Wärmemengenzähler, insbesondere für Zentrallieizungsanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmemengenzähler, der insbesondere bei Zentralheizungsanlagen zu verwenden ist, bei denen beispielsweise die an eine Verbraucheranlage, d. h. ein Heizungskörpersystem gelieferte und in Rechnung zu stellende Wärmemenge gemessen werden soll. Die Verbraucheranlage kann z. B. eine Heizanlage eines Stockwerkes in einem mehrgeschossigen Mietshaus, eines ganzen Hauses oder eines Teiles eines Wohublockes sein.
Dieser Wärmemengenzähler ist aber nicht nur in diesen beispielsweisen Fällen, sondern auch in vielen anderen Fällen der Wärmemengenmessung für Wohn- und industrielle Zwecke verwendbar, z. B. auch, um den Wärmeverbrauch an einem einzelnen Heizkörper zu messen.
In allen diesen Fällen kann dieser Wärmemengenzähler am Vorlauf und/oder Rücklauf desjenigen Wärmeträgerstromes eingebaut werden, dessen Wärmeabgabe an die Verbraucheranlage gemessen werden soll.
Der Wärmeträger kann vorzugsweise Warm- oder Heisswasser sein, aber auch aus einem anderen flüssigen Medium oder aus Dampf bestehen.
Unter der Vielzahl der bekannten Wärmemengenzähler gibt es solche mit einfacher Bauweise, die die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers, d. h. die pro Zeiteinheit strömende Menge des Wärmeträgers un berücksichtigt messen en und lediglich die Differenz der mittleren Temperatur des Wärmeträgers im untersuchten Heizkörper oder Heizkörpersystem von der Umge bungstemperatur messen; diese Differenz wird d dann mit der Oberfläche dieses Heizkörpers oder Heizkörpersystems und einem (in Tabellen festgelegten) Wärme übergangsfaktor des oder der Heizkörper multipliziert.
Diese einfachen Wärmezähler, die bestenfalls als Ersatzverfahren in Frage kommen, arbeiten in vielen Fällen zu ungenau, in denen es auf eine exakte physikalische Messung der Wärmeleistung ankommt, welche aber voraussetzt, dass das Produkt aus Durchfluss und Temperaturdifferenz ermittelt und über den in Betracht kommenden Zeitraum integriert wird.
Das gleiche gilt für eine zweite Gruppe bekannter, einfach aufgebauter Wärmemengenzähler, bei denen der Einfluss der Veränderlichkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers zwar teilweise oder voll berücksichtigt wird, die Messung aber nur von der Temperatur des Wärmeträgers am Vorlauf oder nur von der Temperatur des Wärmeträgers am Rücklauf oder nur wie im vorgenannten Fall von der Temperatur an einer mittleren Stelle zwischen Vorlauf und Rücklauf abhängig gemacht wird und deshalb fehlerbehaftet ist.
Zur Behebung der Messfehler sowohl der ersten Gruppe als auch der zweiten Gruppe von Wärmemengenzählern sind mit Integrierwerken gekoppelte Zähler auf dem Markt, bei denen sowohl die veränderliche Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers als auch seine veränderlichen Temperaturen am Vorlauf und am Rücklauf richtig in das Messergebuis eingehen. Diese Wärmemengenzähler haben aber einen komplizierten und umfangreichen Aufbau und erfordern daher einen kostspieligen Aufwand und grossen Raumbedarf, so dass sie praktisch nur für Grossanlagen, z. B. in der Industrie, in Betracht kommen, aber für die eingangs genannten Zwecke, insbesondere im Haus- und Wohnungsbau, nicht geeignet sind.
Die Erfindung strebt nun an, die Vorteile der letztgenannten Wärmemengenzähler mit einer für die letztgenannten Zweclie geeigneten, wesentlich vereinfachten Bauweise zu erreichen, ohne dass die Fehler eines weiteren bekannten Wärmemengenzählers in Kauf genommen werden, dessen vereinfachte Bauweise nur in den mechanischen Grundzügen übernommen wird.
Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einem bekannten Wärmemengenzähler aus, bei dem ein Zählwerk mit der Abtriebswelle einer Kupplungsvorrichtung gekuppelt ist, auf die Drehbewegungen wenigstens eines im Strom des Wärmeträgers liegenden und abhängig von dessen in der Zeiteinheit strömender Menge in Drehung versetzten Antriebsteiles durch zwei Messeinheiten übertragen werden, wobei die Antriebsübertragung in der einen Messeinheit von der Temperatur des Vorlaufes des Wärme trägers, und in der anderen Messeinheit von der Temperatur des Rücklaufes des Wärmeträgers abhängig gemacht ist.
Bei der bekannten praktischen Ausführung dieses Wärmemengenzählers bestehen die Messeinheiten jeweils aus einem Flügelrad mit Bimetallflügeln, das im Wärmeträgerstrom umläuft und dessen Abtriebsglied je eine zum Ausgleichsgetriebe führende Welle ist; dabei ist das eine Flügelrad im Vorlauf und das andere Flügelrad im Rücklauf des Wärmeträgerstromes angeordnet. Ferner ist dabei das Ausgleichsgetriebe ein einfaches Differentialgetriebe, das die Differenz der Drehzahlen der beiden Flügelräder herstellt und an das Zählwerk weiterleitet.
Unter dem Einfluss der unterschiedlichen Temperaturen des Wärmeträgers im Vorlauf und im Rücklauf sollen sich die Bimetallflügel beider Flügelräder nach Massgabe dieser beiden Temperaturen derart verformen, dass die Drehzahlen der Flügelräder voneinander verschieden werden und die Differenz dieser Drehzahlen sowohl der Differenz dieser Temperaturen als auch der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers proportional ist.
Diese einfachen Wärmemengenzähler haben sich in der Praxis nicht bewährt, weil die Bimetallflügel, um auf unterschiedliche Temperaturen durch Verformung genügend ansprechen zu können, sehr dünn und daher mechanisch weich ausgeführt sein müssen. Dann aber entstehen beim Antrieb der Flügelräder Pendel-, Flatterund Turbulenzeffekte unbestimmter Grösse, die sich nicht ausschalten lassen und für jedes Baumodell andere und undefinierte Fehler für das Messergebnis mit sich bringen. Ausserdem sind solche Bimetallflügel starker Korrosion durch den Wärmeträger ausgesetzt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile und auch der Nachteile der anderen eingangs genannten Geräte ist bei einem Wärmemengenzähler der bekannten Bauart, von der die Erfindung ausgeht, gemäss der Erfindung vorgesehen, a) dass jede der beiden Messeinheiten nach Art eines
Rotationsviskosimeters ausgebildet ist, wobei jede
Messeinheit als Abtriebsglied einen Rotorkörper enthält, der angrenzend an mindestens je eine zähe
Flüssigkeit drehbar gelagert ist, wobei benachbart zu mindestens einer der Oberflächen dieses Rotor körpers und angrenzend an eine solche Flüssigkeit mindestens je ein relativ zum genannten Rotorkörper drehbar gelagerter und angetriebener Gegenkörper das Antriebsglied der Messeinheit bildet, auf das die
Drehbewegung des Antriebsteils wirkt;
b) dass ferner die Drehmomente, die durch den Rota tionsantrieb der Gegenkörper durch die zähe Flüs sigkeit hindurch auf die Rotorkörper ausgeübt wer den, von den Rotorkörpern aus mit entgegengesetz tem Dreh sinn auf die mit dem Zählwerk gekuppelte
Abtriebswelle durch die miteinander gekuppelten drehbaren Teile der Kupplungsvorrichtung übertra gen werden; c) dass weiterhin die Abmessungen der die Dreh momente und Bremsmomente der Rotorkörper be dingenden Teile der einen und der anderen Messein heit und die diese Momentenübertragung in den
Messeinheiten bedingenden Viskositäten der darin befindlichen Flüssigkeiten und deren Temperatur abhängigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei gleicher Temperatur dieser Flüssigkeiten die
Rotorkörper stillstehen;
d) und dass ferner durch für Vorlauf und Rücklauf des
Wärmeträgerstroms voneinander getrennte Tempe raturübertragungsmittel vorgesehen sind, um die
Flüssigkeit in der einen Messeinheit mindestens an nähernd auf die Temperatur des Vorlaufs, jedoch in der anderen Messeinheit mindestens annähernd auf die Temperatur des Rücklaufs des Wärmeträgers zu bringen.
