DE1959041A1 - Hoehenstandmesser fuer Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Höhenstandmesser für Flüssigkeiten Beim Begasen von Flüssigkeiten oder beim Sieden von Flüssigkeiten ist ein bestimmter Gasanteil in Form von Blasen in der Flüssigkeit dispergiert. Häufig kommt es vor, daß die Dichte eines solchen Zweiphasengemisches wegen der Unkenntnis von Form, T Te;nperatur und Druck der Blasen und der Blasenaufsteigsgeschwindigkeit nicht bestimnibar ist, ganz abgesehen von dem sich im allgemeinen stark ändernden Gasbiasengehalt der Mischung in Abhängigkeit von der Bcaufschlagung. Auch ist fast immer, insbesondere bei hohen Blasenanteilen in solchen sogenannten Zweiphasenströmungsbetten die begrenzende Oberfläche durch eine Zone verstärkten Gasanteils, eine sogenannten Schaumzone gekennzeichnet, die sehr stark bewegt ist (Brodeln). Ein solchermaßen nicht genau definierter und stark bewetter Flüssigkeit.sspiegel eines Zweiphasengenzisches unbekannter Dichte läßt sich, Bei Bedingungen wo die direkte visuelle Beobachtung auszuschließen ist, wie z.B. Drücke und/oder Temperaturen, sowie Radioaktivitäten, mit den bekannten Methoden der Fällstandanzeige nicht mehr ohne weiteres lokalisieren.
• Die Höhenstandmessung mittels Schwimmer oder Auftriebskörper.
• Schau- oder Standgläser, kapazitiver oder ohmscher Meßanzeiger versagt entweder gänzlich oder liefert zumindest ungenane Meßwerte bei den aufgezeigten Problemen.
• Die vorliegende Erfindung hat zu Aufgabe, einen auch bei höhen Tewmperatur und Drücken betriebssicheren und robusten Höhenstandmesser mit einem Minimum an apparativem Aufwand zu schaffen, der insbesondere eine genaue Bestimmung der Lage von Phasengrenzchichten gestattet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine langgestreckte, den Flüssigkeitsspiegel durchsetzende Wärmequelle vorgeschlagen, entlang deren Oberfläche mehrere, die Meßsignale liefernde Temperaturfühler angebrcht sind. Als Wärmequelle kann z.B. ein über seine Länge gleichmäßig Heizstab diene, in dessen Oberfläche in vorgegebenen Abständen mehrere Thermoelemente einegelötet oder eingesweißt sind, so daß kurze Antsprechzeiten erreicht werden.
• Bei diesem Meßprinzip werden die unterschiedlichen Wärmeübergangsverhältnisse von einem festen Körper, z.B. einem Metall, zu einer Flüssigkeit, einem Gas oder einem zwischen beiden liegenden Schaumbett(Phasengrenzschicht) als charakteristische Größen für die Messung ausgenutzt. Da der Wärmeübergang zur Flüssigkeit größer ist als zum Gas, sient sich innerhalb der Flüsiigkeit oder des Zweiphasengemisches eine niedrigegre Temperatur an der Wärme abgebenden Heizstaboberfläche ein als im Gasraum, während in der Phasengrenzschicht Temperatursprünge zu erwarten sind. Dadurch läßt sich die Lage Grenzschicht auf einfache Weise mittels der dort angebrachten Thermoelemente bestimmten, auch wenn, wie bei einem Sattdampferzeuger Flüssigkeit und Dampft dieselbe Temperatur aufweisen.
• Im Gasraum nimmt die Oberfläche der beheizter' Meßsonde, bedingt durch die geringere Wärmeabfur, eine höhere Temperatur an. Treffen Tropfen, die beim Durchtreten der Gasblasen durch die Phasengrenz schicht, in den Dampfraum geschleudert werden, auf die heiße Stab oberfläche auf, so werden sie dort verdampft, was eine schlagartige lokale Temperaturabsenkung an der Oberfläche zur Folge hat. Durch die konstruktiv erreichte, kurze Ansprechzeit der Thermoelemente werden diese Vorgänge erfaßt und ermöglichen eine quantitative Aussage über die Austragungshöhe der Tropfen. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Sonde ist daher besonders gut für die Bestimmung der Füllstandhöhe bzw. der Phasengrenzschicht bei begasten Flüssigkciten wie :. B. bei mit: Heißdampf betriebenen Direktverdampfern (Löffler-Kessel) geeignet. Durch entsprechende bewegliche Anordnung der Sonde ist es außerdem möglich, das Profil des Flüssigkeitsspiegels bzw. der Phasengrenzschicht auszumessen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert: Die Figur 1 zeigt schematisch im Längsschnitt ein von einem Gas- oder Dampfraum aus in eine Flüssigkeit hineinragenden Heizstab, die Figur 2 ein Diagramm über den Temperaturverlauf entlang der Heiz staboberfläche.
• Der elektrisch beheizte Stab besteht im wesentlichen aus einem metallischen Heizleiterträger 1, der auf seinem Außenmantel, ein doppelgängiges Gewinde trägt. In den Gewinderillen 2 ist ein elektrischer Heizi eiter 3 eingelegt, dessen Zuleitungen gasdicht aus dem Behälter 4 herausgeführt siiid. Der Lieizleitertr;tge-r weist eine zentrale Längsbohrung 5 sowie mehrere radiale Bobruiigen 6 auf, die zwischen den Ri]ien 2 an der Oberfläche 7 des Heizieite-rträgers 1 münden.
• Die Thermoelemente 8 sind auf Höhe der Oberfläche 7 mit den Mündungsrändern der Bohrungen 6 gasdicht verschweißt; ihre Zuleitungen 9 führen durch die Bohrungen 6 zum Kanal 5 und von hier aus zu einem außerhalb des Behälters 4- vorgesehen Antzeigegerät (nicht dargestellt). Die Meßgenauigkeit hängt im wesentlichen von dem gewählten Abstand der Thermoelemente ab.
• In Figur 2 ist der typische von den Thermoelenaenten angezeigte Temperaturverlauf # in Abhängigkeit von der Behälterhöhe h dargestellt.
• Im Flüssigkeitsbereich des unteren Behälterteils (Zweiphasenbereich) liegt die Temperatur am niedrigsten, sie zeigt in Bereich des Wasserspiegels bzw. der Phasellgrenzschicht 10 sprunghaften Verlauf an, um im oberen, nur noch Gas oder Dampf enthaltenden Behälterteil wieder eine gleichmäßig; hohe Temperatur anzunehmen.
• Anstelle eines durchgehend und gleichmäßig beheizten Stabes ist es auch möglich, im Bedarfsfalle nur diejenigen Stellen zu beheizen, an denen die Temperaturfühler angebracht sind. Ebenso ist es möglich, an Stelle von elektrischem Strom eine andere von außen zuzuführende Energieart zu verwenden, wie z. B. eine die Sonde durchströmende Flüssigkeit oder ein Gas, die eine höhere Temperatur haben, als die Flüssigkeit bzw. das Zweiphasengemisch, dessen Füllstandhöhe bestimmt werden soll. Bei Direktverdampfern kann man z. B. ein für die Verdampfung des Kondensats vorgesehenes, Heißdampf führendes Rohr verwenden, an dessen Außenmantel die Temperaturfühler angebracht sind und das die Gas- und die Flüssigkeitszone des Verdampfers durchsetzt.

