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Die
Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät für
fluide Medien, bei dem der Durchfluss entlang einer Messstrecke
mit Hilfe von Ultraschall bestimmt wird.
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Die
Ausbreitungsgeschwindigkeit von bestimmten Wellen, insbesondere
Schallwellen, in einem fluiden Medium ist abhängig von
dessen relativer Geschwindigkeit. Diese Erscheinung nutzt man in
Ultraschallmessgeräten zur Durchflussmessung. Das Gerät
enthält eine von dem Medium durchströmte Messstrecke,
an deren einander gegenüberliegenden Enden entsprechende
Ultraschallwandler vorgesehen sind. Die Messstrecke, die in der
Regel durch ein Messrohr definiert wird, darf im Hinblick auf die
zu erzielende Genauigkeit nicht sehr kurz sein.
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Aus
der
EP-A-392294 ist
ein Ultraschallmessgerät bekannt, bei dem sich das Messrohr
in Längsrichtung zwischen dem Zu- und dem Ablaufstutzen
des Messgerätes erstreckt. Aufgrund dieser Anordnung gelangt
man zu einer großen Baulänge des Messgerätes.
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Aus
der
US-A-4140012 ist
bekannt, dass das Messrohr quer zur Richtung der Zu- und Ablaufstutzen anzuordnen
ist. Dabei ist ein Innenraum des Gehäuses durch eine Trennwand
in zwei Kammern geteilt, wovon die erste mit dem Zulaufstutzen,
die zweite mit dem Ablaufstutzen verbunden ist. Die beiden Kammern
sind durch das Messrohr verbunden und die Ultraschallwandler sind
in gesonderten Gehäuseöffnungen fluchtend mit
dem Messrohr angeordnet.
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Aus
der
EP-A-1020711 ist
bekannt, dass das Messrohr und der geteilte Innenraum als Teil einer
von dem Gehäuse des Messgerätes gesonderten und
als Einheit in eine im Gehäuse vorgesehene Kapselaufnahme
einsetzbare Kapsel ausgestaltet werden kann. Die Kapsel weist dabei
mit den Zu- und Ablaufstutzen fluchtende Ein- und Auslassöffnungen
auf.
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Nachteilig
an den bekannten Durchflussmessgeräten mit quer liegendem
Messrohr ist der hohe Druckverlust, der beim Durchströmen
der Zähler auftritt und ein Hindernis bei der Einhaltung
entsprechend vorgegebener Normierungen darstellt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Durchflussmessgerät mit quer
liegendem Messrohr zu schaffen, bei dem der Druckverlust gegenüber
den im Stand der Technik bekannten Zählern mit quer liegendem
Messrohr reduziert wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Durchflussmessgerät
gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät für
fluide Medien mit einem einen Zulaufanschluss und einen Ablaufanschluss
auf weisenden Gehäuse, das ein quer zur Richtung des Zulaufanschlusses
angeordnetes Messrohr enthält, wobei der Zulaufanschluss
mit einer ersten Verteilkammer umfassend einen das Messrohr wenigstens
teilweise umgebenden Seitenkanal, der Ablaufanschluss mit einer
von der ersten getrennten, zweiten Verteilkammer verbunden ist und
die beiden Verteilkammern durch das Messrohr verbunden sind, wobei
die Breite des Seitenkanals auf der dem Zulaufanschluss zugewandten
Seite des Messrohrs größer ist als die Breite
des Seitenkanals auf der dem Zulaufanschluss abgewandten Seite des
Messrohrs.
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Das
zu messende Fluid gelangt vom Zulaufanschluss in die erste Verteilkammer,
wo es zunächst durch den Seitenkanal fließt, bevor
es in das Messrohr gelangt. Der Seitenkanal wird dabei von der Außenseite des
Messrohrs und der Kammerinnenwand gebildet. Die Breite des Kanals
ist dabei der Abstand zwischen Kammerinnenwand und der Außenseite
des Messrohrs und kann über den Umfang des Messrohrs variieren.
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Das
Messrohr muss nicht vollständig vom Seitenkanal umgeben
sein. So ist beispielsweise möglich, dass die Breite des
Seitenkanals an einer Stelle gleich Null ist. In diesem Fall würde
sich die Außenseite des Messrohrs und die Kammerinnenwand
berühren oder schneiden. Es ist auch denkbar, dass das
Messrohr an einer Stelle nicht in die erste Verteilkammer hineinragt
sondern teilweise bündig an der Kammerinnenwand endet.
