CH665286A5 - Waermeleistungsmesser. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen ausgetauschter Wärmeleistung zwischen einer Zulauf- und einer Rücklauf leitung einer Wärmeanlage, in welcher die Wärme mit der Strömung eines flüssigen, gas- oder staubförmigen Mediums übertragen wird, insbesondere für eine kontinuierliche Wärmeleistungsmessung von Erhitzern, Wärmeaustauschern, Radiatoren, Kühlanlagen, Sanitärwarmwasser und Klimaanlagen.

Herkömmliche Wärmeleistungsmesser und Wärmemengenzähler mit beweglichen Elementen zum Messen des Massendurchflusses eines Mediums sind verschleissbar und gegen Unreinigkeiten empfindlich; Messgeräte ohne bewegliche Teile werden dagegen ungenau, wenn es zum Ansammeln der Niederschläge kommt, wenn die Durchflussbedingungen geändert werden (z.B. Turbulenz) und wenn das Medium mehrphasig ist; sie sind für geringe Durchflüsse nicht geeignet und gelten nur für das jeweils deklarierte Medium. Daher ist das Ziel dieser Erfindung, einen Wärmeleistungsmesser zu schaffen, der keine beweglichen oder abnutzbaren Teile aufweist und auch für geringe Durchflussmengen geeignet ist sowie von Ansammeln der Niederschläge und Unreinigkeiten als auch von Turbulenz und Mehrphasigkeit des Mediums unabhängig ist und der für verschiedene Medien verwendet werden kann.

Genaues kontinuierliches Messen der Wärmeleistung, die in einer Wärmeanlage mit flüssigem oder gasförmigem Medium ausgetauscht wird, ist ein anspruchsvolles Problem;

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man muss den Massendurchfluss und die Temperaturdifferenz (TEimritt -TAustriu) kontinuierlich messen und die mittlere spezifische Wärme CP des Mediums in diesem Temperaturbereich, d.h.

TAustritt i

„ , kennen,

1 Eintritt damit die nachstehende Grundgleichung verwendet werden kann, mittels welcher man die ausgetauschte Wärmeleistung elektronisch oder sonstwie ausrechnen kann:

0 = m • Cp

Ta Te

(TEintritt — TAustritt)

Zum Unterschied von genauer Messung der Temperaturdifferenzen AT, was bei heutigem Stand der Technik, besonders in einer Differenzialverbindung von Sensoren, kein besonderes Problem ist, stellt kontinuierliches Messen des Massendurchflusses iii eine sehr anspruchsvolle Massnahme dar, weshalb man in der Praxis lieber Volumendurchflüsse misst und dabei die Dichte des Mediums berücksichtigt. Wenn aber das Medium verschmutzt, zusammendrückbar, zweiphasig (tröpfbare Flüssigkeit + Gasblasen oder Gas + Tropfen) oder pulsierend ist, dann lassen sich auch Volumendurchflüsse nicht leicht präzise messen. Ein besonderes Problem stellt das Messen geringer Durchflüsse in Röhren grösserer Abmessungen dar, wo die Geschwindigkeiten gering und in Bezug auf den Querschnitt veränderbar sind.

Die Geräte zum unmittelbaren Messen von Volumendurchflüssen, z.B. Gasometer, sind für kontinuierliche . Durchflüsse, insbesondere wenn die Durchflüsse nicht stationär sind, nicht geeignet. Die auf dem Prinzip verschiedener Räder (Voltmann-Rad), Zahnräder, elliptischer Zahnräder, Ringe, Schaufelräder, Klappen u.ä. basierenden indirekten Volumen-Messgeräte sind jedoch gegen Unreinigkeiten empfindlich (Wellen und Lager): die Spalte zwischen den beweglichen und unbeweglichen Teilen werden infolge von Verschmutzung, Niederschlägen, Rost und Verschleiss kleiner oder grösser, weshalb die deklarierte Genauigkeit durch die Benutzung absinkt. Auch sind sie für zusammendrückbare, zweiphasige Medien und schnellere Durchflussänderungen nicht geeignet.

