CS231815B1

CS231815B1 - Charging controller for electric storage heaters with regard to outdoor temperature

Info

Publication number: CS231815B1
Application number: CS822891A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Brydl
Original assignee: Zdenek Brydl
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1984-12-14
Also published as: CS289182A1

Abstract

běžně vyhodnocované denní i noční venkovní teploty provádí zapnutí kamen k síti více nebo méně zpožděně po zahájení intervalu nočního tarifu. Kamna jsou potom vypínána až s ukončením nočního tarifu, čímž se kkrétí doba jejich nežádoucího samovybíjení. Regulátor je velmi jednoduchý, snadno realizovatelný a je možno snadno jej i dodatečně zamontovat. Jeho nejdůležitější částí je čidlo venkovní teploty. Je vytvořeno jako tepelně setrvačný člen, uvnitř kterého je topný rezistor a teplotní snímač (například termistor). S ukončením intervalu nočního tarifu je topný rezistor připojen ke zdroji, a začne zahřívat vnitřek čidla. Se začátkem, nočního tarifu je topný rezistor vypnut. Teplota vnitřku čidla se měří snímačem připojeným na vstup Schmittova klopného obvodu, který sepne při poklesu vnitřní teploty čidla na nastavenou referenční teplotu. Jestliže je průměrná venkovní teplota nízká', potom vnitřní teplota Čidla rychle klesne na referenční teplotu a akumulační kamna budou zapnuta brzy. Je-li naopak průměrné venkovní teplota vyšší, čidlo bude vyhřáto na vyšší teplotu a bude pomaleji chladnout, takže kamna budou zapnuta k síti později.The commonly evaluated day and night outdoor temperatures are switched on to the network more or less late after the start of the night tariff interval. The stove is then switched off only when the night tariff ends, which shortens the time of their unwanted self-discharge. The controller is very simple, easy to implement and can be easily retrofitted. Its most important part is the outdoor temperature sensor. It is designed as a thermal inertia element, inside which there is a heating resistor and a temperature sensor (for example, a thermistor). When the night tariff interval ends, the heating resistor is connected to the source and begins to heat the inside of the sensor. When the night tariff begins, the heating resistor is switched off. The temperature inside the sensor is measured by a sensor connected to the input of a Schmitt flip-flop, which switches on when the inside temperature of the sensor drops to the set reference temperature. If the average outdoor temperature is low, then the inside temperature of the sensor quickly drops to the reference temperature and the storage stove will be switched on soon. If, on the other hand, the average outdoor temperature is higher, the sensor will be heated to a higher temperature and will cool down more slowly, so the stove will be switched on to the mains later.

Description

Vynález se týká regulátoru nabíjení elektrických akumulačních kamen s ohledem na venkovní teplotu za účelem zlepčení tepelná pohody ve vytápěných místnostech, zjednodušení obsluhy kamen, zmenšení spotřeby elektrická energie, zvětšení životnosti kamen a rozložení doby nabíjení akumulačních kamen.The present invention relates to a controller for charging electric storage heaters with respect to outdoor temperature in order to improve thermal comfort in heated rooms, simplify the operation of the stove, reduce electricity consumption, increase the service life of the stove and spread the charging time of the storage stove.

Akumulační kamna se převážně nabíjejí v noční době elektrickou energií, jež je podstatně levnější než v denní době. Většina kamen obsahuje vnitřní termostat, který umožňuje ručním nastavením zkrátit dobu nabíjeni kamen při vyšší venkovní teplotě a současné je chrání před přehřátím. Podle nastavení termostatu a množství zbytkového tepla jsou tedy kamna vypínána delší nebo kratší dobu před šestou hodinou. Tento způsob má následující nevýhody: ruční nastavování termostatu podle venkovní teploty je nepohodlné a nepřesné.Storage heaters are mainly charged at night time with electricity, which is considerably cheaper than at day time. Most stoves contain an internal thermostat, which allows manual adjustment to reduce the charging time of the stove at a higher outdoor temperature while protecting it from overheating. Therefore, depending on the thermostat setting and the amount of residual heat, the stove is switched off for a longer or shorter time before six o'clock. This method has the following disadvantages: manually adjusting the thermostat according to the outside temperature is inconvenient and inaccurate.

