Wärmemengenmesser ffir stromende Flüssigkeiten oder Gase.
Es sind Warmemengenmesser für strö- mende Flüssigkeiten oder Gase mit einer von einem abgezweigten Teilstrom durchströmten MeBanordnung bekannt, die einen Wärmefiihler enthält und deren Anzeige von der Zeit und der Temperatur abhängig ist. Diese bekannten Messer haben den Nachteil, dass sie insbesondere bei stark schwankender Flüssigkeitsgeschwindigkeit, wie sie in der Praxis, zum Beispiel bei Warmwasseranlagen, sehr häufig vorkommt, versagen, indem die Flüssigkeitsgeschwindigkeit und die Zapfdauer nicht richtig berücksichtigt werden.
Dies hängt damit zusammen, daB die Temperaturverhältnisse in den Anwärmungs- und Abkühlungszeiträumen der Messanordnung nicht in genügendem Umfang berück- sichtigt sind. Zum Beispiel wird die MeBanordnung sehr schnell angewärmt und sehr langsam abgekühlt, wenn die MeBanordnung mehr oder weniger direkt an der Flüssigkeitsleitung angebracht ist, und dies führt dazu, dass eine längere und eine kürzere Zapfdauer ungefähr zum gleichen MeBergebnis führen.
Dieser Nachteil ist bei dem Wärmemen- genmesser nach der Erfindung dadurch vermieden, daB ein zur Ubertragung der Wärme vom Teilstrom auf den Wärmefühler dienender Wärmespeicher vorgesehen ist, durch den der Wärmefühler beeinflubt wird, derart, daB die Messzeit über die Zapfdauer hinaus so erheblich verlängert wird, daB auch noch während der Abkühlungszeit eine wirksame Anzeige stattfindet, wobei die Anwarmungs-und Abkiihlungs- verhältnisse so gewählt sind, daB die Summe der Anzeigen während der Anwärmung und der Abkühlung sich nach MaBgabe der während der Anwärmung durch strömten Wärmemenge abspielt.
Im folgenden sind drei Ausführungsbei- spiele des Erfindungsgegenstandes, die in der Zeichnung veranschaulicht sind, näher erläutert. Es zeigt :
Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 durch einen in eine HeiBwasserleitung oder dergleichen eingeschal-teten Wärmemengenmesser,
Fig. 2 denselben in Vorderansicht,
Fig. 3 eine etwas abgeänderte Ausfüh- rungsform in einem der Linie-IIII in Fig. 2 entsprechenden Schnitt und
Fig. 4 den gleichen Schnitt durch eine Ausführungsform eines elektrothermischen Messers.
In den in der Zeichnung veranschau- lichten Ausführungsbeispielen des Wärmemengenmessers nach der Erfindung ist derselbe in Fig. 1 bis 3 wie ein Verdampfungs- messer ausgef hrt, wobei die vom Teilstrom durchströmte MeBanordnung an einem in die Rohrleitung eingeschalteten Venturirohr 1 befestigt ist. Letzteres ist an den Enden mit innerem bezw. äusserem Rohrgewinde, zwecks Verbindung desselben mit der Rohrleitung in der bei Rohranlagen üblichen Weise, und seitlich mit einem aus einem Stück mit demselben ausgeführten Flansch 2 versehen, der an den Ecken Löcher 3 zur Durchführung von gegen Wärmeleitung isolierenden Befestigungsbolzen 23 für die MeBanordnung aufweist.
Im Flansch 2 ist eine zentrale, kreisrunde Vertiefung 4 vorgesehen, die durch Kanäle 5 und 6 mit dem Innern des Venturirohres vor und hinten der Verjüngung verbunden ist.
Die MeBanordnung weist einen dem Flansch 2 entsprechenden Flansch 7 auf, der durch die Befestigungsbolzen 23 am Flansch 2 befestigt ist, welche Bolzen durch Löcher 8 im Flansch 7 und die bereits erwähnten Locher 3 im Flansch 2 geführt sind. Der Flansch 7 weist an der dem Flansch 2 zugekehrten Seite eine der Vertiefung 4 entsprechende, kreisrunde Vertiefung 9 auf.
