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Die Erfindung betrifft ein Strömungsmessgerät für ein Kühlmedium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2004 028 759 ist ein Strömungsmessgerät bekannt, bei der die Position eines Strömungskörpers mit einem Sensor erfasst wird. Verschiedene Strömungsmessgeräte, die auch als mechatronische Strömungssensoren bezeichnet werden, werden von der Anmelderin unter anderem unter der Bezeichnung SBY hergestellt und vertrieben.
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Die bekannten mechatronischen Strömungssensoren sind für flüssige Medien in einen Temperaturbereich von –10–+180°C geeignet.
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Für Kältemittelapplikationen, insbesondere für den Einsatz in Kühltheken von Supermärkten, sind derartige Strömungssensoren gar nicht bzw. nur bedingt geeignet. Insbesondere der aus der
DE 10 2004 028 759 bekannte Strömungssensor benötigt einen großen Bauraum. Dieser Strömungssensor basiert auf einem Standard 3/4 Zoll Schrägsitzventil-Gehäuse aus Metallguss. Zwischen dem Gehäuse und einem Ventilkörper, dessen Verschiebung ein Maß für die Strömungsmenge ist, ist ein relativ großer Totraum vorhanden. Außerdem ist dieser Strömungssensor aufwendig in der Herstellung und aufgrund des massiven Gehäuses relativ teuer.
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Typischerweise werden bei Kältemittelapplikationen Kupferrohrleitungen verwendet, so dass ein derartiger Strömungssensor nur mit entsprechenden Adaptern einsatzfähig wäre. Versuche haben gezeigt, dass Adapterlösungen nicht den Anforderungen im Hinblick auf Gasdichtheit bei Drücken über 10 bar und Temperaturen bis –40° sowie Temperaturschwankungen von Δ50° genügen. Herkömmliche Strömungsmessgeräte weisen Dichtungselemente auf, die für diese Anforderungen nicht geeignet sind. Neben mechanischen Strömungsmessgeräten mit einem Strömungskörper sind noch weitere Strömungsmessgeräte bekannt, die auf anderen Messprinzipien beruhen. Aufwendige Untersuchungen haben gezeigt, dass alle bekannten weiteren Strömungsmessgeräte für Kältemittelapplikationen nicht geeignet sind. So sind Coriolis-Massedurchflußmessgeräte nicht ausreichend druckfest und bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten zu ungenau. Strömungsmessgeräte basierend auf dem MID-Prinzip sind für Kältemittel nicht geeignet, da diese zwingend leitfähige Medien erfordern und Kältemittel in der Regel nicht leitfähig sind. Ultraschall-Durchflussmessgeräte sind für kleine Rohrdurchmesser 10 mm nicht geeignet und außerdem sind sie nicht ausreichend kompakt. Turbinenzähler scheiden wegen der ungenügenden Langzeitstabilität und der hohen Verschleißanfälligkeit als Alternative aus.
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Alle bisher bekannten Strömungsmessgeräte sind außerdem nicht kostengünstig.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Strömungsmessgerät anzugeben, das eine hohe Genauigkeit besitzt, das für Kältemittelapplikationen geeignet ist, das insbesondere sehr kompakt ist das nur wenig Totraum aufweist, das gasdicht ist und das auch für große Temperaturschwankungen und sehr tiefe Temperaturen geeignet ist und das einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass das Strömungsmessgerät für ein Kühlmedium ein Gehäuse aufweist, das im Wesentlichen aus einem Außenrohr mit einem axialen Zulauf und einem radialen Ablauf besteht. In das Außenrohr ist ein Innenrohr eingesetzt, in dem ein Sensor angeordnet ist, der die Lage eines Strömungskörpers detektiert. Durch die Kombination von Außenrohr mit dem Innenrohr ergibt sich ein im Wesentlichen totraufreier Strömungsraum und damit eine extrem kompakte Bauform.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 herkömmliches Strömungsmessgerät in Schnittdarstellung