Proto jsou zpravidla kamna přebíjena na vyšší vnitřní teplotu než je třeba, takže vyzařování tepla v noci a dopoledne je rovněž vyšší. Proto se uchová relativně méně tepla do odpoledních hodin, kdy se uživatelé kamen vracejí ze zaměstnání. Tak vznikají značné ztráty energie a provoz kamen se prodražuje. Uvedený způsob je nevhodný i pro dodavatele elektrické energie. Jsou-li všechna kamna zapnuta v době kdy jsou zapnuty další spotřebiče jako poulič osvětlení, televizory, elektrické zásobníkové ohřívače aj., vznikají větší ztráty ve vedení a úbytky napětí mohou překročit přípustnou toleranci.Therefore, as a rule, the stove is overcharged to a higher internal temperature than necessary, so that the heat emission at night and in the morning is also higher. Therefore, relatively less heat is stored until the afternoon, when stove users return from work. This results in considerable energy losses and the operation of the stove becomes more expensive. This method is also unsuitable for electricity suppliers. If all the stoves are switched on while other appliances such as street lights, televisions, electric storage heaters, etc. are switched on, larger line losses occur and voltage drops may exceed the permissible tolerance.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny regulátorem nabíjení elektrických akumulačních kamen podle vynálezu. Regulátor na základě průběžně vyhodnocované denní i noční venkovní teploty provádí zapnutí kamen více či méně zpožděně po zahájení intervalu nočního tarifu. Kamna jsou pak vypínána až s ukončením Intervalu nočního tarifu. Vnitřní termostat kamen pak může být nastaven na maximum, takže zastává jen funkci tepelné ochrany.These drawbacks are overcome by the charging controller of the electric storage heaters according to the invention. Based on continuously evaluated day and night outdoor temperatures, the regulator switches the stove on more or less late after the start of the night tariff interval. The stove is then switched off only when the Night tariff interval ends. The internal thermostat of the stove can then be set to its maximum so that it only functions as a thermal protection.

Zařízení podle vynálezu téměř odstraňuje manipulaci s kamny při dobré pohodě ve vytápěné místnosti. Vzhledem k optimálnímu nabíjení kamen, které trvá až do konce intervalu nočního tarifu, dochází ke zmenšení tepelných ztrát a tím k úsporám elektrické energie. Odstranění přebíjení kamen má za následek i prodloužení jejich životnosti. Pro dodavatele elektrické energie je výhodné, jestliže jsou akumulační kamna zapínána zpožděně oproti začátku intervalu nočního tarifu, kdy je zapnuto mnoho dalších elektrických spotřebičů.The device according to the invention almost eliminates the manipulation of the stove with good comfort in the heated room. Due to the optimal charging of the stove, which lasts until the end of the night tariff interval, the heat losses are reduced and thus energy savings are made. Removing the stove overcharging also extends its service life. It is advantageous for the electricity supplier if the storage heater is switched on late than the start of the night tariff interval, when many other electrical appliances are switched on.

V porovnání s podobnými zařízeními má zařízení podle vynálezu výhodu ve značné jednoduchosti, nízké ceně, malých rozměrech, minimálních nárocích na součástky a materiál, což umožňuje okamžité zahájení jeho výroby. Zařízení může pracovat na čistě elektronickém principu, což je předpoklad pro vysokou provozní spolehlivost a minimální nároky na údržbu. K jeho rychlému rozšíření může přispět především to, že jím lze velmi jednoduše doplnit stávající obvody akumulačních kamen bez zvláštních požadavků na znalosti a dovednosti pracovníků, kteří tato zařízení instalují. Výhodou pro uživatele je pak i to, že podle jeho nároků na teplo v bytě zařízení podle vynálezu umožňuje měnit úroveň nabití kamen v souladu s venkovní teplotou.Compared to similar devices, the device according to the invention has the advantage of considerable simplicity, low cost, small dimensions, minimum demands on parts and material, allowing immediate start of production. The device can operate on a purely electronic principle, which is a prerequisite for high operational reliability and minimal maintenance. In particular, it can be rapidly expanded by the fact that it can be easily supplemented with existing storage stove circuits without special requirements for the knowledge and skills of the installers. Another advantage for the user is that, according to his heat demand in the apartment, the device according to the invention makes it possible to vary the charge level of the stove in accordance with the outdoor temperature.

