DE2358431B2

DE2358431B2 - Heisswasserspeicher

Info

Publication number: DE2358431B2
Application number: DE19732358431
Authority: DE
Inventors: Julius Dipl.-Ing. 8221 Vachendorf; Bauerdorf Richard; Putz Walter; 8225 Traunreut Hußlein
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1977-05-05
Also published as: NL7411053A; DE2358431A1; FR2252722B3; AT329700B; FR2252722A1; BE821681A; ATA872074A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißwasserspeicher mit einem thermisch isolierten Wasserbehälter, mit einem elektrischen Heizkörper und mit einem Temperaturregler, der so geschaltet ist, daß eine Aufheizung und Temperaturhaltung mit einem ersten Sollwert durch ihn nur während einer bestimmten Ladeperiode möglich ist. Mit einem solchen Heißwasserspeicher lassen sich die häufig angebotenen Tarifvorteile bei Stromabnahme während besonderer Zeitabschnitte (Ladeperiode) ausnützen.

Für den Verbraucher ist dabei nachteilig, daß er entweder einen Speicher mit sehr großem Volumen aufstellen oder aber in Kauf nehmen muß, daß der Heißwasservorrat mitunter nicht ausreicht. Bei bekannten Speichern dieser Art ist zwar ein zweiter Heizkreis mit wesentlich höherer Leistung vorgesehen, der sich in einem solchen Fall von Hand einschalten läßt und dann den Speicherinhalt in verhältnismäßig kurzer Zeit aul die Solltemperatur von beispielsweise 85° C aufheizt; als sehr nachteilig wird hierbei aber die in Kauf zt nehmende Wartezeit empfunden, da ja die Starkheizung in der Regel erst dann eingeschaltet wird, wenn dei Mangel an Heißwasser festgestellt worden ist.

Bei den bekannten Heißwasserspeichern dieser Ar muß die Leistung so hoch bemessen werden, daß dei gesamte Speicherinhalt während der Dauer dei

Niedertarifzeit von der tiefstmöglichen Temperatur auf den Sollwert von beispielsweise 85° C aufgeheizt werden kann. Diese verhältnismäßig hohe Leistung bat eine entsprechend hohe Beanspruchung der Elektrizitätsversorgungsunternehmen zur Folge, wenn sämtliche Heißwasserspeicher bei Beginn der Niedertarifzeit an das Netz geschaltet werden.

