FI76886C - Anordning foer eller vid maetning av vaerme. - Google Patents

Description

Laite lämmön mittaukseen tai siihen liittyen 1 76386 Tämä keksintö koskee laitetta lämmön siirtämiseksi lämmön-syöttöputkesta vastaanottoputkeen ja tällöin siirtyneen lämpöenergian kokonaismäärän mittaamiseksi, laitteen sisältäessä lämpösifonin, joka muodostuu hermeettisesti suljetusta astiasta, jossa on sisällä käyttönestettä oman höyrynsä kanssa kosketuksissa olevassa muodossa, jolloin lämpösifoni sisältää höyrystimen, jonka kautta käytössä lämpö siirtyy syöttöput-kesta käyttonesteeseen, lauhduttimen, jonka kautta käytössä lämpö siirtyy käyttönesteestä vastaanottoputkeen, ja höyryka-navan, jonka kautta käytössä höyry virtaa höyrystimestä lauh-duttimeen, nestekanavan, jonka kautta tiivistynyt neste käytössä palaa lauhduttimesta höyrystimeen.

Yhä laajenevasta ovat käyttöön tulossa kaukolämpöjärjestelmät, joissa keskisesti kehitettyä lämpöenergiaa toimitetaan yksityisiin kuluttajan järjestelmiin, esimerkiksi yksityisiin asuntoihin, joissa sitä voidaan käyttää niiden sisustan lämmittämiseen ja kuuman veden valmistukseen. Samanlaisia järjestelmiä on toiminnassa teollisuusmittakaavassa, jolloin kuluttajana voi olla jokin tehdas tai muu teollisuusyritys. Tällaisilla järjestelmillä on joukko etuja, sikäli, että lämpö-energiaa on vakinaisesti valmiina kuluttajan käytettäväksi, ja varsinkin sikäli, että tällöin voidaan käyttää hyväksi alhais-asteista lämpöenergiaa, joka muuten joutuisi hukkaan. Viimeksi mainitussa suhteessa erityisen taloudellisia ovat nk. yhdistetyt lämpö- ja voimajärjestelmät, joissa lämpö, joka syntyy voimankehityksen sivutuotteena, voidaan käyttää hyödyllisesti, sen sijaan, että se muodostaisi poisto-ongelman. On myös mahdollista, että jäähdytysainetta voidaan toimittaa keskisestä lähteestä yksityisiin kuluttajajärjestelmiin, joista lämpöä on poistettava, ja keksintö on käyttökelpoinen myös tällaisten sovitusten yhteydessä.

2 76386

Tavallisinunassa jakelumenetelmässä lämpöenergiaa toimitetaan käyttäjilleen kuumaa vettä kuljettavalla pääputkijärjestelmällä, joka usein on verraten suuren paineen alaisena. Tietenkin muitakin lämnönsiirtoväliaineita, kuten höyryä, voidaan käyttää veden sijasta.

Oikeudenmukaisen, kulutukseen perustuvan laskutuspohjän aikaansaamiseksi tästä pääputkesta kuluttajan käytettäväksi siirretty lämpöenergia on mitattava. Välitön mittauskeino käsittää lämmönsiirtoväliaineen toimitus- ja palautuslämpöti-lojen sekä sen virtaaman mittauksen. Kulutettu lämpöenergia 3 76386 voidaan sitten laskea tulona kolmesta tekijästä, so. lämpötila-erotuksesta, virtaamasta ja aikavälistä. Kojetta, joka tällä tavoin antaa lukeman kulutetusta lämpöenergiasta, nimitetään todelliseksi lämmön mittariksi.

Useimmissa käytännön tapauksissa lämpötilaero ja/tai virtaama vaihtelee ajan mukaan, joten kojeen on pystyttävä laskemaan edellä mainittu tulo lyhyinä, perättäisinä aikaväleinä ja laskemaan tulokset yhteen. Tämä vaatii verraten monimutkaisen kojeen, jota voidaan jossain määrin yksinkertaistaa pysyttämällä yksi tai useampia tekijöitä vakiona (so. virtaama ja/tai syöttölämpötila ja/tai paluulämpötila). Tämä kuitenkin sinänsä aiheuttaa lisää monimutkaisuutta sekä asettaa rajoituksia järjestelmälle, jossa voi olla käytännöllisiä varjopuolia. Tällaiset mittarit vaativat aina jonkinlaisen virtaaman mittarin, jonka täytyy pystyä mittaamaan kuuman lämmön-siirtoväliaineen virtaama, joka tavallisesti on epäpuhdasta ja kuljettaa mukanaan likaa suspendoituna. Enimmät virtaaman mittarit ovat sopimattomia tällaiseen ympäristöön, ja tämä aiheuttaa taajasti toimintahäiriöitä. Monissa tapauksissa virtaaman mittarin täytyy pystyä mittaamaan virtaamia vaihtelualueella, joka ulottuu hyvin pieniin virtaamiin saakka. Tätä tarkoitusta varten tarvitaan erittäin herkkä mittari, mutta sellainen mittari on erityisen sopimaton käytettäväksi kuumien, likaisten nesteiden yhteydessä.

