Wärmemengenzählvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmemengenzählvorrichtung mit einem durch die Strömung des Wärmeträgers angetriebenen Antriebsorgan und einer damit verbundenen Kupplung, deren Abtrieb mit integrierenden Anzeigemitteln gekoppelt ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der entnommenen Wärme bei Zentralheizungen.
Zur Messung der Wärmeentnahme aus einem Heizungssystem kommen zwei Methoden in Frage: Einmal kann man den Gesamtverbrauch einer Anlage nach der kalorischen Grundgleichung bestimmen, indem man die jeweils fliessende Menge des Wärmeträgers (Warm-, Heisswasser usw.) mit dem Temperaturabfall multipliziert und das Produkt fortlaufend summiert. Auch kann man statt dessen die zugeführten bzw. abgeführten Wärmemengen getrennt messen und die Differenz bilden, also zuströ made Wärmemenge Q1 c M T1 und zurückströmende Wärmemenge Q2 = c M T2, so dass sich die verbrauchte Wärmemenge zu Q = Q1 - Q2 ergibt.
Dabei bedeuten: Q = Wärmemenge (kcal/h)
M = Menge des Wärmeträgers (kg/h) c = spezifische Wärme des Wärmeträgers (kali" C/kg)
T1 = Temperatur des zuströmenden Wärme trägers (" C) Temperatur des zurückströmenden
Wärmeträgers (o C)
Die Voraussetzung hierfür ist aber eine Rohrverlegung derart, dass alle Heizkörper der Anlage von einem einzigen gemeinsamen Zur und Rücklauf aus versorgt werden. Dies trifft z. B. bei Stockwerksheizungen oder ganzen Gebäuden oder Gebäudekomplexen zu.
In vielen Fällen jedoch, insbesondere bei Schwerkraftheizungen, erfolgt die Versorgung der einzelnen Heizkörper eines Mieters mittels mehrerer vertikal hochgeführter Stränge, aus denen jeweils die Heizkörper verschiedener, übereinander wohnender Mieter gespeist werden. In diesem Falle muss daher die Wärme abgabe jedes einzelnen Heizkörpers für sich gemessen werden. Der Einsatz eines nach der obengenannten kalorischen Grundgleichung arbeitenden Gerätes scheitert an der notwendigerweise erheblichen Baugrösse und an dem mit dem höheren Aufwand verbundenen grösseren Preis.
Die zweite Methode der Wärmemessung begrün det sich auf der Strahlungsgleichung eines Heizkörpers. Sie lautet: Q = k F k.F.(Tm-Tz)kcal/h
Diese Strahlungsgleichung liefert also die Wärmeabgabe eines Heizkörpers, die von der mittleren Temperatur T,, l des Wärmeträgers im Heizkörper ab- hängt, jedoch nicht von der Menge des strömenden Mediums. Die Oberfläche F und die spezielle Ausführung k des Heizkörpers werden durch die beiden genannten Konstanten berücksichtigt. Die k-Werte sind für die verschiedenen Heizkörpertypen tabellarisch festgelegt. Die Temperatur Tz der Umgebungsluft (z. B. Zimmertemperatur) kann ebenfalls als nahezu konstant angenommen werden, da z. B. jeder Mieter die Zimmertemperatur auf etwa 200 einregulieren wird, weil jede Abweichung hiervon als lästig empfunden wird.
Ein nach der Strahlungsgleichung arbeitender Wärmezähler bringt den Vorteil einer Vereinfachung und Verbilligung gegenüber einem Gerät, das nach der ersten Methode arbeitet
Gleichwohl sind beide Methoden gleichermassen exakt und physikalisch äquivalent. Je nach dem Anwendungsfall - ob man die transportierte oder die abgegebene Wärmemenge messen will - wird maii die erste oder die zweite Methode anwenden müssen. Gerade bei der praktischen Wärmemengenmessung treten alle Varianten auf, da die Leitungsführungen bei den älteren Anlagen vertikal sind, also aus demselben Vertikalstrang mehrere Haushaltungen versorgt werden, während bei neueren Anlagen, die meistens mit Pumpen arbeiten, die horizontale Versorgung (also ähnlich wie bei der elektrischen Leitungsführung) vorgezogen wird.
