DE564692C - Elektrisch beheizter Wasserbehaelter mit einem oder mehreren Thermostaten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Wasserbehälter, welcher mit einem oder mehreren Thermostaten und mit mehreren Heizelementen oder mit einem mehrere Schaltstufen aufweisenden Heizelement ausgerüstet ist. Sie soll insbesondere bei solchen Wasserbehältern Verwendung finden, die mit Nachtstrom beheizt werden. Die Erfindung besteht darin, daß die Einschalttemperaturen der Thermostaten oder der Schaltstufen untereinander verschieden, die Ausschalttemperaturen jedoch gleich oder nahezu gleich eingestellt sind, so daß der Teil der Heizelemente, der beim Anfang der Heizung eingeschaltet ist, bis zum Ende der Heizung eingeschaltet bleibt. Falls ein einziger Thermostat vorgesehen ist, schaltet dieser in Abhängigkeit von der Temperatur in verschiedenen Schaltstufen ein oder

ao mehrere Elemente bzw. Teile eines Elementes, so daß sich die Anfangsstromstärke beim Einschalten des Behälters nach der Temperatur des vorhandenen Wassers regelt. Gemäß der Erfindung werden die verschiede-

S5 nen Einschalttemperaturen der Thermostaten so gewählt, daß in Abhängigkeit von der Wassertemperatur beim Anfang der Heizung so viel Heizelemente eingeschaltet werden, daß die Heizung des Behälters sich soweit wie möglich über den für die Heizung zur Verfügung stehenden Zeitraum erstreckt.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von mit Nachtstrom beheizten Wasserbehältern die ganze Strombelastung aller an einem Netz angeschlossener Behälter gleichzeitig eingeschaltet wird, wenn die Einschaltzeiten aller Schaltuhren gleich sind. Eine Folge davon ist, daß der Zweck des Nachtstromtarifs, ein gleichmäßiger Übergang von der Abend- zur Morgenbelastung, durch die Abgäbe von Wasserheizstrom während der Nachtzeit allein nicht erreicht wird. Es kann sogar der Fall eintreten, daß infolge der gleichzeitigen Einschaltung der gesamten Heizelemente aller Behälter die vorangegangene Abendstrombelastung überstiegen wird und daß ohnehin diese Belastung bereits mehr oder weniger lange vor Tagesanbruch wieder ausgeschaltet ist, da nicht alle angeschlossenen Behälter vollständig entleert werden.

Man hat versucht, diese Nachteile dadurch zu beheben, daß man nicht alle Schaltuhren in demselben Augenblick einschalten

läßt. Dieses \^rorgehen bedingt jedoch eine Erhöhung der Energieaufnahme der Behälter, die eine kürzere Niedertarifzeit erhalten.

Sowohl bei den bisher üblichen als auch bei dem soeben erwähnten Verfahren wird beim Einschalten die volle Belastung eingeschaltet. Die Behälter, aus denen nur wenig oder gar kein Wasser entnommen worden ist, erhalten daher schon während des Anfangs to der Niedertarifzeit die erforderliche Temperatur und kühlen während der weiteren Nacht wieder ab.