Das Messprinzip dieses Wärmemengenzählers besteht somit darin, dass die Temperaturen im Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers nicht auf die Flügelstellung eines oder mehrerer vom Wärmeträgerstrom angetriebener mügelräder, sondern auf Flüssigkeiten einwirken, deren Zähigkeit temperaturabhängig ist, und die in zwei vom Wärmeträgerstrom erwärmten, als Rotationsviskosi- meter arbeitenden Messeinheiten enthalten sind, die eine temperaturabhängige Antriebsverbindung zwischen vom Wärmeträgerstrom angetriebenen drehbaren Antriebsteilen, z. B. Flügelrädern, über je einen Gegenkörper und einen Rotorkörper jeder Messeinheit mit drehbaren Abtrieb steilen des Gerätes herstellen, die das Zählwerk über eine Kupplungsvorrichtung antreiben, die die übertragenen Drehmomente der Messeinheiten miteinander ausgleicht.
Es werden deshalb keine empfindlichen Bimetallteile für die Antrieb steile, die sich im Wärmeträgerstrom befinden und den Rotationsantrieb der beiden Messeinheiten bewirken, benötigt. Diese Antriebsteile können aus einem im Vor- und Rücklauf im Wärmeträgerstrom angeordneten, beide Messeinheiten gleichzeitig antreibenden Messrad oder aus zwei, je im Vorbzw. Rücklauf angeordneten und je eine der Messeinheiten antreibenden Messrädern bestehen, wobei die Messradflügel nicht aus Bimetall, sondern in der bei Wassermessern üblichen Art hergestellt sind.
Jedes von zwei Messrädern kann zugleich den Gegenkörper und je einer von ihm angetriebenen Messeinheit bilden oder mindestens den Gegenkörper einer der beiden Messeinheiten bilden, der dann mit dem anderen Gegenkörper gekoppelt ist. Weiterhin können entweder die von dem Messrad bzw. von den Messrädern angetriebenen Körper oder die Rotorkörper als Behälter für die zähe Flüssigkeit ausgebildet sein, wobei im ersteren Falle in jedem Behälter ein Rotorkörper drehbar gelagert und jeder Behälter zusätzlich zur Steigerung der Wirkung der zähen Flüssigkeit in einem weiteren, ortsfesten oder mit dem Rotorkörper rotierenden, ebenfalls zähe Flüssigkeit enthaltenden Behälter angeordnet sein kann, der ebenfalls der Vorlauf- oder Rücklauftemperatur ausgesetzt ist.
Obwohl Rotorkörper und Gegenkörper kinematisch vertauschbar sind, ist vorzugsweise der Behälter der Abtriebsteil und der in diesem angeordnete Körper der Antriebsteil der Messeinheit. Rotorkörper und Behälter sind vorzugsweise zylindrisch und koaxial angeordnet, sie können profilierte Flächen haben und begrenzen einen bzw. zwei enge Ringspalte, die mit zäher Flüssigkeit gefüllt sind.
Drei Ausführungen eines Wärmemengenzählers gemäss der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch das Messgerät in einer Ausführungsform, die die Grundgedanken der Erfindung teilweise schematisch verkörpert ;
Fig. 2 eine verbesserte praktische Ausführungsform im senkrechten Schnitt durch das Messgerät, und
Fig. 3 teilweise schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Messräder verwendet werden.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 wird zum Antrieb des Messgerätes nur ein Messrad 2 mit Antriebsflügeln 3 verwendet, das im unteren Teil des als Messradgehäuse 1 ausgebildeten Gerätegehäuses untergebracht ist. Dieses Messradgehäuse ist in den Vorlauf oder in den Rücklauf des Wärmeträgers, z. B. eines Heisswasserstromes einer Zentralheizungsanlage, eingebaut. (Hier und nachstehend bezeichnet das Wort Vorlauf den heissen Wärmeträger, der dem Verbraucher zuströmt, dessen Wärmeabgabe gemessen werden soll, und bezeichnet Rücklauf den abgekühlten Strom des Wärmeträgers hinter dem Verbraucher, der z.
B. ein einzelner Heizkörper oder eine Heizanlage für ein Stockwerk oder ein Haus oder dgl. sein kann.) Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Nabe 4 des Messrades 2 mittels einer Welle 5 im Boden des Messradgehäuses drehbar gelagert; sie trägt an ihrem anderen Ende einen Dauermagneten 6, der in einem erweiterten Teil 7 des Deckels des Messradgehäuses untergebracht ist. Der Teil 7 wird von einer glockenförmigen Haube 8 aus magnetisierbarem Werkstoff, z. B. Weicheisen, übergriffen und sitzt fest auf dem gegenüberliegenden Ende einer Antriebswelle 9. Die Teile 6 und 8 bilden eine magnetische Kupplung zwischen Messrad 2 und Welle 9.
Zu diesem Zweck muss natürlich mindestens der erweiterte Teil 7 des Messradgehäusedeckels - oder der ganze Deckel aus entsprechendem, für den magnetischen Kraftfluss des Dauermagneten 6 gut Idurchlässigem Werkstoff bestehen. - In der praktischen Ausführung wird meist zwischen Messrad 2 und Magnet 6 ein übliches, nicht gezeichnetes Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein. - Die Verwendung einer magnetischen Kupplung zwischen Messrad 2 und Antriebswelle 9 kann weggelassen werden, da sie kein notwendiges Merkmal der Erfindung ist.
Sie begünstigt nur einen stossfreien Lauf der angetriebenen Teile des Messgerätes, unabhängig von etwaig kurzzeitigen Stössen des Wärmeträgerstromes und vermeidet Wellendurchführungen mit Stopfbuchsen oder dergleichen. Grundsätzlich kann daher auch eine formschlüssige Kupplung zwischen der Nabe 4 und der Welle 9 verwendet werden, die die Welle 9 durch ein übliches Untersetzungsgetriebe oder auch ohne ein solches antreibt.
Die nachstehend kurz Viskosimeter genannten, nämlich als Viskosimeter arbeitenden Messeinheiten sind in den äusseren Flüssigkeitsbehältern 21 und 22 untergebracht. Die Viskosimeter Ms Ganzer sind daher mit 21' bzw. 22' bezeichnet.
Auf der Welle 9 sitzt fest ein Zahnrad 10, das zwei Zahnräder 11 und 12 im gleichen Drehsinn antreibt.
Das benachbarte Ende der Welle 9 ist in einem (abgebrochen) dargestellten Teil 13 des Geräterahmens drehbar gelagert. Das Zahnrad 11 sitzt fest auf einem ge schlossenen Innenbehälter 15 des Viskosimeters 21', während das Zahnrad 12 fest mit einem Innenbehälter
16 des Viskosimeters 22' verbunden ist. Am Boden des Behälters 15 bzw. 16 ist eine Welle 19 bzw. 20 drehbar gelagert, die durch eine Mittelbohrung des Zahnrades 11 bzw. 12 frei drehbar hindurchgeht. Auf der Welle 19 sitzt fest ein Rotorkörper 17 und auf der Welle 20 fest ein Rotorkörper 18. Die Rotorkörper 17 und 18 haben zur Welle 19 bzw. 20 und zur Innenseite der Behälter
15 bzw. 16 konzentrische, zylindrische Oberflächen.
Der Aussenbehälter 21 ruht ortsfest auf einem Teil 23 des Geräterahmens, der am Messradgehäuse 1 abgestützt ist und aus einem Material bzw. Metall besteht, das eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen diesem Messradgehäuse und dem Aussenbehälter herstellt, damit diese und die in seinem Innern befindliche viskose Flüssigkeit 37 möglichst weitgehend die gleiche Temperatur annimmt, die der Wärmeträger innerhalb des Metallgehäuses 1 besitzt. Der Aussenbehälter 22 sitzt gleichfalls ortsfest auf einem (abgebrochen dargestellten) Geräterahmenteil 24, der aber in nicht gezeichneter Weise gegen das Messradgehäuse 1 und gegen den Geräterahmenteil 23 wärmeisoliert ist, damit die Temperatur des Aussenbehälters 22 von derjenigen des Aussenbehälters 21 unabhängig beeinflusst werden kann.
Die Innenbe hälter 15 bzw. 16 sind mittels je eines Lagerzapfens 25 bzw. 26 am Boden des Aussenbehälters 21 bzw. 22 drehbar gelagert.