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2 Schnitt einer erfindungsgemäßen Strömungseinrichtung für ein Kühlmedium
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In 1 ist ein herkömmliches Strömungsmessgerät 100 dargestellt. Es besteht aus einem Gehäuse 105, das einem Standard ¾'' Schrägsitzventil entspricht. Ein Ventilsitz 110 wird bei fehlender Strömung von einem federnd gelagerten Strömungskörper 106 verschlossen. Am Strömungskörper 106 ist ein Magnet 119 vorgesehen, dessen Position mit einem Sensor 118 erfasst wird. Das Medium strömt über einen Zulauf 130 in das Gehäuse 105 ein und strömt über einen Ablauf 140 ab. Je nach Stärke der Strömung wird der Strömungskörper 106 in Richtung Sensor 118 verfahren. Der Sensor 118 detektiert den Abstand zum Magneten 119, der ein Maß für den Durchfluss des Mediums ist. Der Sensor 118 ist in einer Sensorhalterung 102 fixiert. Eine Bohrung in der Sensorhalterung 102 dient als Führung für den Strömungskörper 106. Das strömende Medium umströmt den vorderen Teil des Strömungskörpers 106. Der rückwärtige Raum 121 hinter dem Strömungskörper 106, der außerhalb der Hauptströmungsachse S liegt wird nicht bzw. nur minimal durchströmt und kann deshalb als außerhalb der Strömungsachse liegender Totraum bezeichnet werden. Dieser außerhalb der Strömungsachse liegende Totraum 121 ist nachteilig. Ebenfalls nicht oder kaum durchströmt wird der Spalt zwischen Strömungskörper 106 und der Sensorhalterung 102, in dem sich das Ende einer Feder 108 abstützt. Zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse 105 als Metallguss und der Sensorhalterung 102 aus Kunststoff dient ein O-Ring 140. Dieses Strömungsmessgerät beansprucht durch die schräge Anordnung der Sensorhalterung 102 viel Raum. Aufgrund des massiven Gehäuses ist es auch relativ schwer. Das Dichtelement 140 ist außerdem nicht für tiefe Temperaturen bzw. hohe Temperaturunterschiede, sowie für hohe Gasdrücke geeignet.
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In 2 ist ein Strömungsmessgerät für ein Kühlmedium 1 dargestellt. Das Strömungsmessgerät besteht im Wesentlichen aus einem Außenrohr 10 als Gehäuse und einem Sensoreinsatz 30, der vorwiegend von einem einseitig geschlossenen Innenrohr 32 gebildet wird, das in das Außenrohr 10 hineinragt.
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Das Außenrohr 10 weist an einem ersten Ende einen Ablauf 14 auf und an einem zweiten Ende einen Zulauf 12 auf. Im Außenrohr 10 ist ein Rückschlagventil 16 vorgesehen. Das Rückschlagventil 16 besteht aus einem Absatz 18, der einen Ventilsitz bildet und einem Strömungskörper 20 als Verschlussteil. Am Strömungskörper 20 ist ein Bund 21 vorgesehen, der im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 16 auf dem Absatz 18 aufliegt. Die konisch geformte Spitze 21a des Strömungskörpers 20 ragt in diesem Zustand in den Ventilsitz 18 hinein.
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Zur Führung des Strömungskörpers 20 dient ein Führungsrohr 22, das auf dem Innenrohr 32 axial verschiebbar gelagert ist. Im Strömungskörper 20 ist ein Magnet 23 vorgesehen, dessen axiale Lage mit einem Sensor 34 erfasst wird. Der Sensor 34 ist in dem Innenrohr 32 fixiert. Der geschlossene Zustand des Rückschlagventils 16 kann entweder durch eine Feder (nicht dargestellt) oder bei einem senkrechten Einbau des Strömungsmessgerätes allein durch die Wirkung der Schwerkraft auf den Strömungskörper 20 erzielt werden.
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Als Zulauf 12 dient ein Rohransatz 12a, der an einem Deckel 13 fixiert ist. Der Deckel 13 verschließt das zweite Ende des Außenrohrs 10. Das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 10 ist durch einen am Ende des Innenrohrs vorgesehenen Kragen 15 verschlossen. Alle mediumsberührenden Verbindungen sind stoffschlüssige Verbindungen, d. h. Lötverbindungen oder Schweißverbindungen.