Bei einem bekannten Zweikreis-Speicher sind zwei voneinander unabhängige Heizkreise vorhanden, wobei mit dem kleinen Heizkreis das Gerät dauernd am Netz liegt, derart, daß die Wassertemperatur durch einen Regler dauernd auf 55° C gehalten wird. Bei ungewöhnlich hohem Eodarf schaltet man mittels Druckknopfes aen großen Heizkreis ein, wonach in relativ kurzer Zeit dann die Wassertemperatur von 55 auf 85° C ansteigt. Nach Erreichen dieser Endtemperatur schaltet das Gerät ohne Regelung in diesem Temperaturbereich selbsttätig ab. Damit ist eine volle Ausnutzung der im Niedertarifbereich gegebenen Tarifvorteile nicht möglich, da eine Temperaturregelung nur in einem relativ niedrigen Temperaturbereich stattfindet.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Regelung von elektrisch beheizbaren Warmwasserspeichern (deutsche Offenlegungsschrift 15 65 401) ist ein von Hand einstellbarer Umschalter vorgesehen, der mit einer Reihe von Schaltern gekoppelt und mittels welchem eine Umschaltung der Heizkörper von einer Sommereinstellung mit weniger Heizkörpern in eine Wintereinstellung mit mehr Heizkörpern möglich ist. Außerdem ist ein zweiter Umschalter vorgesehen, der in Abhängigkeit eines von einem Zeitmesser angegebenen Betriebszustandes (Hoch- oder Niederbelastungsperiode) eine weitere Reihe miteinander gekoppelter Schalter betätigt, wobei zur Erreichung eines vorbestimmten Temperatur-Sollwertes von z.B. 80°C während der Niederbelastungsperiode hauptsächlich sämtliche Heizkörper eingeschaltet sind, während bei der Hochbelastungsperiode nur eine begrenzte Anzahl von Heizkörpern eingeschaltet sind bzw. sämtliche Heizkörper ausgeschaltet sind. Obwohl es bei dieser Vorrichtung möglich ist, während der Hochtarifperiode eine geringere Anzahl von Heizkörpern in Betrieb zu nehmen, muß doch zur Erreichung des relativ hohen Temperatur-Sollwertes im Vergleich mit dem Schaltzustand, in welchem mehr Heizkörper angeschaltet sind, die gleiche Wärmemenge und damit die gleiche elektrische Arbeit aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißwasserspeicher der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich der Tagesbedarf an Heißwasser mit einem Gerät von verhältnismäßig kleinem Volumen und daher bei entsprechend geringen Wärmeverlusten mit Sicherheit decken läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Heißwasserspeicher der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine Steueranordnung, durch die die Temperatur des Inhaltes des Speichers während einer außerhalb der Ladeperiode liegenden Nachheizperiode auf einem zweiten Sollwert unterhalb des ersten Sollwertes gehalten wird. Dadurch ist es möglich, ein länger dauerndes Absinken der Temperatur des Speicherinhaltesv auf Werte unterhalb des zweiten Sollwertes zu verhindern. Deshalb ist es auch möglich, die Heizleistung für die Aufheizung während der Ladeperiode niedriger als üblich zu wählen, da diese Aufheizung ja von einem höheren Temperaturniveau ausgeht; das wiederum bedeutet geringere Einschaltspitzen für die Elektrizitätsversorgungsunternehmen

Für das Nachheizen auf den zweiten Sollwert kann derselbe Heizkörper wie für das Aufheizen während der Ladeperiode dienen; voi teilhafter ist es jedoch, den Heizkörper in zwei Leistungsstufen schaltbar auszuführen und während der Nachheizperiode die höhere Leistungsstufe einzuschalten. Diese höhere Leistungsstufe kann auch während der Ladeperiode bei Temperaturen unterhalb des zweiten Sollwertes wirksam sein; die niedrigere Leistungsstufe übernimmt dann

ίο nur die Aufheizung bis zum ersten Sollwert.

Bei einer Ausführung des Heizkörpers mit zwei Leistungsstufen besteht ferner die vorteilhafte Möglichkeit, die höhere Leistungsstufe willkürlich mit Hilfe eines Tastschalters einzuschalten, um so auch während der Ladeperiode eine Schnellaufheizung mit der vollen Leistung zu ermöglichen; die Abschaltung erfolgt in diesem Fall automatisch, sobald die Temperatur des Wassers den ersten oder zweiten Sollwert (je nach Ausführung) erreicht hat.

Bei einer besonderen einfachen Ausführungsform der Erfindung kann man mit einem einzigen Regler auskommen, sofern dessen Sollwert durch die Steuereinrichtung mechanisch oder elektrisch veränderbar ist; man kann dann seinen beispielsweise auf 40° C stehenden Sollwert durch die Steuereinrichtung während der Ladeperiode auf den Wert des ersten Sollwerte: von beispielsweise 85° C verstellen, so daß dieser Regler während der Ladeperiode das Wasser auf dem höheren ersten Sollwert hält und außerhalb der Ladeperiode auf den niedrigeren zweiten Sollwert regelt.

Besonders geeignet für diese Ausführungsform sind elektronische Regler, bei denen eine Änderung des Sollwertes durch einfache Umschaltung von Widerständen möglich ist. Aber auch bei mechanischen Ausdehnungsreglern läßt sich eine Sollwertverstellung auf elektromagnetischem Wege erzielen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jedem der beiden Sollwerte ein getrennter Regler zugeordnet.