Um die Aussenseite des Behälters 22 herum ist in deren unmittelbarer Nähe oder an diese anliegend am Geräterahmenteil 24 eine Rohrschlange 28 angebracht, die von einem Heizmittelstrom gespeist wird, der als Teilstrom vom Wärmeträgerstrom (in nicht dargestellter Weise) abgezweigt ist. Beispielsweise befindet sich das Messradgehäuse 1 im heissen Vorlauf des Wärmeträgerstromes und überträgt daher dessen Temperatur über den Teil 23 auf den Aussenbehälter 21 und die Flüssigkeit 37. In diesem Fall wird der genannte Teilstrom des Wärmeträgers vom Rücklauf des Wärmeträgerstromes abgezweigt, es kann gewünschtenfalls auch der ganze Wärmeträgerstrom am Rücklauf durch die Rohrschlange 28 geleitet werden. Der Aussenbehälter 22 und die darin befindliche viskose Flüssigkeit 38 werden dann angenähert, nahezu auf die geringere Temperatur des rücklaufenden Wärmeträgerstromes gebracht.
Jedoch kann auch umgekehrt das Messradgehäuse 1 im Rücklauf des Wärmeträgers eingebaut sein und dessen geringere Temperatur auf den Aussenbehälter 21 übertragen werden; in diesem Fall wird in die Rohrschlange 28 der Vorlaufstrom des Wärmeträgers oder ein Teil dieses Stromes geleitet und überträgt dessen höhere Temperatur angenähert auf den Aussenbehälter 22 und die Flüssigkeit 38.
Nachstehend wird für alle Ausführungsformen letzterer Fall angenommen.
Auf der Welle 19 sitzt fest ein Zahnrad 29, das mit einem Zahnrad 30 kämmt, das ausserhalb des Viskosimeters 22' fest auf der Welle 20 sitzt, deren benachbartes Ende in einem (abgebrochen dargestellten) Teil 14 des Geräterahmens drehbar gelagert ist. An der von den Viskosimetern abgelegenen Seite des Zahnrades 29 ist eine Abtriebswelle 31 in Verlängerung der Welle 19 vorgesehen, fest mit dieser und dem Zahnrad 29 verbunden und an ihrem anderen Ende in einem (abgebrochen dargestellten) Teil 32 des Geräterahmens drehbar gelagert.
Fest auf der Abtriebswelle 31 sitzt eine Schnecke 33, die mit einem Schneckenrad 34 kämmt, das in (nicht gezeichneter) üblicher Weise mit dem als Ganzes nur schematisch bei 54 dargestellten Zählwerk verbunden ist und dieses antreibt. Das Zählwerk kann in irgendeiner üblichen Bauweise als Ziffernzählwerk für mehrere Stellen ausgebildet sein und ist vorzugsweise auf die zu zählenden Einheiten der gemessenen Wärmemenge oder auf sonstige Einheiten geeicht, z. B. Einheiten des Preises der Wärmemenge.
Im Innern des Innenbehälters 15 befindet sich eine zähe Flüssigkeit 35. Im Innern des Innenbehälters 16 befindet sich gleichfalls eine zähe Flüssigkeit 36, und zwar vorzugsweise die gleiche Flüssigkeit wie 35. Die Zähigkeiten der Flüssigkeiten 35 und 36 sollen von der Temperatur dieser Flüssigkeiten abhängen und vorzugsweise der weiter unten genannten oder einer äquivalenten Temperaturfunktion folgen. Zu diesem Zweck haben sich die genannten Silikonöle als besonders geeignet erwiesen.
Die Flüssigkeiten 37 und 38 sollen gut wärmeleitende Flüssigkeiten sein, zweckmässig die gleichen wie die Flüssigkeiten 35 und 36. Sie übertragen dann die in Betrieb meist unterschiedlichen Temperaturen der Aussenbehälter 21 bzw. 22 angenähert auf die Innenbehälter 15 bzw. 16 und deren Flüssigkeitsinhalt 35 bzw. 36.
Die Flüssigkeiten 35 bzw. 36 nehmen also angenähert die Temperatur des Wärmeträgerstromes im Rücklauf bzw. die höhere Temperatur im Vorlauf an.
Jeder der angetriebenen Innenbehälter 15 bzw. 16 sucht den in ihm drehbar gelagerten Rotorkörper 17 bzw. 18 in seiner Drehrichtung durch die Kräfte mitzunehmen, die vom Innenbehälter über die zähe Flüssigkeit auf die Oberfläche des zugehörigen Rotorkörpers übertragen werden. Diese Mitnahmekräfte erzeugen daher am jeweiligen Rotorkörper Drehmomente, die nach bekannten Beziehungen sowohl von der Zähigkeit der Flüssigkeit 35 bzw. 36 und somit von deren Temperaturen als auch von der relativen Drehzahl der Innenbehälter 15 bzw. 16 abhängen. Diese relative Drehzahl des Innenbehälters in bezug auf den zugehörigen Rotorkörper hängt also einerseits von der Drehzahl des Messrades ab, die der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers proportional ist, anderseits von der Drehzahl des Rotorkörpers, auf den der Innenbehälter durch die zähe Flüssigkeit hindurch einwirkt.
Das Drehmoment, das dabei auf einen der Rotorkörper übertragen wird, ist proportional der Geschwindigkeit der Innenfläche des Innenbehälters relativ zur gegenüberliegenden Fläche des Rotorkörpers und proportional der Zähigkeit der Flüssigkeit zwischen Innenbehälter und Rotorkörper. Der Rotorkörper 17 des kälteren Viskosimeters 21' versucht über seine Welle 19 das Zahnrad 29 im gleichen Drehsinn (weil die Zahnräder 11 und 12 gleichsinnig angetrieben werden) anzutreiben, wie der Rotorkörper 18 des wärmeren Viskosimeters 22' über seine Welle das Zahnrad 30 anzutreiben sucht, wobei die antreibenden Drehmomente gleichen Drehsinn haben.
Nun kämmen aber die Zahnräder 29 und 30 miteinander, können sich also nur gegenläufig drehen. Sie wirken daher als ein Ausgleichsgetriebe für die beiden auf die beiden Rotorkörper übertragenen Drehmomente derart, dass die Rotorkörper 17 und 18 sich ebenso gegenläufig wie die Zahnräder 29 und 30 auf eine Drehzahl einstellen, bei der diese Drehmomente praktisch gleiche Grösse haben und sich aufheben. Die absoluten Drehzahlen der gegenläufigen Zahnräder 29, 30 und der Abtriebswelle 31 sind einander gleich und abhängig von den Temperaturen der zähen Flüssigkeiten 35 und 36.
Denn die relative Drehzahl des Rotorkörpers 17 in bezug auf den Innenbehälter 15 des kälteren Viskosimeters ist, weil in diesem Viskosimeter die Zähigkeit der Flüssigkeit 35 grösser ist, kleiner als die relative Drehzahl des Rotorkörpers 18 in bezug auf den Innenbehälter 16, weil die Zähigkeit der zähen Flüssigkeit 36 im Viskosimeter 22'geringer ist als diejenige der kälteren Flüssigkeit 35 und weil sich der Rotorkörper 18 in umgekehrtem Drehsinn als der Innenbehälter 16 drehen muss.
Der Rotorkörper 18 wirkt also als Bremse für den Rotorkörper 17, die ein bremsendes Drehmoment auf diesen gegensinnig ausübt, das praktisch die gleiche Grösse hat wie das auf den Rotorkörper 17 vom Innenbehälter 15 aus übertragene Drehmoment. Dabei bestimmt das Viskosimeter 21', das die kältere Flüssigkeit enthält, den Drehsinn des Zahnrades 30 und der Abtriebswelle 31.
Man muss also den Drehsinn des Messrades 2 und den nach Fig. 1 dazu gegenläufigen Drehsinn beider Innenbehälter 15 und 16 so wählen, dass die von dem kälteren Viskosimeter bestimmte Drehrichtung der Abtriebswelle 31 diejenige Drehrichtung ist, bei der das Zählwerk 54 zunehmende Wärmemengen anzeigt.
Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise die gewählte Wärmemenge um so grösser ist, je grösser die Temperaturdifferenz der Flüssigkeiten im heisseren Viskosimeter, bezogen auf das kältere Viskosimeter, ist. Das Zählergebnis steigt daher mit der Drehzahl des Messrades 2, d. h. mit der in der Zeiteinheit strömenden Menge des Wärmeträgers und mit der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Viskosimetern. Da die Zähigkeiten der Flüssigkeiten beider Viskosimeter wieder von dem Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeträgers abhängen, wird das Zählergebnis von dieser Temperaturdifferenz bestimmt, und so kann seine Abhängigkeit von dieser Temperaturdifferenz (und den absoluten Temperaturen in beiden Viskosimetern) nach Wunsch gewählt werden, indem man zähe Flüssigkeiten entsprechender Temperaturabhängigkeit in den Viskosimetern benutzt. Z.
