DE10002860C2

DE10002860C2 - Wärmezähler für Wärmeträgermedien

Info

Publication number: DE10002860C2
Application number: DE2000102860
Authority: DE
Inventors: Uwe Baelz
Original assignee: Helmut Baelz GmbH
Current assignee: Helmut Baelz GmbH
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: ATA19962000A; DE10002860A1; AT411494B

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für Strahlpumpen, insbesondere eine Wärmemesseinrichtung zur Bestimmung der von einem fließenden Medium transpor tierten Wärmeleistung oder Wärmemenge.

Zur Bestimmung des Wärmestroms oder der von einem Wärmestrom transportierten Wärmemenge ist es in der Regel erforderlich, die Stärke einer Fluidströmung sowie deren Temperatur zu erfassen. Entsprechende Messeinrichtungen nutzen bspw. eine Strömungsmesseinrichtung zur Messung des Fluidstroms. Die Strömungsmesseinrichtung kann bspw. durch ein Flügelrädchen gebildet sein, das von dem Fluidstrom bewegt wird und dessen Bewegung als Maß für die Fluidströ mung erfasst wird. Um eine präzise Funktion über lange Zeit hinweg zu garantieren, ist bei solchen Messeinrich tungen ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich.

Aus der EP 0035085 A1 ist eine solche Wärmeversorgungs anlage bekannt bei der ein Wärmeverbraucher von einem Wär meträgerfluid durchströmt ist. Zur Messung des Massenstrom des Wärmeträgerfluids ist ein Durchflussmesser vorgesehen, der Signale zu einer entsprechenden Verarbeitungseinrich tung liefert.

Zur Vermeidung von Durchflussmessern mit mechanisch bewegten Teilen, ist es gemäß DE 30 24 053 A1 bereits vor gesehen worden, zur Messung eines Durchflusses in der Zu flussleitung in einem wärmeverbrauchenden System ein Puf fervolumen unterzubringen, das periodisch aufgewärmt und abgekühlt wird. Der Zufluss und Abfluss wird über ein Drei-Wegeventil gesteuert. Aus der Aufwärmgeschwindigkeit und Abkühlgeschwindigkeit lässt sich die Größe des Wärme trägerzustroms bestimmen.

Die Bestimmung des Wärmeträgerzustroms erfordert min destens einen Aufwärm- oder Abkühlzyklus. Die Reaktions geschwindigkeit dieser Messeinrichtung bzw. dieses Mess verfahrens ist somit beschränkt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache Wärmemesseinrichtung zu schaffen, die insbesonde re für Wärmeversorgungsanlagen geeignet ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Wärmemess verfahren zu schaffen.

Außerdem muss gelegentlich der Betrieb einer Strahl pumpe generell überwacht werden. Z. B. kann die Strahlpumpe "kippen", wenn an ihrem Ausgang ein zu hoher Gegendruck ansteht. Dies kann der Fall sein, wenn mit der Strahlpumpe Heizkörper versorgt werden und alle Heizkörperventile ge schlossen sind, die Strahlpumpe drückt dann über ihren Sauganschluss Wärmeträgermedium in die Rücklaufleitung. In einigen Fällen wird angestrebt, solche Zustände zu erken nen und zu verhindern.

Diese Aufgaben werden durch Wärmemesseinrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 12 gelöst.

Die erfindungsgemäße Wärmemesseinrichtung weist zur Durchflussmessung eine regelbare Strahlpumpe auf, deren Einstellung von einem Positionsvorgabesignal vorgegeben wird. Das Positionsvorgabesignal oder eine dem Positions vorgabesignal bzw. der Stahlpumpeneinstellung entsprechen de Größe wird als Maß für den Durchfluss genommen. Dabei kann das Positionsvorgabesignal oder die ihm entsprechende Größe sowohl als Maß für den Zufluss, d. h. dem Fluss zu der Treibdüse der Strahlpumpe als auch als Maß für die Menge des abgegebenen Fluids genommen werden. Der betref fende Durchfluss wird dann mit der gemessenen entsprechen den Fluidtemperatur dazu herangezogen, die Wärmeleistung und/oder die Wärmemenge zu berechnen. Im einfachsten Fall ist dies eine Multiplikation der entsprechenden Signale.