Es gibt mehrere indirekte Geräte zum Messen des Volumendurchflusses, die zweimal mittelbar messen, d.h. sie messen eine Grösse, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, die letztere hängt jedoch vom Volumendurchfluss und vom Querschnitt ab. Die Geschwindigkeit ist natürlich gemäss dem Querschnitt nicht konstant, was schon grundsätzlich die Genauigkeit dieser Methode beeinträchtigt. Dieser Art sind z.B. Geschwindigkeitsmessungen mit Hilfe von Druckdifferenzen an Messblenden, am Venturi-Rohr, in-Rohrbögen usw. Anstatt mittels Druckdifferenzen kann die Geschwindigkeit auch durch Vergleichen der Wärmeübertragung, z.B. mit heissem Draht («hot wire») oder mit einem erwärmten Zapfen gemessen werden. Ein Nachteil dieser Messungen besteht darin, dass das Ansprechen des Messgerätes von Niederschlägen am Sensor, von Verschmutzung, Temperaturen, Turbulenz, Blasen usw. abhängig ist, was alles die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit verringert.

In letzter Zeit hat die Elektronik mehrere mittelbare Geschwindigkeitsmessungen ermöglicht, z.B. durch die Verwendung des Dopplereffektes mit Hilfe von Ultraschall oder Laser, das Messen der Dauer der Wanderung von Karmanschen Wirbeln oder Blasen im Rohr, die Kompensationsvergleichmethode der Wärmedurchgangszahl in Kombination mit dem Venturi-Rohr, magnetostriktive und induktive Methoden sowie Methoden der axialen oder radialen Ionisierung. Die meisten von diesen Methoden erfordern eine aufwendige Elektronik und sind nur unter den begrenzten deklarierten Bedingungen genau.

Um die Wärmeleistung Q auszumessen, müssen die Messgeräte noch die spezifische Wärme Cp berücksichtigen. Diese s hängt vom Material, von der Temperatur und auch vom Druck ab. Bei der Berechnung (automatisch oder nicht) der Wärmeleistung oder der in einem gewissen Zeitraum ausgetauschten Wärmeenergie muss man bei den vorstehend beschriebenen Messungen meistens die Dichte des Mediums io berücksichtigen. Deshalb summieren sich die Fehler schnell. Das Wesen der Erfindung liegt in einem Messgerät, welches das Problem des Wärmeleistungsmessens aus dem Stand der Technik in ein Problem des Messens von drei Temperaturdifferenzen umwandelt, so dass der Einfluss von Verls schmutzung, Turbulenz, der absoluten Temperatur, von Blasen, Niederschläge usw. entfällt und es nicht nötig ist, die spezifische Wärme CP des Mediums zu kennen. Das Ziel ist durch Zusammenwirken von vier Massnahmen erreichbar:

20 1 ) Das Wärmeenergie fördernde Medium wird im Messgerät entlang einer nicht isolierten Wand geführt, über welche ein kleinerer Teil der Wärmeleistung (im Folgenden «Messwärmeleistung» genannt) zu- oder abgeleitet wird, weswegen aufgrund der Enthalpieänderung im Medium eine 25 vom Durchfluss, von der spezifischen Wärme und von der Leistung der ausgetauschten Messwärmeenergie abhängige Temperaturdifferenz entsteht. Diese Temperaturdifferenz wird gemessen.

2) Zum Austausch der Messwärmeleistung wird das Ener-30 giepotential — die Temperaturdifferenz — zwischen der Zulauf- und Rücklaufleitung oder zwischen einer der beiden Leitungen und der Umgebung oder zwischen einer der beiden Leitungen und einer anderen Wärmesenke oder -quelle (z.B. Wasserleitung) verwendet.

35 3) Die Messwärmeleistung wird dadurch ausgemessen, dass sie über ein Material von bekanntem Querschnitt und bekannter Wärmeleitfähigkeit geleitet wird, in welches zwei (oder mehrere) Temperatursensoren in verschiedenen Abständen eingebaut sind. Die Temperaturdifferenz unter 40 ihnen hängt von der Messwärmeleistung, von Geometrie und der Wärmeleitfähigkeit des Material ab. Auch diese Temperaturdifferenz wird gemessen.

4) Es wird noch die Haupttemperaturdifferenz zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Mediums gemessen. 45 Der Energiesatz führt zur Feststellung, dass in der Formel für die Wärmeleistung des Mediums die spezifische Wärme Cp wegfällt bzw. dass es für das Messgerät einerlei ist, wovon es durchströmt wird. Die Wärmeleistung kann somit mit nur drei Temperaturdifferenzen und einer von der Konstruktion so und dem Material des Messgerätes abhängigen Konstanten ausgedrückt werden.

