DE2856288C2 - Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von strömungsfähigen Medien - Google Patents
Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von strömungsfähigen MedienInfo
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Description
ίο gekennzeichnet durch einen Wärmestrommesser, bestehend aus zwei konzentrisch auf dem Führungskanal
(1, 23,35) aufgewickelten elektrisch isolierten Drahtwicklungen (12,13) aus einem thermischen
Widerstandsmaterial, welche durch eine thermisch mäßig leitende Schicht (14) von definierter Dicke voneinander
getrennt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (7,8,32) umfänglich um die
äußere Wicklung (13', 13'") des Wärmestrommessers ε ageordnet ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (7,8) einen Peltierkühler (8)
enthält, und daß die Einrichtung (5) zur Bestimmung des Massenstroms zwischen dem Eintrittstemperaturmeßfühler
(2) und dem Kühlsystem (7) angeordnet ist und
— einea Wärmestrommesser (6), bestehend aus zwei konzentrisch auf dem Führungskanal aufgewickelten
elektrisch isolierten Drahiwicklungen aus einem thermischen Widerstandsmateria!, welche durch eine
thermisch mäßig leitende Schicht von definierter Dicke voneinander getrennt sind,
— eine elektrische Heizung (15) an der Innenseite des Führungskanals (1)
— und einen nachfolgenden Temperaturfühler (3) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal (35) eingangsseitig über
eine Dosierdüse (31) an einen Dampfraum (30) und ausgangsseitig an ^fcen Kondensatableiter (34) angeschlossen
ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
— einen eingangsseitig am Führungskanal (23) angeschlossenen Dampf raum (20),
— eine elektrische Heizung (24) im Inneren des Führungskanals (23) im Bereich des Wärmestrommessers
— und durch die Anordnung der Einrichtung (26) zur Bestimmung des Massenstroms stromabwärts von
der Heizung (24).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung konisch geformt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskanal (23) mit dem
Wärmestrommesser (6") und ein Temperaturmeßfühler (22) durch die Wandung in den Dampfraum (20)
ragen und daß der Führungskanal (23) mit einer Dosierdüse (26) abgeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren
Größen von strömungsfähigen Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Vorrichtungen wird das strömungsfähige Medium mengenmäßig erfaßt bzw. zudosiert und
unter Messung der Eingangs- und Ausgangstemperatur durch ein Kühl- bzw. Heizsystem geführt und die an das
System abgegebene bzw. vom System aufgenommene Wärme gemessen. Die gesuchte Größe wird anschließend
über die Wärmebilanzgleichung ermittelt.
Ein derartiges Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehaltes von Gasen ist beispielsweise in der DE-PS
35 853 beschrieben. Der Meßgasstrom wird mit Hilfe eines kontinuierlich arbeitenden Gegenstromkühlers
unter den Taupunkt abgekühlt, die mit dem Kühler ausgetauschte Wärmeleistung gemessen, die Temperatur des
Meßgasstromes vor und nach der Abkühlung gemessen und der Feuchtegehalt über die Wärmebilanzgleichung
ermittelt.
Bei der dort beschriebenen, gattungsgemäßen Vorrichtung wird der Meßgasstrom in einem spiralförmigen
m Führungskanal von einer Pumpe durch einen Gegenstromkühler gesaugt, durch den kontinuierlich Kühlwasser
H gepumpt wird. Sowohl im Gaseintritt und -austritt als auch im Kühlwassereintritt und -austritt sind Temperatur-
ψ fühler angeordnet, deren Meßwerte in einer Rechenschaltung gemäß der Wärmebilanzgleichung verknüpfbar
p sind.
