AT159095B - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmemengenmessung. - Google Patents

Description

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  Verfahren und Vorrichtung zur   W rmemengenmessung.   



   Aus der französischen Patentschrift Nr. 790501 bzw. der britischen   Patentschrift Nr.   438699 geht ein Verfahren zur Wärmemengenmessung hervor, wonach unter Ausnutzung eines Temperatur- gefälles ein Stofftransport durch Diffusion innerhalb eines geschlossenen Gefässes   durchgeführt   wird, wobei dem Stofftransport temperaturabhängige Diffusionswiderstände entgegengestellt werden. Hiebei werden als zu transportierende Stoffe Gase oder Flüssigkeiten verwendet, die vorzugsweise durch ein flüssiges Sperrmittel, das als Diffusionswiderstand wirkt, befördert werden. 



   Es hat sich jedoch gezeigt, dass infolge der starken, weitgehend unbekannten Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur die Messung noch mit Fehlern behaftet ist. Es ergibt sich dadurch gewöhnlich bei der Benutzung einer einheitlichen Flüssigkeit als Diffusionswiderstand noch eine gewisse Temperaturanhängigkeit, und es wird die Auswahl der Stoffe, die in dieser Hinsicht geringe Fehler ergeben, ausserordentlich schwer bzw. die Anzahl derselben sehr eingeschränkt. 



   Erfindungsgemäss wird der erwähnte Fehler dadurch beseitigt, dass man als Diffusionswiderstand eine Flüssigkeit benutzt, die entweder durch eine Mischung zweier Flüssigkeiten oder die Lösung eines festen Stoffes in einer   Flüssigkeit   dargestellt sein kann. Dabei hat man es in der Hand, durch die Art und die Menge der verwendeten Stoffe die Temperaturabhängigkeit des Messvorganges völlig zum Verschwinden zu bringen. Mit andern Worten, es wird durch die Erfindung erreicht, dass die Beziehung zwischen der Belastung, d. h. also den von der Heizung abgegebenen Kal/h   m2,   und der Anzeige des Zählers in allen praktisch vorkommenden Bereichen zu einer linearen Funktion gemacht werden kann. 



   Als besonders geeignet haben sich zur Anzeige Gase ergeben, die durch Flüssigkeiten hindurchdiffundieren. Verwendet man z. B. als diffundierenden Stoff Äthan und als Sperrflüssigkeit Wasser, so zeigt sich, dass die Diffusionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt. Durch einen geringen Zusatz von Äthylalkohol zum Wasser lässt   sieh   diese Zunahme dämpfen und durch einen   grösseren   Zusatz in das Gegenteil umkehren. Bei richtigem Mischungsverhältnis von Wasser und Äthylalkohol ist demnach der Diffusionswiderstand unabhängig von der Temperatur. Die gleiche Wirkung lässt sich durch die Lösung von Kaliumhalogeniden, insbesondere durch Kaliumjodid, in Wasser erzielen. 



  An sich ist es auch gemäss der weiteren Erfindung möglich, die gewünschte Belastungsunabhängigkeit des Zählers, die sich in einer beispielsweise gradlinigen Eichkurve ausdrückt, dadurch zu erreichen, dass man als diffundierenden Stoff ein Gemisch entweder zweier Flüssigkeiten oder zweier Gase verwendet. Man muss in diesem Falle nur beachten, dass eine Entmischung dieses Gemisches infolge der verschiedenen Löslichkeiten in dem Sperrmittel eintritt, wodurch die Skalenteilung ungleichmässig, d. h. der Abstand der   Teilstriche   untereinander verschieden gross wird. 



   Die Benutzung von Wasser oder   Alkoholwassergemisehen   als Sperrflüssigkeit bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich. Die Gase haben im allgemeinen bei höheren Temperaturen eine wesentlich geringere Löslichkeit als bei tiefen, so dass man gewöhnlich eine Diffusionsgeschwindigkeit erhält, die mit steigender Temperatur abnimmt.