An dieser Stelle kann somit kein Seitenkanal gebildet werden kann.
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Das
Messrohr ist quer zur Richtung des Zulaufanschlusses angeordnet. „Quer” im
Sinne dieser Anmeldung, dass der Winkel zwischen der Richtung des
Zulaufanschlusses und der Achse des Messrohrs wenigstens 45° beträgt.
Vorzugsweise beträgt dieser Winkel 90°, d. h.
das Messrohr steht senkrecht auf der Richtung des Zulaufanschlusses.
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Die
Breite des Seitenkanals ist auf der Seite des Messrohrs, auf der
sich der Zulaufanschluss befindet, größer als
auf der vom Zulaufanschluss abgewandten Seite des Messrohrs. Dadurch
wird erreicht, dass die Druckverluste aufgrund der Umlenkung des
Fluids auf dem Weg vom Zulaufanschluss in das Messrohr besonders
bei hohen Durchflussgeschwindigkeiten deutlich reduziert werden.
Ein insgesamt verringerter Druckverlust eines erfindungsgemäßen
Durchflussmessgerätes gegenüber einem vergleichbaren
Messgerät mit konstanter Breite des Seitenkanals wurde
experimentell nachgewiesen.
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Es
ist bevorzugt, wenn die beiden Verteilkammern durch das Trennen
eines Innenraumes im Gehäuse mithilfe einer Trennwand gebildet
werden. Die Trennwand kann beispielsweise diagonal in dem Innenraum
angeordnet sein, so dass bei fluchtendem Zu- und Ablaufanschluss
der Zulaufanschluss mit der ersten Kammer, der Ablaufanschluss mit
der zweiten Kammer verbunden ist.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die erste Verteilkammer, die zweite Verteilkammer
und/oder der Innenraum zylindrisch oder oval ausgebildet sind. Dabei
ist besonders bevorzugt, wenn die Achse des oder der jeweiligen
Zylinder quer zur Richtung des Zulaufanschlusses ausgerichtet sind.
Besonders bevorzugt ist hierbei eine senkrechte Ausrichtung.
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Sofern
wenigstens die erste Verteilkammer zylindrisch ausgebildet ist und
somit eine Achse aufweist, weisen bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch die Achsen
der ersten Verteilkammer sowie des Messrohrs untereinander einen
Abstand auf. So wird erreicht, dass die Breite des Seitenkanals auf
der dem Zulaufanschluss zugewandten Seite des Messrohrs größer
ist als die Breite des Seitenkanals auf der dem Zulaufanschluss
abgewandten Seite des Messrohrs.
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Es
kann vorgesehen sein, dass auch die zweite Verteilkammer einen Seitenkanal
umfasst. Dazu muss das Messrohr auch in die zweite Verteilkammer
hineinragen. Der Seitenkanal wird dann durch die Außenseite des
Messrohrs und die Innenwand der zweiten Verteilkammer gebildet.
Es ist aber auch möglich, dass das Messrohr nicht in die
zweite Verteilkammer hineinragt, sondern bündig mit der
Kammerinnenwand endet. In diesem Fall ist kein Seitenkanal in der
zweiten Verteilkammer vorhanden.
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Zur
Beruhigung der Strömung können Leitflächen
vorgesehen sein. Diese sind vorzugsweise an der Innenwand der ersten
Verteilkammer, bevorzugt parallel zur Achse des Messrohrs angeordnet.
Für eine größtmögliche Wirkung
sind sie vorzugsweise wenigstens im Bereich des Seitenkanals angeordnet.
Es ist aber auch möglich, diese an der Außenseite
des Messrohrs vorzusehen. Auch die Zu- und Ablaufanschlüsse
können mit strömungsberuhigenden Leitflächen
versehen sein.
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Es
kann vorgesehen sein, dass das Messrohr auf der dem Zulaufanschluss
abgewandten Seite mit der Wand der ersten Verteilkammer verbunden
ist. Dies kann, wie bereits oben erwähnt, durch Verringerung der
Breite des Seitenkanals in diesem Bereich auf Null erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist es aber, ein gesondertes Verbindungselement
vorzusehen. In beiden Fällen erstreckt sich die Verbindung
vorzugsweise über die gesamte Länge des Messrohrs
in der ersten Verteilkammer. Beim Verbindungselement handelt es sich
bevorzugt um eine entsprechend ausgestaltete Leitfläche.
