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.
Heat meter.
The present invention relates to a device for measuring amounts of heat which are conveyed through a heating or cooling system by a circulating heat transport medium. A heat meter of exceptionally simple and reliable construction without any moving parts is made possible by this invention.
The heat meter is based on the known fact that the heat transfer coefficient for the case. of a liquid medium that washes a solid body varies with the speed of the medium.
The heat meter according to the invention has two channels, one of which is part of a feed line and the other is part of a return line of the heat transport medium that flows through the heat-absorbing or heat-emitting system, furthermore two heat-conducting bodies, the end parts of which with the aid of heat-insulating packings in the Channel walls are embedded in said channels and each result in a heat exchange between the medium of one channel and that of the other channel.
This heat meter is characterized in that those parts of the one body that are let into the named channels are enclosed in caps made of thermally conductive material, which are filled with a stationary medium, and that a thermocouple in each of the named Body is arranged so that its soldering points are in the recessed end parts of the body, so that each of the two thermocouples emits a voltage proportional to the temperature difference between the end parts of the body, and that these thermocouples are connected in series so that they counteract each other, with the resulting differential voltage is fed to an electrical measuring device.
Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated schematically in the accompanying drawing.
1 shows a first embodiment, and
Fig. 2 shows the second embodiment.
Fig. 3 shows curves of the relationship between the electromotive force that is supplied by the thermocouples, and the amount of heat that has been absorbed or given off in the heat-absorbing or heat-emitting system at two different temperatures of the temperature difference between the Mediuni in the Hinlei processing channel and the Medium in the return duct.
In Figs. 1 and 2, two channels 1 and 2 are drawn in section through which the heat transport medium flows. One channel is part of the feed line and the other part of the return line of a system for heat absorption or heat emission. Between tween the two channels there are two thermally conductive bodies 3 and 4, which are isolated from the channel walls with the aid of packings 13, 14, 15 and 16 and which convey a heat exchange between the medium of one channel and the medium of the other channel.
This heat exchange is of course insignificant, compared with the heat conversion to be measured in the measuring device in the system for heat emission or heat absorption. The heat-conducting bodies 3 and 4 are hollow and each contain a thermocouple which each consists of a group of soldering points 9 and 10, respectively 11 and 12. The soldering points are glued with black lead or some other electrically insulating material of good thermal conductivity, whereby a connection of good thermal conductivity between the soldering points and the heat-conducting bodies 3 and 4 is created.
Those parts of the heat-conducting body 3 which are let into the channels have the shape of low cylinders; it has been shown that this shape gives an essentially linear relationship between the heat conversion to be measured and the electromotive force of the thermocouple of the measuring device. Taking these facts into account, the flat surfaces of the cylinders are covered with cork washers 5 and 6. Those parts of the thermally conductive body 4 which are let into the channels are both enclosed in caps 7 and 3, respectively, of thermally conductive material.
These caps are filled with a dormant medium.
The two thermocouples 9-l. and 11-12 in FIG. 2 are connected in such a way that they counteract one another, and the resulting voltage is fed to an electrolyte meter F, with the interposition of a regulating resistor R which is set so that P> each graduation of the electrolyte meter scale - Lers corresponds to a certain amount of heat absorbed or emitted. A current then flows through the electrolyte meter, which varies partly with the temperature difference between the medium of the supply channel and the medium of the return channel, and partly with the speed of the medium in the channels.
The channels are dimensioned equally, and the same amount of medium flows through them, which is why the speed of the medium in the two channels is always the same. If the speed of the medium increases very strongly at a certain temperature difference between the media of the two channels, the electromotive force of the thermocouples reaches a limit value, the size of which is proportional to the temperature difference mentioned.
Curves a and b in Fig. 3 show the relationship between the heat conversion q mediated by the heat transport medium in the system for heat emission or heat absorption and the electromotive force m obtained by the thermocouples 9-10 in the calorimeter near Fig. 1 or 2 at two different values of the temperature difference between the medium of the supply duct and the medium of the return duct. In FIG. 3, T1 and T2 indicate these limits for the electromotive force mu, which are reached at a very high speed in the medium for two values of the temperature difference.
As can be seen, the curves run parallel to one another and are essentially straight lines in the range q = 0 to q = ql. The reason why the same curve is not obtained regardless of the temperature difference is partly because the coefficient of thermal conductivity between the medium and a solid varies with the absolute value of the temperature, and partly because there is no heat exchange when the medium is stationary takes place, but the electromotive force of the thermocouple is proportional to the temperature difference between the medium of the supply channel and the medium of the return channel. In order to compensate for this variation of the measuring device Li, the heat-conducting body 4 is installed.
The contact surfaces between body 4 and medium are enclosed in the mentioned caps 7 and 8, which is why they are always located in a stationary medium. The thermocouple 11-12 is calibrated so that its elektromotori see force al or b1 in Fig. 3 just cancels the electromotive force of thermocouple 9-10 when the medium is not moving in the channels. Since the heat transfer coefficient between the medium and the two heat-conducting bodies 3 and 4 changes by the same amount for every temperature change in the medium, the measuring device always shows q = 0 when the medium is not moving.
In Fig. 3 the curves a and al correspond to the electromotive forces of the thermocouple 9-10 and 11-12 at a certain temperature in the medium and the curves b and bol the same electromotive forces at a different temperature. The resulting electromotive force of the measuring device follows curve c in both cases, which can be assumed to be essentially linear between the values q = 0 and q = ql. The curves Si and bl can be viewed here as being independent of the speed of the medium.
In practice, there will always be a small temperature difference between the flowing medium and the stationary medium in the caps 7 and 8. So that the measuring device shows exactly 0 when the medium does not move in the channels, there is a third thermocouple 17-1. has been added in FIG. The soldering points 17 and 18 are arranged in copper sleeves with a black lead filling, are isolated from the channel walls with the aid of packings 19-20 and the medium in the channels flows around them so that they take on the temperature of the medium. The electromotive force of the thermocouple 17-18 increases proportionally to the temperature difference between the medium of channel 1 and the medium of channel 2.
If the temperature difference between the flowing medium and the stationary medium in the caps 7 and 8 increases as a result of the heat transport through the shunt 4 between the medium of channel 1 and the medium of channel 2, the thermocouple 17-18 can be adjusted so that that its electromotive force can be used to compensate for the temperature difference between the flowing and the stationary medium. The electromotive force of the thermocouple 17-18 counteracts the resulting electromotive force of the thermocouples 9-10 and 11-12 and cancels the deviation that occurs due to the temperature difference between the flowing medium in the channels and the medium in the caps 7- 8 is created.