In den Fällen, in denen Doppeltarifzähler verwendet werden und die Schaltuhr die Einschaltung des Behälters bewirkt, ist das soeben erwähnte Ändern der Niedertarifzeiten unmöglich.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß nur so viel Heizelemente bei den Heißwasserbehältern eingeschaltet werden, wie notwendig sind, um in der vorhandenen Niedertarif zeit die Heizung der fehlenden Wassermenge bzw. die Zufuhr der durch die Abkühlung während der Tageszeit verlorengegangenen Wärmemenge zu erreichen. Zwar sind schon elektrisch beheizte Wasserbehälter und Öfen mit mehreren Thermostaten bekannt, und es ist bei Öfen schon vorgeschlagen worden, den Thermostaten verschiedene Einschalttemperaturen zu geben, um eine gleichmäßigere Belastung zu erzielen. Jedoch liegen bei Wasserbehältern gänzlich andere Verhältnisse vor. Auch ein Wassererhitzer mit einem einzigen Thermostaten, der in Abhängigkeit von der Temperatur in verschiedenen Schaltstufen mehrere Heizelemente schaltet, ist bereits bekannt geworden. Die Schalter der einzelnen Heizelemente sind hierbei gegeneinander versetzt zwecks Herabminderung des Einschaltstromstoßes. Bei diesem Apparat erfolgt die Einschaltung sämtlicher Heizelemente praktisch gleichzeitig; die Einschalt- bzw. Ausschalttempe-X'aturen für die verschiedenen Schalter sind bei diesem Erhitzer nicht in der erfindungsgemäßen Weise verschieden bzw. gleich gewählt. Der mit der Erfindung angestrebte Zweck wird deshalb auch bei diesem Erhitzer nicht erreicht. Beim Behälter gemäß der Erfindung wird die Kapazität des eingeschalteten Teiles der Elemente so klein wie möglich gehalten. Infolgedessen wird der Behälter meistens bis zum Ende der Niedertarifzeit angeheizt. Es wird somit eine höhere durchschnittliche Temperatur des Wassers erreicht, als dies ohne Anwendung der Erfindung möglich wäre.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert werden. Es zeigt Fig. ι einen Wasserbehälter, wie er zur Anwendung der Erfindung geeignet ist. In Fig. 2, 3, 4 und 5 sind einige mit Behältern dieser Art erhaltene Arbeitsdiagramme veranschaulicht.

Das Wasser im Warmwasserbehälter 5 wird durch die Heizelemente 13 geheizt. Diese sind in einem Sicherheitsbehälter 15 aufgestellt und je in Reihe geschaltet mit einem Thermostaten 14. Der Zweck dieses Sicherheitsbehälters ist, das Trockengehen der Heizelemente bei fehlender Wasserzufuhr solange wie möglich hinauszuschieben.

Über dem 'Warmwasserbehälter 5 ist der Kaltwasserbehälter 6 aufgestellt. Das Leitungswasser fließt in diesen Behälter durch das Schwimmerventil 8.

Aus dem Kaltwasserbehälter 6 kann das Wasser durch eine Leitung 11 in den Sicherheitsbehälter 15 strömen, wenn ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 10 geöffnet wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß mit Teil 9 Filtergaze angedeutet ist, daß Teil 24 einen Kaltwasserausfluß und Teil 25 einen Überlauf bedeuten.

Das heiße Wasser wird bei -17 entnommen. Die Arbeitsweise des Apparates ist folgende :

Während der Niedertarifzeit wird durch ein Uhrwerk der Heizstrom für den Heißwasserbehälter eingeschaltet. Der Strom fließt durch die Spule des Ventils 10 und durch die Heizelemente, so daß das Wasser angeheizt wird und gleichzeitig Kaltwasser zufließt, falls während der Tageszeit Wasser verbraucht war.

Gegen Ende der Niedertarifzeit ist der Warmwasserbehälter 5 ganz mit bis zur Ausschalttemperatur der Thermostaten 14 angewärmtem Wasser gefüllt. Es versteht sich, daß die Kaltwasserzufuhr aufhört, sobald der Wasserspiegel im Behälter 5 das Unterende des Expansionsrohres 12 erreicht hat.

Zwecks Erreichung des Zieles der Erfindung ist die gesamte Heizkapazität des Behälters in Einzelelemente 13 unterteilt. Diese brauchen nicht untereinander gleich zu sein. Jedes Element 13 wird durch einen selbsttätig arbeitenden Thermostaten 14 so gesteuert, daß die Einschalttemperatur der EIe- xio mente voneinander verschieden ist. Zweckmäßig werden mehrere Thermostaten 14 verwendet, welche je eines der Heizelemente 13 ein- bzw. ausschalten. Die Temperatur, auf welche diese Thermostaten eingestellt sind, kann so gewählt werden, daß die Hälfte oder ein Drittel der Gruppen der Heizelemente eingeschaltet sind, falls -während des vorangegangenen Tages nur wenig Wasser gebraucht wurde oder aber falls der gefüllte Behälter einige Tage hindurch nicht beheizt worden ist.