Todellisen lämmön mittarin vaihtoehtona tunnetaan joukko eri tyyppisiä "ositusmittareita", jotka eivät itse mittaa lämmön kulutusta, vaan käyttävät jotakin ilmaisukeinoa, joka vaihtelee lämmönvaihtimesta lähtevän lämpömäärän mukaan.

Jos jokaisella kuluttajalla on samanlainen mittari, ryhmän yhteensä käyttämä lämpö voidaan osittaa yksityisten kuluttajien kesken. Eräitä fysikaalisia ilmiöitä, joita yleisesti käytetään tämän tyyppisissä mittareissa ovat jonkin nesteen haihtuminen, metallin virunta, lämpöparin sähkömotorinen voima, ja eräiden sähkövastusten vastuksen muuttuminen lämpötilan mukaan. Nämä laitteet kuitenkin vaativat jonkinlaista ryhmän kuluttaman kokonaislämpömäärän mittausta ja niillä on 4 76386 taipumus olla varsin karkeita osituskyvyItään.

Lisäksi ovat tunnettuja suhteelliset mittarit, joissa pää-toimitusputkesta yhdelle kuluttajalle johdetusta kuumasta nesteestä osa johdetaan mittausjärjestelmään. Tällaisia suhteellisia mittareita on selitetty esimerkiksi GB-patentti-julkaisuissa 1 199 311, 672 476 ja 192 610. Nämä mittarit ovat varsin alttiita epätarkkuudelle, koska ne edellyttävät mittausjärjestelmään johdetun kuuman nesteen määrän vakiosuhdetta. Tämä taas on äärimmäisen vaikeata saavuttaa silloin kun pääputkesta otetun nesteen virtaama vaihtelee. Kaikissa näissä suhteellisissa mittareissa mitattavaksi johdetun nesteen sisältämä lämpö yksinkertaisesti hukataan, niin että tämän vakavan varjopuolen minimoimiseksi on tärkeätä pysyttää mittariin johdettu osuus niin pienenä kuin mahdollista. Tämä sen lisäksi, että on vaikeata varmistaa se, että mittaukseen johdetun veden määrän suhde on vakio. Ne mittarit, jotka on selitetty GB-patenteissa 1 199 311, 672 476 ja 192 610 ovat kaikki kalorimetristä tyyppiä, jota ei voida käyttää jatkuvasti ja jossa sen kuuman nesteen määrän, joka voidaan mitata kullakin valutuskerralla, rajoittaa mittarin tilavuus. Mittarin on annettava palautua ympäristön lämpötilaan ennen kuin uusi valutus suoritetaan, tai tuloksena on lisää epätarkkuutta.

GB-patenttijulkaisuissa 400 821 ja 251 379 on selitetty järjestelmiä, joissa lämpöä jaetaan keskuslähteestä höyryä kuljettavaa pääputkea myöten. Jokainen kuluttaja on varustettu lämmönvaihtimella, jonka läpi lämpöä siirretään kuluttajan lämmitysjärjestelmään. Nesteen virtaaman mittari mittaa sen nesteen tilavuuden, joka on pääputkesta lauhtunut kuluttajalle tämän yksilökohtaisen lämmönvaihtimen kautta toimitetun lämmön johdosta, ja tämän lauhteen tilavuus voidaan suh-teistaa kulutettuun lämpöön. Nämä järjestelmät kärsivät kuitenkin joukosta puutteellisuuksia. Tarkan osoituksen aikaansaamiseksi toimitetun höyryn ja palautetun veden on oltava tunnetuissa, mieluimmin vakiolämpötiloissa, sillä muuten tapahtuu mittaamatonta lämmön siirtymistä toimitus- ja paluu- 5 76386 lämpötilojen tuntemattomien vaihteluiden johdosta. Toinen vaikeus on se, että virtaaman mittarin on pystyttävä tarkasti rekisteröimään laajalla virtaamien vaihtelualueilla. Saatavissa olevat mittarit, jotka pystyvät täyttämään tämän vaatimuksen, eivät normaalisti ole riittävästi varustettuja kestämään toimintaa kuumien, likaisten nesteiden kanssa, joita höyrypääputkissa esiintyy.

Niin ollen on olemassa todellisen lämmönmittarin tarve, joka on kohtuullisen yksinkertaista muotoa ja pystyy kohtuullisen tarkkoihin mittauksiin, ja jossa on vältetty ne vaikeudet, jotka liittyvät herkän virtaaman mittarin tarpeeseen kuuman, likaisen lämmönsiirtoväiiaineen virtaaman mittaukseen.

Monissa tapauksissa on toivottavaa eristää pääjohto kuluttajan lämmitysjärjestelmästä, varsinkin silloin kun pääjohto on suurpaineinen, ja tämä tehdään tavallisesti käyttämällä läm-mönvaihdinta, jonka läpi lämpö siirretään pääjohdosta kuluttajan järjestelmään ilman, että minkäänlaista väliaineyhteyt-tä esiintyy näiden kahden järjestelmän välillä.