ψ, 60 Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist es, daß zur Messung der an das Kühlsystem abgegebenen
■; Wärme stets ein Kühlmittelstrom aufrechterhalten werden muß, so daß ein derart betriebenes Gerät nur
: stationär verwendbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung wesentlich zu vereinfachen und mannigfach
anwendbar zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Feuchtemessung eines Gases mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt in der Weise, daß das zu
untersuchende Gas nacheinander eine Zuleitung, gegebenenfalls mit Dosierdüse, einen Eintrittstemperaturmeß-Dunkt.
einen Massenstrommesser, bestehend aus einem Wärmestrommesser, einer elektrischen Heizung an der
Innenseite des Führungskanals und einen nachfolgenden Temperaturfühler, anschließend einen weiteren Wärmestrommesser,
um den ein Kühlsystem umfänglich angeordnet ist, und einen Ausgangstemperaturmeßpunkt
durchströmt
Eine Vorrichtung zur Enthalpiebestimmung von trockenem Dampf erhält man, wenn an den Führungskanal
eingangsseitig über eine Dosierdüse ein Dampfraum und ausgangsseitig ein Kondensatableiter angeschlossen
ist.
Durch geringfügige Änderung der Anordnung entsteht eine Vorrichtung zur Dampfnässemessung. Hierbei
tritt der nasse Dampf, dessen Temperatur im Dampfraum ermittelt wurde, in eine Wärmestrom-Meßeinrichtung
ein, in die mittig oder konzentrisch eine Heizung eingebaut ist Der »getrocknete« Dampf wird über eine
Temperatunneßkammer und eine Einrichtung zur Bestimmung des Massenstroms stromabwärts von der Heizung
abgesaugt Zur Bestimmung des Massenstroms wird eine Dosierdüse und/oder ein thermischer Massenstrommesser
eingesetzt
Die Auswertung der einzelnen Meßergebnisse erfolgt in an sich bekannter Weise durch eine geeignete
elektronische Rechenschaltung, welche zur Lösung der jeweiligen Wärmebilanzgleichung geeignet ist
Die Erfindung wird nun anhand der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, is
Im einzelnen zeigt
F i g. 1 den Vertikalschnitt durch ein Luftfeuchtemeßgerät mit eingebauten Wärmestrom-Meßeinrichtungen,
F i g. 2 den Vertikalschnitt durch ein Dampfnässemeßgerät
F i g. 3 den Vertikalschnitt durch ein Meßgerät zur Bestimmung der Enthalpie eines Dampfes mit eingebauter
Wärmestrom-Meßeinrichtung.
Im folgenden wird nachstehende Nomenklatur verwendet:
35
Das Luftfeuchtemeßgerät gemäß der Fig. 1 besteht aus einem langgestreckten Rohr 1, aus einem geeigoeten
Material, wie korrosionsbeständiges Metall. Durch die Rohrwandungen greifen die Temperaturmeßfühler 2, 3
und 4 in uen Innenraum des Rohres und den darin geführten Meßgasstrom ein. Am oberen Ende des Rohres 1
befindet sich ein Massenstrommesser 5, der hier als ein eine.i Wärmestrommesser 6 enthaltenden, thermischer
Massenstrommesser ausgebildet ist Die Massenstrommeäsung könnte auch mit einem der bekannten Meßverfahren
erfolgen, z. B. Differenzdruckmessung, oder könnte entfallen, wenn man dafür sorgt, daß da' Mengenstrom
z. B. über eine Dosiereinrichtung konstant gehalten wird. Weiterhin ist das Rohr 1 von einem ebenfalls mit
einem Wärmestrommesser 6' integrierten Kühlsystem 7, 8 umgeben, von dem beispielsweise die Kühlrippen
eines Luftkühlers 7 und der Peltier-Elemente enthaltende Peltier-Kühler 8 dargestellt sind. Außerhalb der
obengenannten Teile 5 bis 8 ist das Rohr 1 von wärmeisolierenden Hüllen 9,10,11 umgeben. Durch diese Hüllen
sind die elektrischen Anschlüsse für die Temperaturmeßfühler 2, 3, 4 und der Wärmestrommesser 6 bzw. 6'
geführt. Die Wärmestrommesser 6 und 6' bestehen aus konzentrisch um das Rohr 1 gewickelte elektrisch
isolierte Drahtwicklungen 12,13 bzw. 12', 13', aus einem thermischen (temperaturabhängigen) Widerstandsmaterial,
zwischen denen sich jeweils eine thermisch mäßig leitende Schicht 14 bzw. 14' von definierter Dicke als
»Wärmewiderstand« befindet. Der Massenstrommesser 5 enthält weiterhin noch eine innerhalb des Rohres 1
angeordnete elektrische Heizung 15, deren Stromversorg'ing.-.arschlüsse durch die Wandungen des Rohres 1
und durch die Hülle 9 geführt sind.
