DE2727106A1

DE2727106A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der enthalpiedifferenz eines fluessigkeitsstromes gegenueber einer konstanten oder veraenderlichen vergleichstemperatur

Info

Publication number: DE2727106A1
Application number: DE19772727106
Authority: DE
Inventors: Wilfried Prof Dr Ing Roetzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-16
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1978-12-21

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Enthalpiedifferenz
eines Flüssigkeitsstromes gegenüber einer konstanten oder veränderlichen Vergleichstemperatur Die Erfindung betrifft kalorisch arbeitende Wärme- oder Enthalpiemesser, welche die Enthalpiedifferenz eines strömenden Fluids gegenüber einer konstanten oder variablen Vergleichstemperatur zu messen vermögen. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, bei denen vom Hauptstrom, z.B. dem Vorlauf einer Heizung, ein konstanter Bruchteil abgezweigt und auf eine Vergleichstemperatur, z.B. die Rücklauftemperatur, abgekühlt wird.
Die dabei frei werdende Wärme wird durch Vergleich mit einer elektrisch erzeugten Wärmemenge oder Wärmeflußmessung o.ä. als proportionales Maß für die Enthalpiedifferenz oder den Wärmeverbrauch verwendet. Die bei der Abkühlung frei werdende Wärme kann auch dazu ausgenutzt werden, den Temperaturverlauf in den Wänden der Abzweigungskanäle, die wärmeleitend zwischen Vor-und Rüchlaufleitung geschaltet sind, zu verändern. ilierbei kann die abgezweigte Menge zwischen Vor- und Rücklauf hin- und zurückgeführt werden. Die Temperaturdifferenz zwischen beiden Kanälen dient als proportionales Maß für die zu messende Enthalpiedifferenz oder Wärmemenge.
Der Nachteil der zuerst genannten Verfahren ist die komplizierte Vergleichsmessung oder Wärmeflußmessung. Weiterhin besteht besonders bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren der Nachteil, daß ein konstanter und sehr kleiner Bruchteil abgezweigt werden muß. Dies macht eine Düse oder Blende mit sehr kleiner Öffnung im Nebenstrom erforderlich, was die Stromverzweigung sehr anfällig gegen Verschmutzung macht. Weiterhin besteht der Nachteil, daß die Temperaturmeßstellen an den Kanälen sehr klein sind und deshalb die Messung der Temperaturdifferenz konstruktive Schwierigkeiten bereitet.
Die Erfindung stellt ein neues kalorisches Meßverfahren dar, welches die oben genannten Nachteile vermeidet. Es arbeitet auch mit einer Stromverzweigung, bei der sich jedoch keine Düse oder Blende mit kleiner öffnung im Nebenstrom befindet.
Als Meßeffekt wird auch eine Temperaturdifferenz erhalten, die aber durch normale Temperaturfühler im Hauptstrom gemessen wlrd.
Der Aufbau einer solchen Meßanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Vom Hauptstrom M, dessen Enthalpie gemessen werden soll, wird ein kleiner nicht proportionaler Nebenstrom m abgezweigt, in einer thermostatisierten Kapillare auf die Verglelchstmperatur T0 abgekühlt und dem Hauptstrom wieder zugeleitet. Die Temperaturen T1 und T2 des Hauptstromes vor und nach der Wiedervermischung mit dem Nebenstrom dienen als Maß fAr die zu messende Enthalpie. Im Hauptstrom befindet sich eine Düse oder eine andere Verengung, die einen Druckabfall erzeugt, der dem Quadrat der Durchflußmenge (M-ih)2 proportional ist. Der gleich große Druckabfall im Nebenstrom wird im wesentlichen durch die Kapillare, deren Durchmesser mehrere Millimeter betragen kann, erzeugt und ist bei festgehaltener Vergleichstemperatur T0 der abgezweigten Menge flt proportional.
Der Proportionalitätsfaktor ändert sich mit der Temperatur Tow weil die Viskosität der Flüssigkeit von der Temperatur abhängt.