Nyt on tultu siihen käsitykseen, että käyttämällä erästä nimenomaista lämmönvaihtimen muotoa eräs erittäin edullinen lämmön mittausmenetelmä käy mahdolliseksi.

Esillä olevan keksinnön mukaan laitteelle, jolla toimituspää-johdosta kuluttajan järjestelmään siirretyn lämpöenergian kokonaismäärä siirretään ja mitataan, on tunnusomaista se, että käyttöneste tekee lämpösifonissa höyrystys-lauhdutus-kierroksen oleellisesti vakiolämpötilassa ja siirtää syöttö-putkesta vastaanottoputkeen lämpömäärän, joka on suoraan verrannollinen nestekanavaan sijoitetun mittalaitteen mittaamaan nestemäärään nähden, että laite sisältää useita lämpösifonei-ta, joista jokainen muodostuu yksilöllisesti suljetusta astiasta, jolloin lämpösifonien höyrystimet on järjestetty peräkkäin pitkin syöttöputkea sen läpi kulkevan virtauksen 6 76386 suunnitellussa suunnassa ja lämpösifonien vastaavat lauhduttimet on järjestetty peräkkäin pitkin vastaanottoputkea päinvastaisessa suunnassa kuin vastaanottoputken läpi kulkevan virtauksen suunniteltu suunta.

Kyseeseen tulevassa keksinnön sovellutuksessa laite normaalisti käsittää toimitusjohdon, joka on tarkoitettu yhdistettäväksi toimituspääjohtoon ja vastaanottojohdon, joka on tarkoitettu yhdistettäväksi kuluttajan järjestelmään, jolloin mainittu ensimmäinen lämmönsiirtoalue sijaitsee toimitusjohdon vieressä ja mainittu toinen lämmönsiirtoalue sijaitsee vastaanottojohdon vieressä.

Eräässä hyödyllisessä sovituksessa astian seinän ensimmäinen lämmönsiirtoalue muodostaa haihdutinalueen, jossa suljetun astian sisässä oeva neste voidaan haihduttaa, ja astian toinen lämmönsiirtoalue muodostaa lauhdutinalueen, jossa suljetun astian sisällä oleva höyry voidaan lauhduttaa.

Sopivasti laite käsittää lämpösifonin, jossa on useita erillisiä haihdutinalueita ja useita erillisiä lauhdutinalueita, joita haihdutin- ja lauhdutinalueita yhdistää yhteinen neste-johto, jolloin jokaisen lämpösifonin erilliset haihdutin-alueet on sovitettu suuntautumaan poikittaisesti toimitusjohdon virran suuntaan nähden, ja jokaisen lämpösifonin erilliset lauhdutinalueet on sovitettu suuntautumaan poikittaisesti vastaanottojohdon virtauksen suuntaan nähden. Haihdutin- ja lauhdutinalueet voi niin haluttaessa myös olla yhdistetty yhteisellä höyryjohdolla.

Eräässä toisessa edullisessa sovituksessa toimitusjohto on jaettu useiksi erillisiksi toimitusjohto-osiksi, jotka kulkevat suljetun astian läpi, joita toimitusjohto-osia kutakin rajoittaa ainakin osaksi seinä, joka sulkee johto-osan sisustan suljetun astian sisustaan nähden ja muodostaa osan haih-dutinalueesta.

7 76386

Vastaanottojohto voi samalla tavoin olla jaettu useiksi erillisiksi vastaanottojohto-osiksi, jotka kulkevat suljetun astian läpi ja joita vastaanottojohto-osia kutakin rajoittaa ainakin osaksi seinä, joka sulkee johto-osan sisustan suljetun astian sisustaan nähden ja muodostaa osan lauhdu-tinalueesta.

Kuuma ja kylmä väliaine voidaan sovittaa virtaamaan millä tahansa sopivalla tavalla toimitusjohto-osien ja vastaavasti vastaanottojohto-osien läpi, so. joko sarjassa tai rinnakkain tai missä tahansa halutussa sarja- ja rinnakkaiskytkentöjen yhdistelmässä.

Edullisesti toisistaan riippumattomia lämpösifoneja on kaksi tai useampia, sovitettuina niin, että riippumattomien lämpö-sifonien haihdutinalueet on sovitettu perättäin pitkin aiottua virtaussuuntaa toimitusjohtoon ja riippumattomien lämpö-sifonien lauhdutinalueet on sovitettu perättäin pitkin vastaanotto johdon aiottua virtaussuuntaa.