Bei vertikaler Verteilung muss die Messung an jedem einzelnen Heizkörper vorgenommen werden, was zweckmässigerweise, wie schon gesagt, nach der genannten Strahlungsgleichung geschieht.
Bei horizontaler Verteilung kann eine Gesamtmessung erfolgen. Man baut hierzu den Wärmemengenmesser entweder in den Zulauf (bei auf konstante Temperatur geregeltem Rücklauf) oder in den Rücklauf (bei auf konstante Temperatur geregeltem Zulauf) oder sowohl in den Zulauf als auch in den Rücklauf, wenn beide Temperaturen beliebig schwanken können und ermittelt den Wärmeverbrauch aus der Differenz der Ablesungen. Da die modernen Systeme meist mit geregeltem Zur oder Rücklauf arbeiten, kommt man daher jedoch meistens mit einem Gerät aus. Aber selbst wenn man zwei Geräte anwenden muss, ist der Aufwand immer noch wesentlich geringer als bei den üblichen Messverfahren, bei denen die Wärmemengenmessung über komplizierte elektrische oder mechanische Einrichtungen vorgenommen wird.
Selbstverständlich könnte man auch bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine solche Differenzbildung durch konstruktive Vereinigung unmittelbar in einem Gerät vornehmen.
Zur Lösung dieser Probleme sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden. Nach einem ersten Vorschlag ist es bekannt, den Zähler mit einer ver änderbaren mechanischen Übersetzung auszurüsten, deren Änderung in Abhängigkeit von dem Wirksamwerden einer temperaturabhängigen Einrichtung, beispielsweise eines Bimetallstreifens, selbsttätig veranlasst wird.
Weiter ist ein Wärmemengenmesser bekannt, bei dem die Bildung des Produktes aus Menge und Temperaturdifferenz durch eine magnetelektrische Vorrichtung geschieht, wobei die Menge des strömenden Mediums, die zur induktiven Wirkung erforderliche, dem Durchsatz proportionale Bewegung dadurch erzeugt, dass der Kraftlinienpfad der magnetischen elektrischen Vorrichtung ganz oder teilweise aus einem magnetischen Material mit temperaturabhängiger Permeabilität besteht.
Ferner ist ein Wärmemengenzähler vorgeschlagen worden, der in der Weise arbeitet, dass ein von einem Temperaturmessglied hervorgerufener Strom zur Erzeugung eines mit der Temperatur sich ändernden Magnetfeldes dient, dessen Kraftlinien durch eine zwischen den Magneten und einem magnetischen Rückschluss angeordnete Zählerscheibe treten und die Zählerscheibe mit einem Mengenzähler mit zum Durchsatz proportionaler Drehgeschwindigkeit gekoppelt ist.
Alle diese Vorrichtungen sind aber mechanisch und elektrisch recht kompliziert in ihrem Aufbau und gewährleisten nicht immer 1000/oige Betriebssicherheit und die erforderliche Messgenauigkeit bei den so verschiedenartigen Bedingungen der Praxis, da die hier wirksamen Effekte relativ schwach sind.
Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile auf äusserst einfache Weise behoben, wobei gleichzeitig eine wesentlich höhere Messgenauigkeit bei geringen Herstellungskosten erzielt wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Wärmemengenzähler eine Kupplung besitzt, die als Ma gnetkupplung ausgebildet ist, deren Abtrieb einen Rotor aufweist, der von einem zähen Medium zur Erzielung einer viskositätsabhängigen Bremswirkung umgeben ist, und dass das zähe Medium mit dem Wärmeträger im Wärmeaustausch steht, derart, dass eine Temperaturänderung des Wärmeträgers eine entsprechende Viskositätsänderung des zähen Mediums und damit eine Anderung der Rotordrehzahl zur Folge hat.
Vorteilhafterweise sind der Rotor oder Teile desselben selbst ein Teil der magnetischen Kupplung.
