WO2020035273A1 - Measuring device for measuring the volumetric flow rate of water in a heating circuit - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a measuring device for measuring the volumetric flow rate of water in a heating circuit of a heating system of a volumetric flow rate sensor. To that end, there is provided, in a bypass to the volumetric flow rate sensor, a bypass valve with a bistable diaphragm, which closes at low volumetric flow rates and guides all of the flow through the volumetric flow rate sensor and which, in the case of high volumetric flow rates, guides only a defined partial flow through the volumetric flow rate sensor. The measuring device is particularly well-suited to measuring small volumetric flow rates and to giving rise to no large pressure loss.
Description
Messvorrichtung zum Messen des Volumenstroms von Wasser in einem Heizkreis Measuring device for measuring the volume flow of water in a heating circuit
[0001] Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen des Volumenstroms von Wasser in einem Heizkreis eines Heizsystems einem Volumenstromsensor. The invention relates to a measuring device for measuring the volume flow of water in a heating circuit of a heating system, a volume flow sensor.
[0002] In Heizsystemen wird Wärme, die für die Wärmeverteilung erzeugt wird, mittels zirkulierendem Heizungswasser mit einer Pumpe durch einen Wärmetauscher zu In heating systems, heat that is generated for the heat distribution is by means of circulating heating water with a pump through a heat exchanger
Heizkörpern, Fußbodenheizung und dergleichen gefördert. Da jedes Heizsystem einzigartig ist, verfügt es über eine unterschiedliche Anzahl von Heizkörpern und anderen zusätzlichen Geräten, wobei Steuerungssysteme verwendet werden. Die Einstellung und Steuerung der Ausrüstung in den Räumen des zirkulierenden Heizungswassers kann den aktuellen Bedürfnissen angepasst werden. In modernen Anlagen führt diese Anpassung an den Wärmebedarf zu geringen Volumenströmen im Heizsystem. Radiators, underfloor heating and the like promoted. Because each heating system is unique, it has a different number of radiators and other additional devices, using control systems. The setting and control of the equipment in the rooms of the circulating heating water can be adapted to the current needs. In modern systems, this adaptation to the heat requirement leads to low volume flows in the heating system.
[0003] Zusätzlich zu anderen Daten sind Informationen über den Volumenstrom in dem Heizkreis notwendig, um eine Regulierung zu gewährleisten. Um diese Information zu erhalten, werden Volumenstromsensoren verwendet. In addition to other data, information about the volume flow in the heating circuit is necessary to ensure regulation. Volume flow sensors are used to obtain this information.
[0004] Bevorzugt sind Volumenstromsensoren, die auf Messprinzipien basieren, die keine beweglichen Teile erfordern, die keine großen Verluste in Fluidkreisen durch ihre Volume flow sensors are preferred, which are based on measuring principles, which do not require any moving parts, which do not cause large losses in their fluid circuits
Innenwiderstände verursachen und die kein komplexes Auswertesystem erfordern. Beispiele für solche Messungen sind Sensoren, die auf dem Vortex-Prinzip basieren. Der Vortex- Sensor hat eine untere Grenze und eine obere Grenze des Messbereichs, und es gibt einige Einschränkungen in der Verwendung. Der Sensor, der zur Messung kleinerer Strömungen geeignet ist, verursacht einen relativ hohen Druckverlust. Ein Sensor mit einem anderen
Messbereich hat einen ausreichenden Druckverlust, jedoch keine ausreichende Genauigkeit bei geringem Volumenstrom. Alternativ stehen auch Sensoren mit einem breiten Cause internal resistances and which do not require a complex evaluation system. Examples of such measurements are sensors based on the vortex principle. The vortex sensor has a lower limit and an upper limit of the measuring range, and there are some restrictions in use. The sensor, which is suitable for measuring smaller flows, causes a relatively high pressure loss. One sensor with another Measuring range has a sufficient pressure loss, but not sufficient accuracy with a low volume flow. Alternatively, there are also sensors with a wide one
Messbereich zur Verfügung, die auch geringe Durchflussmengen erfassen können. Diese Sensoren sind jedoch sehr teuer. Measuring range available, which can also record small flow rates. However, these sensors are very expensive.