Keksintö selitetään seuraavassa, esimerkkinä, oheisen piirustuksen yhteydessä, jossa kuvio 1 on kaaviollinen pituussuuntainen leikkauskuvanto lämmönvaihtimesta, joka käsittää useita lämpösifoneja, kuvio 2 on kaaviollinen leikkauskuvanto kuvion 1 mukaisesta lämmönvaihtimesta, kuvio 3 esittää graafisesti väliaineissa vallitsevia lämpötiloja silloin kun kuvioiden 1 ja 2 mukaista lämmönvaihdinta käytetään niin,että väliaineet virtaavat vastakkaisiin suuntiin, kuvio 4 on kaaviollinen leikkauskuvanto keksinnön mukaisesta lämpöenergian siirto- ja mittauslaitteesta, kuvio 5 esittää graafisesti lämpötilajakaumaa, joka vallitsee eräässä toissijaisessa keksinnön sovellutusmuodossa, kuvio 6 on leikkauskuvanto eräästä toisesta keksinnön mukaisesta laitteesta, ja β 76386 kuvio 7 on pituussuuntainen leikkauskuvanto sovituksesta, jossa käytetään useita kuvion 6 mukaisia laitteita.

Niin kuin kuvioista 1 ja 2 näkyy, läiranönvaihdin käsittää johdon 1, joka muodostaa osan toimituspääjohdosta, joka kuljettaa kuumaa väliainevirtaa ja johdon 1 yläpuolella vastaanottojohdon 2, joka kuljettaa jäähdytysväliainevirtaa ja muodostaa osan kuluttajan järjestelmästä kuten asunnon lämmityspiiristä. Kuuman ja jäähdytysvällaineen aiotut virtaussuunnat on osoitettu kuviossa 1 vastaavilla nuolilla H ja C. Lämpöä voidaan siirtää johdoissa 1 ja 2 olevien väliaineiden välillä useiden, toisistaan riippumattomien lämpösifonien 3 avulla. Niin kuin kuviosta 2 näkyy, lämpösifonit on sovitettu riveiksi, jotka suuntautuvat kohtisuoraan johtojen poikki, ja, niin kuin kuviosta 1 näkyy, näitä rivejä on useita, sijoitettuina perättäisiin kohtiin pitkin johdon pituutta. Jokainen lämpösifoni on kaasunpitävästi suljetun, sylinterin muotoisen astian muodossa, joka sisältää nestettä, joka on kosketuksessa oman höyrynsä (esittämättä) kanssa - ja erityisen sopiva neste tähän tarkoitukseen on vesi, silloin kun johdot 1 ja 2 kuljettavat vettä. Kunkin lämpösifonin seinän alaosa 5 pistää toimitus-johdon 1 sisään ja poikki, ja tämä astian seinän alue muodostaa ensimmäisen lämmönsiirtoalueen, joka toimii haihdutinaluee-na. Kunkin lämpösifonin seinän yläosa 4 pistää vastaanotto-johdon 2 sisään ja poikki, ja tämä astian seinän alue muodostaa toisen lämmönsiirtoalueen, joka toimii lauhdutinalueena.

Tällaista lämmönvaihdinta käytettäessä kuumaa ja jäähdytinvet-tä virtaa toisiinsa nähden vastavirtaan vastaavissa johdoissaan 1 ja 2, niin kuin nuolilla H ja C on osoitettu. Kunkin lämpösifoniastian 3 sisään suljettu vesi kiehuu lauhdutin-alueella 5 johdossa 1 olevasta vedestä siirtyneen lämmön johdosta. Näin syntynyt höyry nousee astian 3 sisässä, ja lauhtuu astian seinän jäähdytin-lauhdutinalueella 4, luovuttaen piilevän höyrystymislämpönsä, joka siirtyy seinän läpi johdossa 2 olevaan jäähdytysväliaineeseen. Lauhde valuu painovoiman vaikutuksesta alas astian 3 sivuja myöten, haihdutinalueelle 5, 9 76386 jossa se voi kiehua jälleen. Tämä on tavanomainen lämpösifo-nin toimintatapa, jossa sifoni toimii erittäin tehokkaana lämmönj ohtimena.

Siirtyneen lämpöenergian määrän mittaamista varten jokainen lämpösifoni on varustettu laitteella (esittämättä) haihduttimeen palautuneen lauhteen määrän mittaamiseksi. Käytännössä tämä helpoimmin saadaan aikaan varaamalla erilliset virtaus-tiet höyrylle ja lauhteelle. Haihduttimeen laskeutuvan lauhteen tilavuus on tarkasti suhteellinen johdosta 1 johtoon 2 siirtyneen lämmön määrään seuraavan yhtälön mukaan:

Q = VLD

jossa Q on siirtyneen lämmön määrä D on astiassa 3 olevan nesteen tiheys L on astiassa 3 olevan nesteen piilevä höyrystymislämpö V on laskeutuneen lauhteen tilavuus.

Tällöin, jos tulo LD voidaan olettaa vakioksi, lauhteen tilavuus on suorassa suhteessa siirtyneen lämmön määrään, ja tämän tilavuuden mittaus on yksinkertainen ja tehokas tapa määrittää siirtyneen lämmön määrä.