Der Gegenstand der Erfindung wird im Folgenden aufgrund einiger Ausführungsbeispiele konkretisiert, die aus den beigefügten Zeichnungen ersichtlich sind. Darin zeigen:

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Fig. 1 zur einfacheren Darstellung der Erfindung ein schematisch veranschaulichtes, zwischen ein Objekt, dessen Wärmeleistunggemessen wird, und den übrigen Teil des Strömungskreises, der im vorliegenden Schema eine Quelle oder so einen Wärmeverbraucher bedeutet, eingebautes erfindungs-mässiges Messgerät im vertikalen Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt wie in Fig. 2, doch in einer Lösungsvariante,

«s Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Wärmeleistungsmessers im Längsschnitt,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 4,

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Fig. 7 einen weiteren Querschnitt entlang der Linie VII—VII der Fig. 4,

Fig. 8 eine achsen-symmetrische Ausführung des Wärmeleistungsmessers im Schnitt,

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8,

Fig. 10 ähnlich wie in Fig. 1 eine Situation mit einem eingebauten weiteren erfindungsmässigen Wärmeleistungsmesser,

Fig. 11 eine Ausführungskonstruktion im Schnitt des Messgerätes der Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII der Fig. 11,

Fig. 13 eine Kombination der Situationen aus Fig. 1 und Fig. 10,

Fig. 14 eine scheibenartige Ausführung des erfindungsmässigen Wärmeleistungsmessers im Schnitt,

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV der Fig. 14, und

Fig. 16 eine Lösungsvariante aufgrund der Ausführung aus Fig. 14-15.

In den Fig. 1 bis 16 sind mehrere Varianten des Messgerätes, seine Anschlussarten und einige Einzelheiten dargestellt.

Fig. 1 zeigt ganz schematisch eine einfache Messgerätausführung, worin die Messwärmeleistung, d.h. die Wärmeleistung, mit deren Hilfe gemessen wird, zwischen wärmerer und kühlerer Leitung nur auf einer Seite ausgetauscht wird und der Körper aus einem Stück ausgeführt ist.

Aus der Zeichnung sind folgende Elemente ersichtlich:

Ein Körper 1 des Wärmeleistungsmessers, welcher nach aussen mit einer Isolation 2 umgeben, im übrigen jedoch mit zwei Längskanälen 1 ', 1 " versehen ist, die im Bereich der Isolation 2 in Anschlüsse 3,5, welche mit aus dem Referenzobjekt MO und zu ihm führenden Leitungen verbunden sind, und in Anschlüsse 4,6, die mit der Zulauf- und Rücklaufleitung des zu messenden Stromlaufkreises IP verbunden sind, münden. Die Anschlüsse 3 bis 6 sind an den Körper 1 des Messgerätes mittelbar über Isolationsdichtungen 7 angeschlossen. Alle vorstehend erwähnten Elemente sind nach aussen mit einem Gehäuse 8 verschlossen.

A und B sind Sensoren der im Strom des Mediums vorkommenden Temperaturdifferenz zwischen den Anschlüssen 3 und 4 des Kanals 1 ' ; C und D sind Sensoren der Temperaturdifferenz (des Gradienten) im Material des Körpers 1 des Messgerätes zwischen den Kanälen 1 ', 1 " ; E und F sind Sensoren der Temperaturdifferenz zwischen der Zulauf- und der Rücklaufleitung des Referenzobjektes MO.

Die Ausführung des Körpers 1 des Messgerätes aus Fig. 1 ist in Fig. 2 weiter konkretisiert, wobei jedoch die Möglichkeit einer Ausführung des Körpers 1 als gewöhnlicher Quader mit parallelen Ausbohrungen auf gegenüberliegenden Seiten nicht ausgeschlossen ist. Die Temperatursensoren sind folgenderweise angeordnet: Im Anschluss 3 befinden sich die Sensoren A und E, im Anschluss 4 der Sensor B, im Anschluss 5 der Sensor F, der Anschluss 6 ist jedoch ohne Sensor. Die Sensoren A, B und E, F stellen Paare dar und mit ihnen werden nur Temperaturdifferenzen (es ist nicht nötig, absolute Temperaturen zu messen) gemessen, weswegen sie differential verbunden sind und die Anzeige (Ta-Tb) und (Te-Tf) ermitteln. Die Sensoren sind derart eingesetzt, dass sie gute Durchschnittswerte messen. Man kann auch eine grössere Anzahl von Sensoren verwenden.

