Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
PL
220171
(13) B1
(11)
(21) Numer zgłoszenia: 406771
(22) Data zgłoszenia: 05.12.2012
(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
05.12.2012, PCT/IB12/002633
(87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:
15.08.2013, WO13/117956
Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów
(54)
(30) Pierwszeństwo:
08.02.2012, SK, PUV26-2012
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
10.11.2014 BUP 23/14
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.2015 WUP 09/15
PL 220171 B1
(51) Int.Cl.
H05B 1/02 (2006.01)
G05D 23/00 (2006.01)
G05F 1/00 (2006.01)
(73) Uprawniony z patentu:
LAKO DANIEL, Puchov, SK
(72) Twórca(y) wynalazku:
DANIEL LAKO, Puchov, SK
(74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Marek Bury
2
PL 220 171 B1
Opis wynalazku
Przedmiotowe rozwiązanie techniczne dotyczy regulowanego ogrzewania wody z wykorzystaniem prądu stałego DC z paneli fotowoltaicznych z możliwością wykorzystywania elektryczności generowanej przez te panele fotowoltaiczne po podgrzaniu wody z wykorzystaniem zasilania prądem stałym DC (ang. direct current).
Stan techniki
Regulacja ogrzewania wody z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych wytwarzających zasilanie prądem stałym z bezpośrednim połączeniem z elementem grzewczym jest rozwiązane przez wzór
użytkowy nr 5788, zarejestrowany w Urzędzie Własności Przemysłowej Republiki Słowackiej pod tytułem „Equipment for regulated water heating using photovoltaic panels”, którego właścicielem jest ta
sama osoba, tj. Ing. Daniel Lako, Puchov, Republika Słowacka, jako zgłaszający aktualnego wzoru
użytkowego. Ten wzór użytkowy szczegółowo wyjaśnia regulację ogrzewania wody z wykorzystaniem
zasilania prądem stałym wytwarzanym przez panele fotowoltaiczne. Po ogrzaniu wody w kotle, źródło
zasilania zostaje bezpiecznie odłączone, zaś panele fotowoltaiczne przerywają wytwarzanie elektryczności; jednakże to rozwiązanie nie zapewnia maksymalnego wykorzystania możliwości wytwarzania zasilania przez panele fotowoltaiczne.
Cechy wynalazku
Nowy zakres możliwości wykorzystania zasilania prądem stałym wytwarzanym przez panele
fotowoltaiczne po podgrzaniu wody w kotle jest zapewniony przez nowe urządzenie przełączające
zasilanie DC. Rozwiązanie to opiera się na zastosowaniu dwóch styczników ST 1 i ST2 oraz ich
wzajemnego połączenia. Skrzynka zaciskowa zawiera: a) zacisk dodatni DC, połączony z we jściowymi stykami normalnie otwartymi stycznika ST1, przy stykach wyjściowych połączonych
z elementem grzewczym; b) zacisk ujemny DC, który jest także połączony z elementem grzewczym; c) zacisk uziemienia ochronnego, który jest połączony z termostatem; d) zacisk linii prądu
przemiennego AC (ang. alternating current), który jest połączony z normalnie zamkniętymi styk ami przełącznika termicznego, a następnie szeregowo z normalnie zamkniętymi stykami termostatu
i cewką stycznika ST1; e) zacisk neutralny AC, który łączy styki normalnie zamknięte bezpieczn ika termicznego szeregowo z cewką stycznika ST2; urządzenia sygnałowe są połączone z wyjściem bezpiecznika termicznego i wyjściem termostatu, jak też do elementu grzewczego. Linia
dodatnia DC z wejściowych styków normalnie otwartych stycznika ST 1 jest także połączona
z wejściowymi stykami normalnie otwartymi stycznika ST2, które prowadzą od styków wyjści owych stycznika ST2 do skrzynki zaciskowej. Linia AC łączy normalnie zamknięte styki stycznika
ST1, które są połączone przez wyjściowe styki normalnie zamknięte stycznika ST 1, ze stykami
cewki stycznika ST2. Skrzynka zaciskowa zawiera także styk neutralny AC, kt óry jest połączony
ze stykami wyjściowymi cewki stycznika ST2.
Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów stosowane przy regulowanym ogrzewaniu wody
za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych rozwiązuje problem bezpiecznego działania całego systemu i umożliwia bezpośrednie połączenie zasilania DC z paneli fotowoltaicznych do elementów grzewczych, jak również wykorzystanie zasilania DC wytwarzanego przez panele fotowoltaiczne
po ogrzaniu i wyłączeniu kotła.
Podstawą przedmiotowego rozwiązania technicznego jest połączenie mechaniczne zasilania
AC i DC dla ogrzewania wody za pomocą zasilania DC z jednoczesnym zapewnieniem elektrycznej
regulacji temperatury i bezpieczeństwa urządzeń ogrzewających wodę. Obwód DC przełącza się, co
zapewnia bezpieczeństwo sprzętu, przez przełączenie cewki stycznika ST2 dzięki wykorzystaniu normalnie zamkniętych styków stycznik ST1, co umożliwia odłączenie zasilania DC od kotła.
Obwody AC i DC są odseparowane galwanicznie i nie są w żaden sposób połączone elektrycznie. Połączenie tych obwodów jest zapewnione przez dwa styczniki, które są certyfikowane do przełączania zasilania DC.
Opis figur rysunku
Przedmiotowe rozwiązanie techniczne jest zilustrowane w postaci wizualnej; w tym przypadku
Fig. 1 przedstawia schemat elektryczny urządzenia przełączającego zasilanie dla kotłów, stosowanego przy regulowanym ogrzewaniu wody za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych.
PL 220 171 B1
3
Korzystne przykłady wykonania wynalazku
Panele fotowoltaiczne, na przykład z mocą wyjściową 250W na panel, są połączone szeregowo
i tworzą źródło zasilania DC. Jeżeli wykorzystanych jest 8 paneli, moc zainstalowanego źródła zasilania wynosi nominalnie 2kW. Do połączenia paneli fotowoltaicznych z kotłem, poprzez zaciski X4 i X5,
może być wykorzystane okablowanie przeznaczone dla prądu stałego DC. Dodatni zacisk DC L+ jest
połączony z elementem grzewczym R poprzez styki 1 i 6 stycznika ST1. Ujemny styk DC L- jest połączony z zacisku X5 do elementu grzewczego R. Parametry elementu grzewczego R muszą być dopasowane do maksymalnej zainstalowanej mocy wyjściowej paneli fotowoltaicznych.
Zasilanie AC jest łączone z kotłem poprzez zaciski X1, X2 i X3, przy linii AC L połączonej ze
stykiem Y1 bezpiecznika termicznego TP i dalej z termostatem T oraz ze stykiem A1 cewki stycznika
ST1. Przewód neutralny AC jest połączony ze stykiem A2 cewki stycznika ST1 poprzez styk Y2 bezpiecznika termicznego TP.
Jeżeli zasilanie AC jest podłączone, styki stycznika ST1 zwierają się i zasilanie DC jest używane do grzania elementu grzewczego R.
Gdy woda osiąga temperaturę nastawioną na termostacie T, jego styki rozwierają się i odłączają zasilanie AC od cewki stycznika ST1, co następnie rozwiera styki stycznika ST1 i odłącza zasilanie
DC od elementu grzewczego R. Natomiast, w tym samym czasie zwiera się styk pomocniczy stycznika ST1, do którego podłączona jest linia AC od zacisku X2 przez zacisk 7; zacisk wyjściowy styku
pomocniczego 8 stycznika ST1 jest połączony z zaciskiem cewki A1 stycznika ST2. Przewód neutralny AC z zacisku X3 jest połączony z zaciskiem A2 stycznika ST2.
Linia dodatnia DC L+ jest połączona z zacisku 1 stycznika ST1 do zacisku 1 stycznika ST2. Linia dodatnia DC L+ jest połączona z zaciskiem X7 przez zaciski 1 i 6 stycznika ST2. Linia ujemna DC
L- jest połączona z zaciskami X5 i X6. Połączenie linii dodatniej DC L+ z zaciskiem X7 umożliwia podłączenie do zacisków X6 i X7 dodatkowych urządzeń zasilanych prądem stałym po osiągnięciu przez
kocioł temperatury.