Erittäin sopiva väliaine lämpösifoniastiassa 3 käytettäväksi on vesi, jolla arvo LD vaihtelee lievästi lämpötilan mukaan. Veden lämpötila astiassa 3 on aina kuuman väliaineen ja jääh-dytysväliaineen lämpötilojen välillä. Tyypillisesti kaukolämpö järjestelmää käytettäessä se saattaa vaihdella välillä 80-100°C ja tällä välillä tulo LD vaihtelee 2 %. Jos käytetään keskiarvoa, tästä syystä johtuva maksimivirhe olisi täten ainoastaan + 1 %.

Näin ollen, mittamalla pelkästään kunkin astian 2 läpi vir-taavan nestemäisen lauhteen määrä tiettynä ajanjaksona ja laskemalla yhteen jokaista astiaa koskevat arvot, siirtyneen lämmön määrä saadaan helposti selville.

10 76386

Hyvän lämmönsiirron saavuttamiseksi on toivottavaa käyttää sarjaa lämmönsiirtoelimiä, esimerkiksi kuten kuvioissa 1 ja 2. Erillisten virtausmittareiden hankkiminen jokaista tällaisen suureen erillisten lämpösifonien joukkoon kuuluvaa lämpö-sifonia varten sekä laitteet niiden lukemien yhteenlaskemi-seksi on kuitenkin hankalaa ja kallista. Kuviossa 4 on esitetty lämmönsiirtolaite, joka käsittää yhden ainoan lämpösifo-nin 30, jossa on lukuisia erillisiä lauhdutinalueita sylin-terimäisten putkielinten 34 muodossa, sekä lukuisa joukko erillisiä haihdutinalueita sylinterinmuotoisten putkielinten 35 muodossa. Haihdutinalueet 35 on sovitettu poikittaissuun-taisesti kuuman veden toimitusjohdon 1 poikki niin, että kuuma vesi voi virrata niiden välitse hyvän lämmönsiirron saavuttamiseksi, ja lauhdutinalueet 34 on samalla tavoin sovitettu poikittaissuuntaisesti vastaanottojohdon 2 poikki jäähdytysvettä varten. Haihdutinten alapäät on yhdistetty yhteiseen keräysastiaan 41 ja lauhdutinten alapäät on yhdistetty yhteiseen keräysastiaan 40. Keräysastiat 40 ja 41 on yhdistetty toisiinsa yhdellä ainoalla alastuloputkella eli nestejohdolla 42, niin että kaikki lauhde lauhdutinalueilta 34 valuu keräys-astian 40 läpi ja nestejohtoa 42 myöten keräysastiaan 41. Haihdutinten yläpäät on yhdistetty yhteiseen kokoojatilaan 43 ja lauhdutinten yläpäät on yhdistetty yhteiseen kokoojatilaan 44 ja tilat 43 ja 44 on yhdistetty toisiinsa yhdellä ainoalla höyryjohdolla 45. Lauhdutinalueiden 34 muodostamat lauhduttimet, haihdutinalueiden 35 muodostamat haihduttimet, keräysastiat 40 ja 41, kokoojatilat 43 ja 44 sekä johdot 42, 45 yhdessä muodostavat kaasunpitävästi suljetun astian, joka muodostaa yhden ainoan lämpösifonin 30.

Nesteen virtaaman mittari 46 on sijoitettu laskuputkeen 42, mittaamaan väliaineen virtaamaa sitä myöten. Mittari 46 on sitä lajia, joka kehittää sykkeisen, sähköisen tulosteen, jossa jokainen sykähdys edustaa yhtä sen läpi tapahtuvan virtauksen tilavuusmäärää. Sykkeinen tuloste siirretään säh-köyhteyttä 47 myöten laskenta- ja näyttölaitteeseen 48, joka ,, 76386 laskee vastaanotetut sähkösykähdykset ja näyttää niiden summan asteikolla, joka on kalibroitu kulutetun lämpöenergian yksikköinä.

Tarkoituksena on, että lämpösifonin 30 pitäisi korvata poikittainen rivi sellaisia lämpösifoneja 3, joita on esitetty kuviossa 2, niin että ainoastaan yksi ainoa virtausmittari on tarpeen, sen sijaan, että niitä tarvittaisi yksi kutakin lämpösi f onia 3 varten.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa lämmönvaihtimessa on kahdeksan poikittaista riviä lämpösifoneita 3. Tällainen rivistö antaa tyypillisesti kuvion 3 mukaisia lämpötilaprofiileja vastakkaissuuntaisessa virtauksessa, jossa t^ on johdossa 1 olevan kuuman nesteen lämpötila, t on johdossa 2 olevan kylmän nesteen lämpötila, ja x edustaa virtauksen suuntaista pituus-välimatkaa johdossa 1. Samanlaisia profiileja saadaan silloin kun jokainen poikittainen lämpösifonien 3 rivi on korvattu yhdellä ainoalla lämpösifonilla 30. Jokaisella lärapösifonilla 30 on oltava oma virtaaman mittarinsa 46, mutta jos jokainen virtaaman mittari on kalibroitu kehittämään sähköisiä sykkeitä, jotka edustavat samaa nestetilavuutta, yhdysputki 47 pystyy syöttämään kaikkien virtaaman mittarien 46 tulosteet yhteiseen laskenta- ja näyttölaitteeseen 48. Joskin virtaaman mittareita tarvitaan useita, yksi ainoa laskenta- ja näyttölaite riittää.

