NO821281L - Maaler for maaling av varmemengder - Google Patents

Abstract

En varmemengdemåler for måling av en varmemengde som. tas fra en sirkulerende væskestrøm av en forbruksenhet er basert på indirekte måling av volumstrømningshastig-heten av væsken mens det opprettholdes en grenvarme-strøm fra og/eller til hovedvarmestrømmen transportert av den strømmende væske, idet volumstrømningshastighet-en av den strømmende væske bestemmes på basis av den strømningshastighetavhengige varmeoverføring i grensesjiktet for den strømmende væske på stedet for gren-varmestrømmen ved bestemmelse av temperaturdifferensialet over grensesjiktet og grenvarmestrømmen som passerer gjennom grensesjiktet. Måleren omfatter et kanalparti (26) for tilført væskestrm (24), eventuelt et kanalparti (27) for fralpende væskestrøm (25), en ter-—misk forbindelse (3) til i det minste én av nevnte kanalpartier1 for å tilveiebringe grenvarmestrømmen, i det minste én temperaturføler (22,23) på tilførsels-—kanalpartiet og/eller fralpskanalpartiet og.to ytterligere temperaturflere (20,21) på den termiske forbindelse på.hver side av dennes varmemotstand for å bestemme kvotienten av temperaturdifferensialet over den faste. •varmemotstand av den termiske forbindelse og temperatur-dif f erensialet over grensesjiktet. Den termiske forbindelse og temperaturfølernes målelegemer, som er fremstilt av godt varmeledende materiale, er opptatt i et hus (30) ved hjelp av termisk isolerende midler (28,29, 37,43) og har i sin helhet en slik utførelse at et linearisert og reproduserbart forhold oppnås mellom nevnte .temperaturdifferensialkvotient og volumstrømningshastig-heten.

Description

'måler for måling av varmemen<g>der.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en måler for måling av var-memengder som tas fra en sirkulerende varmestrøm av en forbruksenhet, basert på indirekte måling av volumstrømningshas-tigheten av væsken mens det opprettholdes en grenvarmestrøm fra og/eller til hovedvarmestrømmen som transporteres av væskestrømmen, idet volumstrømningshastigheten av væskestrøm-men bestemmes på basis av den strømningshastighetavhengige varmeoverføring i grensesjiktet for den strømmende væske på i det sted hvor grenvarmestrømmen tar av eller kommer til, 'ved i å bestemme temperaturdifferensialet over grensesjiktet og grenvarmestrømmen som passerer gjennom grensesjiktet, omfat-tende et kanalparti for den strømmende væske som skal til-føres, eventuelt et kanalparti for den fraløpende væske, en termisk forbindelse med i det minste ett av kanalpartiene for å'tilveiebringe grenvarmestrømmen, i det minste en tempera-turføler anordnet i tilførselskanalpartiet'og/eller, fraløps- t kanalpartiet, og to ytterligere temperaturfølere anordnet på den termiske forbindelse på respektive sider av dennes varmemotstand,. hvorved koeffisienten av temperaturdifferensialet over den faste varmemotstand av den termiske forbindelse og temperaturdifferensialet over grensesjiktet for den strøm-mende væske på tilslutningsstedet for den termiske forbindelse bestemmes. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av ovennevnte varmemengdemåler. En slik varmemengdemåler er kjent fra internasjonal patentsøknad PCT/NL80/00008 og nederlandsk patentsøknad 79.02313 tilhør-ende søkeren.

i !