Die Meßausgänge der Temperaturmeßfühler 2,3 und 4 sowie die Enden der Wicklungen 12,13 bz«. 12', 13'
der Wärmestrommesser sind mit einem nicht dargestellten elektronischen Rechner zur Lösung der Wärmebilanzgleichung
verbunden.
Die Zuleitungen 8' des Peltier-Kühlsrs 8 sind mit einer geeigneten Stromquelle verbunden.
Die Wirkungsweise dieses Gerätes ist folgende:
Mit Hilfe des Temperaturmeßfühlers 2 wird die Eingangstemperatur ^i des Meßgases festgestellt, Der durch
die Wandung des Rohres 1 fließende Wärmestrom verursacht zu beiden Seiten des Wärmewiderstandei 14 in
den Wicklungen 12 und 13 einen Temperaturunterschied Ad; welcher zu unterschiedlichen Wideistandsänderungen
in diesen Wicklungen führt und damit detektiert wird. Mit der fernerhin durch den Temperaturmeßfühler 3
gemessenen Ausgangstemperatur &2 ergibt sich der Massenstrom m mit Hilfe der Wärmebilanz
. N-k ■ Ad
| N = | Heizleistung |
| k = | Proportionalitätsfaktor |
| rh = | Massenstrom |
| c = | spezifische Wärme |
| *?, = | Eintrittstemperatur |
| d2 = | Austrittstemperatur |
| Ad = | Temperaturdifferenz |
| ihr = | Gesamtmassenstrom |
| X = | Dampfnässe |
| r = | Verdampfungswärme |
| Cd = | spezifische Wärme des Dampfes |
| h = | Enthalpie des Dampfes |
| Cw = | spezifische Wärme des Wassers |
| h" = | Verdampfungswärme |
| Qo = | Überhitzungsv/ärrne |
worin /Vdie Heizleistung der Heizung 15, A: eine Gerätekonstante und cdie spezifische Wärme des zu untersuchenden
Gases bedeuten, c ist jedoch nur näherungsweise bekannt, da eine Abhängigkeit von der gesuchten
Feuchte besteht. Ebenso enthält m den Feuchtegrad, da /n=/n/.(l + X\) ist. Hierin ist x\ der gesuchte Eintrittsfeuchtegrad,
/ft/, der trockene Massenstrom. Die Lösung muß daher durch Iteration erfolgen, indem zunächst die
spezifische Wärme der trockenen Luft Cl eingesetzt wird und /π = /Λ/. gesetzt wird, der Feuchtegrad mit der
weiter unten angegebenen Gleichung bestimmt wird und anschließend sämtliche Rechnungen wiederholt werden.
Das Meßgas wird weiter durch das Kühlsystem 7, 8 geführt und gibt dabei Wärme ab. Der über dieses
Kühlsystem abgeführte Wärmestrom wird durch die Wärmestrom-Meßeinrichtung 6', bestehend aus den Wicklungen
12', 13' und dem Wärmewiderstand 14', in der gleichen Weise wie bei der oben beschriebenen Wärmestrom-Meßeinrichtung
durchgeführt. Ist der hier gemessene Temperaturunterschied gleich Δ&ο. so ist die durch
die Wärmestrom-Meßeinrichtung ermittelte in den Kühler abgeführte Wärmeleistung gleich ko · Δ&ο, wobei ko
ebenfalls eine Gerätekonstante ist.