Nachfolgend wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Wärmemengenzählvorrichtung im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt der Fig. 1 längs der Linie A-A,
Fig. 3 eine Draufsicht des Wärmezählers,
Fig. 4 und 5 verschiedene Ausführungen des Rotors.
Ein vom strömenden Medium angetriebenes Flügelrad 1 trägt einen Magneten 2, dessen Kraftfeld zu dem im obern Teil befindlichen Rotor 4 geht, der in einer zähen Flüssigkeit 3 drehbar angebracht ist. Dieser Rotor wird nun bei Rotation des Flügelrades durch die kuppelnde Kraft des zwei- oder mehrpolig magnetisierten Magneten 2 mitgenommen, da in dem Rotor ein Mitnahmedrehmoment entsteht. Eine Vertauschung von Magnet und Rotor wäre grundsätzlich möglich, ohne dass sich die Wirkung ändern würde.
Die Umdrehungen des Rotors werden über eine Untersetzung 5 an einer integrierenden Anzeigevorrichtung, die hier als Zählwerk 6 veranschaulicht ist, gezählt und liefern bei entsorechender Eichung unmittelbar die entnommene Wärmemenge, wie nachfolgend gezeigt wird.
Es sei nun angenommen, dass das Wärmemengenzählgerät in der Mitte eines geteilten Heizkörpers angebracht ist. Bei der Strömung des Wärmeträgers dreht sich das Flügelrad 1 und setzt damit auch den Permanentmagneten 2 in Drehung, der mit dem Flügelrad fest verbunden ist. Dieser zwei- oder mehrpolig magnetisierte Permanentmagnet erzeugt bei Rotation nach der einen Ausführung des Gerätes ein konstantes Mitnahmemoment an dem im obern Teil des Gerätes in einem zähen Öl sitzenden Rotor, und zwar unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit des Flügelrades. Dieses lässt sich praktisch unter Ausnutzung des Hystereseeffektes dadurch realisieren, dass man den Rotor als zylindrischen oder topfförmigen Körper aus Eisen ausbildet oder ihm zur Vergrösserung des Mitnahmemomentes die Form eines Ankers aus Eisen mit einzelnen keine radiale Symmetrie aufweisende Polen gibt, z.
B. bei vierpoliger Magnetisierung des Magneten mit vier Polen (vgl. Fig. 4 und 5). Der mit dem Flügelrad umlaufende Permanentmagnet übt jedesmal, wenn seine Pole an denen des Rotors vorbeistreichen, ein Mitnahmemoment aus. Bei rascherem Umlauf des Magneten ist zwar die jeweilige Dauer der Wirkung kürzer als bei langsamem Umlauf, jedoch ist die Häufigkeit der Vorbeiläufe im gleichen Masse grösser, so dass der zeitliche Mittelwert des Mitnahmemomentes konstant und unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit ist. Entsprechend der Polzahl des Magneten ändert sich das Drehmoment während eines Umlaufes mehreremal von einem Minimal- zu einem Maximalwert. Es ist zweckmässig, die Amplitude dieser periodischen Schwankung klein zu halten, um ein Zittern des Rotors zu vermeiden. In einfacher Weise geschieht dies z.
B. dadurch, dass man die Zahl der Pole des Rotors nicht, wie in Fig. 4 und 5 ausgeführt, gleich der Polzahl des Magneten wählt, sondern kleiner oder grösser, z. B. bei einem vierpoligen Magneten drei- oder fünfoder noch höherpolig.
Die Eichung des Gerätes nimmt man zweckmässigerweise in einem magnetischen Wechselfeld vor, indem man den zunächst voll magnetisierten Permanentmagneten auf die erforderliche Magnetstärke schwächt. Ein solcher im Wechselfeld geschwächter und stabilisierter Magnet bringt ausserdem den Vorteil, dass seine Stärke dauernd unver ändert bleibt.
Es ist fernerhin ratsam, das ganze Gerät mit einem dünnen ferromagnetischen Abschirmblech hoher Permeabilität zu umgeben bzw. das Gehäuse aus einem solchen Material zu fertigen, um eine beabsichtigte Beeinflussung der Anzeige durch Fremdfelder zu verhindern.
