DE2539165C3 - Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärniespeichers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärmespeicher mit einem !Integrator, der bei Untertemperatur im Raum ein Signal des einen Vorzeichens und bei Obertemperatur ein Signal des entgegengesetzten Vorzeichens integriert und dessen Integrationsendwert als Maß für die Aufladung benutzt wird.

Es ist bereits eine Aufladevorrichtung für eine elektrische Speicherheizung vorgeschlagen worden (DE-OS 24 01 659), 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 Normal temperature teilung, bei der der Ventilator ausgeschaltet ist und Übertemperatur-Stellung, deren Einschaltdauer im Integrator von der Summe deir Laufzeiten des Ventilators subtrahiert wird, ausgenutzt sind. Auf diese Weise wird für die nächste Aufladung des Wärmespeichers an der vorangehenden Periode nicht nur der zu befriedigende Wärmebedarf, sondern auch die zu Überternperaturen führende Fremdwärrne berücksichtigt die :'- B. durch Sonneneinstrahlung oder Überfüllung des Flaumes hervorgerufen ist

Es ist bereits bekannt (DE-C)S 16 15 500), die Aufladung eines Speicherheizgeräts von der Schaltweise eines Raumthermostaten in der Weise abhängig zu machen, daß die Einschaltzeit eines die Entladung bewirkenden Lüfters über einen M itor integriert wird und später die Aufladung vom Integrationsendwert abhängt.

Es ist ferner bekannt (DE-AS 15 38 684), mit Hilfe eines einzigen außentemperaturabliingigen Widerstandes verschiedene Heizkörper von Wärmespeicheröfen an unterschiedlichen Temperatu-junkten ein- und auszuschalten. Zu diesem Zweck liegt der temperaturabhängige Widerstand in einem erst in Spannungsteiler, der den Steuerschaltungen für alle Heizelemente gemeinsam ist außerdem ist für jode Steuerschaltung ein eigener Spannungsteiler vorgesehen, der dem erstgenannten Spannungsteiler parallel liegt

Bekannt ist es ferner (»Elektronik« 1973, Heft 2, Seiten 61 bis M), bei Temperatunneßschaltungen den Meßwiderstand in einer Brücke anzuordnen und mittels der Diagonalspannung einen Differenzverstärker mit einer Widerstatids-Rückführung zuü :euern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die vom Integrator zu ermittelnde Aufladezeit den tatsächlichen Anforderungen nxAi genauer angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgenii'ß dadurch gelöst daß zumindest das der Übertemperatur zugeordnete Signal annähernd proportional der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Temperatur ist

Obwohl in der vorgeschlagenen Aufladevorrichtung ,die Integration des der Untertempeiatur zugeordneten

Signals und des der Obertemperatur zugeordneten Signals völlig gleichartig vorgenommen wird, ergibt sich zwar ein sehr genaues Abbild des Wärmebedarfs infolge Untertemperatur, aber nur ein angenähertes Abbild des aus der Obertemperatur erkennbaren Wärmeüber-Schusses. Dies hat seinen Grund darin, daß der Wärmespeicher durch Entladung einer Untertemperatur entgegenwirken kann, so daß diese nur zeitweilig auftritt und beispielsweise die Laufzeit eines bei Untertemperatur eingeschalteten Ventilator ein korrektes Abbild des Wärmebedarfs ergibt. Der Übertemperatur kann auf diese Weise aber nicht entgegengewirkt werden. Daher ist ihre Zeitdauer kein genaues Maß für den Wärmefiberschuß. Erfindungsgemäß wird daher ein Signal integriert, das der Größe der '5 Übertemperatur entspricht Je langer die Obertemperatur 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 nächstfolgender. Entiadeperiode weitgehend ausgeglichen sind.

Bei einem bevorzugten AusführungsbeispVsl ist dafür gesorgt, daß dem Integratoreingang ein Differenzverstärker vorgeschaltet ist, dessen erster Eingang an den Abgriff eines Raumtemperatur-Spannungsteilers angeschlossen ist, der aus 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, temperaturabhängige!! Widerstand und einem Vergleichswiderstand besteht, und daß die 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 Weise 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 Summationswidcrstände an den ersten Eingang des Differenzverstärkers gelegt! sir.d. Eine niedrigere Außentemperatur Führt dabei automatisch zu einer höheren Aufladung.