Da das Referenzobjekt MO entweder eine Quelle oder ein Verbraucher der Wärmeleistung ist und da der Durchfluss des Mediums eine endliche Grösse darstellt, besteht zwischen den Leitungen eine bestimmte Temperaturdifferenz

(ausser wenn die Wärmeleistung des Referenzobjekts gleich Null ist). Infolge dieser Temperaturdifferenz wird über das wärmeleitende Material des Messgerätkörpers 1 einige Messwärmeleistung ausgetauscht. Die Menge hängt von Konstruktionsabmessungen des Messgerätes, von der Wärmeleitfähigkeit des Materials, von der Temperaturdifferenz und dem Durchfluss des Mediums ab. Da jedoch die Messwärmeleistung kein Teil der gemessenen Wärmeleistung ist, ist ihre Menge für die Messung nicht wesentlich, wenn nur das Messgerät nach dem Schema der Fig. 1 angeschlossen ist. Infolge der Wärmeleitung durch das Material des Körpers 1 entsteht darin ein Temperaturgradient (= Temperaturdifferenz auf einem bestimmten Abstand), der mittels des Sensorenpaares C und D wahrgenommen wird. Auch die Anzahl dieser Sensoren kann grösser sein, wobei sie in einem bestimmten gegenseitigen Abstand Lc,d derart angeordnet sind, dass sie den Durchschnittswert des Temperaturgradienten bestens ausmessen. Gerade wegen dieser Forderung ist der Körper 1 des Messgerätes aus Fig. 2 zwischen den Sensoren verjüngt. Man kommt zu demselben Ergebnis, wenn der Körper 1 mit mehreren Bohrlöchern versehen ist oder wenn eine weniger leitfähige Schicht mit Stärke ô darin eingelegt ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Hier ist der Körper 1 aus zwei Metallteilen la und lb zusammengesetzt, während die dritte Schicht z.B. das Klebemittel zwischen la und lb sein kann. Der Abstand Lc,d kann grösser, gleich oder kleiner als die Stärke 8 der Schicht lc sein, was davon abhängt, was für Sensoren C, D gewählt und wo sie eingebaut werden. In Abhängigkeit von Temperaturdifferenzen (Ta-Tb), (Tc-Td) und (Te-Tf)

ergeben die entsprechend gespeisten Sensoren A, B, C, D, E und F drei elektrische Grössen, d.h. Anzeigen (Spannungen, Ströme, Widerstände, Frequenzen u.ä., abhängig von der Art der gewählten Sensoren), die man unmittelbar misst oder in eine elektronische Einheit einführt und daraus die gemessene Wärmeleistung nach der folgenden Formel berechnet:

Q-lc (T'-T°>'(Te-TP)

(Ta-TB) 1

Um günstigere Abmessungen des Messgerätes zu erhalten, werden die Innenflächen, an welchen das Medium entlangströmt, mit Rippen versehen (was aus den folgenden Beispielen konkret ersichtlich ist), was jedoch nicht unbedingt nötig ist, vor allem nicht bei langen Ausführungen mit kleinem Durchmesser. Auch die Form der Räume im Körper 1 des Messgerätes, im gegebenen Fall der Kanäle 1', 1",

durch welche das Medium strömt, kann im Prinzip beliebig sein und ist so entworfen, dass der Wärmestrom je Querschnittseinheit zwischen den Sensoren C und D gleichmässig ist. Das Messgerät weist eine grössere Genauigkeit auf, wenn sich zwischen den Anschlüssen 3,4,5 und 6, eine Wärmeisolationsdichtung 7 befindet. Das Messgerät ist mit der Isolation 2 umgeben, um die Wärmeverluste in die Umgebung zu verringern, wodurch die Genauigkeit verbessert wird.

Der Körper 1 des Messgerätes kann auch derart ausgeführt werden, dass die Wärme nicht nur in einer Richtung, sondern auch auf zwei (Fig. 4) oder mehrere Seiten abfliessen kann. Das Extrembeispiel ist eine achsensymmetrische konzentrische Ausführung, bei welcher die Messwärmeleistung in alle radialen Richtungen fliesst (Fig. 9). Verfahrenstechnisch schwer realisierbar, jedoch theoretisch möglich ist auch eine kugelförmige Ausführung.