   Verwendet man nun Flüssigkeiten, die einen Dampfdruck über etwa 2 mm Hg aufweisen, so bewirkt dieser in dem Schenkel niedriger Temperatur eine Kompression des zur Diffusion dienenden Gases gegenüber dem andern Schenkel, denn der Gesamtdruck in beiden   Schenkeln ist bis auf den Unterschied der Flüssigkeitssäule gleich, der Dampfdruck des Lösungsmittels jedoch bei verschiedener Temperatur an den Stellen 2 und 7 der Fig. 1 der Zeichnung verschieden.   

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 Aus diesem Grunde müssen sich aber auch die Partialdrücke des Gases in beiden Schenkeln unterscheiden, wobei der Partialdruck im kälteren Schenkel höher ist als im wärmeren, u. zw. um die Differenz des Dampfdruckes der Flüssigkeit in den verschieden warmen Schenkeln.

   Dadurch wird eine zusätzliche Diffusion bewirkt, die entsprechend den Änderungen des Dampfdruckes des Lösungsmittels mit steigender Temperatur ansteigt. Der Einfluss der Löslichkeit zusammen mit dem Einfluss des Dampfdruckes auf die Diffusionsgeschwindigkeit kann auf diese Weise eine Diffusionsgeschwindigkeit ergeben, die weit unabhängiger von der Temperatur ist als bei Benutzung einer Flüssigkeit ohne Dampfdruck. 



  Insbesondere ergibt sich so für das System Äthan in Wasser mit Beimischungen von Äthylalkohol eine völlige Unabhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur. 



   Das weitere Verfahren soll zusammen mit der beispielsweise verwendbaren Vorrichtung an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Ein   U-förmig   ausgebildetes Gefäss, Fig. 1 und 2, hat einen Schenkel 1 von geringem Querschnitt (das Messrohr), der auf niedriger Temperatur gehalten wird und dessen Meniskusstellung 2 die verbrauchte Wärmemenge anzeigt. Der Raum. 3 über der Sperrflüssigkeit ist mit Äthan gefüllt, das sich entsprechend seinem Teildruck in der Flüssigkeit löst und in den andern   Schenkel hineindiffundiert, sobald dessen Temperatur höher ist.

   In dem Raum 4, der durch den unmittelbar am Heizkörper befestigten Teil 5 des Zählers auf höherer Temperatur gehalten wird, scheidet   sich das Gas wieder aus, da die Löslichkeit des Gases bei höherer Temperatur geringer ist als bei niedriger, sonst also Übersättigung auftreten würde, und gelangt in das Ausgleichsgefäss 6. Um nun auch auf jeden Fall eine Ausscheidung des Gases aus dem Raum   4   herbeizuführen, so dass auch eine geringe   Übersättigung   vermieden wird-denn bekanntlich kann eine Übersättigung leicht auftreten, wenn keine   "Ausscheidungskeime"vorhanden sind-ist   im oberen Teil dieses Raumes eine kleine Gaskammer 7 vorgesehen, z. B. in der Weise, dass das Verbindungsrohr 8 zum   Ausgleiehsgefäss   6 etwas in den Raum 4 hineinragt.

   Dadurch entsteht eine Art Überlauf, der ständig mit Gas gefüllt ist, das die erforderlichen   "AMscheidungskeime"liefert.   Es ist dafür zu sorgen, dass der Rauminhalt der Gaskammer 7 klein ist, damit die durch die Flüssigkeitsdampfspannung bei Temperaturänderungen auftretende Änderung des Rauminhalts des in 6 enthaltenen Gases möglichst gering bleibt. Aus diesem Grunde, nämlich um den Flüssigkeitsstand im Rohr   1   weitgehend unabhängig von der jeweils herrschenden Temperatur zu machen, ist der Gesamtflüssigkeitsraum möglichst klein gehalten, ebenso auch das Volumen des Schenkels 1, dessen Meniskusstellung als Zähleranzeige dient.