I utførelsen beskrevet i ovennevnte patentsøknader blir den uheldige innvirkning av den aksiale varmeledning gjennom ka-halveggene ved tilslutningspartiene nær den termiske forbindelse motvirket eller begrenset ved lokal bruk av varmeisolerende veggmateriale. Denne grenseeffekt vil ellers føre til svekkelse av det ikke-lineære forhold mellom den målbare kvotient av temperaturdifferensialene og volumstrømningshas-tigheten eller massestrømningen som skal angis,

i

i

i

<j>Videre eksisterer det et generelt ønske om å anordne den ter-jmiske forbindelse slik at den er termisk isolert på best mu-i jlig måte i forhold til tilslutningspartiene. Temperaturføl-I ierne eller disses målelegemer for væskestrømmen som skal til-<i>■føres eller fraløpe må også anordnes på en isolert måte i

jforhold til den termiske forbindelse for å motvirke mulige varmestrømningstap. Man skal egentlig bare måle temperatur-j

.en i den uforstyrrede væskestrøm i tilførselskanalpartiet<:>eller i fraløpskanalpartiet. j j

i Et formål med oppfinnelsen er å fjerne nevnte problemer og j 'tilveiebringe en varmemengdemåler som kan fremstilles i stort antall på en enkel måte og som knapt kan influeres utenifra.j

<!>i i Il henhold til oppfinnelsen er dette formål oppnådd ved en varmemengdemåler av den innledningsvis nevnte type, hvor]den<1>^termiske forbindelse og temperaturfølernes målelegemer bé- i :står av godt varmeledende materiale og opptas av termisk

.isolerende midler i et hus som i sin helhet er slik innréttet at et linearisert og reproduserbart forhold mellom nevnte ! temperaturdifferensialkvotient og volumstrømningshastigheten<!>oppnås. I i

Under fremstilling av denne varmemengdemåler holdes de tre(godt varmeledende legemer, dvs. den termiske forbindelse og temperaturfølernes to målelegemer, flytende eller omsluttet i i en dårlig varmeledende eller varmeisolerende masse (inn-støping). De tre legemer omfatter et gjennomstrømningshull allerede før innstøping eller omslutting, ved hjelp av hvilke !disse legemer og ved hjelp av to hjelpestenger av et materi-! ale som knapt eller ikke tilhefter, såsom PTFE,. anordnes i innbyrdes adskilt forhold for innstøpings- eller omsluttings-operasjonen. Etter herding eller tilveiebringelse av om-slutningen kan de to hjelpestenger fjernes, slik at det , dannes to kanaler for væskestrømmene som skal tilløpe og'fra-løpe. De væskestrømbefordrende egenskaper av disse kanaler^kan forbedres ved etterbehandling, såsom honing eller lignende. , i Med fordel kan dette eller andre utførelser benyttes for å ilinearisere det eventuelt ■ krumme forhold mellom den målbare temperaturdifferensialkvotient og volumstrømningshastigheten som skal angis på en annen måte enn rent elektronisk. Denne mere mekaniske eller varmestrømningstekniske løsning, som er nevnt i ovennevnte 'PCT-søknad, innfører en korreksjon som øker målingens nøyaktighet i stor grad. For dette formål lages det i foreliggende utførelse ett eller flere innsnitt eller sagsnitt i den termiske forbindelses materiale.

Dette bevirker at temperaturmålepunktet, som bestemmer tem-peraturdif f erensialet over grensesjiktet og eventuelt også over varmemotstandspartiet av den termiske forbindelse, termisk betraktet kommer nærmere til strømmen og lengre bort

fra den termiske forbindelse. Ved økende væskestrøm og mindre enn proporsjonal økning av varmeledningskoeffisienten for grensesjiktet, vil temperaturdifferensialet mellom væsken og temperaturmålepunktet omgitt, av ett eller flere innsnitt, falle mer enn dersom det ikke er noen innsnitt. På grunn av dette vil temperaturdifferensialkvotienten øke mer enn propor-sjonalt med varmeledningskoeffisienten for grensesjiktet.

Den mer enn proporsjonale økning av kvotienten i forhold til koeffisienten vil kompensere for den mindre enn proporsjonale økning av koeffisienten i forhold til strømningshastigheten, slik at forholdet mellom kvotient og strømningshastighet er lineær innen de nødvendige toleranser.

