<Desc/Clms Page number 1>
Wärmemengenmesser
Zur Messung der von einem Wärmeträger an einen Verbraucher abgegebenen Wärmemenge, z. B. in
Zentralheizungsanlagen mit umlaufendem Heisswasser oder Dampf, ist ein Messprinzip bekanntgeworden, welches im wesentlichen darin besteht, dass eine vom Hauptstrom des Wärmeträgers abgezweigte kon- stante Teilmenge ihren gesamten Wärmeinhalt bezogen auf ein Kühlmedium, z. B. auf den durch den
Verbraucher abgekühlten Wärmeträger, in einem Wärmeaustauscher an dieses abgibt und dass weiters der
Wärmefluss durch die Wandung des Wärmeaustauschers mittels einer Mehrzahl hintereinandergeschalte- ter Thermoelemente über die Fläche des Wärmeaustauschers integriert wird.
Bei einer nach diesem Prin- zip arbeitenden Messeinrichtung durchströmt die Teilstrommenge des heissen Wärmeträgers eine Kammer, die aussen vom abgekühlten Wärmeträger bespült wird. Die Wand der Kammer für die Teilstrommenge des heissen Wärmeträgers ist als Wärmeaustauscher ausgebildet. Sie ist bei der bekanntgewordenen Einrich- tung hohl ausgeführt und in diesem Hohlraum sind hintereinandergeschaltete Thermoelemente so angeord- net, dass die einen Lötstellen an der einen Wandoberfläche dem heissen Wärmeträger und die andern Löt- stellen an der andern Wandoberfläche dem abgekühlten Wärmeträger ausgesetzt sind, Der Hohlraum ist von einem Stoff bekannter und konstanter Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt.
Der Anschluss der Kammer für die Teilstrommenge an die Hauptleitung des Wärmeträgers erfolgt z. B. über einen Staurand, der die Ent- nahme einer konstanten Teilmenge sicherstellt. Die Länge der von der Teilstrommenge durchströmten
Kammer ist so bemessen, dass bei allen in Betracht kommenden Strömungsgeschwindigkeitendie Teil- strommenge ihren gesamten Wärmeinhalt an das Kühlmedium abgibt. Es ist dann die Temperaturdifferenz in dem in Strömungsrichtung der Teilmenge zuletzt liegenden Thermoelement Null. Ein an die Hinter- einanderschaltung der Thermoelemente angeschlossener elektrischer Zähler, vorzugsweise Elektrolytzäh- ler, kann unmittelbar in Wärmemengen oder in Dampfmenge geeicht sein.
Für die Herstellung von Thermosäulen, wie sie für Wärmemengenmesser verwendet werden können, ist ein Verfahren bekanntgeworden, die einen ähnlichen Aufbau, wie in Fig. l und 2 gezeigt ist, besitzen und durch Spritzen der thermoelektrischen Stoffe und der notwendigen Isolierschichten hergestellt werden. Bei einer ändern bekannten Bauart sind die Elemente der Thermosäule aus streifenförmigen Fassonteilen mit rohrartigen Ansätzen aufgebaut, die nach dem Zusammenbau Rohre für das kühlende bzw. erwärmende Medium bilden. Ausserdem ist eine Ausführung bekanntgeworden, bei der durch die Plattenpaare gebildete Heiz- bzw. Kühlflächen als konzentrisch sich umschliessende Zylinder ausgebildet sind, die nur durch Stege miteinander verbunden sind (vgl. Fig. 4).
Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmemengenmesser mit Thermoelementen, deren Kontaktstellen den zu erfassenden Temperaturen des gleichen Mediums oder zweier verschiedener Medien ausgesetzt sind und der sich durch besonders einfachen Aufbau und einfache Herstellungsmöglichkeit auszeichnet. Der Wärmemengenmesser gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus Blechen für die Erzeugung von Thermostrom geeigneter Materialien zu einem rohrartigen Hohlkörper geschichtet ist, und eine Isolierung vorgesehen ist, die bei einer Lage im Bereich der äusseren Berandung und bei der folgenden Lage im Bereich der inneren Berandung angeordnet ist, wobei durch Kontaktgabe an den nicht isolierten Teilen der Oberfläche der Bleche eine Reihe hintereinandergeschalteter Thermoelemente gebil- det ist,
die abwechselnd an der Innen- und an der Aussenfläche des Hohlkörpers liegen, und mit Abstand von diesem ein Aussenmantel vorgesehen ist, derart, dass der rohrartige Hohlraum einerseits und der Zwischenraum zwischen der Aussenfläche des Hohlkörpers und dem Aussenmantel anderseits von dem Medium oder den Medien verschiedener Temperatur erfüllt oder durchströmt ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Das Prinzip eines aus Thermoelementen aufgebauten Wärmemengenmessers soll an Hand eines
Schnittbildes, Fig. 1, näher erläutert werden. 1 und 2 sind Bleche aus für die Erzeugung von Thermostrom geeignetem Material. So ist das Blech l z. B. ein Chrom-Nickel-Blech und das Blech 2 ein Kupfer-Nickel-
Blech. Diese Bleche sind abwechselnd geschichtet und von Lage zu Lage auf der einen und der gegenüber- liegenden Seite gegeneinander isoliert. Die Isolierung ist mit 3 angedeutet. Es kann sich dabei um eigene
Isoliereinlagen, z. B. Folien aus Isoliermaterial, Papier od. dgl. handeln, es ist aber auch möglich, die
Bleche durch einen Lacküberzug oder Oxydation an der betreffenden Stelle ihrer Oberfläche zu isolieren.
Durch Anwendung von Druck in Richtung der Pfeile 4 werden die geschichteten Bleche zur Berührung ge- bracht, wobei sie durch Kontaktgabe an den nicht isolierten Teilen ihrer Oberfläche eine Reihe hinter- einandergeschalteter Thermoelemente bilden. Es kann dabei ein bloss für die Kontaktgabe ausreichender
Druck Anwendung finden oder ein so hoher Druck, der zur Kaltverschweissung der Bleche an den nichtiso- lierten Teilen ihrer Oberfläche führt. Zur Druckerzeugung bzw. zur Aufrechterhaltung des Kontaktdruckes kann der Blechstapel, wie es Fig. 2 zeigt, in ein Gehäuse 5 eingebracht und durch den Sprengring 6 unter Druck gehalten werden.
Es ergibt sich dann eine Reihe hintereinandergeschalteter Thermoelemente mit abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten vorgesehenen"Lötstellen"7, 7', von denen die auf der einen
Seite liegenden die kalten und die auf der andern Seite liegenden die heissen Lötstellen darstellen.
Bei der praktischen Ausführung werden kreisringförmige Bleche zu einem rohrförmigen Hohlkörper gestapelt. Fig. 3 zeigt eine Ausführung in Draufsicht auf eines der übereinandergestapelten Bleche 1, 2. Die
Isolierung 8, 9 ist hier ebenfalls kreisringförmig ausgebildet und liegt bei der einen Lage im Bereich der äusseren Berandung und bei der folgenden Lage im Bereich der inneren Berandung. Dementsprechend liegen nach Zusammendrücken des Blechstapels in Richtung der Rohrachse die hintereinandergeschalteten
Thermoelemente ebenfalls abwechselnd an der Innen-und Aussenfläche der Hohlkörper. Der innere Hohlraum 10 wird z. B. vom heissen Wärmeträger durchströmt, während am äusseren Rand des Rohrkörpers insbesondere das vom Verbraucher abgekühlte Wärmeübertragungsmittel vorbeiströmt.
