DK154107B - Maaleanordning til konstatering af en vaeskeandel i koelemidlet - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en måleanordning til konstatering af en væskeandel i kølemidlet, som forlader fordamperen af et køleanlæg gennem en sugeledning, der er forbundet med et rørvæggen opvarmende varmeelement, en måle-temperaturføler til afgivelse af et følersignal og en referenceværdigiver, hvorved differensen mellem følersignal og referenceværdi udnyttes.

Ved en kendt måleanordning af denne art (DE-AS 10 55 018) befinder måle-temperaturføleren sig i umiddelbar nærhed af varmeelementet, nemlig enten i omkredsretning ved siden af varmeelementet eller radialt uden for varmeelementet. Under hensyntagen til varmeovergangstallet mellem rørvæggen og faseblandingen, som ved tiltagende andel af ufordampet kølemiddel i faseblandingen bliver større, indstilles ved uforandret varmeeffekt en varmestrømningsligevægt, ved hjælp af hvilken måle-temperaturfølerens temperatur påvirkes. Som referenceværdi tjener sugetrykket i sugeledningen. Differensdannelsen sker i en indstillingsmotor for den fordamperen forankoblede ekspansionsventil. Ved at anvende en tempera-tur*øler med væske-damp-fyldning belastes indstillingsmotorens membran eller stempel på den ene side af damptrykket og på den anden side af sugeledningstrykket. Måle-følertemperaturen ændres imidlertid kun meget lidt, hvis der i stedet for fugtigt kølemiddel strømmer tørt kølemiddel gennem sugeledningen.

Man kender allerede termiske massegennemstrømningsmålere (Instruments and Control Systems, februar 1970, side 85 -87), ved hvilke der i det indre af det af et medium gennemstrømmede rør er anbragt et modstands-varmeelement og med samme afstand foran og bagved en temperaturføler. Ved en anden udførelsesform opvarmes røret udefra på to med afstand anbragte steder, mens der derimellem, med samme afstand fra varmeanordningerne, er anbragt hver et temperaturmålested. Ved udnyttelse af temperaturdifferensen kan massegennemstrømningen konstateres.

Formålet med opfindelsen er at angive en måleanordning af den i indledningen beskrevne art, ved hvilken man med større sikkerhed kan konstatere tilstedeværelsen af væskeandele i kølemidlet og med større nøjagtighed kan konstatere fugtig-hedsgraden.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at måle-tempera-turføleren står i termisk kontakt med rørvæggen og i rørretningen er anbragt forskudt i en afstand fra varmeelementet.

Den fra varmeelementet tilførte varme udbreder sig i rørvæggen, således at måle-temperaturføleren, som er anbragt mod strømmen eller med strømmen i afstand fra varmeelementet, . får en temperaturforhøjelse i sammenligning med det ikke opvarmede rør. Er kølemidlet tørt, dvs. foreligger i damp- eller gasform, så fås der et forholdsvist lille varmeover-gangstal mell a rørvæg og kølemiddel. Måletemperaturen er tilsvarende høj. Er kølemidlet derimod fugtigt, dvs. indeholder væskeandele, så er varmeovergangstallet større og måle- føler temper aturen derfor tilsvarende lavere. Ved tilstedeværelse af en væskeandel i kølemidlet er følersignalet derfor måleligt lavere end ved tilstedeværelse af tørt kølemiddel. På denne måde kan fx en ekspansionsventil, som er koblet foran fordamperen, reguleres i afhængighed af fugtig-hedsgraden, enten modulerende eller i form af en to-punkts-regulering.

Ved enkle forsøg kan det afstandsområde konstateres, i hvilket der mellem kølemiddel af en forudbestemt fugtighedsgrad og tørt kølemiddel er tydelige forskelle i måletemperaturen til stede. For i nærheden af varmeelementet er temperatur-forskellene endnu meget små, fordi den forskellige afkøling ikke kunne udvirkes tilstrækkeligt længe. Når afstanden til varmeelementet bliver for stor, nærmer rørtemperaturen sig i begge tilfælde sugegastemperaturen eller en overvejende af denne bestemt temperatur, således at der igen ikke kan kon- stateres en tilstrækkelig temperaturforskel. Mellem disse yderligheder findes der for hvert et køleanlæg en optimal afstand, hvor forskellen mellem måletemperaturerne for tørt og fugtigt kølemiddel er størst.