Ist der Behälter ganz entleert worden, dann dürfte die Temperatur so weit gefallen sein, daß zweckmäßig beim Anfang der Niedertarifzeit sämtliche Elementegruppen eingeschaltet werden. Diese Elementegruppen bleiben auch während der ganzen Nacht eingeschaltet unter der Voraussetzung, daß ihre gesamte Kapazität so gewählt ist, daß die volle Zahl der. Niedertarif stunden erforder-Hch ist, um den Inhalt des ganzen Behälters auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Bei einem Behälter der in Fig. ι dargestellten. Art, bei dem nur während der Nacht kaltes Wasser einströmen kann, hat diese lang-

iS same Einströmung des kalten Wassers noch zur Folge,. daß erst während der späteren Nachtzeit die Zuschaltung einer zweiten oder dritten Gruppe von Elementen bewirkt wird.

Beim dargestellten Behälter ist ein Teil der Thermostaten in dem Sicherheitsbehälter 15 aufgestellt. In diesen Behälter läuft das Kaltwasser ein, so daß eine Temperaturerniedrigung, welche die Einschaltung der übrigen Thermostaten bewirkt, ziemlich schnell eintreten wird. Die Geschwindigkeit, mit der diese Zuschaltung vor sich gehen soll, kann durch die Wahl der Stellen festgelegt werden, an denen die Thermostaten aufgestellt werden. Die Thermostaten können z. B. mehr oder weniger tief in den Sicherheitsbehälter bzw. daneben eingebaut werden.

Die Einschaltung der genannten Gruppen in der beschriebenen Weise kann dadurch bewirkt werden, daß, wie schon erwähnt, mehrere Thermostaten Verwendung finden, von denen jeder einzelne auf eine andere Einschalttemperatur eingestellt wird. Wenn z. B. drei Thermostaten vorhanden sind, können die Ein- bzw. Ausschalttemperaturen 58 bis 85° C, 65 bis 85⁰C und 75 bis 85° C betragen. Falls nur ein einziger Thermostat benutzt wird, wird dieser so ausgebildet, daß er bei den verschiedenen Temperaturen mehr oder weniger Elementegruppen zu- bzw. abschaltet.

Die Einschaltung der Thermostaten bei verschiedenen Temperaturen beseitigt den Nachteil der Einschaltung der gesamten Kapazität; denn die Temperatur des Wassers in einem Behälter, dem man während der Tageszeit nur wenig oder gar kein Wasser entnommen hat, wird z. B. nur bis unter die Einschalttemperatur des ersten Thennostaten gefallen sein. Ein derartiger Behälter benötigt dann nur ein Drittel des Einschaltstromes. Da nach dem Einschalten dieses ersten Thermostaten die Temperatur steigt, kommen die durch die anderen Thermostaten gesteuerten Heizelemente nicht zur Einschaltung. Die höchste Temperatur wird demnacherst später in der Nacht erreicht, wodurch ein weiterer Vorteil erzielt wird.

Falls weniger Wasser übriggeblieben ist, wird dessen Temperatur im allgemeinen niedriger sein j sie braucht jedoch nicht unter der Einschalttemperatur des zweiten Thermostaten zu liegen. Ist der Behälter, z. B. wie der in- Fig·. 1 gezeigte Behälter, mit einem durch den Heizstrom gesteuerten Kaltwasserventil "Ip ausgerüstet, so wird in diesem Falle das .einströmende Kaltwasser eine solche Temperatursenkung bewirken, daß auch der zweite, unter Umständen auch der dritte Thermostat nach einiger Zeit zur Einschaltung kommt.

In den Fig. .2, 3-, 4 und 5 sind beispielsweise drei Fälle des Temperaturverlaufes und der Netzbelästung für einen 250-l-Behälter mit drei Thermostaten gezeigt, deren Einschalttemperaturen verschieden eingestellt sind. In Fig. 2 sind vollkommen gefüllte Behaltet: vorausgesetzt. Während der Tageszeit ist also kein Wasser entnommen worden. In Fig. 3 ist angenommen, daß aus dem Behalter 125 1 verbraucht sind, während in Fig. 4 170 1 als Verbrauch angenommen sind. Fig. 5 läßt erkennen, wie die Netzbelastung für drei Behälter mit je 250 1 Fassungsvermögen verläuft, die mit 250, 125 und 80 1 Wasser gefüllt sind.

