NO170367B - Varmestroemmaaler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en varmestrømmåler for å måle varmestrøm gjennom en vegg, særlig sidevegg eller bunn for en elektrolyseovn.

Sådan måling utføres tradisjonelt ved å bestemme temperatur-fallet over veggen, og med kjennskap til veggens varmeledningsevne eller termiske motstand kan da varmestrømmen pr. flateenhet gjennom veggen utledes. I mange tilfeller er imidlertid veggens- ene- side bare tilgjengelig for temperaturmåling på visse faste steder eller ikke i det hele tatt. Dette er tilfelle ved ovner av forskjellig slag, særlig smelte- og elektrolyseovner.

Særlig ved elektrolyseovner er det imidlertid av stor interesse å få kunnskap om fordelingen av varmestrømmen ut fra ovnen over ovnens vegger og bunn. Dette kan gi verdi-fulle opplysninger om ovnens driftstilstand. Særlig vil den lokale varmestrøm gjennom sideveggene på forskjellige steder kunne gi nyttig informasjon om utbredelsen av størknet elektrolytt på innsiden av veggen. Det er da særlig viktig at de lokale målinger av varmestrømmen ut fra ovnen finner sted slik at den naturlige varmestrømfordeling ikke forstyr-res. For å bestemme fordelingen er da først og fremst relative og dynamiske målinger av interesse fremfor absolutte varmestrømbestemmelser.

Det er derfor et hovedformål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en varmestrømmåler av innledningsvis angitt art og som oppfyller de ovenfor angitte driftsbetingelser.

Videre er det et formål for oppfinnelsen å frembringe en sådan varmestrømmåler av enkel og robust konstruksjon, og som når som helst kan monteres på et lokalt målested samt forflyttes mellom forskjellige målesteder, f.eks. hvor som helst på utsiden av ovnsveggen under drift av en elektrolyseovn.

Disse formål er oppnådd ved en varmestrømmåler av ovenfor omtalte art og hvis særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger i at måleren omfatter to godt varmeledende plater med meget smalt mellomliggende luftgap i forhold til de lineære dimensjoner av platenes sideflater, samt med minst et termoelement for temperaturmåling på hver side av luftgapet, idet måleren er utført for å monteres med sin ene plate i tett anlegg mot den vegg hvis varmegjennomgang skal måles.

Ved måling av varmestrøm gjennom ovnsvegger er det funnet særlig hensiktsmessig at luftgapet er dimensjonert for å gi et temperatursprang på 40-60°C ved en varmestrømtetthet på 0,4-0,6 W/cm<2>.

Denne temperaturforskjell ble valgt for å kunne gi en rimelig grad av målenøyaktighet, samtidig som forsøk viste at dette i vanlig praksis ville medføre en helt ubetydelig forstyrrelse av varmestrømgjennomgangen på målestedet. Temperaturfor-skjellen ble da målt ved hjelp av to termoelementer innfelt i hver sin stålplate på den side som vendte mot luftgapet, som i en forsøksutførelse ble innstilt til 0,4 mm for måling i et temperaturområde omkring 250°C.

Varmestrømmålerens følsomhet er bereget for denne utførelse, idet man har gått ut fra at luftens varmeledningsevne L er gitt ved den empiriske formel:

T(K) bx da luftgapets middeltemperatur angitt i ° Kelvin.

Videre er varmestrålingen S gjennom luftgapet gitt ved formelen: hvor platenes emissivitet E antas å være 0,4 og temperaturspranget AT over luftgapet åpenbart er meget mindre enn T(K), slik at man uten vesentlig feil kan sløyfe alle ledd med AT i høyere potens enn en. Ligning (2) går da over i:

Ut ifra ligningene (1) og (3) og luftgapets størrelse = 0,4 mm kan man da utlede følgende uttrykk for varmestrømmålerens kalibreringsfaktor med hensyn på sammenhengen mellom det målte temperatursprang AT over luftgapet og varmestrømtett-heten M i måleren:

Ved kalibrering av varmestrømmåleren i den ovenfor angitte utførelse ved elektrisk oppvarming ble følsomheten målt til 0,013 W/(cm<a> • °C) ved 250°C. Den tilsvarende teoretiske verdi ifølge formel (4) ovenfor er 0,01177, og avviket på 9,5 % kan da tilskrives forskjellige årsaker som det ikke er tatt hensyn til ved beregningene, f.eks. lokale variasj oner av luftgapets bredde, luftbevegelser i gapet og visse konstruk-sjonsdetaljer, f.eks. festeskruer for platene.

