Wärmezähler.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einriehtung zur 31essung von Wärme- mengen, die durch ein zirkulierendes Wärme- transportmedium durch eine Heiz-oder Kühl- anlage befördert werden. Ein Wärmezähler von aussergewöhnlieh einfaeher und zuverlässiger Konstruktion ohne irgendwelche bewegte Teile wird durch diese Erfindung ermöglicht.
Der Wärmezähler basiert auf der bekannten Tatsache, dass die Wärmeübergangszahl für den Fall. eines flüssigen Mediums, das einen festen Korper bespült, mit der Geschwindig- keit des Mediums variiert.
Der Wärmezähler nach der Erfindung besitzt zwei Kanäle, wovon der eine einen Teil einer Hinleitung und der andere einen Teil einer Rüekleitung des Wärmetransportmediums ist, das durch die wärmeaufnehmende oder wärmeabgebende Anlage fliesst, ferner zwei wärmeleitende Korper, deren Endteile mit Milfe von wärmeisolierenden Paekungen in den Kanalwänden in die genannten Kanäle eingelassen sind und die jeder einen Wärmeaustausch zwischen dem Medium des einen Kanals und dem des andern Kanals ergeben.
Dieser Wärmezähler ist dadurch gekennzeich- net, dass diejenigen Teile des einen K¯rpers, die in die genannten Kanäle eingelassen sind, in Kappen aus wärmeleitendem Material ein gesehlossen sind, die mit einem ruhenden Medium gefüllt sind, und dass ein Thermoelement in jedem der genannten Korper so angeordnet ist, dass dessen Lötstellen in den eingelassenen Endteilen des Körpers liegen, so dass jedes der beiden Thermoelemente eine zur Temperaturdifferenz zwischen den Endteilen des Körpers proportionale Spannung abgibt, und dass diese Thermoelemente so in Serie geschaltet sind, dass sie sich entgegenwirken, wobei die resultierende Differenzspannung zu einer elektrischen Messeinrichtung geführt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungs- gegenstandes veranschaulicht schematisch die beiliegende Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausf hrungsform, und
Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt Kurven der Beziehung zwi schen der elektromotorischen Kraft, die von den Thermoelementen geliefert wird, und derjenigen Wärmemenge, die in der wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Anlage aufgenommen oder abgegeben worden ist bei zwei versehiedenen Bterten der Temperaturdifferenz zwischen dem Mediuni im Hinlei tungskanal und dem Medium im Rüekleitungskanal.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei KanÏle 1 und 2 im Schnitt gezeichnet, durch die das WÏrmetransportmedium flie¯t. Der eine Kanal ist ein Teil der Hinleitung und der andere ein Teil der Rüekleitung einer Anlage zur Warmeaufnahme oder Wärmeabgabe. Zwi schen den beiden Kanälen befinden sich zwei wärmeleitende Körper 3 und 4, die von den Kanalwänden mit Hilfe von Packungen 13, 14, 15 und 16 isoliert sind und die einen Wärmeaustausch zwischen dem Medium des einen Kanals und dem Medium des andern Kanals vermitteln.
Dieser'Wärmeaustausch ist natürlieh unerheblich, vergliehen mit dem in der Messeinrichtung zu messenden Wärme- umsatz in der Anlage zur Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme. Die wärmeleitenden Körper 3 und 4 sind hohl und enthalten jeder ein Thermoelement, das je aus einer Gruppe von Lotstellen 9 und 10 respektive 11 und 12 besteht. Die Lötstellen sind mit Bleiglätte oder irgendeinem andern elekhliseh isolierenden Material von guter Wärmeleitfähigkeit verklebt, wodurch eine Verbindung guter Wärmeleitfähigkeit zwischen den Lotstellen und den wärmeleitenden Korpern 3 und 4 entsteht.
Diejenigen Teile des wärmeleitenden Kör- pers 3, die in die KanÏle eingelassen sind, haben die Form von niedrigen Zylindern ; es bat sich erwiesen,dassdiese Form eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem zu messenden Wärmeumsatz und der elektromotorisehen Kraft des Thermoelementes der Messeinrichtung ergibt. Unter Berüeksiehti- gung dieser Tatsaehe sind die ebenen Oberflächen der Zylinder mit Korkscheiben 5 und 6 bedeckt. Diejenigen Teile des wärme- leitenden Körpers 4, die in die Kanäle eingelassen sind, sind beide in Kappen 7 respektive 3 von wärmeleitendem Material eingesehlossen.
Diese Kappen sind mit einem ruhenden Medium gefüllt.
Die beiden Thermoelemente 9-l. und 11-12 in Fig. 2 sind so geschaltet, dass sie sich entgegenwirken, und die resultierende Spannung ist zu einem Elektrolytzähler F ge- führt, unter Zwischenschaltung eines Regulierwiderstandes R, der so eingestellt ist, dass P > jeder Teilstrieh der Skala des Elektrolytzäh- lers einer bestimmten aufgenommenen oder abgegebenen Wärmemenge entspricht. Durch den Elektrolytzähler fliesst dann ein Strom, der zum Teil mit der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium des Hinleitungskanals und dem Medium des Rüekleitungskanals variiert, zum Teil mit der Gesehwindigkeit des Mediums in den Kanälen.