Især udgør afstanden mellem varmeelement og måle-temperatur-føler 1 - 5 cm, fortrinsvis ca. 2 cm. En sådan afstand egner sig til et stort antal køleanlæg af mindre og middel størrelse.

Ved en foretrukken udførelsesform er der sørget for, at referenceværdig iveren er dannet af en reference-temperaturmåler, der er anbragt i termisk kontakt med rørvæggen på et sted, som ved tilstedeværelse af en væskeandel i kølemidlet og ved tilstedeværelse af tørt kølemiddel tilnærmelsesvis har den samme temperatur. Ved benyttelsen kan der da arbejdes med differensen mellem måletemperatur og referencetemperatur, således at der på den ene side fås en meget nøjagtig måling og på den anden side et meget enkelt kredsløb.

Således kan reference-temperaturføleren være anbragt i en betydelig større afstand fra varmeelementet end måle-temperaturføleren. Som allerede nævnt ovenfor nærmer de rørvæg-temperaturerne med en stor afstand, som fremkommer ved tørt kølemiddel og ved vådt kølemiddel, sig i stor afstand fra varmeelementet hinanden.

Formålstjenligt udgør afstanden mellem varmeelement og refe-rence-temperaturføler 8-20 cm, fortrinsvis 10 - 15 cm.

En anden mulighed er, at reference-temperaturføleren er anbragt med en kortere afstand fra varmeelementet end måle-temperaturføleren. Uafhængig af kølemidlets tilstand hersker der også i varmeelementets område nogenlunde den samme temperatur .

Det er her særlig gunstigt, hvis reference-temperaturføleren i omkredsretning er anbragt forskudt i forhold til varmeelementet. Den ligger da i samme højde som varmeelementet og påvirkes i det væsentlige af rørvægtemperaturen, som er bestemt af varmeelementet.

Desuden kan følerne og varmeelementet være anbragt i et fælles hus, hvilket letter anbringelsen.

Det er også gunstigt, når følerne og varmeelementet er termisk isoleret udadtil. De påvirkes da ikke.af ændringer i omg ivelséstemperaturen.

Ved en fordelagtig udførelsesform er måle-temperaturføler og reference-temperaturføler termoelektriske elementer, hvis spændinger er koblet mod hinanden. Serieforbindelsen af de to følere giver differenssignalet, som giver de gunstigste forudsætninger for udnyttelsen.

Opfindelsen beskrives nedenfor nærmere ved hjælp af på tegningen viste udførelseseksempler, der viser i fig. 1 en skematisk fremstilling af et varmepumpeanlæg med måleindretningen, fig. 2 måleanordningen i fig. 1 i forstørret målestok, fig. 3 en variation af måleanordningen i fig. 2 og fig. 4 i et diagram temperaturforløbet i rørledningsvæg gen.

Ved varmepumpeanlægget i fig. 1 transporterer en kompressor 1 over en trykledning 2 gasformigt kølemiddel til en kondensator 3, i hvilken vand opvarmes i et sekundærkredsløbs slange 4. Det således kondenserede kølemiddel når over en ekspansionsventil 5 til en fordamper 6, som er afkølet af en blæser 7. På fordamperens udgang tilsluttes en sugeledning 8, som igen fører til kompressoren 1.

En måleanordning 9 tjener til konstatering, om der befinder sig tørt kølemiddel i sugeledningen 8, eller om kølemidlet henholdsvis endnu indeholder væskeandele og hvilken fugtig-hedsgrad det har. Måleanordningen 9 virker på en koblingsanordning 10, som tjener styringen af ekspansionsventilen 5.

