessor unit which is connected in parallel with a heater, temperature sensors, a control panel and a thermal fuse with a terminal board connected to the electricity grid. The microprocessor unit is connected in parallel with a low DC power supply and a HDO power detector, which is connected both to the low DC power supply and the HDO detector terminal with the HDO power phase conductor, the phase power terminal being connected to the heating fuse via a thermal fuse. and the terminal of the neutral phase is connected to the switching relay via a thermal fuse. This thermostat works both in a HDO-controlled phase connection and a live-phase connection that is constantly powered, using a self-learning mechanism and a backup power supply that keeps programmed data in the thermostat even during a long-term outage distribution networks. However, this solution does not completely solve the water heating during the low tariff period because it cannot detect it and therefore the thermostat is only able to heat the water when manually connected to the HDO.

Úkolem předkládaného technického řešení je představit takové provedení termostatu s jednodušším zapojením rozvodů elektrické energie, který umí sám detekovat pomocí HDO dobu nízkého tarifů a tomu přizpůsobit algoritmus ohřevu vody. Odpadá tak nutnost manuálního zapojení na nízký tarif, čímž se zvětší uživatelský komfort zařízení.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to present such a thermostat design with a simpler connection of electricity distribution, which can detect the low tariff time by HDO and adapt the water heating algorithm to it. This eliminates the need for manual connection to a low tariff, thus increasing the user comfort of the device.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je elektronický termostat, zejména pro akumulační ohřívače vody, obsahující mikroprocesorovou jednotku, která je paralelně propojena jednak přes spínací relé s topným tělesem, jednak přes provozní zdroj malého stejnosměrného napětí, trafo a tepelnou pojistku se svorkovnicovou soustavou připojenou na rozvodnou síť elektrické energie, jednak s obvodem měření anody, jednak s teplotními čidly a jednak s ovládacím panelem, kde podstata řešení spočívá v tom, že k mikroprocesorové jednotce jsou paralelně připojeny komunikační rozhraní pro bezdrátovou komunikaci a dekodér signálu HDO, který je jednou větví propojen k provoznímu zdroji malého stejnosměrného napětí a druhou větví přes trafo,The set goal is achieved by a technical solution, which is an electronic thermostat, especially for storage water heaters, containing a microprocessor unit, which is connected in parallel via a switching relay with a heater, on the other hand through a low-voltage operating source, transformer and thermal fuse connected to the terminal to the power grid, both with an anode measuring circuit, with temperature sensors and with a control panel, where the principle is that the microprocessor unit is connected in parallel to the wireless communication interface and a single-branch HDO signal decoder connected to the operating source of low DC voltage and the other branch via a transformer,

-1 CZ 28548 Ul tepelnou pojistku a svorkovnice ochrany svorkovnicové soustavy k ochrannému vodiči napájecí sítě.The thermal fuse and the terminal block of the terminal block protection to the protective conductor of the supply network.

Ve výhodném provedení je tepelná pojistka integrována přímo do termostatu a elektronický termostat je vybaven záložním zdrojem malého stejnosměrného napětí, který je propojen jak s mikroprocesorovou jednotkou, tak s provozním zdrojem malého stejnosměrného napětí a s obvodem měření anody.In a preferred embodiment, the thermal fuse is integrated directly into the thermostat, and the electronic thermostat is equipped with a low DC voltage backup source which is coupled to both the microprocessor unit and the low DC operational source and to the anode measurement circuit.

Termostat v novém provedení dosahuje vyššího účinku v tom, že vložením dekodéru je umožněno zapojit zařízení do existující standardní zásuvky a je umožněno reagovat přímo na datové pakety HDO, jako jsou například synchronizace času, blokování, odblokování, nastavení spínacích časů, uspořádání kalendáře apod. Další výhodou řešení je integrování tepelné pojistky přímo do termostatu, čímž se zjednoduší vnitřní zapojení ohřívače vody. Konečně je velkým přínosem zařazení komunikačního rozhraní Bluetooth, které umožňuje zjišťovat různé stavy zařízení, například stav ohřívače, množství teplé vody, stav anody, spotřebu energie apod., a nastavovat parametry pomocí různých aplikací pro chytré mobilní telefony nebo notebooky bezdrátově bez nutnosti napojování na servisní konektory.The new thermostat achieves a higher effect by inserting a decoder to plug the device into an existing standard socket and respond directly to HDO data packets such as time synchronization, blocking, unlocking, switching time settings, calendar layout, etc. More the advantage of the solution is to integrate the thermal fuse directly into the thermostat, which simplifies the internal connection of the water heater. Finally, the inclusion of a Bluetooth communication interface, which enables the detection of various device states such as heater status, hot water quantity, anode status, power consumption, etc., and parameter setting via various applications for smartphones or laptops wirelessly without the need for service connectors.