Der Messkörper 1 aus Fig. 4 ist einschliesslich der Anschlussansätze 3 bis 6 einstückig ausgeführt. Er ist als ein Gussstück dargestellt. Die Messwärmeleistung wird auf zwei Seiten abgeleitet. Die Oberflächen, entlang welchen das Medium in die eine und die andere Richtung fliesst, sind gerippt, was z.B. aus Fig. 5 klar ersichtlich ist. Das Messgerät s

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ist auf die gleiche Weise wie in Fig. 1 angeschlossen : Das Referenzobjekt MO wird mit dem Anschluss 3, wo sich die Sensoren A und E befinden, und mit dem Anschluss 5, wo sich der Sensor F befindet, verbunden, der übrige Strömungskreis IP wird indessen mit dem Anschluss 4, wo sich der Sensor B befindet, und mit dem Anschluss 6 ohne Sensor verbunden. An die Sensoren A und B wird prinzipiell die wärmere Leitung angeschlossen, so dass die Wärmeverluste an die Umgebung möglichst klein sind und so wenig wie möglich die Messung beeinflussen. In diesem Falle tritt das kühlere Medium an der äusseren unteren Seite am Anschluss 6 ein (wegen einer leichteren Entlüftung) und strömt entlang den Rippen bis zum anderen Ende des Messgerätkörpers, dann gelangt es durch zwei Bohrlöcher auf die obere Seite und fliesst an den Rippen vorbei beim Sensor F (Anschluss 5) aus dem Messgerät. Die Anschlüsse können aber auch derart ausgeführt werden, dass der äussere Strom an beiden Seiten parallel ist, was für das Funktionieren des Messgeräts nicht wesentlich ist. Die Messwärmeleistung, die durch die gerippte Oberfläche der Durchflusskanäle 1', 1" auf den Messgerätkörper 1 übertritt, wird auf zwei Seiten nach aussen, in Fig. 4 nach oben und nach unten, geleitet. Die Wärmeströmung wird von den Sensoren C, D registriert, die an beiden Seiten des mittleren Kanals 1 ' in die Bohrungen, die parallel mit der Oberfläche der Rippenwurzel und senkrecht zur Achse verlaufen, im gegenseitigen Abstand Lc,d eingelegt sind. Sie können auch parallel zur Achse eingelegt sein. Die Anzahl der Sensoren C, D hängt von der gewünschten Genauigkeit ab, mit welcher man den durchschnittlichen Temperaturgradienten ausmessen möchte; es können auch nur zwei Paare von Sensoren, auf jeder Seite eines, vorhanden sein. Die Sensoren eines Paares sind differenziai verbunden, die Anzeige mehrerer Paare werden jedoch addiert oder man ermittelt anderswie die Durchschnittswerte.

Analog wie bei der Variante nach Fig. 1 messen auch hier die Sensoren A, B die Temperaturdifferenz aus, welche im Strom des Mediums infolge der ausgetauschten Messwärmeleistung entsteht, die Sensoren E, F messen dagegen die Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritt in das Referenzobjekt und dem Austritt daraus. Auf dieselbe Weise wie vorstehend angegeben errechnet man aus diesen Anzeigen die Wärmeleistung und daraus mit einer Integration durch Zeit die Wärmemenge, welche im Referenzobjekt während einer bestimmten Zeit verbracht oder erzeugt wurde.

Die Sensoren A, B und E, F sind in der letzterwähnten Variante als in die Anschlussansätze 3,4 und 5 eingeschraubte Nippel dargestellt, wobei in die Nippel temperaturempfindliche Elemente (Thermoelemente, Widerstände, Dioden, integrierte Schaltkreise, Kondensatoren usw.) eingelegt und zwecks grösserer Dauerhaftigkeit vergossen werden. Die Sensoren können auch auf andere in der Wärmetechnik übliche Weise ausgeführt sein.

Die Verbindung zwischen der einen und der anderen Seite, in Fig. 4 zwischen dem oberen und unteren Kanal 1 ", ist im Falle von Fig. 4 mittels zwei symmetrisch liegender lotrechter Bohrlöcher einfach durch Giessen ausgeführt. Zwischen den Wänden der Anschlüsse, wo sich das kältere Medium befindet, und den Wänden, wo das wärmere ist, soll es kein gut leitendes Material geben, sondern (wie dargestellt) eine Isolation; wenn es trotzdem vorliegt, müssen auch dort Sensoren C, D eingebaut werden, damit auch der dort ausgetauschte Teil der Messwärmeleistung berücksichtigt werden kann. Die Messwärmeleistung darf nur dort durchgeleitet werden, wo sie auch gemessen wird.