Na připojeném výkresu je blokové schéma, znázorňující činnost zařízení podle vynálezu. Jeho nejdůležitější součástí je čidlo i venkovní teploty, umístěné vně budovy. Čidlo i je vytvořeno jako tepelně setrvačný člen s časovou konstantou srovnatelnou s časovou konstantou běžného obytného domu. Čidlo X uvnitř obsahuje topný rezistor 2 a teplotní snímač g. Současně s ukončením intervalu nočního tarifu je topný rezistor 2 spínačem £ připojen k napájecímu zdroji g. Tím se začne zahřívat vnitřek čidla χ a to tím více, čím je venkovní teplota vyšší, neboť tehdy je čidlo χ méně ochlazováno. Současně se začátkem intervalu nočního tarifu je topný rezistor 2 odpojen spínačem 2 od napájecího zdroje g. Od tohoto okamžiku začne vnitřek čidla χ chladnout a to tím více, čím je venkovní teplote nižší, neboť pak je čidlo X více ochlazováno. Teplota vnitřku čidla X venkovní teploty se měří teplotním snímačem g. Tento teplotní snímač g je připojen na vstup prahového spínače 2, který sepne teprve při poklesu vnitřní teploty Čidla X na referenční úroveň předem nastavenou na prahovém spínači 2* Jestliže je průměrná venkovní teplota nízká, pak topný rezistor £ málo vyhřeje vnitřek čidle χ. V důsledku toho vnitřní teplota čidla X v noci klesne ne referenční teplotu za krátkou dobu. Sepnutí prahového spínače 2 způsobí sepnuti výkonového spínače 2, který připojí akumulační kamna 2 ^k elektrorozvodné síti za krátkou dobu po zahájení intervalu nočního tarifu. Je-li naopak průměrná venkovní teplota vyšší, vnitřek čidla i se během dne vyhřeje na vyěšl teplotu a v noci pomaleji chladne, takže teplota vnitřku čidla χ klesne na referenční úroveň až za delší dobu. Pozdější připojení akumulačních kamen 2 ^k síti je tak v souladů s potřebou jejich menšího nabiti při vyšěí venkovní teplotě. Při skončeníThe attached drawing is a block diagram showing the operation of the device according to the invention. Its most important part is the outside temperature sensor and the outside temperature. The sensor 1 is designed as a thermally inertia member with a time constant comparable to that of a conventional dwelling house. The sensor X contains a heating resistor 2 and a temperature sensor g at the same time. At the end of the night tariff, the heating resistor 2 is connected to the power supply g by the switch 8. sensor χ is less cooled. Simultaneously with the start of the night tariff, the heating resistor 2 is disconnected by switch 2 from the power supply g. The temperature of the inside sensor X of the outdoor temperature is measured by the temperature sensor g. then the heating resistor málo little heats the inside of the sensor χ. As a result, the internal temperature of sensor X at night drops to the reference temperature in a short time. The switching of the threshold switch 2 causes the switching of the power switch 2, which connects the storage heater 2 ^{to the} electricity grid shortly after the start of the night tariff interval. If, on the other hand, the average outdoor temperature is higher, the inside of the sensor i heats up to a higher temperature during the day and cools down more slowly at night, so that the temperature of the inside of the sensor χ drops to the reference level after a longer time. Thus, the later connection of the storage heaters 2 ^{to the} grid is in accordance with the need to charge them less at a higher outdoor temperature. At the end

I intervalu nočního tarifu v důsledku vypnutí zdroje signálu nočního tarifu X se vypne i výkonový spínač 8. Tím se ukončí nabíjení akumulačních kamen χ.Even the night tariff interval due to switching off the source of the night tariff signal X also switches off the power switch 8. This completes the charging of the accumulator stove χ.