Anstelle dieser Drehmomentenerzeugung, die nach dem Prinzip der Hysterese-Mitnahme mit einem Rotor aus ferromagnetischem Material undloder mit unsymmetrischen Polen arbeitet, bei der das entstehende Mitnahmemoment unabhängig von der Flügelraddrehzahl konstant ist, erzeugt man nach einer andern Ausführung des Gerätes ein drehzahlabhängiges Mitnahmemoment nach dem Wirbelstromprinzip. Wählt man für den Rotor ein elektrisch leitendes, nicht ferromagnetisches Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, so erhält man ein Mitnahmemoment proportional zur Drehzahl des Flügelrades und damit proportional zur Geschwindigkeit des strömenden Wärmeträgers.
Ferner kann man durch Kombination der Hysterese-Mitnahme und der Wirbelstrom-Mitnahme ein konstantes, von der Drehzahl unabhängiges Mitnahmemoment erzeugen, dem ein der Drehzahl proportionales Mitnahmemoment überlagert wird. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass ein Rotor, der aus Aluminium oder Kupfer bestehen kann, noch zusätzlich von einem Eisendrahtring umgeben wird. Schliesslich kann man die magnetische Kupplung zwischen dem Magneten und dem Rotor durch geeignete Pol ausbildung so stark machen, dass beide synchron laufen und die Flügelraddrehzahl rückwirkend durch die Bremskraft der zähen Flüssigkeit beeinflusst wird. Hierzu werden zweckmässigerweise die Spalte zwischen dem Flügelrad und den Wandungen vergrössert, um die Abbremsung des Flügelrades zu erleichtern.
Man hat es also in der Hand, durch geringfügige Änderungen am Rotor (Material, Form) die geeignete Kupplungsart festzulegen, um eine mehr oder weniger grosse Berücksichtigung der Geschwindigkeit des strömenden Wärmeträgers zu erzielen, je nach den Erfordernissen der Heizungsanlage.
Das zähe Medium im obern Teil des Wärmemessgerätes nimmt infolge des guten Wärmekontaktes die Temperatur des strömenden Wärmeträgers an und besitzt infolgedessen eine von dieser Temperatur bestimmte Zähigkeit. Das zähe Öl bremst nun den Rotor gerade so weit ab, bis das wirksame Bremsmoment dem Mitnahmemoment das Gleichgewicht hält. Um nun z. B. eine Drehzahlabhängigkeit des Rotors proportional zur Temperatur zu erhalten, muss an die Zähigkeits-Temperaturkurve des verwendeten Bremsmediums die Bedingungsgleichung gestellt werden: g = const. wobei Tm > Tz
TmTz
Umfassende Untersuchungen mit zahlreichen Ölen bzw. Gemischen und Lösungen von Hochpolymeren haben gezeigt, dass diese Beziehung mit ausreichender Genauigkeit über eine grössere Temperaturspanne erfüllbar ist.
Dies wurde mittlerweile auch durch eine Untersuchung der Technischen Hochschule in Darmstadt bestätigt. Als besonders geeignet haben sich Silikonöle bzw. Gemische solcher Öle mit sog. Transformatoröien erwiesen. Beispielsweise erfüllt eine Mischung von Silikonöl DC 200 (5000 Centistokes bei 20 & C) mit Clophen A 50 (ein Chlordiphenyl der Bayer Werke, eingetr.
Marke) zu gleichen Teilen die obige Bedingung.
Die oben beschriebene Anordnung mit dem Einbau des Gerätes in die Heizkörpermitte stellt den Idealfall dar, denn in diesem Falle ist die Messung in der Tat vollkommen unabhängig von der strömenden Heisswassermenge. Bei langsamer Strömung (z. B. Schwerkraftheizung) ist z. B. einer angenom menen mittleren Heizkörpertemperatur von 80 Grad eine Zulauftemperatur von z. B. 90 Grad und eine Rücklauftemperatur von 70 Grad zuzuordnen. Bei z. B. vierfach schnellerer Strömung (Pumpenheizung) beträgt die Zulauftemperatur dann nur 82,5 Grad und die Rücklauftemperatur 77,5 Grad. Die vom Heizkörper abgegebene Wärmemenge ist jedoch in beiden Fällen die gleiche, die Messung mit einem
Gerät der vorliegenden Erfindung liefert ebenfalls denselben Wert.