Wie im Beispiel nach Fig. 1 können auch bei der Variante nach Fig. 4 die Anschlussansätze und Rohrverbindungen zwischen den äusseren Seiten anstatt in einem einzelnen

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gegossenen Stück mit getrennten Teilen ausgefertigt werden, wobei schlecht leitende Dichtungen dazwischen gelegt werden können, wodurch die Genauigkeit des Messgeräts erhöht wird. Auch der eigentliche Körper 1 des Messgeräts kann aus mehreren Teilen mit einer Zwischenschicht im Bereich der Sensoren C, D und mit Bohrlöchern oder Querschnittsverjüngungen ausgeführt sein, mit welchen der Gradient (Tc-Td) vergrössert oder die Durchschnittsbestimmung verbessert wird, wie schon bei der Beschreibung von Fig. 1 und 3 angegeben wurde. In diesem Fall ist die Isolation nicht so notwendig wie bei der Variante der Fig. 1, da die Möglichkeit jener Wärmeverluste, welche die Messgenauigkeit beeinflussen, nur auf den Seiten, d.h. auf einem kleineren Teil der Oberfläche, besteht.

Die Fig. 8 zeigt eine konzentrische, achsensymmetrische Variante des Messgeräts, welches aussen und innen gerippt ist. Das Messgerät könnte auch ohne Rippen funktionieren, müsste aber wesentlich länger sein. Der Messgerätkörper 1 einschliesslich der Anschlussansätze 5 und 6 ist einstückig ausgearbeitet. Die Ansätze 5 und 6 sind gesondert ausgeführt und auf dem Messgerätkörper 1 über starke Isolationsdichtungen 7 befestigt. Der Strom des äusseren Mediums (Anschlüsse 5,6) teilt sich in zwei parallele Ströme und fliesst entlang den Ringrippen des Körpers 1. Anstatt der parallelen Teilung des Mediumstroms könnte man auch eine andere Form, z.B. eine Schraubenlinie wählen. Die angegebene Teilung ist am einfachsten. Der wärmere Zweig ist aus bereits erwähnten Gründen prinzipiell mittig angeschlossen. Die Messwärmeleistung wird in diesem Fall entlang einer zylindrischen Wand geleitet, was in der Konstante der Formel für Q berücksichtigt wird. Sie wird von den Sensoren C, D gemessen, die auf verschiedenen Durchmessern eingebaut sind (De " Dd). Als Sensorelement ist in Fig. 8 ein Widerstandsdraht eingezeichnet, der in Bohrlöcher entlang der Achse eingelegt ist. Es könnte auch irgendeiner der vorher erwähnten möglichen Sensoren eingelegt werden. Wenn der Messgerätkörper 1 aus zwei oder mehreren Teilen besteht, kann der Draht einfach am Umfang umgewickelt werden. Den Extremfall einer zusammengesetzten konzentrischen Messkörperausführung stellt ein Rohr in einem Rohr mit Zwischenschichten für die Messung des Gradienten dar. Die Arbeitsweise, die Ausführung und der Einbau der Sensoren sind in Fig. 8 analog wie bei der Variante nach Fig. 4. Fig. 10 zeigt schematisch und Fig. 11 konkret eine Ausführung der Variante des Messgerätes mit der Ableitung der Messwärmeleistung in die Umgebung. Zum Unterschied von den vorstehend angegebenen Varianten gibt das Messgerät nach Fig. 10 die Messwärmeleistung nicht in die kühlere Leitung, sondern in die Umgebung ab. Die Anschlüsse und die Wirkungsweise sind analog wie oben, ein wesentlicher Unterschied besteht nur darin, dass die Messwärmeleistung so lange ausgetauscht wird, wie es eine Temperaturdifferenz zwischen dem Medium, welches durch das Messgerät strömt, und der Umgebung gibt, ohne Rücksicht auf die Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeren und dem kälteren Strom des Mediums. Die Formel für Q bleibt unverändert. Der Anschluss, in welchem sich der Sensor F befindet, ersetzt die früheren Anschlüsse 5 und 6 und ist im allgemeinen getrennt vom Hauptmessgerät angebracht. Deshalb hat er in Fig. 10 und 11 eine besondere Bezugsnummer (9). Zwecks grösserer Genauigkeit ist er mit einer Isolation 2 umgeben. Der Messgerätkörper kann nur auf der äusseren Seite, auf beiden Seiten (wie aufgezeichnet) oder überhaupt keine Rippen aufweisen, was von der zulässigen Länge des Messgeräts, vom Durchflussbereich und von den absoluten Temperaturen abhängt. Die Sensoren C, D sind hier als Schichten ausgeführt (Widerstandsdrucktechnik, Aufdampftechnik u.ä.).