Objasnění výkresuClarification of the drawing

Konkrétní příklad provedení elektronického termostatu je schematicky zobrazen na připojeném výkrese představujícím schéma základního provedení termostatu se zabudovaným záložním bateriovým zdrojem elektrického proudu a se znázorněním připojení na topné těleso a rozvodnou síť elektrické energie.A specific embodiment of an electronic thermostat is schematically shown in the accompanying drawing representing a schematic diagram of a basic thermostat embodiment with a built-in battery backup power supply and showing connection to the heater and the power grid.

Výkres, který znázorňuje technické řešení, a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešeni.The drawing which illustrates the technical solution and the following examples of specific embodiments in no way limit the scope of protection given in the definition, but merely illustrate the nature of the technical solution.

Příklady provedeni technického řešeniExamples of technical solution

Termostat je v základním provedení tvořen pouzdrem i, v němž je zabudována mikroprocesorová jednotka 2 s hodinami reálného času, která je přes spínací relé 3 a připojovací svorkovnici 4 propojena s topným tělesem 5, například ohřívačem vody. K mikroprocesorové jednotce 2 jsou paralelně připojeny provozní zdroj 6 malého stejnosměrného napětí, dekodér 7 signálu HDO, záložní zdroj 8 malého stejnosměrného napětí, obvod 9 měření anody propojený přes pomocnou svorkovnici 91 s neznázoměnou anodou, resetovací tlačítko 10. soustava 11 teplotních čidel propojených s definovanými pozicemi topného tělesa 5, ovládací panel 12, tvořený například klávesnicí nebo soustavou tlačítek nebo bezkontaktním spínačem s informačním displejem, a komunikační rozhraní .13 pro bezdrátovou komunikaci, například Bluetooth. Provozní zdroj 6 malého stejnosměrného napětí a záložní zdroj 8 malého stejnosměrného napětí jsou přes trafo 14 propojeny s tepelnou pojistkou 15. jejíž výstupní svorky jsou dále propojeny jednak na spínací relé 3 a jednak přes výstupní svorkovnici 16 s topným tělesem 5. Citované funkční prvky 3, 4, 6, 7, 8, 9,10.13.14.15 jsou součástí termostatu a jsou v něm zabudovány.In the basic embodiment, the thermostat consists of a housing 1 in which a microprocessor unit 2 with a real-time clock is incorporated, which is connected via a switching relay 3 and the connection terminal 4 to a heater 5, for example a water heater. The microprocessor unit 2 is connected in parallel with a DC power supply 6, a HDO signal decoder 7, a DC backup power supply 8, anode measurement circuit 9 connected via an auxiliary terminal block 91 with an anode not shown, a reset button 10. heater positions 5, a control panel 12, such as a keyboard or button system or a contactless switch with an information display, and a communication interface 13 for wireless communication, such as Bluetooth. The low-voltage power supply 6 and the low-voltage backup power supply 8 are connected via a transformer 14 to a thermal fuse 15, the output terminals of which are further connected to the switching relay 3 and output terminal 16 to the heater 5. 4, 6, 7, 8, 9,10.13.14.15 are part of the thermostat and are built into it.

Směrem vně je termostat kromě k topnému tělesu 5 připojen přes svorkovnicovou soustavu sestávající ze svorkovnice 17 fázového napětí, svorkovnice 19 nulové fáze a dvě svorkovnice 18, 20 ochrany k elektrické rozvodné síti, a to několika způsoby. Mikroprocesorová jednotka 2 je přes spínací relé 3 kromě topného tělesa 5 propojena přes tepelnou pojistku 15 a svorkovnici 19 nulové fáze s nulovým vodičem 21, přičemž topné těleso 3 je přes připojovací svorkovnici 4, stejnou tepelnou pojistku 15 a svorkovnici 17 fázového napětí propojeno s přímo napájeným fázovým vodičem 22. Zároveň je k propojení tepelné pojistky 15 se spínacím relé 3 připojen jeden konec primárního vinutí trafa 14. přičemž druhý konec primárního vinutí trafa 14 je připojen ke spoji tepelné pojistky 15 s výstupní svorkovnicí 16. Sekundární svorky trafa 14 jsou spojeny se vstupními svorkami zdroje 6 malého stejnosměrného napětí, přičemž na jednu sekundární svorku trafa 14 je připojen vstup dekodéru 7 signálu HDO. Svorkovnice 18 a 20 ochrany jsou připojeny k ochrannému vodiči 23 sítě, který je přes ně propojen s výstupem zdroje 6 maléhoOutside, the thermostat is connected to the heater 5 via a terminal assembly consisting of a phase voltage terminal block 17, a neutral phase terminal block 19 and two protection terminal blocks 18, 20 to the electricity grid in several ways. The microprocessor unit 2 is connected to the neutral conductor 21 via a thermal relay 15 and a neutral phase terminal 19 via a switching relay 3, except the heater 5, and the heater 3 is connected via a terminal block 4, the same thermal fuse 15 and the phase voltage terminal 17 At the same time, one end of the primary transformer 14 winding is connected to the thermal relay 15 to the switching relay 3, and the other end of the transformer 14 primary winding is connected to the thermal fuse 15 connection to the output terminal 16. The transformer 14 secondary terminals are connected to the input the terminals of the low-voltage source 6, wherein one of the secondary transformer terminals 14 is connected to the decoder input 7 of the HDO signal. The terminals 18 and 20 of the relay are connected to the protective earth conductor 23, which is connected to the output of the small