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Es
ist besonders bevorzugt, wenn die Öffnung des Messrohrs
in der ersten Verteilkammer gegenüber der Achse des Messrohrs
zur vom Zulaufanschluss abgewandten Seite hin abgeschrägt
ist. Dadurch wird das Strömungsprofil in der ersten Verteilkammer
wei ter optimiert. Der Winkel zwischen der Achse des Messrohrs und
der Normalen der Schrägung beträgt dabei vorzugsweise
0° bis 25°, weiter vorzugsweise 10° bis
15°, weiter vorzugsweise 12°.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Verteilkammern und das Messrohr als
Teil einer von dem Gehäuse gesonderten und als Einheit
in einer im Gehäuse vorgesehenen Kapselaufnahme einsetzbare
Kapsel ausgebildet sind. Dadurch wird die Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit
des erfindungsgemäßen Durchflussmessers erhöht.
Die Messwandler können entweder an der Kapsel oder am Gehäuse
montiert sein. Sie werden vorzugsweise durch eine Membran insbesondere
aus Keramik vor dem Fluid geschützt.
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Es
ist bevorzugt, wenn Zulauf- und Ablaufanschluss auf einer gemeinsamen
Achse liegen, d. h. der Ablaufanschluss liegt auf der Richtung des
Zulaufanschlusses. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines Durchflussmessgerätes; und
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2 eine
dreidimensionale Ansicht der Kapsel gemäß 1.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät 1 dargestellt.
Das Durchflussmessgerät 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit
einem Zulaufanschluss 3 und einem Ablaufanschluss 4.
Der Ablaufanschluss 4 ist entlang der Richtung 5 des
Zulaufanschlusses 3 ausgerichtet. Zwischen dem Zu- und
Ablaufanschluss 3, 4 ist eine Kapselaufnahme 6 vorgesehen.
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In
die Kapselaufnahme 6 eingesetzt ist eine Kapsel 10.
Die Kapsel 10 weist eine Einlassöffnung 11 auf,
durch die das Fluid von dem Zulaufanschluss 3 in den zylindrischen
Innenraum 12 mit seiner Achse 12' gelangen kann.
Der Innenraum 12 ist durch eine Trennwand 13 in
eine erste Verteilkammer 14 und eine zweite Verteilkammer 15 geteilt,
wobei die Einlassöffnung 11 in Verbindung mit
der ersten Verteilkammer 14 steht. Die beiden Verteilkammern 14, 15 sind
durch ein Messrohr 16 mit seiner Achse 16' verbunden.
Die Achse 16' des zylindrischen oder ovalen Messrohrs 16 sowie
die Achse 12' des zylinderförmigen Innenraums
stehen dabei senkrecht zur Richtung 5.
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Die
zweite Verteilkammer 15 ist durch eine Auslassöffnung 25 mit
dem Ablaufanschluss 4 des Gehäuses 2 verbunden.
Der Innenraum 12 ist in Richtung seiner Achse 12' durch
Abschlussplatten 17 begrenzt, die jeweils einen Ultraschallwandler 18 umfassen.
Die Ultraschallwandler 18 sind dabei so positioniert, dass
mit ihrer Hilfe eine Strömung entlang der Achse 16' im
Messrohr 16 gemessen werden kann. Zum Schutz der Ultraschallwandler 18 vor
Korrosion oder sonstiger Beschädigung durch das zu messende
Fluid sind die Ultraschallwandler 18 durch eine Keramikmembran 19 vom
Innenraum 12 der Kapsel getrennt.