[0005] Da die Messung kleiner Volumenströme in modernen Heizsystemen eine wichtige Anforderung darstellt, sind Verfahren zum Messen von geringer Volumenströme durch Erweiterung des Messbereich vom Volumensensoren beschrieben, wie beispielsweise das in der EP 2757324 A2 offenbarte Verfahren. Diese beschreibt eine Messeanordnung, die geeignet ist, kleinere Volumenströme für eine kleine Leistung zu messen (zum Beispiel solange Radiatoren geöffnet wurden), aber auch ohne großen Druckverlust hohe Leistung bei hohem Volumen zu liefern. Dazu wird ein druckabhängiges Ventil mit Hystereseverhalten und reduziertem Druckverlust verwendet. Eine solche Funktion kann durch eine Vorrichtung realisiert werden, die aus einem Differenzdrucksensor, einem elektromagnetischen Ventil und einem Antrieb besteht, der eine Steuerung erfordert. Dadurch ist das in der EP 2757324 A2 offenbarte Verfahren aufgrund der Komplexität und der damit verbundenen Kosten nachteilig. Since the measurement of small volume flows in modern heating systems is an important requirement, methods for measuring low volume flows by expanding the measuring range of the volume sensors are described, such as the method disclosed in EP 2757324 A2. This describes a measurement arrangement that is suitable for measuring smaller volume flows for a small output (for example as long as radiators were open), but also to deliver high output at high volume without a large pressure loss. A pressure-dependent valve with hysteresis behavior and reduced pressure loss is used for this. Such a function can be realized by a device that consists of a differential pressure sensor, an electromagnetic valve and a drive that requires control. As a result, the method disclosed in EP 2757324 A2 is disadvantageous owing to the complexity and the associated costs.
[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Messvorrichtung zum Messen des Volumenstroms von Wasser in einem Heizkreis eines Heizsystems mit einem erweiterten Messbereich bereitzustellen. It is therefore an object of the invention to provide an inexpensive measuring device for measuring the volume flow of water in a heating circuit of a heating system with an extended measuring range.
[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
[0008] Das Bypassventil weist eine Blende auf, die eine bistabile und damit binäre According to the invention this object is achieved by a measuring device according to claim 1. Advantageous refinements result from the features of the dependent claims. The bypass valve has an orifice, which is a bistable and therefore binary
Ventilöffnungen„geöffnet“ und„verschlossen“ ohne Zwischenstellungen ermöglicht und im Gegensatz zu bekannten Federventilen im geöffneten Zustand sehr geringe Druckverluste verursacht. Der Absperrmechanismus wird durch eine bistabile Blende realisiert, die ähnlich einem Knackfrosch entweder in einer das Bypassventil voll geöffneten Position oder in einer das Bypassventil verschlossenen Position verharrt. Erst bei Über- oder Unterschreiten bestimmter Druckdifferenzen springt die Blende in die andere bistabile Position. Damit wird eine Hysterese-Funktion erreicht. Dies wird durch eine zumindest teilweise Krümmung, z.B. in Form einer Biegung oder einer Sicke um eine Achse senkrecht zur Knicklinie erreicht. Valve openings “open” and “closed” are possible without intermediate positions and, in contrast to known spring valves, cause very little pressure loss when open. The shut-off mechanism is implemented by a bistable aperture, which, like a cracked frog, either remains in a position that fully opens the bypass valve or in a position that is closed to the bypass valve. The orifice only jumps to the other bistable position when certain pressure differences are exceeded or fallen below. A hysteresis function is thus achieved. This is indicated by an at least partial curvature, e.g. in the form of a bend or a bead around an axis perpendicular to the crease line.
[0009] Das Bypassventil ist parallel zu dem Volumenstromsensor geschaltet und realisiert einen Bypass für den Durchflussmesser. Diese Messvorrichtung erfüllt somit die Anforderung kleine Volumenströme zu messen und also die Bedingungen für einen kleinen Druckverlust. The bypass valve is connected in parallel to the volume flow sensor and realizes a bypass for the flow meter. This measuring device thus fulfills the requirement to measure small volume flows and thus the conditions for a small pressure loss.