-2CZ 28548 U1 stejnosměrného napětí, mikroprocesorovou jednotkou 2 a obvodem 9 měření anody. Ochranný vodič 23 je dále přes svorkovnice 18 a 20 ochrany propojen s pláštěm topného tělesa 3.-2GB 28548 U1 DC, microprocessor unit 2, and anode measurement circuit 9. Furthermore, the protective conductor 23 is connected to the housing of the heater 3 via the terminals 18 and 20 of the protection.

Elektronický termostat využívá samoučící se algoritmus s cílem poskytovat uživateli úsporu v nižší spotřebě energie tím, že ohřívá vodu dle očekávané spotřeby a dále tím, že může využívat levnější tarif ceny energie řízený HDO. Princip samouěícího mechanismu spočívá v tom, že první týden je termostat zapojen v režimu učení, kdy z teplotních čidel Π. jsou přijímány informace o změnách teploty a tím o spotřebě energie pro topné těleso 5, tedy elektrického bojleru. V tomto týdnu natápí termostat bojler na přednastavenou maximální teplotu. V následujících týdnech termostat již nenatopí bojler na maximální teplotu, ale využívá předchozích dat a dohřívá vodu pouze před okamžikem očekávané spotřeby nebo na nastavenou minimální teplotu. Výhodou tohoto řešení je úspora elektrické energie potřebné pro nahřátí spotřebovaného množství vody. Další výhodou elektronického termostatu proti klasickým typům je zálohování dat i v případě výpadku proudu a tedy nedochází k tomu, že by termostat byl neustále ve fázi učení, kdy je natápěna voda na vyšší teplotu než při následné regulaci a tím s vyšší spotřebou elektrické energie. Elektronický termostat může pracovat v následujících režimech:The electronic thermostat employs a self-learning algorithm to provide the user with savings in lower energy consumption by heating the water according to the expected consumption and by using a cheaper energy price tariff controlled by HDO. The principle of the self-learning mechanism is that the first week the thermostat is connected in the learning mode, when the temperature sensors Π. information on temperature changes and thus energy consumption for the heater 5, i.e. the electric boiler, is received. This week, the thermostat heats the boiler to the preset maximum temperature. In the coming weeks, the thermostat no longer heats the boiler to its maximum temperature, but uses the previous data and only heats the water before the expected consumption or the set minimum temperature. The advantage of this solution is the saving of electric energy needed to heat up the amount of water consumed. Another advantage of the electronic thermostat over conventional types is data backup even in the event of a power outage, and therefore there is no constant thermostat in the learning phase, when the water is heated to a higher temperature than during subsequent regulation and thus with higher power consumption. The electronic thermostat can operate in the following modes:

Režim programování:Programming mode:

Uživatel má možnost nastavit dvě teploty, na které termostat reguluje. Mezi těmito dvěma teplotami se přepíná na základně programu týdenního programátoru. Časové rozlišeni týdenního programátoru je 1 hodina. Konfigurace týdenního programátoru se provádí prostřednictvím komunikačního rozhraní 13 Bluetooth. Dojde-li k delšímu výpadku elektrické energie a tím ke ztrátě údaje hodin reálného času, pak je teplota ohřívače regulována na vyšší nastavenou teplotu do doby, než uživatel opět nastaví správný čas. Pro kratší výpadky elektrické energie jsou hodiny reálného času zálohovány záložním zdrojem 8 malého stejnosměrného napětí.The user can set two temperatures to which the thermostat controls. Switches between these two temperatures on the weekly programmer base. The accrual of the weekly programmer is 1 hour. The weekly programmer is configured via the Bluetooth 13 communication interface. If there is a longer power outage and the real-time clock is lost, the heater temperature is regulated to a higher set temperature until the user sets the correct time again. For shorter power outages, the real-time clock is backed up by a low-voltage backup power supply 8.