Weiterhin wird mit Hilfe des Temperaturmeßfühlers 4 die Lufttemperatur i?j im Austritt gemessen. Die Kühlung wird so durchgeführt, daß die Luft im Austritt mit Wasser gesättigt ist. Die gesuchte Feuchte x\ erhält man durch die Aufstellung und Lösung folgender Wärmebilanzgleichung:
Weiterhin wird mit Hilfe des Temperaturmeßfühlers 4 die Lufttemperatur i?j im Austritt gemessen. Die Kühlung wird so durchgeführt, daß die Luft im Austritt mit Wasser gesättigt ist. Die gesuchte Feuchte x\ erhält man durch die Aufstellung und Lösung folgender Wärmebilanzgleichung:
ko ■ d'fo + (χι - -Y3) i»3 · txiL - rhi · \co{02 - #·) + ro(x, - x3) + cn ■ (x>#, - χ%Λ)}.
Hierin bedeuten außer der eingangs genannten Nomenklatur ko ■ Δΰο die durch den WärmefluBmesser 6'
ermittelte und an das Kühlsystem 7, 8 abgeführte Wärmeleistung, fa — xd&i · rhi ist die vom Kondensat
abgeführte Wärmemenge. Die rechte Seite der Gleichung ist die Enthalpiedifferenz zwischen Lufteintritt und
Luftaustritt.
Die Berechnung der Feuchte erfolgt automatisch durch ein Mikroprozessorsystem. Die Meßdaten t?i, i?2, ih,
Δ& und Δ·&ο werden automatisch erfaßt, gespeichert und verrechnet.
In der F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Dampfnässemeßgerätes nach der Erfindung dargestellt. Hierin
ist mit 20 ein Dampfraum angedeutet, durch dessen Wandung 2* einerseits ein Temperaturmeßfühler 22 und
andererseits eine Wärmestrom-Meßeinrichtung 6" in den Dampfraum eingreifen. Die Wärmestrom-Meßeinrichtung
ist in gleicher Weise wie die anhand der F i g. 1 beschriebene Wärmestrom-Meßeinrichtung aufgebaut.
Mit 12" und 13" sind die entsprechenden Wicklungen und mit 14" der entsprechende Wärmewiderstand
bezeichnet Die Wärmestrom-Meßeinrichtung 6" umgibt ein Rohr 23, in deren Innern eine beispielsweise
konusförmig geformte elektrische Heizung 24 angeordnet ist. Weiterhin greift ein weiterer Temperaturmeßfühler
25 oberhalb des beheizten Teiles in das Rohr ein. Schließlich endet das Rohr 23 in einer Vorrichtung zur
Konstanthaltung der Dampfmenge, hier eine Turbulenzdüse 26 und eine Vakuumpumpe 27 dargestellt. Anstelle
der letztgenannten Teile können auch ein thermischer Massenstrommesser, wie er anhand der F i g. 1 beschrieben
wurde, verwendet werden. Mit 28 ist eine wärmedämmende Hülle bezeichnet. Sämtliche Einbauteile der
Vorrichtung sind an der Wand 21 lösbar, hier als Schraubverbindungen dargestellt, befestigt und die Durchtriitsstellen
abgedichtet. Außerdem sind wieder sämtliche Meßstellen mit einem nicht dargestellten Rechner verbunden.
Bei dem oben beschriebenen Gerät tritt der nasse Dampf, nachdem seine Eingangstemperatur ι?ι mit Hilfe des
Temperaturmeßfühlers 22 ermittelt wurde, in die Wärmestrom-Meßeinrichtung 6" ein. Hierin wird wiederum
die durch den Wärmestrom verursachte Temperaturdifferenz Δ& ermittelt. Durch die Heizung 24 wird der
Dampf getrocknet. Er tritt überhitzt in die Temperaturmeßkammer 29 ein, in der mittels des Temperaturmeßfühlers
25 die Austrittstemperatur #2 des überhitzten Dampfes gemessen wird.