Fig. 13 ist das Schema einer Variante des Wärmeleistungs5

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messgeräts aus Fig. 1 für den Fall, wenn die Messwärmeleistung in einen anderen Verbraucher abgeführt bzw. aus einer anderen Wärmequelle zugeführt wird (Beispiel: Wasserleitung für die erste und Verbrennungsgase für die zweite Möglichkeit). Eine solche «andere» Quelle oder «anderer» Verbraucher der Wärmeleistung ist in Fig. 13 mit MD bezeichnet. Als Messgerät kann ausser der aufgezeichneten jede andere Variante aus den Fig. 1 bis 9 verwendet werden, nur mit dem Unterschied, dass der Sensor F aus dem Messgerät ausgeschieden und in die Rückleitung eingebaut wird (wie das bei der Variante der Fig. 10 bzw. Fig. 11 der Fall war), die Anschlüsse 5 und 6 des Messgeräts werden jedoch mit der vorher erwähnten «anderen» Quelle oder Verbraucher der Wärmeleistung verbunden. Für das Funktionieren des Messgeräts ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem Medium im Messgerät und dem durch diese andere Quelle oder den Verbraucher strömenden Medium erforderlich.

Das erfindungsmässige Messgerät kann mit Ausnahme von Sensoren aus einem Stück, auch gegossen, hergestellt werden. Gemäss seinen Eigenschaften, besonders in der A

führung; nach Fig. 10, ist es für Dauermessungen der verbrauchten Wärme einzelner Radiatoren oder Einrohrsysteme geeignet. In einem solchen Fall kann es einfach als ein Radiatorglied ausgeführt werden. Da es keine beweglichen s Teile hat, kann man bei sorgfältig eingebauten Sensoren, die in das Material eingegossen sind und keine Verbindung mit dem Medium oder der Atmosphäre haben, sagen, dass die Lebensdauer des Geräts unbegrenzt ist und es keine besondere Wartung braucht. Niederschläge, Korrosion, Ver-lo schmutzung, Blasen usw. üben keinen Einfluss auf das Messergebnis aus, da die Wärmeübertragung in der Ausgangsformel nicht auftritt. Das Messgerät verbraucht Energie nur zum Messen von Temperaturdifferenzen, welcher Verbrauch in Kombination mit einem entsprechenden Schaltkreis äus-15 serst gering ist, und für das Ablesen selbst verbraucht man überhaupt keine Energie, wenn als Sensoren Thermoelemente verwendet werden. Das Messprinzip ist auch für sehr kleine Leistungen geeignet, da das Messgerät in Miniaturausführung hergestellt werden kann. Das beschriebene Mess-20 gerät kann auch in Laboratorien und Reguliersystemen und für verschiedenste Medien - Wasser, Luft, Öl, Kühlmittel usw. - verwendet werden.

4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

665 286 PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät zum Messen ausgetauschter Wärmeleistung zwischen einer Zulauf- und einer Rücklaufleitung einer Wärmeanlage, in welcher die Wärme mit der Strömung eines flüssigen, gas- oder staubförmigen Mediums übertragen wird, insbesondere für eine kontinuierliche Wärmeleistungsmessung von Erhitzern, Wärmeaustauschern, Radiatoren, Kühlanlagen, Sanitärwarmwasser und Klimaanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein- oder mehrteiliger, gut wärmeleitender Messgerätkörper (1) mit zwei Kanälen (1 1 ") zum Durchfluss jeweils eines wärmeren und eines kühleren Mediums zwischen einem Referenzobjekt (MO) und einer nicht gemessenen Wärmeinstallation (IP) ausgeführt ist, dass die Kanäle ( 1 ', 1 " ) mit je zwei Rohranschlüssen (3,4,5,6) versehen sind, die gegenüber dem Körper (1) mittels Dichtungen (7) wärmeisoliert sind, dass der Körper (1) und die Anschlüsse (3 bis 6) nach aussen mit einer Isolation (2) umgeben und mit einem Gehäuse (8) geschlossen sind und dass in die Anschlüsse (3,4) der wärmeren Leitung ein erstes Temperatursensorenpaar (A, B), in den Messgerätkörper (1) zwischen die Kanäle (1 1 ") ein zweites Temperatursensorenpaar (C, D) und in die mit dem Referenzobjekt (MO) verbundenen Anschlüsse (3,5) ein drittes Temperatursensorenpaar (E, F) eingebaut ist, so dass die Wärmeleistung mittels drei Temperaturdifferenzen gemessen wird, und zwar mittels der Temperaturdifferenz im Medium zwischen dem Eintritt und dem Austritt derselben Leitung mit dem ersten Tempera-tursensorenpaar (A, B), in der Wand bzw. dem Körper des eigentlichen Messgerätes, wo die Messwärmeleistung geleitet wird, mit dem zweiten Temperatursensorenpaar (C, D), und zwischen den Anschlüssen, die zum Referenzobjekt (MO) führen mit dem dritten Temperatursensorenpaar (E, F), wobei für die Zu- und Ableitung der Messwärme die Temperaturdifferenz zwischen den Leitungen ausgenützt wird.