Bei allen Ausführungsformen ist es zweckmäßig, den zweiten Sollwert (für die Nachheizung) von Hand einstellbar zu machen, wenngleich 40°C ein bevorzugter Wert ist. Den ersten Sollwert wird man dagegen zweckmäßigerweise fest, beispielsweise auf 80° C ± 10° C einjustieren.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zwei Reglern und zwei Leistungsstufen werden anhand der Figuren erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform, bei der die Nachheizung mit niedriger Leistungsstufe erfolgt,

F i g. 2a, 2b Schaltungsbeispiele für den Heizkörper H und
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform, die sich der höheren Leistungsstufe für die Nachheizung bedient.

In den F i g. 1 und 3 ist der Heizkörper H des Heißwasserspeichers nur symbolisch dargestellt, soweit es zum Verständnis der übrigen Schaltung erforderlich ist; insbesondere sind die Klemmen 5. T zum Anschluß der entsprechenden Ph&senleitungen eines Dreiphasennetzes, die Klemme Λ/zum Anschluß des Nulleiters und die Klemme X bezeichnet. Außerdem sind die beiden Heizleistungen durch je einen Heizkörper veranschaulicht, nämlich R 1 für die kleine Leistung (z. B. 1,4 oder 2 kW) und R 2 für die große Leistung von beispielsweise 6 kW; die Umschaltung erfolgt durch einen Ruhekontakt a 2 eines ersten Schützes A und den Arbeitskontakt b 2 eines zweiten Schützes B.

In der Praxis bestehen oie beiden Leistungsstufen aus einer unterschiedlichen Kombination von drei oder vier Rohrheizkörpern gleicher Leistung: F i g. 2 zeigt beispielsweise drei Rohrheizkörper zu je 2 kW, von denen zwei (r 1, r 2) parallel und in Reihe mit einem dritten r 3 die kleine Leistungsstufe R 1 von 133 kW bei Anschluß zwischen Phase und Nulleiter bilden. Die größere Leistungsstufe R 2 von 6 kW ergibt sich bei Anschluß der drei Rohrheizkörper zwischen den Phasen und dem Nulleiter.

Bei Verwendung von vier Rohrheizkörpern zu je 2 kW (rl, r2, γ3, γ4) besteht gemäß Fig.2b die Möglichkeit, zur Bildung der kleineren Leistung Ri jeweils 2 Rohrheizkörper (rl, r3 und r2, r4) in Reihe und die beiden Reihenschaltungen parallel zwischen eine Phase (X) und den Nulleiter zu legen. Zur Bildung der größeren Leistungsstufe R 2 von 6 kW werden die Rohrheizkörper rl, r2, r3 durch die Kontakte 62 zwischen die Phasenleitungen und den Nulleiter N gelegt. M>

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist die Klemme X des Heizkörpers H über den Kontakt e des ersten Reglers direkt an eine Klemme R' angeschlossen, die nur während der Ladeperiode Spannung führt; außerdem liegt die Klemme X über den Kontakt /des zweiten Reglers an der ständig Spannung führenden Klemme R der gleichen Phase. Der Kontakt / liegt auch in Reihe mit einem Arbeitskontakt a.des es ersten Schützes A im Erregerkreis des zweiten Schützes B; im Erregerkreis des Schützes A Hegt ein Arbeitskontakt b 1 des zweiten Schützes, dem ein von Hand betätigbarer Tastenschalter Ta parallel geschaltet ist

Für die Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß der erste Sollwert des ersten Reglers mit dem Kontakt e auf 85° C und der zweite Sollwert (des zweiten Reglers mit dem Kontakt f) auf 40° C eingestellt sei. Dann wird mit der kleinen Leistungsstufe R1 sowohl die Aufladung und Temperaturhaltung während der Ladeperiode mit Hilfe des Kontaktes e des ersten Reglers wie auch die Nachladung während der Nachheizperiode mit Hilfe des Kontaktes /des zweiten Reglers durchgeführt Eine Umschaltung auf die hohe Leistungsstufe R 2 ist nur willkürlich durch Druck der Taste Ta möglich: In diesem Fall wird Schütz A erregt, trennt R1 vom Netz und legt Schütz B über al an Spannung, sofern die Wassertemperatur während der Ladeperiode unter 85° C, dem Sollwert des Reglers e oder unter 40°C, dem Sollwert des Reglers /(während der Nachheizperiode) liegt.