In allen Fällen ist de. Schaltungsaufbau sehr einfach.

Der Differenzverstärker braucht nicht geändert zu werden. Alle Abgriffe der verschiedenen Spannungsteiler können einfach über die Summationswiderständr. 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 Ober 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 Betriebsverhältni->s5.

Wenn das nicht lineare Glied durch zwei antiparailei geschaltete oder durch zwei entgegengesetzt gepolte, in Reihe geschaltete Dioden gebildet ist werden dem Integratoreingang mit zunehmender Untertemperatur wachende Signale der einen Polarität und mit zunehmender ubertemperatur wachsende Signale der 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-Therrnostaten, der — bei entsprechender Polung der Zenerdiode — bei Übertemperatur sowie in demjenigen Teü 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. zeigt

F i g. 1 eine schematische Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärniespeichers,

F i g. 2 eine Abwandlung zur Berücksichtigung mehrerer Einflußgrößen und

F i g. 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 dem durch Strahlung und Konvektion ungeregelt sowie mittels eines Gebläses 4 geregelt Wärme zugeführt wird. Der Heb.widerstand wird von einem einphasigen Versorgungsnetz !gespeist dessen Phasenleitung an einer Klemme 5 und c'üssen 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 Niedertarifperiouen geschlossen wird, ein Aufladeschalter 10 und ein im Kern 2 angeordneter Übertemperaturschalter 11, der bei Übertemperatur öffnet Das. Gebläse wird mit Hilfe eines Thermostatschalters 12 eingeschaltet dessen Fühler 13 der Raumtemperatur ausgesetzt ist

Zur Steuerung aer Auftsdezeit ist ein Integrator 14 mit einem ersten Eingang 13, 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, daü bei offenem Niedertarifschalter 8 der Differenzverstärker 16 und bei geschlossenem Schalter 8 der Abfragekreis 18 wirksam ist. Die dem Eingang 15 zugeführten Signale werden im Integrator 14 integriert und bilden einen Integrationswert, der ein Maß für die gewünschte Aufladung darstellt. Er kann durch eine konstante oder auch variable Abfragegröße aufgelöst werden, wobei zum Zeitpunkt der vollständigen Auflösung der Aufladeschalter 10 betätigt wird. Der Integrator 14 kann ein Kondensator oder ein Sekundärelement, vorzugsweise aber ein elektrolytisches Element sein, bei dem ein Feststoff-Elektrolyt mit hoher lonenleitfähigkeit, z. B. eine Silberhalogenidverbindung, |₅ 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 5iCn GiPi SpannUngStCiiCr 22, vjCF alia CiHCiTi temperaturabhängigen Widerstand R1, welcher der Raumtemperatur ausgesetzt ist, und einem einstellbaren Sollwertwiderstand R 2 besteht. Der Abgriff 23 ist mit dem ersten Eingang 24 des Differenzverstärkers 16 ₂$ verbunden. Dessen zweiter Eingang 25 liegt an Masse 26, welcher das Potential Null besitzt. Wenn der temperaturabhängige Widerstand R 1 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 Verstärkerausgang das Vorzeichen.

In Fig. 2 ist veranschaulicht, daß der Differenzverstärker 16 noch weitere Einflüsse berücksichtigen kann. _3J Neben dem Raumtemperatur-Spannungsteiler 22 ist ein Kerntemperatur-Spannungsteiler 27, bestehend aus einem der Kerntemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand R 3 und einem Vergleichswiderstand RA mit einem Abgriff 28, sowie ein Außentempe- ^₀ raturspannungsteiler 29, bestehend aus einem der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand R 5 und einem Vergleichswiderstand R 6, mit einem Abgriff 30 vorgesehen. Die drei Abgriffe 23, 28 und 30 sind über Summationswiderstände Rl, RS ^₅ und R 9 mit dem Eingang 24 verbunden.