   Umgekehrt ist dafür der Inhalt des   Ausgleichsgefässes   6 im Verhältnis dazu gross gehalten, beispielsweise etwas grösser als der Rauminhalt der vorhandenen Flüssigkeit, damit diese, wenn sie sich ausdehnt, im wesentlichen in den Raum 6 eintritt und das Gasvolumen im Rohr 1 möglichst wenig beeinflusst. Das   Ausgleiehsgefäss   6 und das Messrohr 1 sind in einer gemeinsamen Metallhülse 9 untergebracht, damit sieh beide möglichst genau auf gleicher Temperatur befinden. Eine   Rückdiffusion   des in 6 vorhandenen Gases in den heisseren Teil 4 wird jedoch dadurch vermieden, dass das Verbindungsrohr 8 einen so geringen Querschnitt aufweist, dass es einen vergleichsweise grossen Diffusionswiderstand bietet. 



   Der feststehende Teil 10 des Zählergehäuses trägt um die Achse 11 drehbar den vorderen Teil 9, der als gemeinsame Hülle für das Messrohr ausgebildet ist. Die Verbindung des Gehäuses mit dem Heizkörper stellt der Teil 5 her, der unmittelbar an dem Heizkörper anliegt. Zwischen dem Teil   5   und dem Gehäuse 10 sind Wärmeisolatoren   H   vorgesehen, wodurch der Wärmekontakt, der zwischen diesen beiden Teilen durch Schrauben   1. 3   hergestellt wird, durch deren   Einsehraubtiefe   veränderbar ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Zähler genau auf die Empfindlichkeit des Messrohres einstellbar ist, was von Fall zu Fall vorgenommen werden muss, wenn die Messrohre bei der Herstellung in ihrer   Zählempfindlichkeit   nicht ganz gleichmässig anfallen. 



   Durch diese Anordnung des Messrohrgehäuses wird im Gegensatz zu den bisherigen Zählern eine   Wärmedurchflussmessung   und damit die Anzeige des tatsächlichen Verbrauches erreicht. Es wird hier nämlich   lediglieh   der Temperaturunterschied der Zählerteile untereinander zur Messung herangezogen, so dass das   Messergebnis   unabhängig von der Güte des Wärmeüberganges ist. Weiterhin soll hier der erwähnte Temperaturunterschied möglichst klein sein. Das Zählergehäuse mit dem kälteren Teil des   Messrohres   nimmt hier tatsächlich eine nur wenig tiefere Temperatur als die   Heizkörperfläche   an, während 
 EMI2.1 
 wärmere Teil des Messrohres selbst die Temperatur des Heizkörpers erreicht.

   Um Wärmeverluste des letzteren Teiles zu vermeiden, wird er von dem feststehenden, etwas kälteren   Teil 10 möglichst   vollständig überlappt, u. zw. durch eine Isolations-oder Luftschicht von ihm getrennt. Der vordere kippbare Teil ist so ausgebildet, dass er mit möglichst grossen Flächen 17 (Fig. 2) an dem festen Teil 10 anliegt. Um zwischen diesen Flächen einen guten Wärmekontakt herzustellen, ist der kippbare Teil keilförmig und aus gut wärmeleitendem Stoff ausgebildet und wird beim Schliessen des Zählers fest an die ebenfalls gut wärmeleitende Gehäusewandung angepresst.

   Die im vorderen Teil des Zählers befindliche Glasscheibe 14 würde, da sie sich in unmittelbarer Nähe des Ableserohres befindet, als schlechter Wärmeleiter zu Fehlmessungen Anlass geben, da sie die Ausbildung einer im ganzen Raum   1   gleichmässigen Temperatur des Gases eher hindert als fördert und ausserdem einen zu vermeidenden Temperaturunterschied zwischen   dem Gas im Raum 6 in dem Rohr 1 bedingen würde. Aus diesem Grunde ist das Ableserohr von einer Metallhülle 15 derart umgeben, dass vorn nur ein kleiner Schlitz zur Erkennung des Meniskus offen   

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 bleibt. Die Metallhülse kann zweckmässig als Träger für die Teilung dienen. Sie wird mit dem kippbaren Teil 9 an ihrem oberen Ende durch Verschrauben oder Einpressen in guten Wärmekontakt gebracht. 