Mit einer entsprechenden Wärmemesseinrichtung sowie dem betreffenden Verfahren ist die Messung der Wärmelei stung und die Erfassung der Wärmemenge möglich, ohne Durchflussmesser einsetzen zu müssen. Als Durchflussmesser dient die Strahlpumpe, wobei deren Einstellung, d. h. bspw. die Position eines Ventilkegels, der mit der Treibdüse zusammenwirkt, als Maß für den Durchfluss genommen wird. Es hat sich gezeigt, dass dies insbesondere dann zu recht präzisen Messergebnissen führt, wenn die Strahlpumpe auf eine konstante oder zumindest vorgegebene Ausgangstempera tur geregelt wird und an ihrem Sauganschluss Beimisch fluid, z. B. ausgekühltes Wärmeträgerfluid erhält. Die Aus gangstemperatur kann z. B. witterungsgeführt, d. h. zeit abhängig sein. Die "Ausgangstemperatur" kann die Vorlauf temperatur oder due Zulufttemperatur (Temperatur der abge gebenen Luft) eines angeschlossenen Heizregisters sein. Dies hat bei der Holztrocknung Bedeutung. Hier sind Wärme zähler erforderlich, um den Trocknungsvorgang zu steuern. Eine Temperaturmessung und -Regelung allein genügt meist nicht. Angestrebt wird eine Messung bzw. Regelung oder Steuerung der in einen Trockenraum eingetragenen Wärmemen ge. Die Erfindung ermöglicht den Wegfall der sonst übli chen teueren Durchflusszähler zur Wärmestromerfassung.

Bei konstanter oder zumindest bekannter Temperatur am Strahlpumpenausgang entspricht die Ventilposition auf we nige Prozent genau dem Durchfluss. Ein entsprechender funktionaler Zusammenhang der linear oder nichtlinear sein kann, kann in einer entsprechenden Speichereinrichtung der Verarbeitungseinrichtung abgelegt sein und dazu dienen, aus dem Positionsvorgabesignal oder einer diesem entspre chenden Größe den Durchfluss zu bestimmen.

Die Strahlpumpe kann vorteilhafterweise und unabhän gig von ihrem Einsatz als Durchflussmesseinrichtung mit mehreren Temperaturfühlern, bspw. einem Ausgangstempera turfühler und einem am Sauganschluss angeordneten Rück lauftemperaturfühler versehen sein. Die Regeleinrichtung überwacht dann z. B. lediglich, ob die Temperatur an dem Sauganschluss geringer ist als die Temperatur an dem Aus gangsanschluss. Falls nicht, ist die Strahlpumpe gekippt und wird geschlossen. Wird die Strahlpumpe dagegen als Kühler eingesetzt, d. h. einem Eingangstemperaturfühler, ist das Treibfluid kälter als das angesaugte Fluid, wird überwacht, ob der Ausgang kälter ist als der Saug anschluss. Falls nicht, ist die Strahlpumpe gekippt und wird geschlossen. Bedarfsweise kann auch ein Eingangstem peraturfühler vorgesehen sein. Der ordnungsgemäße Betrieb der Strahlpumpe ist dann daran zu erkennen, dass die Aus gangstemperatur zwischen der Eingangstemperatur und der Sauganschlusstemperatur liegt.

Evtl. gemeinsam mit einer Stelleinrichtung bildet die Strahlpumpe somit eine komplett vormontierbare Baugruppe, die sowohl als Regelorgan für den Vorlauf des nachgeordne ten Systems, als auch als Durchströmungsmesseinrichtung dient, was jedoch auch dann möglich ist, wenn die Sensoren und die Stelleinrichtung erst am Aufbauort montiert und bspw. in einiger Entfernung von der Strahlpumpe angeordnet werden. Die vormontierte Baugruppenbauweise vermeidet je doch Montagefehler und liefert eine kompakte und robuste Anordnung.