[0010] In einem Verfahren wird die Stellung der Blende entweder mittels eines Sensors oder durch Registrierung des Volumenstromsignals des Durchflusssensors ermittelt. Springt die Blende in die andere bistabile Lage, so erhöht oder verringert sich der gemessene In one method, the position of the orifice is determined either by means of a sensor or by registering the volume flow signal of the flow sensor. If the aperture jumps into the other bistable position, the measured value increases or decreases
Volumenstrom des Volumenstromsensors schlagartig. Dies wird gespeichert, so dass jederzeit bekannt ist, in welcher Lage sich die Blende befindet. Bei der Ermittlung des Gesamtvolumenstroms wird dann bei geschlossenem Bypassventil der Volumenstrom des Volumenstromsensors verwendet. Bei geöffnetem Bypassventil wird der Volumenstrom des Volumenstromsensors durch den Volumenstromanteil des Volumenstromsensors am Volume flow of the volume flow sensor suddenly. This is saved so that it is known at all times what position the aperture is in. When determining the total volume flow, the volume flow of the volume flow sensor is then used with the bypass valve closed. When the bypass valve is open, the volume flow of the volume flow sensor is determined by the volume flow portion of the volume flow sensor
Gesamtvolumenstrom dividiert. Dieser Anteil ist bekannt und unveränderlich und kann anhand der konstruktiven Ausgestaltung berechnet oder einmalig gemessen werden. Total volume flow divided. This proportion is known and unchangeable and can be calculated on the basis of the structural design or measured once.
Insbesondere kann er im Betrieb auch leicht zum Zeitpunkt des Umschaltens der Blende gemessen werden.
[0011] Alternativ kann der Volumenstrom bei geöffnetem Bypassventil auch mit Hilfe der Betriebsparameter der Pumpe ermittelt werden. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt. In particular, it can easily be measured during operation at the time of switching the diaphragm. Alternatively, the volume flow can also be determined with the help of the operating parameters of the pump when the bypass valve is open. This is known from the state of the art.
[0012] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. The invention will now be explained in detail with reference to the figures.
[0013] Es stellen dar: [0013] The figures show:
Figur 1 : Bypassventil mit geschlossener Blende Figure 1: Bypass valve with the orifice closed
Figur 2: Bypassventil mit geöffneter Blende Figure 2: Bypass valve with the orifice open
Figur 3: Einen Heizkreis mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung Figure 3: A heating circuit with the measuring device according to the invention
[0014] Figur 1 zeigt das Bypassventil 4 mit geschlossener Blende. Das Bypassventil 4 mit geöffneter Blende ist in Figur 2 gezeigt. Das bistabile Öffnungsverhalten der Blende 7 des Ventils 4 lässt sich durch ein dünnes Federstahlblech 7 erreichen, das mit einer Biegung rechtwinkelig zur Blecheinspannung 6 dichtend in die Strömung eingebracht wird. Die eingebrachte Biegung hat die konstruktive Wirkung einer Sicke, wodurch das Figure 1 shows the bypass valve 4 with the diaphragm closed. The bypass valve 4 with the diaphragm open is shown in FIG. 2. The bistable opening behavior of the orifice 7 of the valve 4 can be achieved by a thin spring steel sheet 7, which is introduced into the flow in a sealing manner with a bend at right angles to the sheet metal clamping 6. The introduced bend has the constructive effect of a bead, which means that
Federstahlblech 7 versteift wird und daher eine erheblich größere Kraft zur Deformierung in Strömungsrichtung aufgebracht werden muss. Mit steigendem Differenzdruck vor und hinter der Blende 7 erhöht sich die zum Deformieren der Sicke und Biegen des Federstahlbleches in Strömungsrichtung aufzubringende Kraft, bis das durch die Sicke aufgebrachte Spring steel sheet 7 is stiffened and therefore a considerably greater force must be applied for deformation in the direction of flow. With increasing differential pressure upstream and downstream of the orifice 7, the force to be applied in order to deform the bead and bend the spring steel sheet in the flow direction increases until that applied by the bead
Widerstandsvermögen des Federstahlbleches 7 überwunden ist und die Blende abrupt vollständig öffnet, da die zum weiteren Biegen des Federstahlbleches 7 ohne Sicke benötigte Kraft wesentlich geringer ist, als die bereits aufgebrachte Kraft. Durch die beschriebene Deformationscharakteristik wird ein quasi digitales Öffnungsverhalten bewirkt. Im geöffneten Zustand können hierdurch Strömungen mit sehr geringen Druckverlusten realisiert werden. Das Schließverhalten ähnelt dem eines konventionellen, federbelasteten Ventils bis die Deformationsschwelle zum Ausgangszustand erreicht ist und das Ventil abrupt schließt.