Foreliggende oppfinnelse kan også med fordel benyttes til å kontrollere innløpsfenomener. Med innløpsfenomener menes at strømningsegenskapene, såsom turbulensgrad og profil, vil endre seg etter passering av hindringer eller tverrsnittsen-dringer i kanalen, eksempelvis på tilslutningsstedet eller tilkoblingsstedet for den utvendige kanal og kanalseksjonen for tilført væske. Derved vil varmeledningskoeffisienten også endres. Forholdet mellom volumstrømningshastigheten som skal måles og temperaturdifferensialkvotienten bestemmes av ovennevnte strømningsegenskaper i kanalpartiet. Det synes mulig å fremstille måleren innen slike toleranser at den vil være uavhengig av strømningstype (turbulensgrad, strømnings- profil) , betinget av tilløps- og fraløpskanalene ved korr'ekt ' utformning av innløpsåpningen og valg av tilstrekkelig strøm-j ningsdistanse fra denne åpning til det sted hvor grenvarme-

i strømmen tar av. Det synes også mulig å beholde samme type 1 strømning på det sted grenvarmestrømmen tar av for hele måle7 området. Overgangs- eller tilkoblingspartiet mellom den ut-, vendige strømningskanal og tilløps- eller fraløpskanalen er gitt en slik form at en sylindrisk hindring, et kryss- eller| en konusformet diameterendring eller en brå diameterendring blir liggende i riktig avstand fra det sted hvor grenvarme- ! strømmen tar av.

i

. ' ■ ' : 1

Et slikt koblingsparti kan ha et termisk isolerende indre i element som del av sin utformning.

i Oppfinnelsen skal belyses ytterligere under henvisning til tegningene, hvor

Fig. 1 er en første utførelse av varmemengdemåleren

Fig. 2 er en andre utførelse av varmemengdemåleren; og

Fig. 3 er et koblingsparti for den andre utførelse.

I 'i På fig. 1 angir henvisningstallet 10 et hus, hvis varmeisolerende omsluttende materiale kan være syntetisk materiale, såsom epoksyharpiks med malt kvarts, poly(etylen)sulfon eller Nouryl. De tre legemer av godt varmeisolerende materiale, såsom shuntforbindelsen 3 og temperaturfølerhylsene 12, 13, er angitt på fig. 1. Utsparinger 4 er laget i' shuntforbindelsen 3 ved dennes forside og i. det rette parti for anbringelse av temperaturfølerne 20 og 21. Legemene 12, 13 som kan ha en rotasjonssymmetrisk form, er termisk godt isolert, slik at temperaturen av væskestrømmen lett kan måles uten at det skapes varmelekkasjestrømmer. Disse legemer 12, 13 har også utsparinger 4 for anbringelse av temperaturfølere 22 og 23

og danner målepunkter for bestemmelse av temperaturen i væske-strømmene 24 og 25 som henholdsvis tilløper og fraløper, uten at disse strømninger forstyrres mekanisk.

Formålet med innsnittene eller sagkuttene 15, 16 i shuntfor-I bindelsen 3 er å innføre en slik forstyrrelse av shuntforbind-elsens varmeledende egenskaper at det oppnås en linearisering av forholdet mellom den målte temperaturdifferensialkvotient og volumstrømningshastigheten som skal angis.

For å forbinde varmemengdemålerens hus til.de eksterne strøm-ningskanaler, kan de fire ender av de to strømningskanaler gis en forønsket tilkoblingsutformning, såsom gjenger, eller et permanent tilkoblingslegeme, såsom en koblingsmutter, under støpe- eller omslutningsprosessen. Et eksempel på dette er vist ved 17 på fig. 1 for innløpssiden for den tilførte væske.