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Das
Messrohr 16 ragt ausgehend von der Trennwand 13 so
in die erste Verteilkammer 14 hinein, dass sich zwischen
der Außenseite 16'' des Messrohrs 16 und
der Seitenwand 14' der ersten Verteilkammer 14 ein Seitenkanal 20 bildet,
der das Messrohr 16 im Wesentlichen vollständig
umgibt. Zwischen der Achse 16' des Messrohrs 16 und
der Achse 12' des Innenraums 12 ist dabei ein
Abstand 21 vorgesehen, das Messrohr 16 ist also
exzentrisch im Innenraum 12 angeordnet. Dadurch weist der
Seitenkanal 20 über den Umfang des Messrohrs 16 eine
variable Breite 22', 22'' auf. Als Breite 22', 22'' wird
hierbei der Radialabstand zwischen Außenseite 16'' des
Messrohrs 16 und der Seitenwand 14' der ersten
Verteilkammer 14 betrachtet. Die Achse 16' des
Messrohrs 16 ist dabei entlang der Achse 5 so
verschoben, dass die Breite 22' des Seitenkanals 20 auf
der der Einlassöffnung 11 zugewandten Seite des
Messrohrs 16 größer ist als die Breite 22'' auf
der gegenüberliegenden, der Einlassöffnung 11 abgewandten
Seite.
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Das
Messrohr 16 ragt auch im Bereich der zweiten Verteilkammer 15 aus
der Trennwand 13 hervor. Somit ist auch in der zweiten
Verteilkammer 15 ein Seitenkanal 20' vorhanden.
Im Bereich der zweiten Verteilkammer 15 ist dies jedoch
nicht zwingend erforderlich. Ebenso gut kann das Messrohr 16 bündig
mit der Trennwand 13 abschließen.
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An
der Innenwand 14' der ersten Verteilkammer 14 sind
Leitflächen 23 vorgesehen. Diese Leitflächen 23 sind über
den Umfang der ersten Verteilkammer 14 verteilt und erstrecken
sich parallel zur Achse 12' bzw. 16'. Die Leitflächen 23 sind
auch jenseits der Trennwand 13 in der zweiten Verteilkammer 15 fortgeführt.
Die Leitflächen 23 dienen Vorteilhafterweise zur
Beruhigung des Strömungsprofils und sind Auflageflächen
für die Abschlussplatten 17.
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Auf
der von der Einlauföffnung 11 abgewandten Seite
des Messrohrs 16 ist ein Leitflächen 23 so
gestaltet, dass es eine Verbindung zwischen der Seitenwand 14',
der ersten Verteilkammer 14 und der Außenseite 16'' des
Messrohrs bildet. Die im Bereich der ersten Verteilkammer liegende Öffnung 16''' des
Messrohrs 16 ist abgeschrägt, und zwar in Richtung
des soeben beschriebenen Verbindungselementen 24.
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2 zeigt
die Kapsel 10 aus 1 in einer
dreidimensionalen Darstellung. Die Abdeckplatten 17 wurden
aus darstellungstechnischen Gründen weggelassen.
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Selbstverständlich
ist es möglich, die durch die Kapsel 10 gebildeten
oder enthaltenen Elemente, wie z. B. das Messrohr 16 und/oder
die Trennwand 13, als eigenständige Elemente oder
als Teile des Gehäuses 2 auszugestalten. Im letztgenannten
Fall könnte beispielsweise die Kapsel 10 integral
mit dem Gehäuse 2 gefertigt sein.
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Insbesondere
durch die exzentrische Anordnung des Messrohrs
16 im Innenraum
12 des
in
1 und
2 dargestellten Ausführungsbeispiels
ist es möglich, den Druckverlust besonders bei hohem Durchfluss deutlich
zu reduzieren. Die Ergebnisse von Druckverlustmessungen gemäß der
Norm
ISO 4064-3 des dargestellten Durchflussmessgeräts
und eines vergleichbaren Durchflussmessgeräts mit konzentrisch
angeordnetem Messrohr sind in nachfolgender Tabelle gegenübergestellt:
| | Konzentrisches
Messrohr | Exzentrisches
Messrohr |
| Durchfluss
(l/h) | Druckverlust
(mbar) | Druckverlust
(mbar) |
| 60 | 1,3 | 1,3 |
| 150 | 4,3 | 4,3 |
| 450 | 34,3 | 29,3 |
| 750 | 100 | 80 |
| 1500 | 368 | 260 |
| 3000 | 1480 | 1050 |
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Besonders
bei hohen Durchflusszahlen kann eine Verminderung des Druckverlustes
um beinahe 30% erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 392294
A [0003]
- - US 4140012 A [0004]
- - EP 1020711 A [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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