Puhdasta vastavirtalämmönvaihdinta varten, joka siirtää maksimimäärän lämpöä, tarvittaisiin teoreettisesti rajaton lukumäärä lämpösifoneja 30. Kuitenkin voidaan saavuttaa melkoinen kustannusten säästö menettäen hyvin vähän suorituskykyä käyttämällä ainoastaan kolmea lämpösifonia 30, joiden pinta-ala on näiden pinta-alaan verrattavissa. Monissa järjestelmissä voidaan saavuttaa tyydyttävä suorituskyky käyttämällä vain kahta tällaista lämpösifonia 30, jolloin tarvitaan ainoastaan kaksi virtaaman mittaria.

12 7 6 3 8 6

Saatettaisiin ajatella, että lisää säästöä voitaisiin saavuttaa käyttämällä useita lämpösifoneja 30, jotka on modifioitu niin, että niillä on yksi ainoa nesteen alastuloputki 42 yhteisenä niille kaikille. Tällöin tarvittaisiin ainoastaan yksi virtaaman mittari koko laitetta varten. Tämä järjestely ei tuottaisi kovinkaan tyydyttäviä tuloksia, koska, niin kuin kuviosta 5 näkyy, yhdistettyjen astioiden 30 sisässä olevan nesteen lämpötila asettuisi samaan lämpötilaan t jokaises-

S

sa astiassa 30. Kuuman nesteen lämpötila th ei voisi laskea alle arvon t ja jäähdytysnesteen lämpötila t ei voisi nous-ta yli arvon ts, riippumatta siitä kuinka monta lämpösifonia 30 käytettäisiin. Näin ollen,joskin tällöin tarvittaisiin vain yksi ainoa virtaaman mittari, lämmön siirto olisi tehotonta siihen todelliseen vastavirtasovitukseen verrattuna, joka on selitetty kuvioiden 1-4 yhteydessä.

Ilmeistä on, että sen lämpösifonin, jonka kautta lämpöä siirretään sen lähteestä sen kulutuspaikkaan, ei tarvitse koostua putkielimistä, jotka muodostavat haihdutin- ja/tai lauhdutin-alueet, eikä mitään tällaisia elimiä tarvitse olla pystysuoraan suunnattuina. Lisäesimerkkinä kuvio 6 esittää keksinnön sovellutusmuotoa, jossa sekä haihduttimena että lauhduttimena käytetään vaippakattilasovitusta. Vaihtoehtoisesti voitaisiin käyttää levykattilaa tai muuta sopivaa lämmönvaihtolaitetta.

Niin kuin kuviosta 6 näkyy, laite lämmön siirtämistä varten toimitusväliaineesta, joka virtaa toimituspääjohtoa 51 myöten, kuluttajan väliaineeseen, joka virtaa vastaanottojohdossa 52, joka muodostaa osan kulutusjärjestelmästä, käsittää kattilan 53 ja lauhduttimen 54, jotka molemmat ovat vaippa-ja putkirakennetta.

Kattila 53 käsittää kuuman veden jakolaatikon 55, johon on laippaliitännän kautta syöttöyhteys toimituspääjohdon 51 ylävirran puolisesta haarasta, ja toisen, kuuman veden kokoo-jalaatikon 56, josta on laippaliitännän kautta poistoyhteys toimituspääjohdon 51 alavirran puoliseen haaraan. Laatikot 55 ja 56 on yhdistetty toisiinsa joukolla putkia 57, niin 13 76386 että kattilan 53 sisässä toimituspääjohto on jaettuna useiksi erillisiksi toimitusjohto-osiksi, jotka koostuvat putkista 57.

Lauhdutin 54 käsittää vastaanottovesilaatikon 58, johon on laippaliitäntäyhteys vastaanottojohdon 52 ylävirran puolises-ta haarasta, ja toisen vastaanottovesilaatikon 59, josta on laippaliitäntäpoistoyhteys vastaanottojohdon 52 alavirran puoliseen haaraan. Laatikot 58 ja 59 on yhdistetty toisiinsa joukolla putkia 60, niin että lauhduttimen 54 sisässä vastaan-ottojohto 52 on jaettuna joukoksi erillisiä vastaanottojohto-osia, jotka koostuvat putkista 60.

Lämpöä voidaan siirtää kattilasta 53 lauhduttimeen 54 lämpö-sifonin avulla, joka käsittää kattilavaipan 61, lauhduttimen vaipan 62, höyryjohdon 63 ja nesteen laskuputken 64, jotka elimet 61, 62, 63 ja 64 yhdessä muodostavat kaasunpitävästi suljetun astian, joka sisältää nestettä ja sen höyryä.