Fig. 2 viser et sideriss av en andre utførelse, hvor den øvre halvdel er i snitt. Et hus av metall er angitt ved 30, hvil-ket omslutter et åpent rom med en skillevegg 31 anordnet av styrkemessige' hensyn. En åpning er utformet på midten av denne skillevegg 31, gjennom hvilken åpning den termiske shuntforbindelse 3 passerer uten noen som helst kontakt. Kanaler er preformet i endene av denne shuntforbindelse 3, til hvilke kanaler tilførselskanalpartiet 26 for den til-

i

strømmende væske 24 og avløpskanalpartiet 27 for den fra-strømmende væske er forbundet ved hjelp av O-ringer 28'av syntetisk materiale og sentreringsringer 29 av syntetisk materiale.

Tilkoblingspartier 32, 33, 34 og 35 av metall er anordnet i .veggen av huset 30 for tilkobling av eksterne strømningskana-ler til tilførsels- og avløpskanalpartiene 26, 27 i måleren i 'ved bruk av en 0-ring av syntetisk materiale, en sentrerings-ring 29 av syntetisk materiale og en fjærring 36. De tilhør-ende temperaturfølere i shuntforbindelsen 3 er angitt ved 20 og 21. Temperaturfølerne tilhørende kanalpartiene 26 og 127 er betegnet med 22 og 23.

Tilkoblingspartiet 32 har en slik form at når det kobles til en ekstern strømningskanal med større diameter, dannes det

• en brå diameterovergang omtrent ved 37 i en viss avstand fra'

'dét sted hvor grenvarmestrømmen til den termiske forbindelse' 3 I skjer . På grunn av dette vil strømningsegenskapene, såsoml turbulensgrad, strømningsprofil og innstrømningslehgde av ; den innstrømmende væske være kontrollert slik at måleren ier 'uavhengig innen sine toleranser for nevnte strømningsegen-<:>skaper i den tilførte strøm. 1'

! I I

' 'Is' tedenfor en brå diameterendring k• an det også benyttes e■ n '<I>j konisk utformet diameterendring. En sylindrisk eller kryss-! lignende hindring kan også anordnes. i.

i

På fig. 3 er det vist et snitt av en variant 40 av et koblingsparti som er opptatt i veggen av huset 30 og som forbinder i kanalpartiet i måleren for en væsketilførselsstrøm 24 med den utvendige væskekanal. Denne utvendige væskekanal kan f.eks.

I

jvære koblet til koblingspartiet 40 ved hjelp av gjenger 41,<1>'idet koblingspartiet på sin annen side er forbundet med mål-,

'erens kanalparti.

Et innløpsstykke 4 3 av syntetisk materiale er vist anbragt i koblingspartiet 40. Dette innløpsstykke gir ikke bare termisk isolasjon mellom den tilførte væske og målerens hus,

men gir også en brå forandring i diameter i den strømmende væske.

I t

!

Ovennevnte varmemengdemåler kan også benyttes som strømnings-måler, som beskrevet i den internasjonale patentsøknad PCT/ NL 80/00008. I dette tilfelle har måleren kun et kanalparti for den tilførte væske, mens kanalpartiet for avløpsvæsken

er utelatt og den termiske forbindelse er koblet til en' kjøle-biler varmeinnretning... Grenvarmestrømmen skjer da i den termiske forbindelse mot kjøleinnretningen eller fra varme-innretningen. Det enkle kanalparti for tilført væskestrøm kan også være forbundet via en termisk forbindelse til en kjøleinnretning på den ene side og til en varmeinnretning på den andre side, slik at en grenvarmestrøm fra varmeinnret-ningen strømmer gjennom væskestrømmen. i kanalpartiet til kjøleinnretningen.

Claims (1)

1. I

   . li Varmemengdemåler for måling av mengden av varme trukket ut av en sirkulerende væskestrøm av en forbr•uksenhet<,> basert på indirekte måling av volumstrømningshastigheten av væsken samtidig med at det opprettholdes en gfenvarmestrøm fra og/ eller til hovedvarmestrømmen som transporteres av den strøm-mende væske, idet volumstrømningshastigheten av den strømmende væske bestemmes på basis av den strømningshastighetavhengige varmeoverføring i grensesjiktet for den strømmende væske på det sted hvor grenvarmestrømmen tar av eller kommer til ved å bestemme temperaturdifferensialet over grensesjiktet og.