In allen diesen Figuren sind für einen 350-l-Behälter mit drei unter sich gleich eingestellten Thermostaten die gleichen Größen mit punktierten Linien angegeben.

Fig. 2. Beim Anfang der Niedertarifzeit ist der Thermostat 75 bis 85⁰ C eingeschaltet. Bis zur Ausschaltung muß ungefähr 2 Stunden 33 Minuten hindurch Wärme zugeführt werden. Bei einem Behälter der bekannten Art wird 51 Minuten hindurch eine dreimal so große Kapazität eingeschaltet.

Fig. 3. Beim Anfang der Niedertarif zeit ist der zur Hälfte gefüllte Behälter bis auf 72⁰ C abgekühlt, der erste Thermostat ist also eingeschaltet.

Gleichzeitig fließt also kaltes Wasser zu. Nach Verlauf von 36 Minuten ist die Wassertemperatur trotz Anheizung durch nur eine Elementegruppe auf 65° C gesunken. Nun wird der zweite Thermostat eingeschaltet, wodurch die Strombelastung sich verdoppelt. Nach Verlauf von 2 Stunden 48 Minuten ist der Behälter voll und die Temperatur auf 6o° C gesunken. Der dritte Thermostat kommt daher nicht mehr zur Einschaltung, da nun kein kaltes Wasser mehr zufließt und die Temperatur steigen muß.

Nach Verlauf von 7 Stunden hat der ganze Behälter die erforderliche Temperatur.

Bei den bekannten Verfahren wird um 11 Uhr die dreifache Kapazität eingeschaltet,

und der Behälter hat schon nach 3 Stunden 54 Minuten die erforderliche Temperatur erreicht.

Fig. 4. Zum Anfang der Niedertarifzeit ist die Temperatur der noch in dem Behälter vorhandenen 80 1 Wasser auf 67¹^⁰ C gesunken. Der erste Thermostat ist eingeschaltet, und durch Kaltwasserzufuhr erfolgt nach 12 Minuten die Einschaltung des zweiten Thermostaten und nach 2 Stunden 39 Minuten die Einschaltung des dritten Thermostaten. Die volle Kapazität kommt also erst nach

2 Stunden 51 Minuten zur Wirkung. Nach

3 Stunden 48 Minuten ist der Behälter voll; es wird fast bis zum Ende der Niedertarifzeit angeheizt. Bei Einschaltung der gesamten Kapazität von Anfang an ist die Heizung 2 Stunden 54 Minuten vor dem Ende der Niedertarifzeit schon vollendet.

so Fig. 5. In dieser Figur sind die Belastungen der drei erwähnten Beispiele, welche der Praxis entnommen sind, zusammengestellt, und zwar sowohl für Behälter der bekannten Art als auch für die Behälter, die mit nach

*5 der Erfindung eingestellten Thermostaten ausgerüstet sind.

Es ist klar zu erkennen, daß die Belastung mehr über die Nacht verteilt und die Belastungsspitzen erniedrigt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrisch beheizter Wasserbehälter mit einem oder mehreren Thermostaten und mehreren Heizelementen oder Schaltstufen, wobei die Thermostaten je ein Element oder die Schaltstufen eines oder mehrerer Elemente steuern, dadurch ge- - kennzeichnet, -daß die Einschalttemperaturen der Thermostaten oder der Schaltstufen untereinander verschieden, die Aus-Schalttemperaturen jedoch gleich oder nahezu gleich eingestellt sind.
2. 2. Elektrisch beheizter Wasserbehälter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalttemperaturen der Thermostaten so gewählt sind, daß in Abhängigkeit von der Wassertemperatur beim Anfang der Heizung ein solcher Teil der Heizelemente eingeschaltet wird, daß die Heizung des Behälters sich soweit wie möglich über den für die Heizung zur Verfugung stehenden Zeitraum erstreckt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen·-