Bezpiecznik termiczny TP jest umieszczony przed termostatem T dla ochrony przed awarią
termostatu T; jeżeli osiągnięta zostaje z góry ustalona temperatura, bezpiecznik termiczny odłącza
zasilanie AC od cewki A1 stycznika ST1. Konfiguracja ta zapewnia bezpieczną regulację cyklu grzania
wody, gdy element grzewczy R jest podłączony do zasilania DC. Urządzenie sygnalizacyjne S1 zapewnia aktywność sygnału w obwodzie AC, zaś urządzenie sygnalizacyjne S2 zapewnia aktywność
sygnału w obwodzie DC. Urządzenia sygnalizacyjne S1 i S2 są prostymi lampami kontrolnymi.
Zastosowanie przemysłowe
Oprócz bezpieczeństwa bezpośredniego ogrzewania wody za pomocą zasilania DC z paneli fotowoltaicznych, urządzenie to także umożliwia pełne wykorzystanie ekologicznie wytwarzanej elektryczności z paneli fotowoltaicznych w przypadku, gdy podłączone są zewnętrzne urządzenia zdolne
do bezpiecznego przetwarzania i stabilizacji zasilania DC. Kocioł wyposażony w urządzenie przełączające zasilanie do obsługi elektryczności wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne może także być
połączone z dodatkowym kotłem o identycznych specyfikacjach, grzejnika na prąd stały lub przetwornicy DC/AC dla dostarczania zasilania AC do obwodów elektrycznych gospodarstwa domowego
i pokrycia części lub całości elektryczności w gospodarstwie domowym, zależnie od chwilowego zapotrzebowania.
Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów stosowane przy regulowanym ogrzewaniu wody
za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych pomaga wytwarzać ekologiczną ciepłą wodę
w wydajny sposób z pełnym wykorzystaniem elektryczności wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne.
Zastrzeżenie patentowe
Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów stosowane przy regulowanym ogrzewaniu wody
za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych składających się ze skrzynki zaciskowej z
dodatnim DC zaciskiem (X4), połączonym z zaciskiem wejściowym (1) normalnie otwartych styków stycznika i z elementem grzewczym (R) poprzez szósty zacisk wyjściowy (6) normalnie otwartych
styków stycznika, przy czym
pierwszy zacisk ujemny DC (X5) skrzynki zaciskowej jest połączony z elementem grzewczym (R),
zacisk (X1) uziemienia ochronnego AC w skrzynce zaciskowej (X) jest połączony z term ostatem (T),
4
PL 220 171 B1
zacisk (X2) linii AC jest połączony z bezpiecznikiem termicznym (TP) i z termostatem (T) poprzez normalnie zamknięte styki (Y1) bezpiecznika termicznego (TP) oraz z zaciskiem cewki (A1)
stycznika poprzez normalnie zamknięte styki termostatu (T),
zacisk (X3) neutralny AC skrzynki zaciskowej (X) jest połączony z bezpiecznikiem termicznym
(TP), i z drugim zaciskiem (A2) cewki stycznika (ST), poprzez drugie normalnie zamknięte styki (Y2)
bezpiecznika termicznego (TP), natomiast
pierwsze urządzenie sygnalizacyjne (S1) jest włączone między zacisk wyjściowy (Y2) bezpiecznika termicznego (TP), a wyjście termostatu (T), oraz
drugie urządzenie sygnalizacyjne (S2) jest włączone pomiędzy zacisk wyjściowy a zacisk wejściowy elementu grzewczego (R), znamienne tym, że
zacisk (X2) linii AC jest połączony z siódmym zaciskiem wejściowym (7) pierwszego stycznika
(ST1) i, z pierwszym zaciskiem cewki (A1) drugiego stycznika (ST2), poprzez ósmy zacisk wyjściowy (8)
pierwszego stycznika (ST1),
zacisk (X3) neutralny AC jest połączony z drugim zaciskiem cewki (A2) drugiego stycznika (ST2),
zacisk (X4) linii dodatniej DC jest połączony z pierwszym wejściowym zaciskiem (1) pierwszego
stycznika (ST1) oraz z pierwszym wejściowym zaciskiem (1) drugiego stycznika (ST2) oraz z drugim
dodatnim zaciskiem (X7) poprzez szósty zacisk wyjściowy (6) drugiego stycznika (ST2), oraz
pierwszy zacisk (X5) ujemny DC jest połączony z drugim zaciskiem (X6) ujemnym DC.
Rysunek
Departament Wydawnictw UPRP
Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)