Die KanÏle sind g'leiph dimensioniert, und die gleiche Menge des Mediums durchflie¯t sie, weshalb die Ge schwindigkeit des Mediums in den beiden Kanälen immer dieselbe ist. Wenn bei be stimmter Temperaturdifferenz zwischen den Medien der beiden Kanäle die Geschwindigkeit des Mediums sehr stark anwäehst, erreicht die elektromotorische Kraft der Thermoelemente einen Grenzwert, dessen Grosse proportional zur genannten Temperaturdifferenz ist.
Die Kurven a und b in Fig. 3 zeigen die Beziehung zwischen dem durch das WÏrmetransportmedium vermittelten Wärmeumsatz q in der Anlage zur Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme und der elektromotorischen Kraft m, die von den Thermoelementen 9-10 im Kalorimeter naeh Fig. 1 oder 2 erhalten wird bei zwei verschiedenen Werten der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium des Hinleitungskanals und dem Medium des R ckleitungskanals. In Fig. 3 zeigen Tl und T2 diese Grenzen für die elektromotorische Kraft mu an, die bei sehr hoher Geschwindig- keit im Medium f r zwei Werte der Temperaturdifferenz erreicht werden.
Wie ersichtlich, verlaufen die Kurven parallel zueinander und sind im Bereich q = 0 bis q = ql im wesentlichen gerade Linien. Der Grund dafür, dass nicht die gleiche Kurve unabhängig von der Temperaturdifferenz erhalten wird, liegt teil- weise darin, dass die Wärmeleitzahl zwischen dem Medium und einem festen Körper mit dem absoluten AVert der Temperatur variiert, und teilweise darin, dass bei unbewegtem Medium kein Wärmeaustausch stattfindet, wobei jedoeh die elektromotorische Kraft des Thermoelementes proportional ist zur Temperaturdif ferenz zwischen dem Medium des Hinleitungskanals und dem Medium des Rüekleitungskanals. Um diese Variation der Messeinrichtung Li kompensieren, ist der wärmeleitende Körper 4 eingebaut.
Die Berührungsflächen zwischen Körper 4 und Medium sind in die erwähnten Kappen 7 und 8 eingeschlossen, weshalb sie sieh immer in einem ruhenden Medium befinden. Das Thermoelement 11-12 ist so abgeglichen, dass seine elektromotori sehe Kraft al respektive b1 in Fig. 3 die elektromotorische Kraft von Thermoelement 9-10 gerade aufhebt, wenn das Medium in den Kanälen sich nicht bewegt. Da sieh die Wärmeübergangszahl zwischen dem Medium und den beiden wärmeleitenden Körpern 3 und 4 um den gleichen Betrag für jede Tem- peraturänderung im Medium ändert, zeigt die Messeinriehtung immer q = 0 an, wenn sich das Medium nicht bewegt.
In Fig. 3 entsprechen die Kurven a und al den elektromotori schen Kräften des Thermoelementes 9-10 respektive 11-12 bei bestimmter Temperatur im Medium und die Kurven b und bol denselben elektromotorischen Kräften bei einer andern Temperatur. Die resultierende elektromotorische Kraft des Messgerätes folgt in beiden Fällen der Kurve c, die als im wesentlichen linear zwischen den Werten q = 0 und q = ql angenommen werden kann. Die Kurven Si und bl können hier als unabhängig von der Geschwindigkeit des Mediums angesehen werden.
Praktisch wird immer eine kleine Tem- peraturdifferenz zwischen dem fliessenden Medium und dem ruhenden Medium in den Kappen 7 und 8 auftreten. Damit die Messeinrichtung genau 0 zeigt, wenn das Medium in den Kanälen sich nieht bewegt, ist ein drittes Thermoelement 17-1. in Fig. 1 hinzugefügt worden. Die Lötstellen 17 und 18 sind in Kupferhülsen mit einer Bleiglättefüllung angeordnet, sind von den Kanalwänden mit Hilfe von Packungen 19-20 isoliert und vom Medium in den Kanälen umspült, so dass sie die Temperatur des Mediums annehmen. Die elektromotorische Kraft des Thermoelementes 17-18 wächst proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem Medium des Kanals 1 und dem Medium des Kanals 2.
Wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem fliessenden Medium und dem ruhenden Medium in den Kappen 7 und 8 infolge des Wärmetranspor- tes durch den Nebenschluss 4 zwischen dem Medium von Kanal 1 und dem Medium von Kanal 2 zunimmt, kann das Thermoelement 17-18 so abgeglichen werden, dass seine elek tromotorische Kraft zur Kompensation der Temperaturdifferenz zwischen dem fliessenden und dem ruhenden Medium verwendet werden kann. Die elektromotorische Kraft des Thermoelementes 17-18 wirkt der resultierenden elektromotorischen Kraft der Thermoelemente 9-10 und 11-12 entgegen und hebt die Ab- weichung auf, die infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem fliessenden Medium in den Kanälen und dem Medium in den Kappen 7-8 entsteht.