   grenvarmestrømmen som passerer gjennom grensesjiktet, omfat-

   tende et kanalparti for den tilførte væske, eventuelt et

   kanalparti for fraløpende væske, en termisk forbindelse til <!> i det minste ett av nevnte kanalpartier for å tilveiebringe grenvarmestrømmen, i det minste én temperaturføler på tilfør-selskanalpartiet og/eller fraløpskanalpartiet, og to ytterligere temperaturfølere på den termiske forbindelse på hver sin side av dennes varmemotstand, hvorved kvotienten av tempera-turdif f erensialet over den faste varmemotstand av den termiske forbindelse og temperaturdifferensialet over grensesjiktet for den strømmende væske på det sted hvor den termiske forbindelse er tilsluttet, bestemmes, karakterisert v e d at den termiske forbindelse og temperaturfølernes målelegemer, som er fremstilt av godt varmeledende materiale,

   er opptatt i et hus ved hjelp av termiske isolerende midler,

   som totalt sett er slik innrettet at et linearisert og et

   reproduserbart forhold oppnås mellom nevnte temperaturdifferensialkvotient og volumstrø mningshastigheten.

   2. Varmemengdemåler ifølge krav 1, karakterisert ved at den termiske forbindelse og temperatur-følernes målelegemer er omsluttet av et hus av varmeisoler-énde materiale, hvori det også er utformet i det minste én eller to kanaler som væskestrømmer kan føres gjennom.

   3. ' Varmemengdemåler ifølge krav 2, karakteri-

   ser t v e d at kanalene i husets varmeisolerende, omslut- 'tende materiale og i den termiske forbindelse og i målelegem-

   !ene er utformet ved temporær bruk av ikke-adherende hjelpe- i

   !■ i istenger under støpingen eller, omsluttingen.

   '4 I Varmemengdemåler ifølge ett av de foregående krav, I.

   kjarakte.risert ved at det omsluttende materi-:

   ale omfatter syntetisk materiale.

   i

   i

   5J Varmemengdemåler ifølge et av de foregående krav,

   karakterisert ved . at innsnitt eller sagkutt er laget i den termiske forbindelse nær dennes tilslutning ! ■til et kanalparti for å oppnå en linearisering av forholdet mellom den målte kvotient av temperaturdifferensialene og den volumstrømningshastighet som skal angis.

   i

   6.' Varmemengdemåler ifølge et av de foregående krav, kjarakterisert ved at tilførsels- og/eller fralø pskanalen har en slik form eller forstyrrende formen-dring at strømningsegenskapene til den strømmende væske,

   såsom turbulensgrad og strømningsprofil, som entrer strøm-ningslengden etter forstyrrelsen, endres på stedet for grenvarme st rømmen i forhold til strømmens strømningsegenskaper 1 [tilførsels- og/eller fraløpskanalpartiet.

   i,..

   ■7 .; Varmemengdemåler ifølge et av de foregående . krav, karakterisert ved at koblingen av måleren til den eksterne tilførsels- og/eller fraløpskanal.består av syntetisk materiale eller av metall og omfatter et innløps-;

   stykke eller en foring av syntetisk materiale for å gi termisk isolasjon mellom den strømmende væske i målerens hus eller målerens hus i og for seg, eller mellom væskestrømmen i målerens hus og tilførsels- og/eller fraløpskanalen.

   8. ' Måler ifølge et av de foregående krav anvendt for bestemmelse av volumstrø mningshastigheter for væsker.

   9. ! Måler ifølge krav 8, karakterisert ved at måleren er forsynt med et enkelt kanalparti som den termiske forbindelse er tilsluttet, idet grenvarmestrømmen opp-i ,'rei ttholdes ved hjelp av en ekstern varme- og/eller kjølei> nn <-> i retning.

   i i

   <!> ' i

   10. Fremgangsmåte for fremstilling av en måler ifølge et j ay de foregående krav. i i ■