Kattilan vaippaa 61 rajoittavat osaksi laatikoiden 55, 56 seinät, ja putket 57 pistävät vaipan 61 läpi. Kuuma neste (vesi), joka muodostaa toimitusjohtoa 51 myöten virtaavan lämmönlähteen, voi täten siirtää lämpöä lämpösifonin väliaineeseen näiden laatikoiden 55, 56 rajaseinien, ja putkien 57 seinien läpi, jotka seinät täten muodostavat lämpösifonin haihdutinalueet.

Lauhduttimen vaippaa 62 rajoittavat osaksi laatikoiden 58, 59 seinät, ja putket 60 pistävät vaipan 62 läpi. Jäähdytys-neste, joka muodostaa vastaanottojohtoa 52 myöten virtaavan lämmön vastaanottoväliaineen, voi näin ollen vastaanottaa lämpöä lämpösifonin väliaineesta mainittujen laatikoiden 58 ja 59 rajaseinien, ja putkien 60 seinien läpi, jotka seinät täten muodostavat lämpösifonin lauhdutinalueet.

Lämmönsiirtymisprosessin aikana neste kiehuu kattilanvaipas-sa 61, nousee ylös höyryjohtoa 63 myöten, lauhtuu lauhdutin-vaipassa 62, ja palaa painovoiman vaikutuksesta laskuputkea ,4 76386 64 myöten kattilan vaippaan 61. Lämpösifoniväliaine suorittaa jatkuvasti tätä kierrosta lämmönsiirtymisprosessin aikana.

Siirretyn lämmön määrän mittaamiseksi laskuputkeen 64 sisältyy virtaaman mittari 65, joka antaa sykkeisen tulosteen säh-könjohdinta 66 myöten laskenta- ja näyttölaitteeseen 67. Toiminta on sama kuin virtaaman mittarin 46 ja laskenta-ja näyttölaitteen 48.

Lämmönvaihdon tehokkuuden parantamiseksi useita erillisiä lämpösifoneja, joista jokainen on esimerkiksi sellainen kuin kuviossa 6 on esitetty ja jokainen käsittää kattilan 53 ja lauhduttimen 54, voidaan käyttää kuvion 7 mukaisesti. Käytön aikana kuuma väliaine, joka muodostaa lämmön lähteen, virtaa johtoa 61 myöten nuolen H suuntaan, ja jäähdytysväliaine, joka toimii lämmön vastaanottajana, virtaa vastavirtaan siihen nähden johtoa 62 myöten nuolen C suuntaan. Lämpötilajakauma pitkin johtoja 61 ja 62, tulee olemaan olennaisesti kuvion 3 mukainen, so. olennaisesti niin kuin todellisessa vastavirta-lämmönvaihtimessa. Joskin kolme lämpösifonia, niin kuin kuviossa 7 on esitetty, usein tarjoaa parhaan kompromissin suorituskyvyn ja talouden välillä, sovitukset, jotka käsittävät joko kaksi tai neljä tai useampiakin lämpösifoneja, ovat mahdollisia. Huomattakoon, että kutakin lämpösifonia varten tarvitaan erillinen virtaaman mittari 65, joskin voidaan sovittaa niin, että kaikkien virtaaman mittareiden tulosteet lasketaan yhteen ja näytetään yhdessä ainoassa laskenta- ja näyttölaitteessa. Tämä voidaan helposti tehdä silloin kun virtaaman mittarit 65 antavat sykkeisen tulosteen, jossa kukin sykähdys edustaa samaa tilavuusyksikköä.

Alan ammattimiehille on selvää, että esillä oleva keksintö tarjoaa monia etuja mitattujen lämpöenergiamäärien toimittamisessa. Tavanomaisten lämmön mittareiden on mitattava, paitsi tilavuus, myös kaksi lämpötilaa, ja monimutkainen, näiden useiden muuttujien tulon integrointi on suoritettava. Tarkkuutta tavallisesti rajoittaa se tarkkuus, jolla näiden kahden 15 76386 lämpötilan erotus pystytään mittaamaan, kun erotus on pieni. Esillä oleva keksintö tarjoaa järjestelmän, jossa ei tarvita lainkaan lämpötilan mittausta eikä monimutkaista laskentaa.

Lisäksi tavanomaisessa lämmön mittarissa tarvittavan virtaaman mittarin on tultava toimeen pääjohdossa tai asunnon järjestelmässä olevan kuuman, likaisen toimintaväliaineen kanssa.

Esillä olevassa keksinnössä se neste, joka mitataan, on se verraten pieni määrä, jota jatkuvasti kierrätetään lämpö-sifoniastian sisässä. Tämä neste voi olla erittäin puhdasta, niin että sen haitallinen vaikutus virtaaman mittariin vältetään, riippumatta toimituspääjohdossa tai asuntopiirissä vir-taavan väliaineen laadusta.