Zur Bestimmung der Dampfnässe ist die Wärmebilanz zu erstellen. Die von der Heizung 24 abgegebene
konstante Wärmeleistung N wird verbraucht durch die Wärmeverluste (diese ermittelt der Wärmestrommesser),
durch die Verdampfungswärme zum Verdampfen der Wassertröpfchen und die Wärme zum Überhitzen des
Dampfes. Die Wärmebilanzgleichung lautet also:
Λ/= k-Δ? + riif\{\ - x) ■ r + cD(&2 - f?,)}.
Hierin ist nur die Dampfnässe χ unbekannt Die Verdampfungswärme r und die spezifische Wärme c« des
Dampfes kann Tabellen entnommen werden. N ist eine konstante Heizleistung. Δ& ist die ermittelte Temperaturdifferenz
des Wärmestrommessers mit der Eichkonstante k. ΰ\ ist die Eintrittstemperatur des Naßdampfes,
-&1 die Austrittstemperatur des überhitzten Dampfes.
Die in der F i g. 3 dargestellte Vorrichtung dient zur Bestimmung der Enthalpie trockenen Dampfes.
Aus dem Dampfraum 30 strömt der Dampf mit der Enthalpie h — Ii"+q,-, durch eine Dosierdüse 31 in die von
einer Kühleinrichtung 32 umgebene Wärmestrom-Meßeinrichtung 6'". Diese Wärmestrom-Meßeinrichtung ist
im Aufbau und in der Wirkungsweise gleich den anhand der vorigen Figur beschriebenen Wärmestrom-Meßeinrichtungen.
Im Kühler 32 wird die Wärmemenge N abgeführt, und der Dampf verläßt den Kühler 32 als
Kondensat, dessen Temperatur z? mit Hilfe des Temperaturmeßfühlers 33 gemessen wird. Dem Kühler 32 ist ein
Kondensatableiter 34 nachgeschaltet Die Ausgänge sämtlicher Temperaturmeßstellen sind wiederum mit einem
elektronischen Rechner zur Lösung der Wärmebilanzgleichung verbunden.
Im vorliegenden Falle lautet nun die Wärmebilanzgleichung:
in ■ h = N + m ■ cw- !■?.
Vergleiche hierzu auch die eingangs angegebene Nomenklatur.
Die Ermittlung des Dampfmassenstromes rh kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es kann z. B. hinter die 5 .;!'
Dosierdüse 31 ein thermischer Massenstrommesser, wie anhand der F i g. 1 beschrieben, benutzt werden. Da das ,j
kritische Druckverhältnis in den meisten Anwendungen überschritten ist, hängt der Durchfluß nur vom Dampf- <i
dn.:>k vor der Dosierdüse 31 ab. Es ist deshalb am einfachsten, den Durchfluß aus dem Dampfdruck zu a>
errechnen. jj
Die Bezeichnung thermischer bzw. temperaturabhängiger Widerstand bezieht sich auf ein Material mit einem 10 [|
Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit. \
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von
ströniungsfähigen Medien,
— mit einem Führungskanal mit einer Heizung und/oder einem Kühlsystem,
— mit je einer Meßeinrichtung für die Eintritts- und Austrittstemperatur des Mediums,
— und mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Massenstroms durch den Führungskanal
Priority Applications (4)
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| DE2856288A DE2856288C2 (de) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von strömungsfähigen Medien |
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| DE2856288A DE2856288C2 (de) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von strömungsfähigen Medien |
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| DE2856288A1 DE2856288A1 (de) | 1980-07-17 |
| DE2856288C2 true DE2856288C2 (de) | 1986-07-03 |
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ID=6058470
Family Applications (1)
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| DE2856288A Expired DE2856288C2 (de) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | Vorrichtung zur Ermittlung von Enthalpien und aus Enthalpieänderungen ableitbaren Größen von strömungsfähigen Medien |
Country Status (4)
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