Für die Mengenänderung im Haupt- und Nebenstrom gilt die Gleichung m M-m = ( )², (1) m* M*-m* wobei M* und m* die Mengenströme bei einem bestimmten Betriebspunkt sind. Wird durch geeignete Abmessungen der Nebenstrom relativ klein gehalten m* << M* ) ) (2) m << M ) so geht G1. (1) über in m M ² = ( ) (3) m* M* Für die Temperaturänderung von T1 nach T2 bei der Wiedervermischung des Hauptstromes (M-ih) mit dem Nebenstrom ih gilt bei konstanter spezifischer Wärme T + fit T = M T (4) 1 0 2 oder nach Umformung m (T1-T2) = # (T1-T0) (5) M Ersetzt man fit in G1. (5) entsprechend G1. (3), so erhält man m* T1-T2 = # M # (T1-T0) (6) M*² Die Differenz der Temperaturen des Hauptstromes vor und nach der Wiedervermischung ist also ein proportionales Maß für die Enthalpie gegenüber der Vergleichstemperatur. Der Proportionalitätsfaktor hängt wegen der Zähigkeit von der Temperatur T0 ab.
Die Temperaturdifferenz #T = T1 - T2 läßt sich durch eine Thermokette oder durch zwei Widerstands thermometer in Brückenschaltung in eine proportionale Spannung umwandeln, die direkt angezeigt oder über der Zeit integriert werden kann.
Das Verfahren läßt sich zum Messen des Wärmeverbrauchs in Warmwasserheizungsanlagen verwenden, indem man zwei gleiche Geräte bei gleicher Vergleichstemperatur T0 in die Vor- und Rücklaufleitung einbaut und die Spannungsdifferenzen beider Geräte subtrahiert. Die Temperatur T0 kann beliebig gewählt werden. Sie muß aber konstant bleiben, weil sich sonst der Proportionalitätsfaktor ändert.
Zum Messen des Wärmeverbrauchs ist noch eine andere Schaltung möglich, bei der nur einmal die emperaturdifferenz gemessen wird. Diese Meßanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird die abgezweigte Menge nicht mit der konstanten Thermostatentemperatur T0 in den Hauptstrom zurückgeleitet, sondern mit der Rücklauftemperatur TR. Hierzu wird der Nebenstrom m nach Verlassen der Kapillare durch ein Wärmeaustauschröhrchen geleitet, welches in der Rücklaufleitung verlegt ist. Die Längen und Durchmesser dieses Röhrchens und der Kapillare werden so gewählt, daß der Hauptwiderstand für den Nebenstrom in der Kapillare bleibt. Die Temperaturdifferenz aT zwischen beiden Thermometern vor und hinter der Mischstelle ist bei dieser Anordnung der Enthalpiedifferenz zwischen Vor- und Rücklauf proportional. In den Gln. (4) bis (6) entspricht jetzt T1 der Vorlauftemperatur und T0 der Rücklauftemperatur. Die konstante Thermostatentemperatur T0 in Fig. 2 dient jetzt nicht mehr als Vergleichstemperatur, sondern nur noch dazu, den Proportionalitätsfaktor der Meßeinrichtung konstant zu halten.

Claims

Patentansprüche Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Enthalpiedifferenz eines Flussigkeitsstromes gegenüber einer konstanten oder veränderlichen Vergleichstemperatur, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vom Hauptstrom ein dem Quadrat des Hauptstromes proportionaler Nebenstrom abgezweigt und dem Hauptstrom mit der Vergleichstemperatur wieder zugemischt wird, und daß die Differenz der mittleren Temperaturen des Hauptstromes vor und nach der Wiedervermischung als proportionales Maß für die Enthalpiedifferenz verwendet wird.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Nebenstrom eine thermostatisierte Kapillare oder ein anderer Strömungskanal befinden, die einen dem Durchfluß proportionalen Druckabfall erzeugen.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Hauptstrom eine Düse befindet, die einen dem Quadrat der Durchflußmenge proportionalen Druckunterschied erzeugt.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß sich im Hauptstrom eine Blende oder ähnliche Drosselstelle befindet, die einen dem Quadrat der Durchflußmenge proportionalen Druckunterschied erzeugt.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, beide Temperaturmeßstellen im Hauptstrom gleich ausgeführt sind.