B. kann man auf diese Weise das Zählergebnis dieser Temperaturdifferenz proportional machen. Diese Bedingungen werden bei geeigneter Wahl der Flüssigkeiten erfüllt, wenn man, wie in den Ausführungsformen in den Fig. 1 bis 3, die Abmessungen der Teile der beiden Viskosimeter, die die Flüssigkeitsspalte zwischen den angetriebenen und den abtreibenden Teilen und gegenüber Iden ortsfesten Teilen bestimmen, und die in den Viskosimetern befindlichen Flüssigkeiten einander gleich wählt und die beiden Viskosimeter mit gleicher Drehzahl vom Messrad 2 aus angetrieben werden.
Im Bedarfsfall kann man statt dessen auch voneinander unterschiedliche Abmessungen der massgebenden Viskosimeterteile und/oder Antriebsdrehzahlen und/oder Flüssigkeiten für die Viskosimeter wählen, wenn man diese Abmessungen und/oder Drehzahlen und/oder die Wahl der Flüssigkeiten beim einen Viskosimeter auf das andere so ab stimmt, dass bei Temperaturdifferenz Null Drehmomentgleichheit besteht. Sind nämlich die Temperaturen des Vorlaufes und des Rücklaufes des Wärmeträgers einander gleich, so wird keine Wärme verbraucht.
Die Temperaturen der Flüssigkeiten 35, 37 einerseits und 36, 38 anderseits sind dann auch einander sämtlich gleich, und ebenso sind dann, wenn diese Nullbedingung erfüllt ist, die Drehmomente der Rotorkörper 17 und 18, ohne dass diese sich drehen, einander gleich, so dass die Zahnräder 29, 30 und die Abtriebswelle 31 in Ruhe bleiben.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die gleichen Grundsätze des Aufbaues und der Wirkungsweise verkörpert wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, jedoch zeigt Fig. 2 eine für den praktischen Gebrauch noch verbesserte Ausführungsform. Die Bauteile des Messgerätes nach Fig. 2, die denjenigen nach Fig. 1 jeweils entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1 und haben lediglich als Zusatz den Buchstaben a in den Fällen erhalten, in denen die Bauteile in Fig. 2 eine andere äusserliche Ausgestaltung erhalten haben. Insoweit gelten die vorstehend für Fig. 1 gemachten Ausführungen auch für Fig. 2. Die einzig we sentlichen Unterschiede der Ausführung nach Fig. 2 gegenüber Fig. 1 bestehen im folgenden:
Beim Gehäuse la des Messrades 2 sind die Anschlussteile für den Zulauf und den Ablauf des Wärmeträgerstromes mit dargestellt.
Die Nabe 4a trägt den Dauermagneten 6a innerhalb einer Aussparung des Dekkels 23a des Messradgehäuses la. Die Nabe ist fest mit einem Wellenzapfen verbunden, der in einer mit dem Deckel fest verschraubten und gedichteten Buchse 4' gelagert ist. Dieser Teil 4' trägt drehbar gelagert das benachbarte Ende der Welle 9a, die fest in einer kappenförmigen Nabe 8' des Dauermagneten 8a sitzt. Wie die Welle 9 der Fig. 1 kann auch die Welle 9a vom Messrad 2 aus über ein Untersetzungsgetriebe und/oder formschlüssig ohne Zwischenschaltung der Magnete 6a und 8a angetrieben werden. Die über das Zahnrad 10a im gleichen Drehsinn angetriebenen Zahnräder 11 a und 12a sitzen fest auf einer Hohlwelle 41 bzw. 42. Diese Hohlwellen sind drehbar im oberen Teil der Aussenbehälter 21a bzw. 22a gelagert.
Diese Aussenbehälter sind ortsfest zwischen dem Rahmenteil 13a und dem Deckel 23a des Messradgehäuses 1a angebracht. Die Unterseite 47 des Bodens des Aussenbehälters 21 a ruht in gut wärmeleitender Verbindung auf dem Deckel 23a des Messradgehäuses la. Der Boden 46 des Aussenbehälters 22a ist bei 48 durch Luftspalte oder (nicht gezeichnetes) Isoliermaterial gegen den Deckel 23a thermisch isoliert.
Auf der Hohlwelle 41 sitzt fest und mit ihr drehbar ein Innenkörper 15a mit zylindrischer Oberfläche; auf der Hohlwelle 42 sitzt fest und mit ihr drehbar ein Innenkörper 16a mit zylindrischer Oberfläche.
Die vom Messrad angetriebenen Innenkörper 15a und 16a sind also nun nicht wie bei Fig. 1 Flüssigkeitsbehälter, sondern jetzt in Fig. 2 sind die die Innenkörper 15a bzw. 16a umgebenden Körper 17a und 18a die inneren Flüssigkeitsbehälter und bilden die die Antriebsdrehmomente aufnehmenden und weiterleitenden Rotorkörper. Zu diesem Zweck bildet die zylindrische Oberfläche der Innenkörper 15a und 16a je einen mit Flüssigkeit 35a bzw. 36a gefüllten, relativ engen Spalt mit der zylindrischen Innenfläche der Rotorkörper 17a und 18a.
Diese Rotorkörper sitzen mit ihrem Boden fest auf einer Welle 19a bzw. 20a, die durch die Hohlwelle 41 bzw. 42 hindurch führt und an deren oberem Ende sowie im Boden des zugehörigen Aussenbehälters 21a bzw. 22a bei 43 und 44 drehbar gelagert ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 bildet also bezüglich der Rotorkörper eine kinematische Umkehrung im Vergleich zu Fig. 1. Die Mitnahmewirkung zwischen vom Messrad angetriebenem Körper und Rotorkörper ist im Prinzip die gleiche wie nach Fig. 1.
Ein Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass auch zwischen der zylindrischen Innenwandung jedes der ortsfesten Aussenbehälter 21a bzw. 22a und der zylindrischen Aussenfläche des zugehörigen Rotorkörpers 17a bzw. 18a ein Flüssigkeitsspalt gebildet wird, der mit der zähen Flüssigkeit 37a bzw. 38a gefüllt ist. Hierdurch entsteht eine Bremswirkung auf die Rotorkörper, so dass die Drehzahlen der Abtriebswelle 31a bei im übrigen gleichen Verhältnissen geringer werden als bei der Ausführung nach Fig. 1.
Trotzdem wird man bei der praktischen Ausführung vorzugsweise auch nach Fig. 2 zwischen der Welle 31a und dem Zählwerk 54 ein Untersetzungsgetriebe verwenden; ein solches, in Fig. 2 nicht gezeichnetes Untersetzungsgetriebe kann nun aber vorteilhaft mit geringeren Untersetzungsverhältnissen als das Schneckengetriebe 33, 34 der Fig. 1 arbeiten.
Die Verkoppelung der auf die Rotorkörper übertragenen Drehmomente und Bremsmomente erfolgt durch die Zahnräder 29a und 30a praktisch wie nach Fig. 1.
Das Gehäuse 32a des Zählwerkes 54 wird durch die hochragenden Teile 14a des Geräterahmens getragen, die auf dem Geräterahmenteil 13a abgestützt sind. Zählwerk 54 und Viskosimeter 21' und 22' sind in einen (bei Fig. 2 in der Zeichnung weggelassenen) Gehäuseteil 45 eingeschlossen, der auf dem Oberteil des Messradgehäuses la ruht und in seinem oberen Stirnende eine durchsichtige Scheibe 49 für die Ablesung des Zählwerkes trägt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das gleiche Messprinzip wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verkörpert, es sind jedoch zwei Räder 2b und 2c vorge- sehen, von denen das erstere im Vorlauf 50 und das letztere im Rücklauf 51 des Wärmeträgerstromes angebracht ist. Die Messräder 2b und 2c arbeiten bei dieser Ausführungsform selbst als Viskosimeter . Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung in der Bauweise.
Die der Fig. 1 in der Funktion entsprechende barer Anker im Bereich der direkten Kraftlinien der Dauermagnete 17b und 17c angeordnet, wobei die Welle 52 frei drehbar einerseits im Messradgehäuse 1b und anderseits im Geräterahmenteil 32b gelagert ist. In diesem Fall müssen dann selbstverständlich auch die Werkstoffe der Gehäuse 15b und 15c und die Messradgehäuse Ib und 1c für den magnetischen graftfluss gut durchlässig sein.
Die dauermagnetischen Körper 17b, 17c und 53, die zweipolig, vierpolig oder höherpolig und als Zylinder ausgebildet sein können, sind praktisch nahezu starr miteinander gekoppelt, da sich zwangsläufig der Nordpol des einen Dauermagneten auf den Südpol des anderen Dauermagneten einstellt. Das Drehmoment, das durch die gewöhnlich kühlere Flüssigkeit 36c im Rücklauf auf den Rotorkörper 17c übertragen wird, wirkt dem Drehmoment entgegen, das von der gewöhnlich heisseren Flüssigkeit 35b im Vorlauf auf den Rotorkörper 17b im umgekehrten Drehsinn übertragen wird.