   Im einzelnen ist die Aufgabe der vorher beschriebenen Konstruktionsteile, dafür zu sorgen, dass innerhalb des die Wärme nach aussen abgebenden Gehäuses das Zählrohr überall die gleiche Temperatur aufweist, mit Ausnahme der vor Wärmeabgabe weitgehend geschützten   Flüssigkeitsoberfläche   an der dem Heizkörper zugekehrten Überlaufstelle im Baume 4. 



   Die Wiedereinstellung des Nullpunktes nach erfolgter Zählung wird durch Anheben des vorderen Gehäuseteiles um die Achse 11 in die Waagrechte erreicht, wobei die Sperrflüssigkeit, der Schwere folgend, aus dem Messrohr 1 in den Ausgleichsbehälter 6 fliesst. 



   Um die Neufüllung des Messrohres mit Gas zu erleichtern, sind die beiden Schenkel des Rohres nicht völlig parallel angeordnet, sondern es schneiden sich ihre Achsen unter einem sehr spitzen Winkel unterhalb des Gerätes. Das Messrohr hat demnach im gekippten Zustand noch eine Neigung zum Verbindungsrohr, wenn der andere Schenkel waagrecht liegt, wodurch das Abfliessen der Flüssigkeit besser gelingt. Da das Verbindungsrohr 8 nur einen geringen Querschnitt aufweist, würde es infolge der Oberflächenspannung schwierig sein, die Flüssigkeit aus 6 abfliessen bzw. in 6 einfliessen zu lassen. Es ist daher in diesem Verbindungsrohr 8 ein Glasfaden 16 vorgesehen, der in bekannter Weise einen ungleichförmigen Querschnitt des Rohres herstellt.

   Dadurch wird die bei kreisförmigem Rohrquerschnitt herrschende Symmetrie der an der   Flüssigkeitsoberfläche   wirkenden Kräfte aufgehoben, so dass das Fliessen leichter vonstatten geht. Ferner ist der Verbindungsteil der beiden Schenkel des Messrohres winklig zu der Richtung des Schenkels angeordnet, u. zw. derart, dass er mit dem Ableserohr einen spitzen Winkel bildet. Dadurch wird im angehobenen Zustand eine Art Überlauf erzielt, und es stellt sich immer der gleiche Nullpunkt im Knick des Rohres ein. Der im andern Schenkel nach oben steigende Gasüberschuss füllt den Überlauf 7 und steigt weiter in das Ausgleichsgefäss 6, womit der Zähler wieder betriebsfähig wird. 



   PATENT-ANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Wärmemengenzählung, bei dem unter Ausnutzung eines Temperaturgefälles ein Stofftransport durch Diffusion innerhalb eines geschlossenen Gefässes stattfindet, wobei eine mindestens annähernd proportionale Beziehung zwischen der den Stofftransport verursachenden Wärmemenge und der beförderten Stoffmenge geschaffen wird, indem dem Stofftransport ein temperaturabhängiger Diffusionswiderstand in Form einer Flüssigkeit entgegengestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das als Diffusionswiderstand dienende flüssige Sperrmittel die Lösung eines oder mehrerer fester Stoffe in einer Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch verwendet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als diffundierender Stoff ein Flüssigkeits-oder ein Gasgemisch verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Gases als diffundierender Stoff, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrmittel eine Flüssigkeit mit einem Dampfdruck über etwa 2 mm Hg verwendet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3 unter Verwendung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffes, z. B.