Bei Anwendung eines entsprechend hohen Druckes auf den Blechstapel zwecks Kontaktgabe und Hintereinanderschaltung der
Thermoelemente ist sowohl der innere Strömungskanal 10 an seiner Mantelfläche als auch die äussere Mantelfläche für das vorbeiströmende Medium flüssigkeits-und druckdicht.
Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 4. Es handelt sich hier ebenfalls um kreisringförmige übereinandergeschichtete Bleche aus für die Erzeugung von Thermoströmen geeignetem Material. Diese kreisringförmigen Bleche besitzen aberAusnehmungen 11 zur Erhöhung des Wärmeleitungswiderstandes von den äusse- ren zu den inneren Thermoelementen. Die Wärmeleitung erfolgt über Stege 12. Es ist dadurch erreicht, dass Änderungen des Wärmeüberganges von dem aussen oder innen vorbeiströmenden Wärmeträger z. B. infolge Ablagerung von Verunreinigungen nicht so sehr ins Gewicht fallen.
Derartige Änderungen des thermischen Übergangswiderstandes an der äusseren oder inneren Mantelfläche des Wärmetauschers können da-
EMI2.1
samte Wärmegefälle auftritt und dadurch der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Umwandlung ein Maximum wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand der Fig. 5, die einen entsprechenden Blechschnitt zeigt, erläutert werden. Nach einem Merkmal der Erfindung ist der Strömungskanal für das aussen vorbeiströmende Kühlmedium mit dem Wärmemengenmesser baulich vereinigt. Der Blechschnitt besteht aus drei schmalen Kreisringen 15,16, 17, die miteinander durch Stege 18,19 verbunden sind. Durch Übereinanderschichtung, derartiger Bleche aus geeignetem Material im Sinne der Erfindung ergibt sich ein Hohlkörper mit konzentrisch zueinander liegenden rohrförmigen Strömungskanälen für den heissen und den abgekühlten Wärmeträger. Die Isolierung zwischen den Blechen der einen Lage ist dabei strichliert mit 20 und die Isolierung zwischen den Blechen der folgenden Lage ist punktiert mit 21 angedeutet.
Bei Druckanwendung ergibt sich ebenfalls eine Reihe hintereinandergeschalteter Elemente abwechselnd am inneren Kreisring 17 und am mittleren Kreisring 16. Die Ausnehmungen 22 stellen z. B. den Strömungskanal für den am Verbraucher abgekühlten Wärmeträger im Vorlauf dar, während das heisse Medium den Innenraum 23 durchströmt. Durch Versetzung der geschichteten Bleche bzw. der Stege 18,19 lässt sich eine Verwindung sowohl der äusseren Kanäle 22 für das abgekühlte Wärmeübertragungsmittel als auch der inneren Kanäle 23 für den heissen Wärmeträger und dadurch ein besonders intensiver Wärmeaustausch erzielen. Der Deutlichkeit halber ist ein solcher Aufbau in Fig. 4 eingezeichnet.
Der innere Strömungskanal 10 ist durch einen Steg 13 überbrückt. Die einzelnen Bleche sind derart geschichtet, so dass sowohl die Stege 12 als auch der mittlere Steg 13 eines Bleches der einen Lage gegen- über den strichliert gezeichneten Stegen 12'und 13'des Bleches der folgenden Lage versetzt sind. Dadurch ist einerseits bei Wärmedehnung ein Kurzschluss der Thermoelemente an den Stellen der Stege 12
<Desc/Clms Page number 3>
verhindert und anderseits ergibt sich für das den Innenraum 10 durchströmende Medium ein schraubenför- mig verwundener Strömungsweg. Die Durchmischung dieses Mediums und seine Wärmeabgabe an die Innenwand des rohrförmigen Wärmeaustauschers wird dadurch gesteigert.