In vielen Fällen kann jedoch das Gerät nicht in die Heizkörpermitte, sondern muss in den Zur oder Rücklauf des Heizkörpers eingebaut werden. In diesen Fällen macht man nun von der Tatsache Gebrauch, dass sowohl die Zur als auch die Rücklauftemperatur mit der an sich zu messenden mittleren Heizkörpertemperatur funktionell zusammenhängen.
Im einfachsten Fall berücksichtigt man dies durch eine entsprechend korrigierte Eichung. Bei höheren Ansprüchen muss man jedoch die Strömungsgeschwindigkeit mit berücksichtigen, denn die im Zur und Rücklauf gemessene Temperatur weicht um so weniger von der mittleren Heizkörpertemperatur ab, je schneller der Wärmeträger strömt. Die Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt mit den bereits beschriebenen Massnahmen.
In manchen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, den Rotor durch eine Grundbremskraft so lange zu fesseln, bis diese feste Bremskraft von der Mitnahmekraft überschritten wird.
Mit einer solchen Einrichtung lässt sich die Über- schreitung eines festgesetzten Sollwertes registrieren.
Zum Beispiel lässt sich dies dadurch realisieren, dass ein zähes Medium verwendet wird, das unterhalb einer bestimmten Temperatur fest wird, das heisst, dass das zähe Medium bei dieser Temperatur seine Fliessfähigkeit verliert. Auch lassen sich durch Verwendung eines Öls mit strukturviskosem Verhalten besondere Drehzahi-Charakteristiken erreichen, da bei strukturviskosen Stoffen nichtlineare Zusammenhänge zwischen Drehzahl und Bremskraft gegeben sind.
Das Zählwerk kann durch eine Fernzähleinrichtung ersetzt oder ergänzt werden, wobei auch mehrere oder alle einzelnen Heizkörpergeräte ihre Zählung auf ein zentrales Zählwerk weiterleiten können.
Es ist zweckmässig, in dem Gehäuse des Wassermesserteils einen Schmutzfänger vorzusehen, z. B. in Form eines SackIoches, an dessen Verschlussschraube zur Verbesserung der Wirkung noch ein Magnetstab angebracht werden kann.
Die dargelegten Zusammenhänge lassen erkennen, dass das vorliegende Messprinzip trotz der ausserordentlichen Einfachheit ein exaktes Messverfahren darstellt. Im Gegensatz zu den bekanntgewordenen Methoden der Wärmemengenmessung, die mit komplizierten mechanischen oder elektrischen Einrichtungen arbeiten, vollzieht sich nach der vorliegenden Erfindung der gesamte Prozess an einem einzigen beweglichen Teil, dem Rotor, wenn man von dem Flügelrad als dem antreibenden Element und dem Zählwerk als dem integrierenden Anzeigemittel absieht. Die Erfindung stellt daher eine ins äusserste getriebene Vereinfachung eines produktbildenden und integrierenden Messgerätes dar.
Es ist in seinem Grundaufbau sogar wesentlich einfacher als gewöhnliche Wassermesser, die im allgemeinen komplizierte Untersetzungsgetriebe, meistens sogar im strömenden Medium ( Nassläufer ) aufweisen, um vor der eingebauten kraftverzehrenden Stopfbuchsendurchführung eine ausreichende Kraftsteigerung zu erzielen. Gegenüber den bekanntgewordenen Wassermessern mit magnetischer Kupplung, die unterhalb eines bestimmten festen Temperaturwertes die Zählung blockieren, besitzt die vorliegende Erfindung den ausschlaggebenden Vorteil der kontinuierlichen und exakten Temperaturberücksichtigung.
Heat meter
The present invention relates to a heat meter with a drive member driven by the flow of the heat carrier and a coupling connected to it, the output of which is coupled with integrated display means.
In particular, the invention relates to a device for measuring the heat extracted in central heating systems.