En hensiktsmessig utførelse av varmestrømmåleren i henhold til oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvis-ning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Figur 1 viser, sett fra innsiden, den ene stålplate i

strømningsmåleren i henhold til oppfinnelsen.

Figur 2 viser et snitt gjennom platen i figur 1 langs en

diameter A-A.

Figur 3 viser i samme diametralsnitt den ferdig sammen- stilte varmestrømmåler montert på en ovnsvegg. Figur 4 er et kurvediagram som viser beregnede data ved de ovenfor angitte formler for den viste og beskrevne utførelse av varmestrømmåleren. I figurene 1 og 2 er det vist en av de to like stålplater som inngår i varmestrømmåleren i henhold til foreliggende oppfinnelse. Platene har i den foreliggende utførelse sirkelrund form med en diameter på 125 mm og en tykkelse på 5 mm. For sammenføyning av platene er hver plate forsynt med tre skruehull H nær platens ytre omkrets og i samme innbyrdes vinkelavstand. Videre er hver plate P forsynt med et radialt utfreset spor fra platens omkrets omtrent til dens midtpunkt for innlegg av termoelementledninger med henblikk på temperaturmåling.

I figur 3 er de to plater Pl og P2 vist ferdig sammenstilt til en varmestrømmåler, som er montert på en ovnsvegg C for måling av varmestrømmen ut fra veggen på monteringsstedet. Ledninger L er ført frem til termoelementer Tl og T2 i hvert sitt ledningsspor i hver av de to plater. Mellom platene er det innstilt et luftgap G på 0,4 mm ved hjelp av avstandsrin-ger R av isolerende material omkring hvert skruehull H. Inn i hvert skruehull i den ene plate Pl er det ført en skrue V for inngrep i tilpassede gjenger i det tilsvarende annet skruehull H i den annen plate P2. Den ytre plate Pl ér langs sin ytre omkrets påført en dekkring D med to skjørt Kl, K2 som strekker seg langs platenes sirkelformede sidekant for tildekning av luftgapet mellom' platene. På denne måte hindres inntrengning av støv og andre forurensninger i gapet, samtidig som luftstrømning gjennom gapet forhindres. Luften i gapet vil da være stillestående, således at reproduserbare målinger kan oppnås.

I figur 4 er det vist et kurvediagram som angir luftgapets varmeledningsevne, temperaturspranget AT over gapet og den beregnede varmestrøm som funksjon av middeltemperaturen i luftgapet, ut ifra de ovenfor angitte ligninger og forutset-ninger .

Det vil innsees at den foreliggende varmestrømmåler i henhold til oppfinnelsen er av robust og enkel konstruksjon samt kan fremstilles med lave omkostninger. Videre vil det innsees av fagfolk på området at en sådan varmestrømmåler ved hensiktsmessig kalibrering kan gi tilstrekkelig nøyaktige, relative og dynamiske måleverdier som tillater bestemmelse av varmestrømfordelingen over utsiden av en smelteovn, særlig en elektrolyseovn.

Claims (7)

1. Varmestrømmåler for å måle varmestrøm gjennom en vegg, særlig sidevegg (C) eller bunn for en elektrolyseovn, karakterisert ved at måleren omfatter to godt varmeledende plater (Pl, P2) med meget smalt mellomliggende luftgap (G) i forhold til de lineære dimensjoner av platenes sideflater, samt med minst et termoelement (Tl, T2) anordnet for temperaturmåling på hver side av luftgapet (G), idet måleren er utført for å monteres med sin ene plate (P2) i tett anlegg mot den vegg (C) hvis varmegjennomgang skal måles.

2. Varmestrømmåler som angitt i krav 1, karakterisert ved at luftgapet (G) er dimensjonert for å gi et temperatursprang på 40-60°C ved en varmestrømtetthet på 0,4-0,6 W/cm<2>.

3. Varmestrømmåler som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at termoelementene (Tl, T2) er innlagt i hvert sitt spor (S) i de platesider som vender mot hverandre.

4. Varmestrømmåler som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at platene (Pl, P2) er sirkelrunde og anordnet innbyrdes parallelt.

5. Varmestrømmåler som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at platene er av stål.

6. Varmestrømmåler som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at luftgapet (G) er av-skjermet sideveis av et, fortrinnsvis dobbelt, skjørt (Kl, K2) .

7. Varmestrømmåler som angitt i krav 6, karakterisert ved at avskjermingsskjørtet (Kl, K2) er montert på en dekkplate (D) på utsiden av de to målerplater (Pl, P2).