Esillä olevan keksinnön mukaisilla lämmönmittauslaitteilla on se vaikutus, että ne eristävät pääjohdon kuluttajan piiristä. Tämä saattaa olla tärkeätä silloin kun pääjohtopaine on korkea.

Claims (8)

16 7 6 8 8 6

1. Laite lämmön siirtämiseksi lämmönsyöttöputkesta (1, 51, 61) vastaanottoputkeen (2, 52, 62) ja tällöin siirtyneen lämpöenergian kokonaismäärän mittaamiseksi, laitteen sisältäessä lämpösifonin, joka muodostuu hermeettisesti suljetusta astiasta (3), jossa on sisällä käyttönestettä oman höyrynsä kanssa kosketuksissa olevassa muodossa, jolloin lämpösifoni sisältää höyrystimen (5, 53), jonka kautta käytössä lämpö siirtyy syöttöputkesta (1, 51, 61) käyttönesteeseen, lauhduttimen (4, 54), jonka kautta käytössä lämpö siirtyy käyttönesteestä vastaanottoputkeen (2, 52, 62), ja höyrykanavan (63), jonka kautta käytössä höyry virtaa höyrystimestä (5, 53) lauhduttimeen (4, 54), nestekanavan (64), jonka kautta tiivistynyt neste käytössä palaa lauhduttimesta (4, 54) höyrystimeen (5, 53), tunnettu siitä, että käyttöneste tekee lämpösifonissa höyrystyä- lauhdutus-kierroksen oleellisesti vakiolämpötilassa ja siirtää syöttöputkesta (1, 51, 61) vastaanottoputkeen (2, 52, 62) lämpömäärän, joka on suoraan verrannollinen nestekanavaan (64) sijoitetun mittalaitteen (65) mittaamaan nestemäärään nähden, että laite sisältää useita lämpösifoneita, joista jokainen muodostuu yksilöllisesti suljetusta astiasta (3), jolloin lämpösifonien höyrystimet on järjestetty peräkkäin pitkin syöttöputkea (1, 51, 61) sen läpi kulkevan virtauksen suunnitellussa suunnassa ja lämpösifonien vastaavat lauhduttimet (4, 54) on järjestetty peräkkäin pitkin vastaanottoput-kea (2, 52, 62) päinvastaisessa suunnassa kuin vastaanotto-putken läpi kulkevan virtauksen suunniteltu suunta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä että laitteet (65) jokaisen nestekanavan (64) läpi virtaavan nestemäärän mittaamiseksi sisältävät jokaisessa nestekanavassa sellaisen virtausmittarin, joka tuottaa pulssimaisen sähköisen ulostulon, jossa jokainen pulssi edustaa läpivirrannutta tilavuus- tai massayksikköä. 17 76386

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä että jokaisen virtausmittarin (65) pulssimainen ulostulo lähetetään laskurilaitteeseen, joka laskee saapuneiden sähkö-pulssien lukumäärän.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että laskurilaite kykenee näyttämään sähköpulssien kokonaismäärää edustavan lukeman asteikolla, joka on kalibroitu siirtyneen lämmön yksiköissä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että jokaisessa lämpösifonissa on joukko erillisiä höyrystimiä (35) ja joukko erillisiä lauhduttimia (34), jolloin erilliset höyrystimet (35) on kytketty erillisiin lauhduttimiin (34) yhteisellä nestekanavalla (42), että kunkin lämpösifonin erilliset höyrystimet (35) on sovitettu poikittaisuuntaisiksi syöttöputkessa (1) kulkevan virtauksen suuntaan nähden ja että kunkin lämpösifonin erilliset lauhduttimet (34) on sovitettu poikittaissuuntaisiksi vastaanot-toputkessa (2) kulkevan virtauksen suuntaan nähden.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä että erilliset höyrystimet (35) on yhdistetty erillisiin lauhduttimiin (34) yhteisellä höyrykanavalla (45).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä että syöttöputki (51) kulkiessaan jokaisen suljetun astian (3) läpi on jaettu useiksi erillisiksi syöttöputkiosiksi (57), jotka menevät suljettujen astioiden (3) läpi, jolloin jokaista syöttöputkiosaa (57) rajaa ainakin osittain seinämä, joka sulkee mainitun syöttöputkiosan sisäpuolen suljetun astian sisäpuolesta ja muodostaa osan vastaavasta höyrystimestä (53). 1β 76386

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä että vastaanottoputki (52) kulkiessaan jokaisen suljetun astian (3) läpi on jaettu useiksi erillisiksi vastaanottoput-kiosiksi (60), jotka menevät suljettujen astioiden (3) läpi, jolloin jokaista vastaanottoputkiosaa (50) rajaa ainakin osit-osittain seinämä, joka sulkee osan sisäpuolen suljetun astian sisäpuolesta ja muodostaa osan vastaavasta lauhduttimesta (54). is 76386