Two methods can be used to measure the heat extraction from a heating system: First, the total consumption of a system can be determined according to the basic caloric equation, by multiplying the respective flowing amount of the heat transfer medium (warm, hot water, etc.) by the temperature drop and the product continuously summed up. Instead, you can also measure the amount of heat supplied and removed separately and form the difference, i.e. the amount of heat flowing in and Q1 c M T1 and the amount of heat flowing back Q2 = c M T2, so that the amount of heat consumed is Q = Q1 - Q2.
The following mean: Q = amount of heat (kcal / h)
M = amount of heat transfer medium (kg / h) c = specific heat of heat transfer medium (kali "C / kg)
T1 = temperature of the inflowing heat carrier ("C) temperature of the backflowing
Heat transfer medium (o C)
The prerequisite for this, however, is a pipe laying in such a way that all radiators in the system are supplied from a single common supply and return. This applies e.g. B. for floor heating or entire buildings or building complexes.
In many cases, however, especially in the case of gravity heating systems, the individual radiators of a tenant are supplied by means of several vertically raised lines, from which the radiators of different tenants living above one another are fed. In this case, the heat output of each individual radiator must therefore be measured individually. The use of a device that works according to the above-mentioned basic caloric equation fails because of the necessarily considerable size and the higher price associated with the higher expenditure.
The second method of heat measurement is based on the radiation equation of a radiator. It reads: Q = k F k.F. (Tm-Tz) kcal / h
This radiation equation thus supplies the heat output of a radiator, which depends on the mean temperature T ,, l of the heat transfer medium in the radiator, but not on the amount of the flowing medium. The surface F and the special design k of the radiator are taken into account by the two constants mentioned. The k values for the various radiator types are specified in a table. The temperature Tz of the ambient air (z. B. room temperature) can also be assumed to be almost constant, since z. B. every tenant will regulate the room temperature to around 200, because any deviation from this is perceived as annoying.
A heat meter that works according to the radiation equation has the advantage of being simplified and cheaper than a device that works according to the first method
Nevertheless, both methods are equally exact and physically equivalent. Depending on the application - whether you want to measure the amount of heat transported or the amount of heat given off - you may have to use the first or the second method. All variants occur in practical heat quantity measurement in particular, since the lines in the older systems are vertical, i.e. several households are supplied from the same vertical line, while in newer systems, which mostly work with pumps, the horizontal supply (i.e. similar to the electrical Cable routing) is preferred.
In the case of vertical distribution, the measurement must be carried out on each individual radiator, which, as already mentioned, expediently takes place according to the radiation equation mentioned.
A total measurement can be made with horizontal distribution. To do this, the heat meter is installed either in the inflow (with the return flow regulated at constant temperature) or in the return (with the inflow regulated at constant temperature) or both in the inflow and in the return, if both temperatures can fluctuate as desired, and the heat consumption is determined from the difference in the readings. Since the modern systems mostly work with a regulated flow or return, one device is usually enough. But even if you have to use two devices, the effort is still significantly lower than with the usual measuring methods, in which the heat quantity is measured using complicated electrical or mechanical devices.
Of course, with the subject matter of the present invention, such a difference formation could be carried out directly in one device by constructive combination.
Various proposals have been made to solve these problems. According to a first proposal, it is known to equip the counter with a changeable mechanical translation, the change of which is initiated automatically as a function of the coming into effect of a temperature-dependent device, for example a bimetallic strip.
Furthermore, a heat meter is known in which the product of the amount and the temperature difference is formed by a magneto-electric device, the amount of the flowing medium generating the movement proportional to the throughput required for the inductive effect by the fact that the path of the lines of force of the magnetic electric device completely or partially consists of a magnetic material with temperature-dependent permeability.
Furthermore, a heat meter has been proposed that works in such a way that a current caused by a temperature measuring element is used to generate a magnetic field that changes with temperature, the lines of force of which pass through a counter disk arranged between the magnets and a magnetic yoke and the counter disk with a Totalizer is coupled to the throughput proportional rotation speed.