Så snart det gennem sugeledningen 8 strømmende kølemiddel indeholder væskeandele, lukker ekspansionsventilen 5, indtil der igen er tørt kølemiddel til stede. Ekspansionsventilen 5 kan også styres i afhængighed af kølemidlets fugtighedsgrad.

Måleanordningen 9 har et varmeelement 11, som ligger an mod sugeledningens 8 rørvæg 12. Rørvæggen 12 består af et godt varmeledende materiale, især et metal som kobber. I en afstand a·] fra varmeelementet er anbragt en måle-temperaturfø-ler 13, som ligeledes ligger an mod rørvæggen 12. I en betydelig større afstand a2 er anbragt en reference-temperatur-måler 14, som ligeledes ligger an mod rørvæggen 12. Varmeelementet 11 fastholdes ved hjælp af et spændebånd 15 og følerne 13 og 14 ved hjælp af spændebånd 16 og 17 på sugeledningen 8. De nævnte dele er omgivet af en termisk isolation 18. Det hele befinder sig i et hus 19. Varmeelementet 11 kan over sine klemmer 20 forsynes med en forsyningsspænding, som bestemmer varmeeffekten.

Ved den varierede udførelsesform i fig. 3, ved hvilken der for tilsvarende dele benyttes med 100 forhøjede henvisningsbetegnelser, har måle-temperaturføleren 113 den samme afstand ai fra varmeelementet 111. Reference-temperaturføleren 114 befinder sig derimod i den samme aksiale stilling som varmeelementet 111 og er kun forskudt i omkredsretning.

I diagrammet i fig. 4 er rørvæggens 12 temperatur T vist som funktion af rørets 8 længde x. Det antages, at varmeelementet 11 befinder sig på stedet x = 0 og bringer rørvæggen på en temperatur T^. χ-aksen svarer til en af kølemidlets sugetryk og omgivelsestemperaturen forudbestemt basistemperatur T0. Kurven I viser temperaturforløbet i rørvæggen 12, når kølemidlet er tørt, altså ikke indeholder væskerester. Kurven II viser derimod temperaturforløbet, når kølemidlet er vådt, og der derfor indstilles et større varmeovergangstal mellem rørvæg og kølemidlet. De to kurver begynder ved den samme temperatur og nærmer sig med større blivende afstand x basistemperaturen T0. Måle-temperaturføleren 13, som er anbragt i positionen x-| fra varmeelementet 11, måler derefter ved tørt kølemiddel temperaturen og ved vådt kølemiddel temperaturen T-|n. Reference-temper atur føleren 14, som er anbragt i positionen X2, måler i begge tilfælde en værdi T2r som ligger ubetydeligt over basistemperaturen T0. Kurver for vilkårlige fugtighedsgrader forløber mellem kurverne I og II.

De to kurver I og II er ekspotentialkurver med forløbet f(x) - (Th - To) . e_mx med

hvorved = rørvæggens 12 temperatur i varmeelementets 11 område T0 = sugegastemperaturen o4 = varmeovergangstallet mellem rørvæg og kølemiddel 1 = varmetransmissionen langs rørvæggen 12 O = rørets 12 udvendige omkreds A = rørets 12 tværsnitsflade

Ved udførelsesformen i fig. 1 og 2 er temperaturføilerne 13 og 14 udformet som termoelementer, og deres spændinger er koblet mod hinanden, således at koblingsanordningen 10 tilføres spændingsdifferensen, som ved tørt kølemiddel svarer til temperaturdifferensen ATt og ved vådt kølemiddel til den betydeligt lavere temperaturdifferens ΔΤη· Sådanne forskelle kan koblingsanordningen 10 uden besvær udnytte og styre ekspansionsventilen 5 svarende dertil.

Ved udførelsesformen i fig. 3 anvendes i stedet for den lave referencetemperatur T2 temperaturen i varmeelementets 11 område. I dette tilfælde står ved tørt kølemiddeliteempera-turdifferensen AT't °9 ved vådt kølemiddel temperaturdifferensem ΔΤ'η til rådighed for koblingsanordningen 1Ό. Også disse forskelle kan let udnyttes.