Zwischen den beiden Flanschen liegt, versenkt in den Vertiefungen derselben, eine wärmeisolierende Zwischenlage 10. In der Zwischenlage 10 sind Kanäle 11 und 1 : ! vorgesehen, die an der dem Venturirohr zugekehrten Seite in die Kanäle 5 und 6 des Venturirohres münden. An der andern Seite der Zwischenlage münden die Kanäle 11 und 12 in eine Kammer 13 des Messergehäuses 20, so daB beim Durchströmen des Wassers durch die Rohrleitung und das Venturirohr, infolge des Druckunterschiedes zwischen den Mündungen der Kanäle 5 und 6, von dem durch das Venturirohr verlaufenden Hauptstrom, ein Teilstrom abgezweigt wird, der durch den Kanal 5, den Kanal 11, die Kammer 13, den Kanal 12 und den Kanal 6 zurück zum Venturirohr strömt.
Das Messergehäuse 20 wird durch diesen Teilstromund zwar infolge der wärmeisolierenden Zwischenlage zwischen dem Messergehäuse und dem Venturirohr im wesentlichen nur durch diesen Teilstrom-erwärmt und dient als Wärmespeieher, der einen in das Messergehäuse eingesetzten Wärmefühler, und zwar einen Verdampfungsbehälter 21 beeinflusst, so da. eine der aufgespeicherten Wärmemenge entsprechende Menge einer in dem erwärmten Behälter vorhandenen meus- fl ssigkeit verdampft. Vorzugsweise ist ein Dochtrohr oder ähnliehe Mittel im Wärmef hler enthalten, durch welche gewÏhrleistet wird, daB die Verdampfung von einem im wesentlichen konstanten Niveau aus erfolgt.
Die Skala des Messers kann, wie in der Zeichnung angedeutet, linear oder im wesentlichen linear gestaltet sein.
Im Prinzip können die Kanäle 11 und 12 in beliebiger Weise durch die Zwischen- lage 10 verlaufen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Vorriehtung, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, derart auszufiiliren, daB die Verbindungslinie zwischen den dem Ven turirohr zugekehrten Mündungen der Kanäle im wesentlichen rechtwinklig zur Ver bindungslinie zwischen den dem Messergehäuse zugekehrten Mündungen dieser Ka näle ist. Dies bewilkt nämlich, dass das Entstehen einer Wasserzirkulation durch den Wärmespeicher 20, wenn kein Warm- wasser durch die betreffende Rohrleitung abgelassen wird, das bereits deshalb erschwert ist,
weil das Kanalsystem durch die MeBanordnung ziemlich eng und einer Zir kulation ziemlich ungünstig ist, dadurch noch weiter erschwert wird, dass entweder die Öffnungen 5 und 6 oder die dem Messer- gehäuse zugekehrten Öffnungen der Kanäle 11 und 12 bei jedem in der Praxis vorkommenden Einbau des Messers in der gleichen waagrechten Ebene liegen werden, wodurch dem Entstehen von Wärmeströmungen im stillstehenden Wasser entgegengewirkt wird.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel des Wärmemengenmessers nach der Erfindung unterscheidet sich im wesentlichen von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass, statt eines Wärmefühlers mit Verdampfung von einem im wesentlichen konstanten Niveau aus, ein Wärmefühler 22 ohne Docht zur Anwendung gelant. In diesem Falle verdampft die Mes serflüssigkeit von der sinkenden Oberfläche aus in dem als oben offener Glasbehälter ausgebildeten Wärmefühler.
Der Flüssigkeitsstand des Wärmefühlers ist durch eine Durchsichtsöffnung 50 (Fig. 2) in der Ableseskala des Wärmemengenmessers sichtbar, da die Flüssigkeitsniveaufläche infolge der verschiedenen Reflektierung des Lichtes leicht erkennbar ist. Die Skala hat zwei verschiedene Einteilungen, die der Durchsichtöffnung entlang angebracht sind.