In Fig. 3 ist der Differenzverstärker 16 mit einer

nega'iven Rückführung versehen, die aus den beider Widerständen R 9 und R 10 besteht, sowie mit einei negativen Rückführung, welche aus den Widerständer R 11, R 12 und einem nicht linearen Glied 31 besteht. Be der Ausführungsform a besteht dieses nicht linear« Glied aus zwei antiparallelgeschalteten Dioden D1 um D 2, im Ausführungsbeispiel b aus zwei entgegengesetz gepolten, in Reihe geschalteten Dioden D 3 und DA unc im Ausführungsbeispiel c aus einer Zenerdiode Z Außerdem ist der Verstärkerausgang über eine Diodi D5 und ein Relais 32 zur Betätigung des Schalters i: mit der die Spannung +U führenden Leitung 2( verbunden.

Bei der Variante der F i g. 3a ergibt sich dii Funktionsweise eines Dreistellungs-Thermostaten, wei der Verstärker 16 infolge der beiden Rückführungen eil Kippverhalten mit Totzone aufweist Dem Integrator eingang 15 werden bei Untertemperatur Analogsignal* des einen Vorzeichens und bei Übertemperatu Analogsignale des anderen Vorzeichens zugeführt

Innerhalb ucf Tuiiunc iiäi'igeri Jic Signale vüf'i dci Ai

des letzten Kippens ab; sie sind weniger start ausgeprägt. Der Schalter 12 schließt, wenn die Totzoni in Richtung auf Untertemperatur Oberschritten win und öffnet, wenn die Totzone in Richtung Übertempera tür überschritten wird. Ähnliche Verhältnisse ergebet sich bei der Variante der F i g. 3b.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3c ist zi berücksichtigen, daß die Zenerdiode Z kein symmetri sches Verh£,.en zeigt. Hier läßt es sich erreichen, dal Analogsignale zwar im Übertemperaturbereich vornan den sind, dagegen im Untertemperaturbereich eil konstantes Signal an der; Integrator gegeben wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt die Aufla dung zu Beginn der Niedrigtarifperiode ein und endet wenn der Integrator 14 seinen Ruhezustand erreicht hai Es ist aber auch möglich, die Eingangssignale de: Verstärkers 16 so zu wählen, daß zunächst de Integrator 14 abgefragt werden muß, ehe der Auflade schalter 10 geschlossen wird, worauf die Aufladung bi: zum Ende der Niedrigtarifperiode erfolgt

Das Zwischenpotential braucht nicht genau in de Mitte zwischen den Potentialen der beiden Leitungen 2( und 21 zu liegen, sondern kann von diesem Mittelwer auch abweichen; gegebenenfalls müssen dann ander« Werte für die Widerstände Ri-R 6 gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltung für die Aufladevorrichtung eines elektrischen Wärmespeichers, mit einem Integrator, S der bei Untertemperatur im Raum ein Signal des einen Vorzeichens und bei Obertemperatur ein Signal des entgegengesetzten Vorzeicheas integriert und dessen Integrationsendwert als MaS für die Aufladung benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das der Ütiertemperatur zugeordnete Signal annähernd proportional der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Temperatur isL

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 (R 1) und einem einstellbaren Sollwertwiderstand (R 2) 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 (R 3) und einem Vergleichswiderstand (R 4) besteht, und daß die Abguffe (23, 28) beider Spannungsteiler über Summationswiderstände (R 8, R 9) an den ersten Eingang (2 ) des Differenzverstärkers (16) gelegt sind.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Raumtemperatur-Spannungsteiler (22) ein Außentemperatur-Spannungs- teiler (29) parailelgeschaitet ist, der aus einem der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Widerstand (R 5) und einem Verglsichswiderstand (R6) besteht, und daß die Abgriffe (23, 30) beider Spannungsteiler über Summationswiderstände (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 so Kippverhaltens mit Totzone aufweist urd 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 bt, das über eine Diode (D 5) an den Verstärkerausgang angeschlossen ist

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung aus einem negativen Widerstandszweig (R 9, RiO) und einem positiven, mindestens ein nicht lineares Glied (31) aufweisenden Zweig (RU₁R 12,31) besteht.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht lineare Glied (31) durch zwei antiparallelgeschaltete Dioden (D 1, D2)|!ehildet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht lineare Glied (31) durch zwei entgegengesetzt gepolte, in Reihe geschaltete Dioden (D3, D 4) gebildet ist

10. !Schaltung nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet, daB das nicht lineare Glied (311) durch eine Zenerdiode (ZJgebildet ist