Damit auch nahe der Achse des Innenkanals 10 strömende Teilchen des Wärmeträgers abgelenkt und ihre Wärmeenergie an die Wand des Wärmeaustauschers abgeben können, ist der Steg mit einer umlenkenden Ausbuchtung 14 versehen. Bei Übereinanderschichtung der einzelnen Bleche unter Versetzung der Stege 12 und 13 gegeneinander ist es weiters von Vorteil, die Versetzung nach einem Schraubengang einer Rechtsschraube mit der Versetzung nach einem Schraubengang einer Linksschraube abzuwechseln. Es ist damit eine besonders gute Durchmischung des den Innenraum des Wärmemengenmessers durchströmenden Mediums und ein besonders intensiver Wärmeaustausch mit diesem gewährleistet.
Es ist weiters von Vorteil, die Wände der Strömungskanäle 22 mit 23 für den Wärmeträger mit einer Schutzschicht zu überziehen. Zu diesem Zweck kann der ganze Wärmeaustauscher im zusammengebauten Zustand in Lack getaucht werden. Eine solche Überzugsschicht bietet einen Schutz der den Wärmemengenmesser aufbauenden Thermoelemente gegen Angriff durch Verunreinigungen im Wärmeträger. Bei Tränkung des aus den in Fig. 5 dargestellten Blechen geschichteten Wärmemengenmessers erhält man zwar auch einen Lacküberzug an den Mantelflächen der Ausnehmungen 24, die nicht vom Wärmeträger durchströmt werden, die dort aber auch nicht stören.
Elektrische Anschlüsse vom ersten und letzten Thermoelement des erfindungsgemässen Wärmemengenmessers lassen sich in einfacher Weise herausführen und an einen elektrischen Zähler vorzugsweise an einen Elektrolytzähler anschliessen, der unmittelbar Wärmemengen anzeigt.
Der Anschluss des inneren Strömungskanals 23 an die Hauptstromleitung des heissen Wärmeübertra-
EMI3.1
erfolgt in bekannterüber Flansche einbauen.
Ein erfindungsgemässer Wärmemengenmesser kann ohne Schwierigkeiten aus beliebig vielen z. B. einigen hmdertthermoelementen inhintereinanderschaltung aufgebautwerden. Die Herstellung ist denk- bareinfach. Es handelt sich im wesentlichen um billige Stanzteile nach deren Übereinanderschichtung durch Druckanwendung in einem Arbeitsgang sowohl die Kontaktgabe zwischen den einzelnen Blechen zu
Thermoelementen als auch die Hintereinanderschaltung dieser Thermoelemente selbst und weiters der flissigkeits-und druckdichte Abschluss der Wandungen des Wannemengenmessers erreicht wird. Sind weiters z.
B. die Längsabmessung des Wärmemengenmessers einerseits und die Zahl derhintereinandergeschalteten Thermoelemente anderseits vorgegeben, so ist es möglich, durch Anwendung metallischer Distanzstücke zwischen den einzelnen Blechlagen die vorgegebene Baulänge einzuhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmemengenmesser mit Thermoelementen, deren Kontaktstellen den zu erfassenden Temperaturen des gleichen Mediums oder zweier verschiedener Medien ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Blechen für die Erzeugung von Thermostrom geeigneter Materialien zu einem rohrartigen Hohlkörper geschichtet ist, und eine Isolierung vorgesehen ist, die bei einer Lage im Bereich der äusseren Be- randung und bei der folgenden Lage im Bereich der inneren Berandung angeordnet ist, wobei durch Kontaktgabe an den nichtisolierten Teilen der Oberfläche der Bleche eine Reihe hintereinandergeschalteter Thermoelemente gebildet ist, die abwechselnd an den Innen-und an der Aussenfläche des Hohlkörpers liegen,
und mit Abstand von diesem ein Aussenmantel vorgesehen ist, derart, dass der rohrartige Hohlraum einerseits und der Zwischenraum zwischen der Aussenfläche des Hohlkörpers und dem Aussenmantel ander- ; eits von dem Medium oder den Medien verschiedener Temperatur erfüllt oder durchströmt ist.