In Fig. 4 besteht der Wärmefühler aus einer Reihe von Lötstellen einer im Wärmespeicher 20 angeordneten Thermobatterie. Im Wärmespeicher 20 ist ein in einem gewissen Temperaturbereich kontinuierlich schmelzendes Paraffin 15 eingefüllt und ausserdem ein Isolator 14 angeordnet, zum Zwecke, die Registrierdauer und die Wärmeaufspeicherung zu erhöhen, die besonders während des Schmelzvorganges, dessen Beginn vorzugsweise bei dem in der Praxis niedrigsten Temperaturwert des Warmwassers gewählt wird, infolge der hohen Schmelzwärme und spezifischen Wärme des Paraffins oder dergleichen besonders gross wird.
Zum Zwecke, das Wärmeausstrahlungs- vermögen zu erhöhen, sind in allen in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen der Erfindung Kühlrippen 16 vorgesehen.
Der Vorteil der beschriebenen Wärme- mengenmesser, bei welchen der Wärmespeicher eine verhältnismässig grosse Wärme- kapazität sowie grosse durch die Luft abgekühlte Flächen aufweist und die aus dem Teilstrom entnommene Wärme auf den Wärmefühler überträgt, läBt sich folgender- massen erklären :
Wenn der Wasserstrom, dessen mitgeführte Wärmemenge gemessen werden soll, angelassen wird, so wird sich infolge der gro- ssen Wärmekapazität des als Wärmespeicher dienenden Messergehäuses erst nach Verlauf verhältnismässig langer Zeit ein stationärar Zustand einstellen, das heisst innerhalb einer normalen Zapfdauer wird die Temperatur des Wärmespeichers während des Ablassens fortwährend steigen, was wiederum zur Folge hat, dass die resultierende, im Wärmespeicher aufgespeicherte Wärmemenge mit der Zapfdauer zunimmt.
Wird der Wasserstrom abgestellt, das heisst wenn das Ablassen eingestellt wird, so wird der Warmespeicher. nicht länger eine wesentliche Wärmemenge vom Wasserstrom empfangen, sondern nach und nach die auf- gespeicherte Wärme an die Umgebungen ausstrahlen. Da diese Wärmemenge von der Zapfdauer abhängig ist, wird die resultie- rende Wärmebeeinflussung des Wärmefühlers, das heisst das Integral der Temperatur des Wärmefühlers innerhalb des ganzen Zeitraumes, während dessen sie steigend oder abnehmend ist, von der Zapfdauer abhängig sein.
Sollte das Ablassen sich über eine so lange Dauer erstrecken, dass ein stationärer Zustand eintritt, wird die Temperatur des Wärmespeichers, solange der stationäre Zustand fortdauert, von der Strömungsgeschwin- digkeit des Wassers abhängig sein, und folglich wird die Wärmebeeinflussung, der der Wärmefühler innerhalb dieses Zeitintervalls ausgesetzt wird, sowohl von der Länge dieses Intervalls als von der Strömungsgeschwindig- keit des Wassers abhängen.
Ist die Wärmekapazität des WÏrmespeichers verhältnismässig gering, wird ein stationärer Zustand sich verhältnismässig schnell einstellen. Die während der Dauer des statio nären Zustandes stattfindende Wärmebeein- flussung des Wärmefühlers wird daher einen wesentlichen Teil der resultierenden Wärmebeeinflussung bilden, welch letztere somit sowohl von der Dauer des stationären Zustandes als von der Strömungsgesehwindig- keit des Wassers abhängig sein wird.
Es mag bisweilen ein Vorteil sein, statt eines Verdampfungsflüssigkeitsbehälters mit innerem Dochtrohr und Docht, wie in Fig. 1, einen einfachen Verdampfungsflüssigkeits- behälter wie in Fig. 3 zu verwenden, wodurch der Vorteil erreicht wird, da¯ die Flüssig- keitsoberfläche, von welcher aus eine Verdampfung stattfindet, den Metallteilen des Messergehäuses nÏher kommt als bei einem Verdampfungsflüssigkeitsbehälter mit einem innern Dochtrohr, von welchem aus die Verdampfung erfolgt, wodurch die Registrier- trägheit herabgesetzt wird, was beim lklessen der von einem Wasserstrom mitgef hrten, durch einen Ablasshahn ausströmenden WÏrmemenge von besonderer Bedeutung ist,
da die ZustÏnde in einem solchen Wasserstrom in der Regel ungleich sind, als zum Beispiel die Zustände in einem Heizkörper.