Claims (8)

1. Patentallsprüche:

   Iöhenstandmesser für Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine langgestreckte, den Flüssigkeitsspiegel (10) durchsetzende Wärmequelle, entlang deren Oberfläche (7) mehrere, die Meßsignale liefernde Temperaturfühler (8)angebracht sind.
2. 2. Höhenstandmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektrisch beheizten Stab (1, 3), an dessen Oberflächen (7) in vorgegebenen axialen Abständen mehrere Thermoelemente (8) rnünden.
3. 3. Höhenstandmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Heizleiter (3) in die gewindeförmigen Rillen (2) eines Heizleiterträgers (1) eingelegt sind.
4. 4. Höhenstandmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiterträger (1) eine zentrale Längsbohrung (5) aufweist, und daß von dieser Längsbohrung aus weitere an die Staboberfläche (7) führende Bohrungen(6) verlaufen, die die Zuleitungen (9) zu den Thermoelementen (8) aufnehmen.
5. 5, Höhenstandmesser nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (8) gasdicht mit den an der Staboberfläche (7) mündenden Rändern der Bohrungen (6) verschweißt sind.
6. 6. Höhenstandmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gas- oder dampfbeheiztes Rohr als Wärmequelle, an dessen Außenmantel die Temperaturfühler angebracht sind.
7. 7. Höhenstandmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde quer zu ihrer Längsachse beweglich angeordnet ist.
8. 8. Verwendung einer Nteßsonde nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche zum Bestimmen der Phasengrenzschicht bzw.

   des Dichteprofils einer begasten Flüssigkeit