Režim smart (využívající samoučící se algoritmus):Smart mode (using self-learning algorithm):

Pomocí samouěícího se režimu algoritmus elektronického termostatu připraví potřebné množství ohřáté vody na potřebnou dobu bez zásahu uživatele včetně rezervy pro nepravidelné odběry. Informace o spotřebě jsou neustále využívány k přizpůsobování se ohřevu vody potřebě uživatele. Pokud je přes komunikační rozhraní 13 aktivován dekodér 7 signálu HDO, pak termostat zpracovává signál HDO a ukládá si jeho týdenní historii. Na základě uložené historie HDO předpokládá doby vysokého tarifu, kdy nebude možné natápět. Automaticky začne natápět topné těleso 5 s předstihem tak, aby bylo vždy k dispozici potřebné množství teplé vody pro odběr uživatele, tak jak je zaznamenán v historii odběrů. V době vysokého tarifuje zapnutí topné spirály blokováno.Using the self-learning mode, the electronic thermostat algorithm prepares the required quantity of heated water for the required time without user intervention, including a reserve for irregular withdrawals. Consumption information is constantly used to adapt water heating to the user's needs. If the HDO signal decoder 7 is activated via the communication interface 13, then the thermostat processes the HDO signal and stores its weekly history. Based on the stored HDO history, it assumes high tariff periods when it will not be possible to heat. It will automatically start heating the heater 5 in advance so that the required amount of hot water is always available for the user's consumption, as recorded in the consumption history. In times of high tariffs, the heating coil is blocked.

Režim normál (běžný termostat):Normal mode (normal thermostat):

Regulátor udržuje topné těleso 5 na konstantní, uživatelem nastavené teplotě v rozmezí 40 až 80 °C. Standardní funkce termostatu, kdy udržuje ohřívač stále nahřátý na nastavenou teplotu obdobně jako stávající kapilárové termostaty. Pokud je přes komunikační rozhraní 13 aktivován dekodér 7 signálu HDO, pak v době, kdy je detekován nízký cenový tarif elektrické energie, udržuje regulátor topné těleso 5 na konstantní, uživatelem nastavené teplotě. V době vysokého tarifu je ovládání topné spirály blokováno.The controller maintains the heater 5 at a constant, user-set temperature in the range of 40 to 80 ° C. Standard thermostat function, keeping the heater always warm to the set temperature similar to existing capillary thermostats. If the HDO signal decoder 7 is activated via the communication interface 13, the controller maintains the heater 5 at a constant, user-set temperature, at a time when a low electricity tariff is detected. The control of the heating coil is blocked at high tariff times.

Režim dovolená:Holiday mode:

Elektronický termostat pouze monitoruje teplotu a udržuje teplotu tak, aby nepoklesla pod 5 °C. Průmyslová využitelnostThe electronic thermostat only monitors the temperature and keeps the temperature below 5 ° C. Industrial applicability

Elektronický termostat podle technického řešení lze využít nejen k regulaci teploty akumulačních ohřívačů vody, ale také k regulaci teploty jiných zařízení např. akumulačních kamen, klimatizací apod., tedy tam, kde je teplota regulována pomocí čidel, předávajících informaci regulátoru, který řídí funkci ohřívacího tělesa.The electronic thermostat according to the technical solution can be used not only to control the temperature of storage water heaters, but also to control the temperature of other devices such as storage heaters, air conditioners etc., ie where the temperature is controlled by sensors transmitting information to the controller controlling the heater function. .

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

An electronic thermostat, in particular for storage water heaters, comprising a microprocessor unit (2) which is connected in parallel via a switching relay (3) to a heater (5), and also through a low-voltage operating source (6), a transformer (14). ) and thermal

5 a fuse (15) with a terminal board connected to the electricity grid, with an anode measuring circuit (9), with temperature sensors (11) and with a control panel (12), characterized in that it is connected to the microprocessor unit (2) ) are connected in parallel the communication interfaces (13) for wireless communication and the HDO signal decoder (7), which is connected by one branch to a low-voltage DC power supply (6) and the other branch via a transformer (14), thermal fuse (15); the terminal block (18, 20) of the protection of the terminal box to the protective conductor (23) of the supply network.

Electronic thermostat according to claim 1, characterized in that the thermal fuse (15) is integrated directly into the thermostat.

Electronic thermostat according to claim 1 or 2, characterized in that it is unpacked out by a low-voltage backup power supply (8) which is connected to both the microprocessor unit (2) and the low-voltage power supply (6) and the circuit. (9) anode measurement.