   Äthan, als diffundierender Stoff, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrmittel ein Gemisch von Wasser mit Alkohol verwendet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Gas zur Verfügung stehende Raum mindestens halb so gross, vorteilhaft grösser als der von der Lösung eingenommene Raum gewählt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Hauptteile des freien Gases in sich selbst und untereinander unabhängig vom Stand der Sperrflüssigkeit auf derselben Temperatur gehalten werden.

   7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein U-förmiges Gefäss, dessen einer Schenkel als Messrohr (1) ausgebildet ist, aus dem das Gas durch Diffusion entweicht, und dessen zweiter Schenkel im wesentlichen aus einem Abseheidungsgefäss (4) und einem Ausgleichsgefäss (6) besteht, in dem sich das abgeschiedene Gas ansammelt, von einem gemeinsamen wärmeleitenden Gehäuse umgeben ist, welches aus zwei Teilen besteht, deren einer (5) das Abscheidungsgefäss (4) umgibt und über einem geringen Wärmeleitwiderstand mit dem Heiz- EMI3.1 umgibt, einerseits unmittelbar vom Heizkörper durch einen hohen Wärmeleitwiderstand (12) getrennt ist,

   anderseits hingegen den Teil (5) teilweise umsehliesst, so dass sieh ein Wärmefluss vom Heizkörper über den Gehäuseteil (5) zu Gehäuseteil (9, 10) einstellt.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Anzeige dienende Messrohr (1) mit einem geschlitzten, gut wärmeleitend mit dem Gehäuse verbundenen Metallrohr (15) umgeben ist, das zweckmässig gleichzeitig als Träger für die Skala dient.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Ausgleichsgefässes (6) grösser als das des Messrohres (1) ist. <Desc/Clms Page number 4>

   10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konvektionsaustausch der Wärme zwischen dem wärmeren Inhalt des Abscheidungsgefässes (4) und dem Inhalt des Messrohres (1) vermieden ist, indem das den Raum (4) mit dem Rohr (1) verbindende Rohr vom Raum (4) aus abwärts geführt ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem auf höherer Temperatur gehaltenen Abscheidungsgefäss (4) eine Gasfalle (7) vorgesehen ist.

   12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die im Raum der Gasfalle (7) sich ansammelnde Gasmenge durch die Anordnung eines Überlaufes auf einen Höchstwert von weniger als etwa ein Zehntel der gesamten Gasmenge beschränkt bleibt.

   13. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abseheidungsgefäss (4) mit dem Ausgleichsgefäss (6) durch ein Rohr (8) verbunden ist, welches zur Erleichterung des Durchflusses der Sperrflüssigkeit beim Füllen des Gerätes einen von der Kreisform verschiedenen Querschnitt, z. B. durch Anbringung eines Glasfadens (16), aufweist.

   14. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit kippbarem Gefäss, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsteil der beiden Schenkel des U-förmigen Gefässes vorgesehen ist, der einen kleineren als rechten Winkel mit der Richtung des zur Anzeige dienenden Schenkels (1) - des Messrohres-einschliesst, derart, dass beim Kippen des Rohres jeweils die gleiche Einstellung des Nullpunktes gewährleistet ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14 mit kippbarem Messrohr, dadurch gekennzeichnet, dass der kippbare Teil (9) des Gehäuses vorzugsweise mittels anpressbarer, metallischer Flächen (17) mit dem feststehenden Gehäuseteil (10) wärmeleitend verbunden ist.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden auf verschiedenen Temperaturen gehaltenen Teile des Zählers (5, 10) im wesentlichen wärmeisoliert (12) aneinander befestigt sind und lediglich eine den zwischen diesen beiden Teilen herrschenden Temperaturunterschied beeinflussende, einstellbare, wärmeleitende Verbindung, z. B. durch Schrauben (13), vorgesehen ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der kältere Teil (10) des Zählers mindestens teilweise den wärmeren Teil (5) umgreift.