[0015] Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizgerätes 1 mit einem Heizkreis 10 mit einem Primärwärmetauscher 2, mit einer Umwälzpumpe 3 und mit der Resistance of the spring steel sheet 7 has been overcome and the diaphragm abruptly opens completely, since the force required for the further bending of the spring steel sheet 7 without a bead is substantially less than the force already applied. A quasi digital opening behavior is brought about by the described deformation characteristic. In the open state, flows with very low pressure losses can be realized in this way. The closing behavior is similar to that of a conventional, spring-loaded valve until the deformation threshold to the initial state is reached and the valve closes abruptly. Figure 3 shows a schematic representation of a heater 1 with a heating circuit 10 with a primary heat exchanger 2, with a circulation pump 3 and with the
erfindungsgemäßen Messvorrichtung 9. Die Messvorrichtung 9 umfasst ein Measuring device 9 according to the invention. The measuring device 9 comprises a
Volumenstromsensor 5 und parallel dazu einen Bypass 8 mit Bypassventil 4. Volume flow sensor 5 and, in parallel, a bypass 8 with a bypass valve 4.
[0016] Der Vorteil der in Figur 3 dargestellten Messeanordnung besteht darin, dass bei kleinen und mittleren Volumenströmen ausschließlich der Volumenstromsensor 5 durchströmt wird, da hier der optimale Einsatzbereich des Volumenstromsensors 5 liegt. In Betriebspunkten mit hohen Volumenströmen wird die Strömung über den Bypass 8 geführt, da hier die Druckverluste geringer sind.
The advantage of the measurement arrangement shown in FIG. 3 is that in the case of small and medium volume flows only the volume flow sensor 5 is flowed through, since this is where the volume flow sensor 5 is optimally used. In operating points with high volume flows, the flow is led through the bypass 8, since the pressure losses are lower here.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Heizgerät 1 heater
2 Primärwärmetauscher 2 primary heat exchangers
3 Pumpe 3 pump
4 Bypassventil 4 bypass valve
5 Volumenstromsensor 5 volume flow sensor
6 Blendeneinspannung6 aperture clamping
7 Blende 7 aperture
8 Bypass 8 bypass
9 Messvorrichtung 9 measuring device
10 Heizkreis 10 heating circuit
11 Achse 11 axis
12 Knicklinie
12 crease line
Claims
1. Messvorrichtung (9) zum Messen des Volumenstroms eines mittels einer Pumpe (3) umgewälzten Wärmeträgermediums einem Heizkreis (10), wobei die Messvorrichtung einen Volumenstromsensor (5) und einen Bypass (8) mit einem Bypassventil (4) umfasst, wobei der Volumenstromsensor (5) eine untere und eine obere Grenze seines Messbereichs aufweist und wobei der Messbereich der Messvorrichtung (9) größer als der des Volumenstromsensors (5) ist, wobei der Volumenstromsensor (5) und der vom Bypassventil (4) gesteuerte Bypassstrecke (8) parallel geschaltet sind, so dass das Bypassventil (4) einen definierten Teil des durch die Messvorrichtung (9) zu messenden Volumenstroms parallel zum Volumenstromsensor (5) umlenken kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (4) eine integrierte flexible Blende (7) umfasst, wobei die Blende (7) einen ersten bistabilen Zustand, bei dem der Durchfluss durch das Bypassventil (4) geöffnet und einen zweiten bistabilen Zustand, bei dem der Durchfluss durch das Bypassventil (4) gesperrt ist, einnehmen kann und bei einem hohen Differenzdruck zwischen Ein- und Ausgang des Bypassventils (4) die Blende (7) in den bistabilen Zustand geöffnet und bei einem niedrigen Differenzdruck zwischen Ein- und Ausgang des Bypassventils (4) die Blende (7) in den bistabilen Zustand gesperrt überführt wird, wobei die Messvorrichtung (9) so ausgelegt ist, dass der hohe Differenzdruck anliegt, wenn im geschlossenen Zustand der Blende (7) die obere Grenze des Messbereichs des Volumenstromsensors (5) überschritten wird, und dass der niedrige Differenzdruck anliegt, wenn im geöffneten Zustand der Blende (7) die untere Grenze des Messbereichs des Volumenstromsensors (5) unterschritten wird.