All these devices are, however, mechanically and electrically very complicated in their construction and do not always guarantee 1000 / o operational reliability and the required measuring accuracy under the very diverse conditions of practice, since the effects effective here are relatively weak.
The present invention eliminates these disadvantages in an extremely simple manner, while at the same time achieving a significantly higher measurement accuracy with low manufacturing costs.
This is achieved in that the heat meter has a coupling which is designed as a magnetic coupling, the output of which has a rotor which is surrounded by a viscous medium to achieve a viscosity-dependent braking effect, and that the viscous medium is in heat exchange with the heat carrier, in such a way that a change in temperature of the heat carrier results in a corresponding change in viscosity of the viscous medium and thus a change in the rotor speed.
The rotor or parts thereof are advantageously themselves part of the magnetic coupling.
An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing.
Show it:
1 shows the schematic structure of a heat meter in section,
Fig. 2 shows a section of Fig. 1 along the line A-A,
3 is a plan view of the heat meter,
4 and 5 different versions of the rotor.
An impeller 1 driven by the flowing medium carries a magnet 2, the force field of which goes to the rotor 4 located in the upper part, which is rotatably mounted in a viscous liquid 3. When the impeller rotates, this rotor is now carried along by the coupling force of the two-pole or multi-pole magnetized magnet 2, since an entrainment torque is generated in the rotor. In principle, it would be possible to swap the magnet and rotor without changing the effect.
The rotations of the rotor are counted via a reduction gear 5 on an integrating display device, which is illustrated here as a counter 6, and when the calibration is carried out, they immediately supply the amount of heat drawn, as shown below.
It is now assumed that the heat meter is installed in the center of a divided radiator. When the heat carrier flows, the impeller 1 rotates and thus also sets the permanent magnet 2 in rotation, which is firmly connected to the impeller. This two-pole or multi-pole magnetized permanent magnet generates a constant torque on the rotor, which is seated in a viscous oil in the upper part of the device, regardless of the rotating speed of the impeller. This can practically be achieved by utilizing the hysteresis effect by designing the rotor as a cylindrical or cup-shaped body made of iron or by giving it the shape of an iron armature with individual poles that do not have radial symmetry to increase the driving torque, e.g.
B. with four-pole magnetization of the magnet with four poles (see. Fig. 4 and 5). The permanent magnet rotating with the impeller exerts a drag torque every time its poles pass those of the rotor. With faster rotation of the magnet, the respective duration of the effect is shorter than with slow rotation, but the frequency of the passes is greater by the same amount, so that the mean value of the drag torque is constant and independent of the speed of rotation. Depending on the number of poles of the magnet, the torque changes several times during one revolution from a minimum to a maximum value. It is advisable to keep the amplitude of this periodic fluctuation small in order to avoid trembling of the rotor. This is done in a simple manner, for.
B. in that one does not choose the number of poles of the rotor, as shown in Fig. 4 and 5, equal to the number of poles of the magnet, but smaller or larger, z. B. with a four-pole magnet three or five or even more poles.
The device is suitably calibrated in an alternating magnetic field by weakening the permanent magnet, which is initially fully magnetized, to the required magnetic strength. Such a magnet, weakened and stabilized in the alternating field, also has the advantage that its strength remains permanently unchanged.
It is also advisable to surround the entire device with a thin ferromagnetic shielding plate of high permeability or to manufacture the housing from such a material in order to prevent the display from being intentionally influenced by external fields.
Instead of this torque generation, which works according to the principle of hysteresis entrainment with a rotor made of ferromagnetic material and / or with asymmetrical poles, in which the resulting entrainment torque is constant regardless of the impeller speed, a speed-dependent entrainment torque is generated according to the eddy current principle according to another version of the device . If you choose an electrically conductive, non-ferromagnetic material for the rotor, e.g. B. aluminum or copper, you get a torque proportional to the speed of the impeller and thus proportional to the speed of the flowing heat carrier.
Furthermore, by combining the hysteresis entrainment and the eddy current entrainment, a constant entrainment torque that is independent of the speed can be generated, on which a torque proportional to the speed is superimposed. This can be achieved, for example, in that a rotor, which can be made of aluminum or copper, is additionally surrounded by an iron wire ring. Finally, the magnetic coupling between the magnet and the rotor can be made so strong through a suitable pole design that both run synchronously and the impeller speed is retroactively influenced by the braking force of the viscous liquid. For this purpose, the gaps between the impeller and the walls are expediently enlarged in order to facilitate the braking of the impeller.
It is therefore up to you to determine the appropriate type of coupling by making minor changes to the rotor (material, shape) in order to achieve a greater or lesser consideration of the speed of the flowing heat transfer medium, depending on the requirements of the heating system.
The viscous medium in the upper part of the heat meter takes on the temperature of the flowing heat transfer medium due to the good thermal contact and consequently has a viscosity determined by this temperature. The viscous oil now brakes the rotor just enough until the effective braking torque keeps the driving torque in balance. To now z. B. to obtain a speed dependence of the rotor proportional to the temperature, the conditional equation must be applied to the viscosity-temperature curve of the braking medium used: g = const. where Tm> Tz
TmTz
Comprehensive studies with numerous oils or mixtures and solutions of high polymers have shown that this relationship can be fulfilled with sufficient accuracy over a larger temperature range.
This has now also been confirmed by an investigation by the Technical University in Darmstadt. Silicone oils or mixtures of such oils with so-called transformer oils have proven to be particularly suitable. For example, a mixture of silicone oil DC 200 (5000 Centistokes at 20 & C) with Clophen A 50 (a chlorodiphenyl from Bayer Werke ,entr.
Brand) the above condition in equal parts.
The arrangement described above with the installation of the device in the middle of the radiator is the ideal case, because in this case the measurement is in fact completely independent of the amount of hot water flowing. With slow flow (e.g. gravity heating) z. B. an assumed mean radiator temperature of 80 degrees an inlet temperature of z. B. 90 degrees and a return temperature of 70 degrees. At z. B. four times faster flow (pump heating) then the inlet temperature is only 82.5 degrees and the return temperature 77.5 degrees. However, the amount of heat given off by the radiator is the same in both cases, the measurement with one
Apparatus of the present invention also provides the same value.
In many cases, however, the device cannot be installed in the middle of the radiator, but must be installed in the supply or return of the radiator. In these cases, use is made of the fact that both the return and the return temperature are functionally related to the mean radiator temperature to be measured.
In the simplest case, this is taken into account by a correspondingly corrected calibration. In the case of higher demands, however, the flow velocity must be taken into account, because the temperature measured in the supply and return flow deviates less from the mean radiator temperature, the faster the heat transfer medium flows. The flow velocity is taken into account with the measures already described.
In some applications it is advantageous to restrain the rotor with a basic braking force until this fixed braking force is exceeded by the drag force.
With such a device, the exceeding of a set target value can be registered.
For example, this can be achieved by using a viscous medium that solidifies below a certain temperature, that is, the viscous medium loses its flowability at this temperature. By using an oil with structurally viscous behavior, special speed characteristics can be achieved, since with structurally viscous substances there are non-linear relationships between speed and braking force.
The counter can be replaced or supplemented by a remote counter, whereby several or all of the individual radiator devices can also forward their count to a central counter.
It is useful to provide a dirt trap in the housing of the water meter part, for. B. in the form of a SackIoches, on whose screw plug a magnetic rod can be attached to improve the effect.
The relationships presented show that the present measurement principle represents an exact measurement method despite its extraordinary simplicity. In contrast to the well-known methods of heat quantity measurement, which work with complicated mechanical or electrical devices, according to the present invention, the entire process takes place on a single moving part, the rotor, if one considers the impeller as the driving element and the counter as the integrating display means. The invention therefore represents an extreme simplification of a product-forming and integrating measuring device.
In its basic structure, it is even much simpler than ordinary water meters, which generally have complicated reduction gears, mostly even in the flowing medium (wet running), in order to achieve a sufficient increase in force before the built-in force-consuming stuffing box lead-through. Compared to the well-known water meters with magnetic coupling, which block the counting below a certain fixed temperature value, the present invention has the decisive advantage of continuous and exact temperature consideration.