Die Abschaltung der hohen Leistungsstufe R 2 erfolgt während der Ladeperiode (Spannung an R'% sobald die Wassertemperatur den Sollwert von 85° C erreicht hat Während der Nachheizperiode (keine Spannung an R') wird dagegen die hohe Leistungsstufe bereits bei Erreichen von 40⁰C abgeschaltet, weil bei diesem Wert durch öffnen des Kontaktes / das Schütz B stromlos wird; als Folge davon fällt dann auch das Schütz A ab und schaltet mit seinem Kontakt a 2 wieder die niedrige Leistungsstufe R S ein.

Durch Einfügen der gestrichelt gezeichneten Verbindung zwischen den Klemmen R' und R und eines Arbeitskontaktes a 3 des Schützes A ist es möglich, auch während der Nachheizperiode — also beispielsweise tagsüber — eine Aufheizung mit der hohen Leistungsstufe bis auf 85° C durch einen Druck auf die Taste Ta einzuleiten; in diesem Fall ist nämlich für das Abschalten des Schützes B das öffnen des ersten Reglers mit dem Kontakt e maßgebend, dessen Sollwert voraussetzungsgemäß auf 85° C steht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist der Heizkörper H mit seinen Verbindungen an die Klemmen des Netzes identisch mit der Ausführung nach F i g. 1; auch das erste Schütz A ist wieder über einen Arbeitskontakt b 1 des Schützes B an das Netz geschaltet. Schütz B liegt jedoch mit dem Arbeitskontakt a 1 parallel zu einem dritten Schütz Q das über den Kontakt /des zweiten Reglers zwischen den Klemmen N und R (gestrichelte Version) angeschlossen ist. Die Klemme X des Heizkörpers H ist über einen Arbeitskontakt c 2 des dritten Schützes mit der Klemme R verbunden; parallel zu dem Kontakt b\ im Stromkreis des ersten Schützes A liegt ein Arbeitskontakt c XIc 2 des dritten Schützes C

Die Funktion dieser Ausführungsform (direkte Verbindung zwischen den Punkten 1 und 2; ohne Schütz D) besteht im Ergebnis darin, daß ohne Unterschied hinsichtlich der einzelnen Perioden grundsätzlich mit der hohen Leistungsstufe R 2 bis zum Erreichen des zweiten Sollwertes des Reglers /nachgeladen wird. Das ist darauf zurückzuführen, daß /bei Unterschreiten des Sollwertes dieses Reglers das Schütz C an Spannung legt, so daß der Heizkörper R1 über c2 an der Phase liegt, Schütz A über c 1 Spannung erhält und damit R1 abschaltet und die hohe Leistung R 2 über a I und Schütz C und B eingeschaltet wird. Durch den Kontakt b 1 im Stromkreis von A bleibt dieser Zustand erhalten, bis / beim Erreichen des (zweiten) Sollwertes dieses Reglers wieder öffnet und die Schütze Cund B abfallen.