Som varmeelement kommer normale modstands-varmeelementer i betragtning. I nogle tilfælde anbefales anvendelsen ;af en PTC-modstand. Varmeeffekten kan være relativ ringe. Den skal kun have en sådan værdi, at der i forudbestemt afstand a-j indstilles en tydelig differens mellem de to kurver I og XI.

Temperaturfølerne kan være af vilkårlig kendt type ;pg udformes især som temperaturafhængig modstand eller som termoelement. Som referenceværdi kan der i stedet for rørlæggens basistemperatur også benyttes henholdsvis sugegastemperaturen og det tilhørende sugegastryk.

Som praktisk værdi for afstanden aj anbefales cat. 2 cm og for den større afstand 33 ca. 10 - 15 cm. Disse værdier er typiske for rørstørrelser med en udvendig diameter på 17 -25 mm og en indvendig diameter på 15 - 23 mm. For varmeover-gangstallet ot er typiske værdier 200 J/m2.s.oc for den tørre tilstand og ca. 2000 J/m2.s.°C for den våde tilstand af kølemidlet. Dette svarer til en faktor på 10. Ganske vist aftager denne faktor noget ved meget høje strømningshastig- heder,, men den er endnu tilstrækkelig til tydelig konstatering af kølemidlets fasetilstand.

Claims (10)

1. Måleanordning til konstatering af en væskeanddl i kølemidlet, som forlader fordamperen (6) af et køleanlæg gennem en sugeledning (8; 108), der er forbundet med et rørvæggen (12; 112) opvarmende varmeelement (11; 111), en måle-temperaturføler (13; 113) til afgivelse af et følersignal og en 'referenceværdigiver (14; 114;), hvorved differensen mellem følersignal og referenceværdi udnyttes, kendetegnet ved, at måils-temperaturføleren (13; 113) står i termisk kontakt ;med rørvæggen (12; 112) og i rørretningen er anbragt if or skudt i en afstand (ai) fra varmeelementet (11; 11i1»s.

2. Måleanordning ifølge krav 1, kendetegmet ved, at afstanden mellem varmeelement (11; 11 il 1) og måle-temperaturføler (13; 113) udgør 1-5 cnv, fortrinsvis ca. 2 cm.

3. Måleanordning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet v e d, at referenceværdigiveren er dannet af en reference-temperaturføler (14; 114), der er anbragt i termisk kontakt med rørvæggen (12; 112) på et sted, som ved tilstedeværelse af en væskeandel i kølemidlet og ved tilstedeværelse af tørt kølemiddel tilnærmelsesvis har den samme temperatur (Τ^; T2).

4. Måleanordning ifølge krav 3,kendetegnet ved, at reference-temperaturføleren (14) er anbragt i en større afstand (32) fra varmeelementet (11) end måle- temper atur føleren (13).

5. Måleanordning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at afstanden (a2) mellem varmeelement (11) og reference-temperaturføler (14) udgør 8-20 cm, fortrinsvis 10 - 15 cm.

6. Måleanordning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at reference-témperaturføleren (114) er anbragt med en kortere afstand fra varmeelementet (111) end må-le-temperaturføleren (113).

7. Måleanordning ifølge krav 6, kendetegnet v e d, at reference-temperaturføleren (114) i omkredsretning er anbragt forskudt i forhold til varmeelementet (111).

8. Måleanordning ifølge et af kravene 1-7, kendetegnet ved, at følerne (13, 14) og varmeelementet (11) er anbragt i et fælles hus (19).

9. Måleanordning ifølge et af kravene 1-8, kendetegnet ved, at følerne (13, 14) og varmeelementet (11) udadtil er termisk isoleret.

10. Måleanordning ifølge et af kravene 1-9, kendetegnet ved, at måle-temperaturføler (13) og re-ference-temperaturføler (14) er termoelektriske elementer, hvis spændinger er koblet mod hinanden.