2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ( 1) als ein monolithischer Block mit zwei parallel verlaufenden Kanälen (1 ', 1") und mit quer dazu angeordneten Sensoren (C, D) ausgeführt ist, so dass die Messwärme nur in einer Richtung fliesst (Fig. 1,2).

3. Messgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) im Bereich zwischen den Sensoren (C, D) geteilt ist und zwischen die Teile (la, lb) eine weniger leitfähige Schicht (lc) als die Teile (la, lb), z.B. eine Bindemittelschicht, eingelegt ist (Fig. 3).

4. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ( 1 ) als Block mit drei übereinander angeordneten flachen Kanälen ausgeführt ist, von denen vorzugsweise der mittlere ( 1 ' ) der wärmste ist, darüber ein kühlerer Kanal ( 1 " ) und darunter der kühlste Kanal ( 1 " ) vorgesehen ist, wobei die letzteren Kanäle (1 ") untereinander mit zwei vertikalen Verbindungskanälen verbunden und mit Anschlüssen (5,6) versehen sind, die rechtwinklig zu den Anschlüssen (3,4) des ersten Kanals (1') gerichtet sind, und alle drei Kanäle(l', 1") vorzugsweise gerippt sind, wobei die Temperatursensoren (C, D) paarweise in zwei Reihen zwischen dem mittleren Kanal ( 1 ' ) und den beiden äusseren Kanälen ( 1 ") angeordnet sind, so dass die Messwärme in zwei Richtungen fliesst (Fig. 4).

5. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teil des Körpers ( 1 ) als nach innen gerippte Nabe mit einem inneren Kanal (1 ' ) ausgeführt ist, nach aussen aber ringförmige Rippen verlaufen, wobei die äusser-sten Rippen über den übrigen Rippen geschlossen sind und einen äusseren Strömungskanal (1 ") mit Anschlüssen (5,6) umfassen, die rechtwinklig zu den Anschlüssen (3,4) des wärmeren Mediums gerichtet sind, die an die erwähnte Nabe mittelbar über Wärmeisolationsringe (7) befestigt sind, wobei die erwähnte Nabe an gegenseitig koaxialen zylindrischen

Flächen mit zwei Reihen von paarweise angeordneten, längsverlaufenden Temperatursensoren (C, D) versehen ist, so dass die Messwärme nur in einer Richtung radial nach aussen oder nach innen fliesst (Fig. 8,9).

6. Messgerät nach Anspruch 1, für Fälle, bei denen die Rücklaufleitung gesondert ist, insbesondere für Sanitärwarmwasser und Warmluftheizung, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei getrennte Baugruppen umfasst, von denen die erste aus drei koaxialen, ineinander eingeschobenen Rohrelementen (la, lb, lc) zusammengesetzt ist,

wobei zwischen dem inneren Rohrelement (la), das mit einem Anschluss (3) zur Zufuhr des Mediums versehen ist, in welchen zwei Temperatursensoren (A, E) eingebaut sind, und mit einem Anschluss (4) zur Abfuhr des Mediums, in welchen ein Temperatursensor (B) eingebaut ist, und das Zwischenrohrelement (lc) ein schichtförmiger Temperatursensor (C) eingebaut ist, während zwischen dem Zwischenrohrelement (lc) und dem äusseren Rohrelement (lb) ein weiterer schichtförmiger Temperatursensor (D) eingebaut ist, und wobei das innere Rohrelement (la) vorzugsweise innen in axialer Richtung gerippt ist und das äussere Rohrelement (lb) von der äusseren Seite mit Ringrippen ausgeführt ist; und dass die zweite Baugruppe aus einem einzelnen, nach aussen wärmeisolierten Rohranschlussstück (9) besteht, in welches ein Temperatursensor (F) eingebaut ist, wobei diese zweite Baugruppe in die Rohrrücklaufleitung der Installation angeschlossen ist und die Messwärme in einer Richtung radial nach aussen in die Umgebung abgeführt wird (Fig. 10,11).

7. Messgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwärmeleistung in den Verbraucher (MD) abgeführt wird, der keine kühle Rücklaufleitung ist, und dass die zweite Baugruppe mit dem Sensor (F) zwischen dem Refe-renz objekt (MO) und die nicht gemessene Wärmeinstallation (IP) in die Rücklaufleitung eingebaut ist (Fig. 13).