* Regulátor nabíjení elektrických akumulačních kamen s ohledem na venkovní teplotu podle vynálezu je možno konkrétně provést s těmito prostředky: Čidlo X venkovní teploty je vytvořeno tepelně izolujícím obalem a vnitřní hmotou. Tepelný odpor obalu spolu s tepelnou kapaci tou vnitřní hmoty určují časovou konstantu čidla χ. Vhodná velikost časové konstanty čidla X je osm hodin. Topný rezistor 2 může být realizován běžným drátovým rezistorem jmenovitého výkonu několika W. Teplotní snímač X lze realizovat běžným termistorem. Stabilizovaný napájecí zdroj X může mít napětí 12 V, odběr proudu je pak menší než 0,1 A. Spínač 2 ®úže být proveden jako spínací tranzistor, který je spínán v době mimo interval nočního tarifu. Zdroj signálu nočního tarifu 6 je nejčastěji představován sazbovým spínačem. V některých případech je signál nočního tarifu přiváděn ovládacím vedením ze společného sazbového spínače, nebo jde o systém hromadného dálkového ovládání. V těchto případech je zdroj signálu nočního tarifu £ představován příslušným přijímacím relé. Prahový spínač J lze realizovat pomocí Schmittova klopného obvodu. Úroveň spínání je možno řídit například potenciometrem zapojeným na jeho vstupu. Výstup prahového spínače 2 je uzpůsoben pro spínání střídavého proudu sítě. K tomu se nejlépe hodí triak. Výkonový spínač 8 je tvořen stykačem, jehož kontakty zapínají akumulační kamna 2 k elektrorozvodné síti. Ovládací cívka stykače je zapojena jako zátěž výstupního triaku prahového spínače χ. V sérii s ovládací cívkou stykače je zapínací kontakt zdroje signálu nočního tarifu 6.In particular, the controller for charging the electric storage heaters with respect to the outdoor temperature according to the invention can be implemented with the following means: The outdoor temperature sensor X is formed by a thermally insulating casing and an inner mass. The thermal resistance of the enclosure together with the thermal capacity of the inner mass determine the time constant of the sensor χ. A suitable sensor time constant X value is eight hours. The heating resistor 2 can be realized by a conventional wire resistor of a nominal power of several W. The temperature sensor X can be realized by a conventional thermistor. The stabilized power supply X can have a voltage of 12 V, current consumption is less than 0.1 A. Switch 2 ® can be designed as a switching transistor, which is switched off outside the night tariff interval. The night tariff 6 signal source is most often represented by a rate switch. In some cases, the night tariff signal is supplied by the control line from a common rate switch, or is a mass remote control system. In these cases, the source of the night tariff signal 6 is represented by the respective receiving relay. The threshold switch J can be realized using the Schmitt flip-flop. The switching level can be controlled, for example, by a potentiometer connected to its input. The output of the threshold switch 2 is adapted to switch AC power. Triac is best suited for this purpose. The power switch 8 is formed by a contactor, the contacts of which switch on the storage heater 2 to the mains. The control coil of the contactor is connected as a load of the triac output of the threshold switch χ. The NO contact source of the night tariff signal is 6 in series with the contactor control coil.

Regulátor nabíjení elektrických akumulačních kamen podle vynálezu může sloužit i k regulaci nabíjení elektrických teplovodních akumulačních systémů vytápění. Je-li regulátor podle vynálezu doplněn jednoduchým elektronickým časovacím obvodem s možností nastavení zpoždění výkonového spínače 8 v rozmezí několika minut, pak takové zařízení kromě své základ ní funkce může zajištovat i postupné připojováni jednotlivých odběrných míst na začátku intervalu nočního tarifu. Tím mohou být ušetřeny jinak používaná časová spínače, jejichž cena bývá značná. Zařízení podle vynálezu je dále možno rozšířit o doplněk, umožňující respektovat zbytkové teplo jednotlivých akumulačních kamen. V tomto případě musí jednotlivá kamna obsahovat snímač vnitřní teploty. Zatímco regulátor podle vynálezu provádí posunutí počátku nabíjení, uvedený doplněk bude provádět omezování nabíjecího intervalu na jeho konci, což je pro dodavatele elektrické energie velmi výhodné.The charging controller of the electric storage heaters according to the invention can also serve to control the charging of electric hot water storage heating systems. If the controller according to the invention is supplemented with a simple electronic timing circuit with the possibility of setting the delay of the power switch 8 within a few minutes, then such a device, in addition to its basic function, can ensure the sequential connection of individual consumption points at the beginning of the night tariff interval. This can save time-consuming time switches, which tend to cost considerably. The device according to the invention can be further extended with a supplement enabling the residual heat of individual storage stoves to be respected. In this case, the individual stove must have an internal temperature sensor. While the controller of the invention performs a shift in the start of the charging, said supplement will perform a limitation of the charging interval at its end, which is very advantageous for the electricity supplier.

Claims

A controller for charging electric storage heaters with respect to outside temperature, characterized in that it consists of an outside temperature sensor (1) which is a thermally inertia member within which a heating resistor (2) and a temperature sensor (3) are located, the heating resistor

(2) It is connected to the power supply (4) via a switch (5) whose control input is connected to the night tariff signal source (6), while the temperature sensor (3) is connected to the input of the threshold switch (7) whose output is connected to a storage switch power switch (8) which is also connected to the night tariff signal source (6).