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Nachfolgend ist die Funktion des Strömungsmessgeräts für ein Kühlmedium 1 erläutert. Es kann sehr einfach in einen Rohrleitungsabschnitt z. B. in einer Kühltheke eingesetzt werden. Hierzu müssen nur die beiden Rohransätze mit 10 mm Durchmesser mit dem vorhandenen Rohrsystem, das in der Regel auch 10 mm Durchmesser hat, verbunden werden. Aufgrund der Kompaktheit der erfindungsgemäßen Strömungsmessgerät 1 ist dies trotz des häufig nur geringen Platzangebotes, das im Innern einer Kühltheke zur Verfügung steht, möglich. Der Außendurchmesser des rohrförmigen Gehäuses 10 beträgt 35 mm. Das Kühlmedium strömt über den Zulauf 12 in das Innere des Strömungsmessgeräts. Je nach Stärke der Strömung wird der Strömungskörper 20 unterschiedlich stark ausgelenkt.
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Das Medium umströmt das Führungsrohr 22 und teilweise das Innenrohr 32. In unmittelbarer Nähe des Kragens 15 tritt das Medium aus dem Innern des Strömungsmessgeräts über den Ablauf 14 wieder aus. Aufgrund der speziellen Gestaltung des Strömungsmessgeräts ist der Strömungsraum 40 der zwischen Außenrohr 10 und Innenrohr 32 gebildet wird, weitgehend totraumfrei. Je näher sich der Ablauf 14 zum Kragen 15 befindet, desto kleiner wird der Raum der nicht unmittelbar durchströmt wird. Das gesamte Strömungsmessgerät 1 ist bis auf den Ablauf 14 rotationssymmetrisch aufgebaut, und damit sehr kompakt. Durch die Verwendung handelsüblicher Rohre mit entsprechenden Durchmessern, ist das erfindungsgemäße Strömungsmessgerät sehr kostengünstig und einfach herstellbar.
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Die axiale Verschiebung des Strömungskörpers 20 wird mit dem Sensor 34, z. B. einem GMR-Sensor, erfasst und als Analogsignal, z. B. über eine 4–20 mA Schnittstelle ausgegeben. Typischerweise wird das Strömungsmessgerät herstellerseitig kalibriert, so dass das Sensorsignal linear mit der Strömungsmenge zunimmt. In einer Auswerteeinheit kann das Strömungssignal mit entsprechenden Temperaturwerten und gegebenenfalls weiteren Sensoren in eine Wärmemenge (eigentlich Kältemenge) umgewandelt werden und damit z. B. die Leistung eines Kompressors so angepasst werden, dass keine unnötigen Energieverluste auftreten. In der Regel werden Kompressoren bei vielen Kühlmaschinen oder Wärmepumpen, nicht im optimalen Wirkungsbereich gefahren. Insbesondere bei Kühltheken in Supermärkten ist ein großes Energieeinsparpotential gegeben, da bei diesen Anwendungen die Kompressoren häufig bei hoher Leistung betrieben werden, um immer sicherzustellen, dass die Temperatur im Kühlbereich den einzuhaltenden Grenzwert nie erreicht. Das erfindungsgemäße Strömungsmessgerät besteht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels aus handelsüblichen Kupfer- oder Messingrohren, die miteinander an den jeweiligen Verbindungsstellen verlötet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist für Kühlmitteldrücke bis 20 bar geeignet. Das erfindungsgemäße Strömungsmessgerät ist aber auch für CO2 als Kühlmedium geeignet. Hierbei liegen die Drücke des Kühlmediums weit höher, bis zu 100 bar. In diesem Fall sind die einzelnen Teile, insbesondere das Außenrohr aus Edelstahl.
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Wird die Strömungsmessgerät 1 senkrecht eingebaut, so kann die Rückstellkraft, die den Strömungskörper 20 in Richtung Ventilsitz drückt, allen durch die Schwerkraft realisiert werden. Die Strömungsmessgerät 1 ist bei der oben erwähnten Dimensionierung in der Lage auch kleine Strömungsmengen von z. B. 4 l/min mit einer hohen Genauigkeit von besser als 5% zu messen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004028759 [0002, 0004]