Da die Temperatur der Flüssigkeit 36c im Rücklauf niedriger ist als die Temperatur der Flüssigkeit 35b im Vorlauf, wird der Rotorkörper 17b durch den Rotorkörper 17c (weil beide magnetisch miteinander gekoppelt sind) in der Drehrichtung des Körpers 17c mitgenommen, und zwar mit einer solchen Drehzahl, dass die auf die beiden Rotorkörper übertragenen Drehmomente einander praktisch gleich sind und sich damit aufheben. Gehäuse 15c und Rotorkörper 17c laufen also gleichsinnig, Gehäuse 15b und Rotorkörper 17b gegensinnig. Die resultierende Drehung der Rotorkörper wird synchron magnetisch auf den Dauermagneten 53 und durch diesen auf die Abtriebswelle 52 übertragen. Sie ist der Drehzahl der Gehäuse 15b und 15c proportional und abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeiten 35b und 36c, und zwar vorzugsweise dieser Temperaturdifferenz proportional.
Die Temperatur des vorlaufenden Wärmeträgers wird im Messradgehäuse 1b durch die Wirkung des Gehäuses 15b unmittelbar auf die Flüssigkeit 35b übertragen, ebenso die für gewöhnlich geringere Temperatur des Wärmeträgers im Messradgehäuse 1c auf die Flüssigkeit 36c. Sind diese Temperaturen-wenn nämlich keine Wärme verbraucht wird - einander gleich, so bleiben die Rotorkörper 17b und 17c stehen, weil das von der Flüssigkeit 35b auf den Rotorkörper 17b übertragene Drehmoment dann ebenso gross, aber umgekehrt gerichtet ist wie das von der Flüssigkeit 36c auf den Rotorkörper 17c übertragene Drehmoment.
Die E ; Rotorkörper 17b und 17c bilden also bei der Ausführungsform Fig. 3 selbst eine Kupplungsvorrichtung für den Ausgleich der auf sie übertragenen Drehmomente.
Bei dieser Ausführungsform sind für die Kopplung der Rotorkörper 17b und : 17c miteinander und mit der Abtriebswelle 52 nur aus praktischen Gründen, nämlich zur Vermeidung von abgedichteten Wellendurchführungen und Reibung, die Rotorkörper und der Abtriebskörper 53 als Dauermagnete ausgebildet. Es ist aber ersichtlich, dass statt dessen im Rahmen der Erfindung auch eine andere kraftschlüssige oder direkte formschlüssige Kopplung verwendet werden könnte. Im letzteren Fall könnte z. B. die Welle 19c mit der Welle 19b und der Welle 52 ein Stück bilden und müsste diese einzige Abtriebswelle relativ zu den Gehäusen 1b und 1c sowie 15b und 15c drehbar gelagert sein.
In diesem letzteren Fall würde ein Abtriebskörper 53 entfallen und würden die Rotorkörper 17b und 17c zweckmässig einfach als Körper mit zylindrischer Umfangsfläche ausgebildet, die einen verhältnismässig engen Flüssigkeitsspalt mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses 15b bzw. 15c bildet.
Auch im Falle der letztgenannten Abänderung wird auf die Abtriebswelle 52 nur eine gegenüber der Drehzahl der Gehäuse 15b und 15c verringerte und letzterer proportionale Drehzahl übertragen, die wiederum in der Weise von der Temperaturfunktion der zähen Flüssigkeiten 35b und 36c abhängig ist, wie dies bei der Ausführung nach Fig. 1 beschrieben wurde.
Schliesslich kann man die Ausführung nach Fig. 3 so abändern, dass man auf die Flügel des einen Messrades 3b oder 3c ganz verzichtet, wenn entweder das Gehäuse 15c durch geeignete Kopplung (z. B. über Zahnräder) unmittelbar vom Gehäuse 15b oder umgekehrt 15b von 15c gegenläufig antreiben lässt. Dasjenige Wassermessergehäuse lb oder 1c, welches nun nicht mehr ein Messrad, sondern nur noch ein flügelfreies Rad als Behälter für die zähe Flüssigkeit und zur Aufnahme des Rotorkörpers enthält, dient dann nur noch zur Übertragung der Temperatur des Wärmeträgerstromes auf diesen Behälter.
Ausser dem Zählwerk 54 kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung noch ein vom Messrad 2 bzw. von den Messrädern 2b, 2c aus (z. B. über die Welle 9 oder 9n) angetriebenes Mess- und Anzeigegerät für die Drehzahl des Messrades selbst vorgesehen sein.
Ein solches Gerät misst die reine Strömungsmenge des Wärmeträgers, ähnlich wie ein gewöhnlicher Wassermesser, und erleichtert das erstmalige Einregulieren der Heizungsanlage auf eine gewünschte Grundeinstellung.
Die in beiden Messeinheiten verwendete zähe Flüssigkeit ist zweckmässig ein zähes Ö1 und vorzugsweise das gleiche Ö1 für beide Messeinheiten. Zur Vereinfachung der Verhältnisse sind vorzugsweise auch die Körperabmessungen, die die Flüssigkeitsspalte in den beiden Viskosimetern nach Dicke und Länge bestimmen, in beiden Viskosimetern einander gleich und sind diese den durch den Wärmeträger in Umlauf versetzten Antriebsteilen bzw. Mess- oder Flügelrädern symmetrisch zugeordnet.
Durch die Wahl der Zähigkeit und der Temperaturabhängigkeit der zähen Flüssigkeit und die Wahl der Körperabmessungen in beiden Messeinheiten kann man die spezielle Funktion der Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses am Zählwerk weitgehend nach Belieben festlegen. Dabei soll das Zählergebnis am Zählwerk im allgemeinen der Antriebsdrehzahl des Messrades bzw. der Messräder und der Differenz der Temperaturen zwischen Vorlauf und Rücklauf proportional sein. Dieses Ergebnis wird bei den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weitestgehend erreicht.
Eine die Proportionalität zur Temperaturdifferenz liefernde Temperaturfunktion bzw. Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit der Flüssigkeit erreicht man mit ausreichender Genauigkeit, wenn für dieses z. B. ein Silikonöl gewählt wird, dessen Zähigkeit bei Raumtemperatur zwischen 5000 und 50 000 Centistokes liegt und dessen Temperaturabhängigkeit eine Funktion von C e-kT ist, wobei e die Basis der natürlichen Logarithmen, T die absolute Temperatur der zähen Flüssigkeit und C bzw. k Konstante der Messeinheiten sind, die im wesentlichen von den geometrischen Verhältnissen in den Messeinheiten (besonders den Abmessungen der Flüssigkeitsspalte) bzw. von den Viskositätseigenschaften der darin enthaltenen Flüssigkeiten abhängen.
In allen Fällen gestattet es die Erfindung in der genannten Weise, den speziellen Abrechnungsvereinbarungen zwischen Lieferant und Verbraucher durch Beeinflussung der Temperaturfunktion des erfindungsgemässen Wärmemengenzählers Rechnung zu tragen.
Heat meters, in particular for central heating systems
The invention relates to a heat meter, which is to be used in particular in central heating systems in which, for example, the to a consumer system, d. H. A radiator system supplied and invoiced amount of heat is to be measured. The consumer system can, for. B. a heating system of one floor in a multi-storey apartment building, an entire house or part of a residential block.
This heat meter can be used not only in these exemplary cases, but also in many other cases of heat quantity measurement for residential and industrial purposes, e.g. B. also to measure the heat consumption of a single radiator.
In all of these cases, this heat meter can be installed on the flow and / or return of that heat transfer flow whose heat output to the consumer system is to be measured.
The heat transfer medium can preferably be warm or hot water, but also consist of another liquid medium or of steam.
Among the large number of known heat meters, there are those with a simple design that determine the flow rate of the heat transfer medium, i. H. measure the amount of heat transfer medium flowing per unit of time without taking into account and only measure the difference between the mean temperature of the heat transfer medium in the radiator or radiator system under investigation and the ambient temperature; this difference is then multiplied by the surface area of this radiator or radiator system and a heat transfer factor (specified in tables) of the radiator or radiators.
These simple heat meters, which are at best a substitute method, work too imprecisely in many cases in which an exact physical measurement of the heat output is important, which, however, requires that the product of flow and temperature difference is determined and over the period in question is integrated.
The same applies to a second group of well-known, simply constructed heat meters, in which the influence of the variability of the flow rate of the heat carrier is partially or fully taken into account, but the measurement only of the temperature of the heat carrier on the flow or only of the temperature of the heat carrier on the return or, as in the aforementioned case, is made dependent on the temperature at a middle point between the flow and return and is therefore prone to errors.
To eliminate the measurement errors of both the first group and the second group of heat meters, there are meters on the market that are coupled with integrators, in which both the variable flow rate of the heat transfer medium and its variable temperatures on the flow and return flow are correctly incorporated into the meter housing. However, these heat meters have a complicated and extensive structure and therefore require a costly effort and large space requirements, so that they are practically only for large systems, eg. B. in industry, but are not suitable for the purposes mentioned above, especially in house and apartment construction.
The invention now seeks to achieve the advantages of the last-mentioned heat meter with a substantially simplified design suitable for the last-mentioned purpose without accepting the errors of another known heat meter whose simplified design is only adopted in the basic mechanical features.
For this purpose, the invention is based on a known heat meter, in which a counter is coupled to the output shaft of a coupling device, on the rotational movements of at least one drive part located in the flow of the heat carrier and, depending on its amount flowing in the unit of time, set in rotation by two measuring units are transmitted, the drive transmission in one measuring unit being made dependent on the temperature of the flow of the heat carrier, and in the other measuring unit on the temperature of the return flow of the heat carrier.
In the known practical version of this heat meter, the measuring units each consist of an impeller with bimetallic vanes which revolves in the heat carrier flow and whose output member is a shaft leading to the differential gear; one impeller is arranged in the flow and the other impeller in the return of the heat transfer flow. Furthermore, the differential gear is a simple differential gear which produces the difference in the speeds of the two impellers and forwards it to the counter.
Under the influence of the different temperatures of the heat carrier in the flow and in the return, the bimetallic blades of both impellers should deform according to these two temperatures in such a way that the speeds of the impellers are different from each other and the difference between these speeds is the difference between these temperatures and the flow speed of the Heat carrier is proportional.
These simple heat meters have not proven themselves in practice because the bimetallic blades, in order to be able to respond sufficiently to different temperatures through deformation, must be made very thin and therefore mechanically soft. However, when the impellers are driven, pendulum, flutter and turbulence effects of indefinite magnitude occur, which cannot be switched off and which result in different and undefined errors for the measurement result for each construction model. In addition, such bimetal blades are exposed to severe corrosion from the heat transfer medium.
To avoid these disadvantages and also the disadvantages of the other devices mentioned at the beginning, in a heat meter of the known type, from which the invention is based, according to the invention, a) each of the two measuring units in the manner of a
Rotational viscometer is designed, each
Measuring unit contains a rotor body as the output member, which is adjacent to at least one tough
Liquid is rotatably mounted, adjacent to at least one of the surfaces of this rotor body and adjacent to such a liquid at least one relative to said rotor body rotatably mounted and driven counter body forms the drive member of the measuring unit on which the
Rotary movement of the drive part acts;
b) that also the torques exerted by the rota tion drive of the counter body through the viscous liquid on the rotor body, from the rotor body with opposite sense of rotation to the coupled with the counter
Output shaft are transmitted by the rotatable parts of the coupling device coupled to one another; c) that the dimensions of the torques and braking torques of the rotor body be dinging parts of the one and the other measuring unit and the torque transmission in the
The viscosities of the liquids contained therein and their temperature dependency are coordinated with one another in such a way that, at the same temperature of these liquids, the
Rotor body stand still;
d) and that further by for forward and reverse of the
Heat transfer medium separate Tempe temperature transfer means are provided to the
Bringing liquid in one measuring unit at least approximately to the temperature of the flow, but in the other measuring unit at least approximately to the temperature of the return of the heat carrier.
The measuring principle of this heat meter is that the temperatures in the flow and return of the heat carrier do not affect the blade position of one or more granulators driven by the heat carrier flow, but rather on liquids, the viscosity of which is temperature-dependent, and two of which are heated by the heat carrier flow as rotational viscosities - Meter working measuring units are included, which have a temperature-dependent drive connection between the heat transfer fluid driven rotatable drive parts, z. B. impellers, each with a counter body and a rotor body of each measuring unit with rotatable output make steep of the device that drive the counter via a coupling device that compensates for the transmitted torques of the measuring units with each other.
Therefore, no sensitive bimetal parts are needed for the drive, which are located in the heat transfer flow and cause the rotary drive of the two measuring units. These drive parts can consist of a measuring wheel that is arranged in the flow and return in the heat transfer flow and drives both measuring units at the same time, or of two measuring wheels, each in the forward or reverse direction. There are measuring wheels arranged in the return flow and each driving one of the measuring units, the measuring wheel blades not being made of bimetal, but rather in the manner customary for water meters.
Each of two measuring wheels can simultaneously form the counter-body and a measuring unit driven by it or at least form the counter-body of one of the two measuring units, which is then coupled to the other counter-body. Furthermore, either the body driven by the measuring wheel or the measuring wheels or the rotor body can be designed as a container for the viscous liquid, in the former case a rotor body rotatably mounted in each container and each container in addition to increasing the effect of the viscous liquid in one further, stationary or rotating with the rotor body, also containing viscous liquid container can be arranged, which is also exposed to the flow or return temperature.
Although the rotor body and the counter body are kinematically interchangeable, the container is preferably the driven part and the body arranged in this is the drive part of the measuring unit. The rotor body and container are preferably arranged cylindrically and coaxially, they can have profiled surfaces and delimit one or two narrow annular gaps which are filled with viscous liquid.
Three embodiments of a heat meter according to the invention are described below with reference to the drawings, for example, namely show:
1 shows a vertical section through the measuring device in an embodiment which embodies the basic ideas of the invention partially schematically;
2 shows an improved practical embodiment in a vertical section through the measuring device, and
3 shows, partially schematically, a vertical section through a third embodiment of the invention in which two measuring wheels are used.
In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, only one measuring wheel 2 with drive vanes 3 is used to drive the measuring device and is accommodated in the lower part of the device housing designed as a measuring wheel housing 1. This measuring wheel housing is in the flow or in the return of the heat transfer medium, for. B. a hot water flow of a central heating system installed. (Here and below, the word flow refers to the hot heat transfer medium that flows to the consumer whose heat output is to be measured, and return refers to the cooled flow of the heat transfer medium behind the consumer, the z.
B. a single radiator or a heating system for a floor or a house or the like.) In the embodiment of Figure 1, the hub 4 of the measuring wheel 2 is rotatably mounted by means of a shaft 5 in the bottom of the measuring wheel housing; it carries at its other end a permanent magnet 6, which is housed in an enlarged part 7 of the cover of the measuring wheel housing. The part 7 is covered by a bell-shaped hood 8 made of magnetizable material, for. B. soft iron, overlaps and sits firmly on the opposite end of a drive shaft 9. Parts 6 and 8 form a magnetic coupling between measuring wheel 2 and shaft 9.
For this purpose, of course, at least the extended part 7 of the measuring wheel housing cover - or the entire cover must be made of a suitable material that is permeable to the magnetic flux of the permanent magnet 6. - In the practical version, a conventional reduction gear (not shown) is usually provided between measuring wheel 2 and magnet 6. The use of a magnetic coupling between measuring wheel 2 and drive shaft 9 can be omitted, since it is not a necessary feature of the invention.
It only promotes smooth running of the driven parts of the measuring device, regardless of any brief surges in the flow of heat transfer medium, and avoids shaft bushings with stuffing boxes or the like. In principle, it is therefore also possible to use a positive coupling between the hub 4 and the shaft 9, which drives the shaft 9 through a conventional reduction gear or even without one.
The measuring units which are briefly referred to below as viscometers, namely working as viscometers, are housed in the outer liquid containers 21 and 22. The Ms Ganzer viscometers are therefore designated 21 'and 22'.
A gear 10 is firmly seated on the shaft 9 and drives two gear wheels 11 and 12 in the same direction of rotation.
The adjacent end of the shaft 9 is rotatably mounted in a (broken) illustrated part 13 of the device frame. The gear 11 is firmly seated on a closed inner container 15 of the viscometer 21 ', while the gear 12 is fixed to an inner container
16 of the viscometer 22 'is connected. At the bottom of the container 15 or 16, a shaft 19 or 20 is rotatably mounted, which passes freely rotatably through a central bore of the gear 11 or 12, respectively. A rotor body 17 is firmly seated on the shaft 19 and a rotor body 18 is firmly seated on the shaft 20. The rotor bodies 17 and 18 face the shaft 19 and 20 and the inside of the container
15 and 16 concentric, cylindrical surfaces.
The outer container 21 rests stationary on a part 23 of the device frame, which is supported on the measuring wheel housing 1 and consists of a material or metal that creates a good heat-conducting connection between this measuring wheel housing and the outer container, so that this and the viscous liquid inside it 37 assumes the same temperature as largely as possible that the heat transfer medium has within the metal housing 1. The outer container 22 is also seated in a stationary manner on a device frame part 24 (shown broken off), which, however, is thermally insulated from the measuring wheel housing 1 and from the device frame part 23, so that the temperature of the outer container 22 can be influenced independently of that of the outer container 21.
The Innenbe container 15 and 16 are rotatably mounted by means of a bearing pin 25 and 26 on the bottom of the outer container 21 and 22, respectively.
Around the outside of the container 22, in its immediate vicinity or adjacent to it on the device frame part 24, a pipe coil 28 is attached, which is fed by a heating medium flow which is branched off as a partial flow from the heat carrier flow (in a manner not shown). For example, the measuring wheel housing 1 is located in the hot supply of the heat carrier flow and therefore transfers its temperature via the part 23 to the outer container 21 and the liquid 37. In this case, the mentioned partial flow of the heat carrier is branched off from the return of the heat carrier flow, if desired the whole Heat transfer medium flow are passed through the coil 28 at the return. The outer container 22 and the viscous liquid 38 located therein are then brought closer to almost the lower temperature of the returning heat carrier flow.
However, conversely, the measuring wheel housing 1 can also be installed in the return of the heat transfer medium and its lower temperature can be transferred to the outer container 21; In this case, the forward flow of the heat transfer medium or a part of this flow is passed into the coil 28 and transfers its higher temperature approximately to the outer container 22 and the liquid 38.
The latter case is assumed below for all embodiments.
A gear 29 is firmly seated on the shaft 19 and meshes with a gear 30 which is firmly seated outside the viscometer 22 'on the shaft 20, the adjacent end of which is rotatably mounted in a part 14 of the device frame (shown broken off). On the side of the gear 29 remote from the viscometers, an output shaft 31 is provided as an extension of the shaft 19, firmly connected to this and the gear 29 and rotatably mounted at its other end in a part 32 of the device frame (shown broken off).
Firmly on the output shaft 31 sits a worm 33 which meshes with a worm wheel 34 which is connected in the usual way (not shown) to the counter shown as a whole only schematically at 54 and drives it. The counter can be designed as a number counter for several digits in any conventional design and is preferably calibrated to the units of the measured amount of heat to be counted or to other units, e.g. B. Units of the price of the amount of heat.
Inside the inner container 15 there is a viscous liquid 35. Inside the inner container 16 there is also a viscous liquid 36, preferably the same liquid as 35. The viscosity of the liquids 35 and 36 should depend on the temperature of these liquids and preferably follow the temperature function mentioned below or an equivalent temperature function. The silicone oils mentioned have proven to be particularly suitable for this purpose.
The liquids 37 and 38 should be liquids with good heat conductivity, suitably the same as the liquids 35 and 36. They then transfer the temperatures of the outer containers 21 and 22, which are usually different during operation, approximately to the inner containers 15 and 16 and their liquid contents 35 and 36.
The liquids 35 and 36 therefore approximately assume the temperature of the heat transfer medium flow in the return line or the higher temperature in the flow line.
Each of the driven inner containers 15 and 16 seeks to entrain the rotor body 17 or 18 rotatably mounted in it in its direction of rotation by the forces which are transmitted from the inner container via the viscous liquid to the surface of the associated rotor body. These entrainment forces therefore generate torques on the respective rotor body which, according to known relationships, depend both on the viscosity of the liquid 35 or 36 and thus on its temperatures as well as on the relative speed of the inner container 15 or 16. This relative speed of the inner container in relation to the associated rotor body depends on the one hand on the speed of the measuring wheel, which is proportional to the flow rate of the heat transfer medium, and on the other hand on the speed of the rotor body on which the inner container acts through the viscous liquid.
The torque that is transmitted to one of the rotor bodies is proportional to the speed of the inner surface of the inner container relative to the opposite surface of the rotor body and proportional to the viscosity of the liquid between the inner container and the rotor body. The rotor body 17 of the colder viscometer 21 'tries to drive the gear 29 via its shaft 19 in the same direction of rotation (because the gears 11 and 12 are driven in the same direction) as the rotor body 18 of the warmer viscometer 22' tries to drive the gear 30 via its shaft, whereby the driving torques have the same direction of rotation.
But now the gears 29 and 30 mesh with one another, so they can only rotate in opposite directions. They therefore act as a differential gear for the two torques transmitted to the two rotor bodies in such a way that the rotor bodies 17 and 18, just like the gears 29 and 30, adjust to a speed at which these torques are practically the same size and cancel each other out. The absolute speeds of the opposing gears 29, 30 and the output shaft 31 are equal to one another and are dependent on the temperatures of the viscous liquids 35 and 36.
Because the relative speed of the rotor body 17 with respect to the inner container 15 of the colder viscometer is, because in this viscometer the viscosity of the liquid 35 is greater, less than the relative speed of the rotor body 18 with respect to the inner container 16, because the viscosity of the tough The liquid 36 in the viscometer 22 ′ is less than that of the colder liquid 35 and because the rotor body 18 has to rotate in the opposite direction of rotation than the inner container 16.
The rotor body 18 thus acts as a brake for the rotor body 17, which exerts a braking torque on it in opposite directions, which is practically the same size as the torque transmitted to the rotor body 17 from the inner container 15. The viscometer 21 ′, which contains the colder liquid, determines the direction of rotation of the gear wheel 30 and the output shaft 31.
So you have to choose the direction of rotation of the measuring wheel 2 and the opposite direction of rotation of both inner containers 15 and 16 according to Fig. 1 so that the direction of rotation of the output shaft 31 determined by the colder viscometer is that direction of rotation in which the counter 54 indicates increasing amounts of heat.
It can be seen that in this way the selected amount of heat is greater, the greater the temperature difference between the liquids in the hotter viscometer in relation to the colder viscometer. The counting result therefore increases with the speed of the measuring wheel 2, i. H. with the amount of heat transfer medium flowing in the time unit and with the temperature difference between the two viscometers. Since the viscosity of the liquids of both viscometers again depends on the temperature difference between the flow and return of the heat transfer medium, the counting result is determined by this temperature difference, and its dependence on this temperature difference (and the absolute temperatures in both viscometers) can be selected as desired by one uses viscous liquids with corresponding temperature dependence in the viscometers. Z.
B. in this way you can make the counting result proportional to this temperature difference. With a suitable choice of fluids, these conditions are met if, as in the embodiments in FIGS. 1 to 3, the dimensions of the parts of the two viscometers which determine the fluid gaps between the driven and the driven parts and with respect to the stationary parts, and the liquids in the viscometers select the same and the two viscometers are driven from the measuring wheel 2 at the same speed.
If necessary, you can instead choose different dimensions of the relevant viscometer parts and / or drive speeds and / or liquids for the viscometers if you match these dimensions and / or speeds and / or the choice of liquids in one viscometer to the other that there is torque equality when the temperature difference is zero. If the temperatures of the flow and return of the heat carrier are the same, no heat is consumed.
The temperatures of the liquids 35, 37 on the one hand and 36, 38 on the other hand are then all equal to each other, and likewise, if this zero condition is met, the torques of the rotor bodies 17 and 18 are equal to each other without them rotating, so that the gears 29, 30 and the output shaft 31 remain at rest.
In the embodiment according to FIG. 2, the same principles of construction and mode of operation are embodied as in the embodiment according to FIG. 1, but FIG. 2 shows an embodiment which is still improved for practical use. The components of the measuring device according to FIG. 2, which correspond to those according to FIG. 1, are designated with the same reference numerals as in FIG. 1 and have only been given the letter a as an addition in those cases in which the components in FIG have received a different external design. In this respect, the statements made above for FIG. 1 also apply to FIG. 2. The only significant differences between the embodiment according to FIG. 2 and FIG. 1 are as follows:
In the case of the housing 1 a of the measuring wheel 2, the connection parts for the inlet and outlet of the heat carrier flow are also shown.
The hub 4a carries the permanent magnet 6a within a recess in the cover 23a of the measuring wheel housing la. The hub is firmly connected to a shaft journal which is mounted in a bushing 4 'that is firmly screwed to the cover and sealed. This part 4 'rotatably supports the adjacent end of the shaft 9a, which is firmly seated in a cap-shaped hub 8' of the permanent magnet 8a. Like the shaft 9 of FIG. 1, the shaft 9a can also be driven from the measuring wheel 2 via a reduction gear and / or in a form-fitting manner without the interposition of the magnets 6a and 8a. The gearwheels 11a and 12a, driven in the same direction of rotation by the gearwheel 10a, are seated firmly on a hollow shaft 41 and 42, respectively. These hollow shafts are rotatably mounted in the upper part of the outer containers 21a and 22a.
These outer containers are fixedly attached between the frame part 13a and the cover 23a of the measuring wheel housing 1a. The underside 47 of the bottom of the outer container 21a rests on the cover 23a of the measuring wheel housing la with a good heat-conducting connection. The bottom 46 of the outer container 22a is thermally insulated from the cover 23a at 48 by air gaps or insulating material (not shown).
An inner body 15a with a cylindrical surface is firmly seated on the hollow shaft 41 and can rotate with it; an inner body 16a with a cylindrical surface is firmly seated on the hollow shaft 42 and rotatable with it.
The inner bodies 15a and 16a driven by the measuring wheel are not liquid containers as in Fig. 1, but now in Fig. 2 the bodies 17a and 18a surrounding the inner bodies 15a and 16a are the inner liquid containers and form the rotor bodies that absorb and transmit the drive torques . For this purpose, the cylindrical surface of the inner bodies 15a and 16a each forms a relatively narrow gap filled with liquid 35a and 36a with the cylindrical inner surface of the rotor bodies 17a and 18a.
The bottom of these rotor bodies are firmly seated on a shaft 19a or 20a, which leads through the hollow shaft 41 or 42 and is rotatably mounted at 43 and 44 at its upper end and in the bottom of the associated outer container 21a or 22a.
The embodiment according to FIG. 2 thus forms a kinematic reversal with respect to the rotor body compared to FIG. 1. The entrainment effect between the body driven by the measuring wheel and the rotor body is in principle the same as in FIG. 1.
A difference compared to FIG. 1 is that a liquid gap is also formed between the cylindrical inner wall of each of the stationary outer containers 21a or 22a and the cylindrical outer surface of the associated rotor body 17a or 18a, which is filled with the viscous liquid 37a or 38a . This results in a braking effect on the rotor body, so that the speeds of the output shaft 31a are lower than in the embodiment according to FIG. 1 with otherwise the same conditions.
Nevertheless, in the practical embodiment, a reduction gear will preferably also be used according to FIG. 2 between the shaft 31a and the counter 54; Such a reduction gear, not shown in FIG. 2, can now advantageously work with lower reduction ratios than the worm gear 33, 34 of FIG.
The coupling of the torques and braking torques transmitted to the rotor body takes place by means of the gears 29a and 30a, practically as in FIG. 1.
The housing 32a of the counter 54 is carried by the protruding parts 14a of the device frame, which are supported on the device frame part 13a. Counter 54 and viscometers 21 'and 22' are enclosed in a housing part 45 (omitted in FIG. 2 in the drawing), which rests on the upper part of the measuring wheel housing la and carries a transparent disc 49 in its upper end for reading the counter.
The embodiment according to FIG. 3 embodies the same measuring principle as the embodiment according to FIG. 1, but two wheels 2b and 2c are provided, of which the former is mounted in the flow 50 and the latter in the return 51 of the heat carrier flow . In this embodiment, the measuring wheels 2b and 2c work as viscometers themselves. This results in a significant simplification in the design.
The bar armature corresponding in function to FIG. 1 is arranged in the area of the direct lines of force of the permanent magnets 17b and 17c, the shaft 52 being freely rotatable on the one hand in the measuring wheel housing 1b and on the other hand in the device frame part 32b. In this case, of course, the materials of the housings 15b and 15c and the measuring wheel housings Ib and 1c must also be permeable to the magnetic flux.
The permanent magnetic bodies 17b, 17c and 53, which can be two-pole, four-pole or higher-pole and designed as cylinders, are practically almost rigidly coupled to one another, since the north pole of one permanent magnet is inevitably set to the south pole of the other permanent magnet. The torque which is transmitted by the usually cooler liquid 36c in the return to the rotor body 17c counteracts the torque which is transmitted from the usually hotter liquid 35b in the forward direction to the rotor body 17b in the opposite direction of rotation.
Since the temperature of the liquid 36c in the return line is lower than the temperature of the liquid 35b in the supply line, the rotor body 17b is entrained by the rotor body 17c (because both are magnetically coupled to one another) in the direction of rotation of the body 17c, at such a speed, that the torques transmitted to the two rotor bodies are practically the same and thus cancel each other out. Housing 15c and rotor body 17c therefore run in the same direction, housing 15b and rotor body 17b in opposite directions. The resulting rotation of the rotor body is magnetically transmitted synchronously to the permanent magnet 53 and through this to the output shaft 52. It is proportional to the speed of the housings 15b and 15c and is dependent on the temperature difference between the liquids 35b and 36c, and preferably proportional to this temperature difference.
The temperature of the forward heat transfer medium is transferred directly to the liquid 35b in the measuring wheel housing 1b by the action of the housing 15b, as is the usually lower temperature of the heat transfer medium in the measuring wheel housing 1c on the liquid 36c. If these temperatures - namely when no heat is consumed - are equal to each other, the rotor bodies 17b and 17c stop because the torque transmitted from the liquid 35b to the rotor body 17b is then just as great, but directed in the opposite direction, as that from the liquid 36c torque transmitted to the rotor body 17c.
The E; In the embodiment of FIG. 3, rotor bodies 17b and 17c thus themselves form a coupling device for compensating for the torques transmitted to them.
In this embodiment, the rotor bodies 17b and 17c are designed as permanent magnets for coupling the rotor bodies 17b and 17c to one another and to the output shaft 52 only for practical reasons, namely to avoid sealed shaft passages and friction. It is clear, however, that instead of this, another non-positive or direct positive coupling could be used within the scope of the invention. In the latter case, e.g. B. the shaft 19c with the shaft 19b and the shaft 52 form one piece and this single output shaft would have to be rotatably mounted relative to the housings 1b and 1c and 15b and 15c.
In this latter case, an output body 53 would be omitted and the rotor bodies 17b and 17c would expediently simply be designed as bodies with a cylindrical circumferential surface which forms a relatively narrow liquid gap with the inner cylindrical surface of the housing 15b and 15c, respectively.
Also in the case of the last-mentioned modification, only a reduced and proportional speed compared to the speed of the housings 15b and 15c is transmitted to the output shaft 52, which in turn depends on the temperature function of the viscous liquids 35b and 36c, as in the execution according to Fig. 1 was described.
Finally, the embodiment according to FIG. 3 can be modified in such a way that the blades of one measuring wheel 3b or 3c are completely dispensed with if either the housing 15c is connected directly to the housing 15b or vice versa 15b by suitable coupling (e.g. via gears) 15c can be driven in opposite directions. That water meter housing lb or 1c, which now no longer contains a measuring wheel, but only a vane-free wheel as a container for the viscous liquid and to accommodate the rotor body, then only serves to transfer the temperature of the heat carrier flow to this container.
In addition to the counter 54, a measuring and display device for the speed of the measuring wheel itself driven by the measuring wheel 2 or by the measuring wheels 2b, 2c (e.g. via the shaft 9 or 9n) can be provided in all embodiments of the invention.
Such a device measures the pure flow rate of the heat carrier, similar to a normal water meter, and makes it easier to adjust the heating system to a desired basic setting for the first time.
The viscous liquid used in both measuring units is expediently a viscous oil and preferably the same oil for both measuring units. To simplify the situation, the body dimensions, which determine the thickness and length of the liquid gaps in the two viscometers, are preferably the same in both viscometers and are assigned symmetrically to the drive parts or measuring or impellers set in circulation by the heat transfer medium.
By choosing the viscosity and the temperature dependency of the viscous liquid and the choice of the body dimensions in both measuring units, the special function of the temperature dependency of the measurement result on the counter can be determined largely at will. The counting result on the counter should generally be proportional to the drive speed of the measuring wheel or measuring wheels and the difference in temperatures between the flow and return. This result is largely achieved in the described preferred embodiments of the invention.
A temperature function or temperature dependency of the viscosity of the liquid which delivers the proportionality to the temperature difference can be achieved with sufficient accuracy if, for this z. B. a silicone oil is chosen whose viscosity at room temperature is between 5000 and 50,000 centistokes and whose temperature dependence is a function of C e-kT, where e is the base of the natural logarithms, T is the absolute temperature of the viscous liquid and C or k Are constants of the measuring units that essentially depend on the geometric relationships in the measuring units (especially the dimensions of the liquid gaps) or on the viscosity properties of the liquids contained therein.
In all cases, the invention makes it possible, in the manner mentioned, to take account of the special billing agreements between the supplier and the consumer by influencing the temperature function of the heat meter according to the invention.