1. Measuring device (9) for measuring the volume flow of a heat transfer medium circulated by means of a pump (3) to a heating circuit (10), the measuring device comprising a volume flow sensor (5) and a bypass (8) with a bypass valve (4), the volume flow sensor (5) has a lower and an upper limit of its measuring range and the measuring range of the measuring device (9) is larger than that of the volume flow sensor (5), the volume flow sensor (5) and the bypass valve (4) controlled by the bypass valve (4) in parallel are switched so that the bypass valve (4) can deflect a defined part of the volume flow to be measured by the measuring device (9) parallel to the volume flow sensor (5), characterized in that the bypass valve (4) comprises an integrated flexible orifice (7), wherein the diaphragm (7) a first bistable state in which the flow through the bypass valve (4) opens and a second bistable state in which the flow du rbypass valve (4) is blocked, can take and if the differential pressure between the inlet and outlet of the bypass valve (4) is high, the orifice (7) is opened to the bistable state and if the differential pressure between the inlet and outlet of the bypass valve (4 ) the orifice (7) is transferred to the bistable state in a blocked state, the measuring device (9) being designed so that the high differential pressure is present when the orifice (7) in the closed state exceeds the upper limit of the measuring range of the volume flow sensor (5) and that the low differential pressure is present when, when the orifice (7) is open, the value falls below the lower limit of the measuring range of the volume flow sensor (5).
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass die flexible Blende2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the flexible diaphragm
(7) aus dünnem Federblech besteht. (7) consists of thin spring plate.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die flexible Blende (7) zumindest teilweise um eine Achse (1 1 ) gekrümmt ist, dass die Blende um eine Knicklinie (12) knickbar ist und dass die Achse (11 ) in der Ebene der Blende (7) annähernd senkrecht zueinander sind. 3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the flexible diaphragm (7) is at least partially curved about an axis (1 1), that the diaphragm can be bent about a kink line (12) and that the axis (11) in the plane of Aperture (7) are approximately perpendicular to each other.
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Messvorrichtung einen Sensor umfasst, der die Position der flexiblen Blende ermittelt. 4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device comprises a sensor which determines the position of the flexible diaphragm.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Messvorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die so ausgestaltet ist, dass die Richtung der letzten gemessenen sprunghaften Änderungen im Volumenstromsignal gespeichert wird. 5. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device comprises a control device which is designed such that the direction of the last measured sudden changes in the volume flow signal is stored.
6. Verfahren zum Betreiben einen Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Verfahrensschritte 6. A method of operating a measuring device according to one of claims 1 to 5, comprising the method steps
- Messen des durch den Volumenstromsensor fließenden Volumenstroms, Measuring the volume flow flowing through the volume flow sensor,
- Ermitteln der Stellung der flexiblen Blende des Bypassventils mittels eines Sensors oder mittels Auslesen der gespeicherten Richtung der letzten gemessenen sprunghaften Änderungen im Volumenstromsignal, Determining the position of the flexible orifice of the bypass valve by means of a sensor or by reading out the stored direction of the last measured abrupt changes in the volume flow signal,
- wenn dass das Bypassventil geschlossen ist: Ausgeben des gemessen - if the bypass valve is closed: output the measured
Volumenstroms volume flow
- wenn dass das Bypassventil geöffnet ist: Ausgeben des gemessen Volumenstroms des Volumenstromsensors dividiert durch den definierten Anteil des - if the bypass valve is open: output the measured volume flow of the volume flow sensor divided by the defined portion of the
Volumenstromsensor-Durchflusses am Durchfluss der gesamten Messvorrichtung.
Volume flow sensor flow at the flow of the entire measuring device.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn dass das Bypassventil geöffnet ist, abweichend der Volumenstrom anhand der Betriebsparameter der Pumpe (3) ermittelt wird.
7. The method according to claim 6, characterized in that, when the bypass valve is open, deviating from the volume flow is determined based on the operating parameters of the pump (3).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19744688 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19744688 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |