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Kalorimeter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung
von Wärmemengen, die durch ein zirkulierendes Wärmetransportmedium durch eine Heiz-
oder Kühlanlage befördert werden. Ein Kalorimeter von a,ußergewöhnlich einfacher
und zuverlässiger Konstruktion ohne irgendwelche bewegte Teile wird durch diese
Erfindung ermöglicht. Das Kalorimeter basiert auf der bekannten Tatsache, daß die
Wärmeübergangszahl für den Fall eines flüssigen Mittels oder Mediums, das einen
festen Körper bespült, mit der Geschwindigkeit des Mediums variiert.
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Das Kalorimeter besitzt zwei Kanäle, von denen der eine ein integrierender
Teil eines Rohres, für die Hinleitung und der andere ein Teil eines Rohres für die
Rückleitung des Wärmetransportmediums ist, das durch die wärmeaufnehmende oder wärmeabgebende
Anlage fließt, fener zwei wärmeleitende Körper, die mlit Hilfe von wärmesolierenden
Packungen in den Kanal wänden teilweise in die genannten Kanäle eingelassen sind
und die jeder einen Wärmeaustausch zwischen dem Medium des einen Kanals und dem
des andern Kanals ergeben. Dieses Kalorimeter ist dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen
Teile des einen Körpers, die in den genannten Kanal eingelassen sind, in Hülsen
aus wärmeleitendem Material eingeschlossen sind, die selbst mit einem stillstehenden
Medium gefüllt sind, wobei seitlich davon ein Thermoelement in jedem der genannten
Körper angeordnet ist, das eine zur Temperaturdifferenz zwischen zwei. Punkten im
Körper proportionale Spannung erzeugt, und wobei diese Thermoelemente so in Reihe
geschaltet sind, daß sie sich
entgegenwirken, wiilltrend die resultierende
Span.-nung zu einer elektrischen Meßeirnichtung geführt wird; Zwei Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht schamtisch die Zeichnung.
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Fig. I zeigt eine erste Ausführungsform, und Fig. 2 zeigt die zweite
Ausführungsform; Fig. 3 zeigt Kurven der Beziechung zwischen der elektromotorischen
Kraft, die von den Thermoelementen geliefert wird, und derjenigen Wärmemenge, die
in der wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Anlage auf genommen oder abgegeben
worden ist, bei zwei verschiedenen Wertend der Temperaturdifferenz zwischen dem
Medium im Hinleitungskanal und dem Medium im Rückleitungskanal.
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In den Fig. I und 2 sind zwei Kanäle I und 2 im Schnitt gezeichnet,
durch die das Wärme; transportmedium fließt. Der eine Kanal ist ein integrieren
der Bestandteil der Hinleitung und - der andere ein Teil der Rückleitung einer Anlage
zur Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe. Zwischen den' beiden Kanälen befinden sich zwei
wärme leitende Körper 3 und 4, die von den Kanal wänden mit Hilfe von Packungen
13, 14, I5 und 16 isoliert sind und die einen Wärmeaustausch zwischen dem Medium
des einen Kanals und dem Medium des andern Kanals vermitteln. Dieser Wärmeaustausch
ist natürlich unerheblich, verglichen mit dem in der Meßeinrichtung zu messenden
Wärmeumsatz in der Anlage zur Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme. Die wärmeleitenden;
Körper 3 und 4 sind hohl und enthalten jeder ein Thermoelement, das je aus einer
Gruppe von Lötstellen 9 und 10 bzw.
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11 und I2 besteht. Die Lötstellen sind mit Bleiglätte oder irgendeinem
anderen elektrisch isolie renden Material von guter Wärmeleifähigkeit verklebt,
wodurch eine Verbindung guter Wörmeleitfähigkeit zwischen den Lötstellen und den.
wärmeleitenden Körpern 3 und 4 entsteht. Diejenigen Teile des wärmeleitenden Körpers
3, die in die Kanäle eingelassen sind, haben die Form von niedrigen Zylindern; es
hat sich erwiesen., daß diese Form eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen
dem zu messenden Wärmeumsatz und der elektromotorischen Kraft d;es Thermoelementes
der Meßeinrichtung ergibt. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache sind die ebenen
Oberflächen; der Zylinder mit Korkscheiben 5 und 6 bedeckt. Dieenigen Teile ds wärmeleitenden
Körpers 4, die in die Kanäle eingelassen sind, sind beide in Kappen 7 bzw. 8 von
wärmeleitendem Material eingeschlossen Diese Kappen sind mit einem stagbierenden
Medium gefüllt. die beiden Thermoelemente 9-10 und 11-12 in Fig. 2 sind so geschaltet,
daß sie sich eintgegenwirken, und die resultierende spannung ist zu einem Elektrolytzähler
F geführt unter Zwischenschaltung eines Regulierwiderstand R, der so eingestellt
ist, daß jeder Teilstrich der Skala des Elektrolytzählers einer bestimmten aufgenommenen
oder abgegebenen Wärmemenge entspricht. Durch den Elektrolytzähler fließt dann ein
Strom, der zum Teil mit der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium des Hinleitungskanals
und dem. Medium des Rückleitungskanals variiert, zum Teil mit der Geschwindigkeit
des Mediums in den Kanälen. Die Kanäle sind gleich bemessen, und die gleiche Menge
des Mediums durchfließt sie, weshalb die Geschwindigketit des Mediums in den beiden
Kanälen immer dieselbe ist. Wenn bei bestimmter Temperaturdifferenz zwischen den
Medien der beiden Kanäle die Geschwindigkeit -des Mediums sehr stark an.-wächst,
wird die elektromotorische Kraft der Thermoelemente einen Grenzwert erreichen, dessen
Größe proportional zur genannten Temperaturdifferenz ist.
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Die Kurven a und b in Fig. 3 zeigen die Beziehung zwischen dem durch
das Wärmetransportmedium vermittelten Wärmeumsatz q in der Anlage zur Wärmeabgabe
oder Wärmeaufnahme und der elektromotorischen Kraft, die von Thermoelementen 9-10
im Kalorimeter nach Fig. 1 oder 2 erhalten wird bei zwei verschiedenen Werten der
Temperaturdifferenz zwischen dem - Medium des Hinleitungskanals und dem Medium dies
Rückleitungskanals. In Fig. 3 zeigen T, und T2 diese Grenzen für die elektromotorische
Kraft m an, die bei sehr hoher Geschwindigkeit im Medium. für zwei Werte der Temperaturdifferenz
erreicht werden. Wie ersichtlich, verlaufen die Kurven parallel zueinander und sind
im Bereich q = o bis q = q1 im wesentlichen gerade Linien. Der Grund dafür-, daß
nicht die gleiche Kurve unabhängig von der Temperaturdifferenz erhalten wird, liegt
teilweise darin daß die Wärmeleitzahl zwischen dem Medium und einem festen Körper
mit dem absoluten Wert der Temperatur variiert, und teilweise darin, daß bei unbewegtem
Medium kein Wärmeaustausch stattfindet, wobei jedoch die elektromotorische Kraft
des Thermoelementes proportional ist zur Temperaturdifferenz zwischen dem Medium
des Hinleitungkanals und dem Medium des Rückleitungskanals.
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Um diese Variation der Meßeinrichtung auszugleichen, ist der wärmeleitende
Körper 4 eingebaut.
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Die Berührungsflächen zwischen Körper 4 und Medium sind in die erwähnten
Kappen 7 und 8 eingeschlossen, weshalb sie sich immelr in einem stillstehenden Medium
befinden. Das Thermoelement II-I2 ist so abgeglichen, daß seineelektromotorische
Kraft a1 bzw. b1 in Fig. 3 die elektromotorische Kraft von Thermoelement 9-I0 gerade
aufhebt, wenn das Medium in den Kanälen sich nicht beF wegt. Da sich die Wärmeübergangszahl
zwischen dem Medium und den beiden wärmeleitenden Körpern 3 und 4 um den gleichen
Betrag für jede Temperaturänderung im Medium ändert, zeigt die Meßeinrichtung immer
q= o an, wenn sich das Medium nicht bewegt. In Fig. 3 entsprechen, die Kurven a
und a1 den elektromotorischen Kräften des Thermoelementes 9-I0 bzw. II-I2 bei bestimmter
Temperatur im Medium und die Kurven b und b1 denselben elektromotorischen Kräften
bei einer anderen Temperatur. Die reusultierende elellçtrolmotorischle Kraft des
Meßgerätes folgt in beiden
Fällen der Kurve c, die als im wesentlichen
linear zwischen den Werten q = 0 und q = q1 angenommen werden kann. Die Kurven a1
und b1 können hier als unabgängig von, der Geschwindigkeit des Mediums angesehen
werden.
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Praktisch wird immer eine kleine Temperaturdifferenz zwischen dem
fließenden Medium und dem stillstehenden Medium in den Kappen 7 und S auf treten.
Damit die Meßeinrichtung genau o zeigt, wenn das Medium in den Kanälen sich nicht
bewegt, ist ein drittes Thermoelement 17-18 in Fig. 1 hinzugefügt worden. Die Lötstellen
17 und 18 und in Kupferhülsen mit einer Bleiglättefüllung angeordnet sind von den
Kanalwänden mit Hilfe von PaCkUngen I9-20 isoliert und vom Medium in den Kanälen
umspült, so daß sie die Temperatur des Mediums annehmen. Die elektromotorische Kraft
des Thermoelementes 17-18 wächst proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem
Medium des Kanals 1 und dem Medium des Kanals 2. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen
dem fließenden Medium in den Kappen 7 und 8 infolge des Wärmetransports durch den
Nebenschluß 4 zwischen dem Medium von Kanal 1 und dem Medium von Kanal 2 zunimmt,
kann das Thermoelement 17-18 so abgeglichen werden, daß seine elektromotorische
Kraft zur Kompensation der Temperaturdifferenz zwischen dem fließenden und dem stillstehenden
Medium verwendet werden kann. Die elektromotorische Kraft des Thermoelementes I7-I8
wirkt der resultrierenden elektromotorischen Kraft der Thermoelemente 9-10 und 11-12
entgegen und hebt die Abweichung auf, die infolge der Temperaturdifferenz zwischen
dem fließenden Medium in den Kanälen und dem Medium in den Kappen 7-8 entsteht.