Es ist indessen zu bedenken, da¯ Verdampfungsmesser mit einfachem Verdampfungs- flüssigkeitsbehälter in anderer Beziehung, namentlich bezüglich der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Registrierung hinter Ver- dampfungsmessern mit Verdampfung von einem Dochtrohr oder dergleichen aus zurüek- stehen, weshalb letztere vorzuziehen sind, es sei denn, dass besondere Umstände das Ent- gegengesetzte erwünscht machen.
Statt eines Venturirohres können zur Bildung eines zum Bestreichen der Messanord- nung dienenden Teilstromes Mittel beliebiger anderer Art, beispielsweise ein Venturieinsatz, ein Venturiring oder eine Normaldüse, eine Pitotrohranordnung, ein geeignetes System von Leitschaufeln oder Leitblechen oder dergleichen zur Anwendung gelangen.
Der Wärmemengenmesser kann ferner in beliebiger anderer Art ausgeführt sein. und der Wärmefühler braucht nicht unbedingt ein Verdampfungsflüssigkeitsbehälter oder eine elektrothermische Vorrichtung zu sein, von wesentlicher Bedeutung ist nur, dass ein zur ¯bertragung der WÏrme vom Teilstrom auf den Wärmefühler dienender Wärmespei- cher vorhanden ist, der den Wärmefühler derart beeinflusst, dass die Messzeit über die Zapfdauer hinaus so erheblich verlängert wird, da¯ auch noch während der Abküh lungszeit eine wirksame Anzeige stattfindet, wobei die Amvärmungs-und Abkühlungsver- hältnisse so gewÏh@ :
sind dass die Summe der Anzeigen während der Anwärmung und der Abkühlung sieh nach Massgabe der während der Anwärmung durchströmten Wärme- menge abspielt. Es konnte beispielsweise ein elektrisches System zur Anwendung gelan- gen. das im WÏrmespeicher 20 eingebaut ist, bezw. einen Teil desselben bildet, und dessen variabler Widerstand, Strom oder Spannung in Verbindung mit der Dauer als ein Mass der vom Flüssigkeitsstrom mitgefübrcen Wärmemenge zur Anwendung gelangt, oder aber der Messer kann mechanischer Art sein.
Fig. 5 dient zur Klarstellung des oben besehriebenen Prinzips bei nicht stationären Temperaturzuständen in der Messanordnung.
In dieser Figur stellt die Ordinatenachse in der Richtungvonuntennach oben die Tem peratur T der Messanordnung dar. während die Abszissenachse in der Richtung von links nach rechts die Zeit t darstellt. Im Diagramm sind mit dicken vollgezogenen Linien ErwÏr mungskurven 31 der Messanordnung beim Abzapfen gleicher Literzahl bei versehiedenen Geschwindigkeiten gezeichnet. während mit dünneren vollgezogenen Linien die entsprechenden Abk hlungskurven 32 gezeichnet sind, das heisst die Kurven, gemäss welchen die Temperatur der Messanordnung abnimmt, wenn das Zapfen unterbrochen wird.
Die Kurven 32 sind genau gleich, das hei¯t sie können durch Parallelversehiebung in der Richtung der Abszissenachse zur Deckung gebracht werden. Diese Kurven sind annähe- rungsweise Exponentialkurven, welche die Eigenschaft besitzen, dass der Ordinatenwert T für einen beliebigen Wert t der rechts von ihm liegenden Fläche, welche begrenzt wird von der Kurve 32, der Zeitachse und der Ordinate T, proportional ist.
Der Messer ist derart eingerichtet, dass die Flächen, welche von der Abszissenachse und je einem Kurvenpaar 31, 32 begrenzt werden, praktisch gleich gross sind, wobei jedoch bemerkt wird, dass dies im Falle von Verdunstungsmessern nicht genau gelten soll, da die Verdunstungsgeschwindigkeit nicht linear von der Temperatur abhängt, sondern annäherungsweise nach einer Exponentialfunktion verläuft, die in entgegengesetzter Richtung zu den Kurven
31 gekrümmt ist.