Die kleinere Leistungsstufe R1 wird bei dieser Ausführung nur zur Aufladung auf den Sollwert des ersten Reglers e während der Ladeperiode (Spannung an R') und oberhalb des Sollwertes des zweiten Reglers / benötigt. Mitunter ist es aber erwünscht, die Nachheizung mit der hohen Leistungsstufe auf die Nachheizperiode zu beschränken. Eine solche Wahlmöglichkeit läßt sich mit Hilfe eines vierten Schützes D realisieren, das über einen von Hand betätigbaren Wahlschalter S zwischen den Klemmen X und N angeschlossen werden kann; ein Ruhekontakt d dieses Schützes D liegt dann anstelle der gestrichelten Verbindung zwischen den Punkten 1 und 2: Sofern S in geöffneter Stellung liegt, ändert sich an der zuvor erläuterten Funktionsweise nichts, d. h. die Aufheizung bis zum Erreichen des Sollwertes des zweiten Reglers / erfolgt stets mit der größeren Leistungsstufe R 2.

1st dagegen S geschlossen, dann liegt Schütz D während der Ladeperiode (Spannung an R') an Spannung, sofern die Temperatur unter dem Sollwert des Reglers evon beispielsweise 85° C liegt — Kontakt d ist dann geöffnet, so daß Schütze C und B auch bei einem Abfallen der Temperatur unter den Sollwert des Reglers /keine Spannung erhalten: Damit ist sichergestellt, daß die Aufheizung während der Ladeperiode nur mit der kleinen Leistungsstufe R 1 erfolgt

Kontakt c3 sorgt dafür, daß Schütze Cund B nach dem Schließen des Reglers / und ihrem Ansprechen infolge des an Spannung gelegten Schützes D (c/öffnet) nicht wieder spannungslos werden und abfallen.

Eine weitere Variante bei der Ausführungsform nach Fig.3 besteht darin, Schütz D — wie gestrichelt gezeichnet — direkt an die Klemme Nzu legen und statt eines Wahlschalters S eine Taste Ta zwischen den Punkten 1 und 2 anzuordnen: Die Einschaltung des Schützes D hat, wie zuvor erläutert, zur Folge, daß die höhere Leistungsstufe R 2 während der Ladeperiode (Spannung an i?9ⁿ'^{cnt zum} Einsatz kommt; das läßt sich

ianri jedoch willkürlich durch einen Druck auf die Taste Ta erreichen (sofern die Temperatur des Wassers unter dem Sollwert des Reglers /liegt), da dann Schütze Cund B auch während der Ladeperiode, d. h. bei erregtem Schütz D, ansprechen.

Bei den Ausführungsformen mit zwei verschiedenen Leistungsstufen ist es vorteilhaft, die niedrigere Leistungsstufe im Bereich des Bodens des Behälters und die höhere Leistungsstufe darüber, insbesondere über die Längsachse des Behälters verteilt anzuordnen; man kann dann zusätzlich den Fühler des zweiten, auf den

niedrigeren Sollwert eingestellten Regler so an den Behälterinhalt ankoppeln, daß der Regler erst anspricht, wenn ein bestimmter Teil, beispielsweise die untere Hälfte, des Behälters bereits von kaliom Wasser angefüllt ist. Der Abschaltpunkt dieses Reglers wird dann vorteilhafterweise so eingestellt, daß die Nachheizung bereits beendet wird, wenn das Wasser in einem bestimmten oberen Teilvolumen, beispielsweise im oberen Drittel des Behälters, den Sollwert des zweiter Reglers erreicht hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Heißwasserspeicher mit einem thermisch isolierten Wasserbehälter, mit einem elektrischen Heizkörper und mit einem Temperaturregler, der so geschaltet ist, daß eine Aufheizung und Temperaturhaltung mit einem ersten Sollwert durch ihn nur während einer bestimmten Ladeperiode möglich ist, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung, durch die die Temperatur des Inhaltes des Speichers während einer außerhalb der Ladeperiode liegenden Nachheizperiode auf einem zweiten Sollwert unterhalb des ersten Sollwertes gehalten wird.

2. Heißwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper in zwei Leistungsstufen schaltbar ist und daß während der Nachheizperiode die höhere Leistungsstufe wirksam ist

3. Heißwasserspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Leistungstufe auch während der Ladeperiode bei Temperaturen unterhalb des zweiten Sollwertes wirksam ist.

4. Heißwasserspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Leistungsstufe jederzeit willkürlich mittels eines Handschalters (Ta) einschaltbar ist und erst bei Erreichen des ersten oder zweiten Sollwertes automatisch abgeschaltet wird.

5. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Temperaturreglers durch die Steuereinrichtung mechanisch oder elektrisch veränderbar ist und während der Ladeperiode auf dem ersten Sollwert gehalten wird.

6. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen ersten Regler (e) für die Aufrechterhaltung des ersten Sollwertes während der Ladeperiode und durch einen zweiten Regler (f), der durch die Steuereinrichtung während der Nachheizperiode in den Stromkreis des Heizkörpers (H) geschaltet wird.

7. Heißwasserspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwert von Hand einstellbar ist.

8. Heßwasserspeicher nach Anspruch 6, in Verbindung mit einem Heizkörper, der mit Hilfe eines ersten Schützes auf eine kleinere und mit Hilfe eines zweiten Schützes auf eine größere Leistung schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme (X) des Heizkörpers (H) über den Kontakt (e) des ersten Reglers an eine Klemme (R') angeschlossen ist, die nur während der Ladeperiode Spannung führt und über einen Kontakt (F) des zweiten Reglers auch an einer ständig Spannung führenden Klemme (R) liegt, daß im Stromkreis des ersten Schützes (A) ein Arbeitskontakt (b 1) des zweiten Schützes (B) liegt, und daß im Stromkreis des zweiten Schützes (B) der Kontakt (F) des zweiten Reglers und ein Arbeitskontakt (al) des ersten Schützes (A) in Reihenschaltung liegen (Fig.l).

9. Heißwasserspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Arbeitskontakt (61) des zweiten Schützes (B) eine von Hand betätigbare Taste (Ta) liegt (F i g. 1).

10. Heißwasserspeicher nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß der Kontakt (f) des zweiten Reglers über einen Arbeitskontakt (a 3) des ersten Schützes (A) dem Kontakt (e) des ersten Reglers parallel geschaltet ist (F i g. 1).

11. Heißwasserspeicher nach Anspruch 6, in Verbindung mit einem Heizkörper, der mit Hilfe eines ersten Schützes auf eine kleinere und mit Hilfe eines zweiten Schützes auf eine größere Leistung schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme (X,>des Heizkörpers (H) über den Kontakt (e) des ersten Reglers an eine Klemme (R) angeschlossen ist, die nur während der Ladeperiode Spannung führt, daß der Kontakt (f) des zweiter. Reglers im Stromkreis eines dritten Schützes (C) Hegt, dem der Erregerkreis des zweiten Schützes (B) über einen Arbeitskontakt (a I) des ersten Schützes (A) parallel geschaltet ist, daß im Stromkreis des ersten Schützes (A) ein Arbeitskontakt (öl) des zweiten Schütze^ (B) und parallel zu diesem ein Arbeitskontakt (el, c2) des dritten Schützes (C) liegen, und daß eine Klemme (X) des Heizkörpers (H) über einen Arbeitskontakt (c2) des dritten Schützes (C) an eine dauernd an Spannung liegende Klemme (T^angeschlossen ist (F i g. 3).

12. Heißwasserspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis des dritten Schützes (C)\n Reihe mit dem Kontakt (f)des zweiten Reglers der Ruhekontakt (d) eines vierten Schü'.zeb (D) und parallel zu diesem Ruhekontakt ein Arbeitskontakt (c3) des dritten Schützes (C) liegt, und daß der Erregerkreis des vierten Schützes (D) in Reihe mit einem von Hand zu betätigenden Schalter (S^ parallel zum Heizkörper (H) liegt.

13. Heißwasserspeicher nach Anspruch 12, wobei anstelle des Schalten: (S) eine feste Verbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Ruhekontakt (d) des vierten Schützes (D) eine von Hand zu betätigende Taste (Ta) liegt.