Sämtliche Kurvenstrecken 31 stellen, wie genannt, Zapfungen von gleich grossenWarm- wassermengen derselben Temperatur dar, und durch die Endpunkte dieser Kurven ist mit strichpunktierter Linie eine Grenzkurve 33 gezogen, welche die geometrische Stelle des
Schlusszustandes bei ununterbrochener Zap fung einer bestimmtenWassermengebildet. Im
Diagramm ist nicht nur die eine Grenzkurve eingezeichnet, die der Wassermenge der gan zen Länge der Kurvenstrecken 31 entspricht, sondern auch entsprechende Grenzkurven für andere ununterbrochen abgezapfte Warmwas sermengen.
Schliesslich ist in Fig. 5 eine Kurve 34 eingezeichnet für eine unterbrochene Abzap fung der gleichen Wassermenge wie bei der äussersten Kurve 33. Die Kurve 34 ist von
Bruchstücken von Anwärmungskurven nach
Art der Kurve 31 und Bruchstücken von Ab kühlungskurven nach Art der Kurve 32 zu sammengesetzt. Der AbschluB der intermit tierenden Zapfung ist durch den Punkt 35 dargestellt. Trotzdem die Kurve zeigt, dass t3 die MeBanordnung zwischen den einzelnen
Zapfungen nicht vollständig abgekühlt wird, wird keine Kurvenfläche vermiBt, weil die
Temperaturordinatenwerte beim Anfang jeder
Zapfung der fehlenden Kurvenfläche entsprechen.
Falls die gleiche gesamte Wasser menge im Laufe des gleichen Zeitraumes ununterbrochen abgezapft worden wäre, würde die Temperatur der mit rundpunktierter Linie gezeigten Kurve 36 gefolgt sein. Dabei soll die von der Kurve 34 umschlossene FlÏche gleich der von der Kurve 36 umschlossenen Fläche sein.
Die erstgenannte Fläche ist nach links (von anten) schraffiert, während die letztgenannte Fläche nach rechts schraffiert ist, so daB die für die beiden Flächen gemeinsamen Teile sowohl nach rechts als auch nach links schraffiert sind.-Man kann deshalb die oben angegebene Bedingung derart ausdrücken, daB die nur nach links schraffierten Flächen gleich den nur nach rechts schraffierten Flächen sein sollen, und die Zeichnung zeigt, dass dies ziemlich gut stimmt. Es wird jedoch bemerkt, dass die Übereinstimmung in Berücksichtigung des oben angegebenen Umstandes, und zwar der Nicht-Linearität der Verdunstungskurve nur näherungsweise vollkommen sein soll.
Die Kurven 31, von welchen zwecks Raumersparnis nur ein dem nicht statio- nären Zustand entsprechender Teil einge- zeichnet ist, werden bei längeren Zapfungen fortgesetzt sein, und sie werden sich asymptotisch einem dem stationären Zustand entsprechenden Wert nähern, der für die verschiedenen Kurven in Abhängigkeit der Zap fungsgeschwindigkeit verschieden ist.
Dieser stationäre Endwert ist zweck- mässig durch zweckdienliche Bemessung des Messers soweit möglich nach dem Verlauf der Anwärmungs-und Abkühlungskurven derart abzustimmen, dass die Messung im stationären Zustand innerhalb der gleichen Fehlergrenze wie die Messung im nicht sta- tionären Zustand liegt, wobei jedoch bemerkt wird, daB die Zapfungsverhältnisse in der Praxis in vielen Fällen so sind, daB ein bestimmter Messer im Betrieb normal nur entweder Messungen im stationären oder nicht stationären Zustand ausgesetzt wird, in welchem Falle es selbstverständlich keine Rolle spielt, falls die Bedeutung der Anzeige des Messers für die beiden Zustände, welche hier bei je einen MeBbereich darstellen, verschieden wird.