Der Stellantrieb der Strahlpumpe kann ein Proportio nalantrieb sein, der eine dem Positionsvorgabesignal ent sprechende Ventilspindelposition einstellt. Vorteilhafter weise ist der Stellantrieb jedoch ein Motorantrieb, der nur dann ein Signal erhält, wenn die Ventilspindel zu ver stellen ist. Die Position der Ventilspindel wird durch das Positionsvorgabesignal oder ein Positionssignal gekenn zeichnet, das die Position der Ventilspindel vorgibt. Das Positionssignal kann bspw. das Positionsvorgabesignal selbst sein, durch einen Ventilspindelpositionssensor ge liefert werden oder in der Regeleinrichtung als ein die Verstellung der Ventilspindel bestimmendes Signal erzeugt werden. Jedenfalls erfolgt die Durchflussbestimmung ohne gesonderten Durchflussmesser an der Einstellung der Strahlpumpe.

Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, der Zeich nung und/oder der Beschreibung. In der Figurenbeschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.

Es zeigen

Fig. 1 ein Wärmeversorgungssystem mit einer Wärmemesseinrichtung gemäß der Erfindung, in schematisierter Dar stellung,

Fig. 2 eine Verarbeitungseinrichtung der Wärmemess einrichtung nach Fig. 1, als Blockschaltbild,

Fig. 3 eine Verarbeitungseinrichtung für die Wärme versorgungsanlage und Wärmemesseinrichtung nach Fig. 1, in einer abgewandelten Ausführungsform als Blockschalt bild,

Fig. 4 eine Verarbeitungseinrichtung für die Wärme versorgungsanlage und Wärmemesseinrichtung nach Fig. 1, in einer weiter abgewandelten Ausführungsform als Block schaltbild,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Wärmemess einrichtung für eine Wärmeversorgungsanlage, in Prinzipdarstellung,

Fig. 6 eine Verarbeitungseinrichtung für die Wärme messeinrichtung nach Fig. 5, als Blockschaltbild,

Fig. 7 eine Strahlpumpe mit Stellantrieb und Tempera tursensoren, in längsgeschnittener und schematisierter Prinzipdarstellung,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer Wärmemess einrichtung für eine Holztrocknungsanlage, in Prinzipdar stellung, und

Fig. 9 eine Strahlpumpe mit Betriebsüberwachung, in schematisierter Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Wärmeversorgungsanlage 1 veran schaulicht, die zur Wärmeversorgung eines lediglich sche matisch veranschaulichten Wärmeverbrauchers 2 dient. Der Wärmetransport erfolgt mittels eines Wärmeträgerfluids, wie bspw. Dampf, Öl, Warmwasser oder Heißwasser. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel ist der Wärmeträger Wasser. Dieses wird an einer Leitung 3 bereitgestellt, wobei die an dieser Leitung 3 erfolgende Abnahme zu erfassen ist. Unter Abnahme kann sowohl die aktuelle Wärmeleistung, als auch die über einen Messzeitraum insgesamt gelieferte oder abgenommene Wärmemenge zu verstehen sein.

Der Wärmeverbraucher 2 benötigt an einem Misch-Vor lauf 04 Wärmeträgerfluid, d. h. Wasser mit einer bedarfs entsprechenden Temperatur. Im einfachsten Fall ist dies eine fest vorgegebene Temperatur. Bedarfsweise kann der gewünschte Temperaturwert (Solltemperatur) auch zeitabhän gig sowie abhängig von anderen Parametern wie Außentempe ratur, Innentemperatur, Windgeschwindigkeit oder sonstigen Parametern festgelegt werden. Zur Belieferung des Wärme verbrauchers 2 mit Wasser der gewünschten Temperatur, dient eine Strahlpumpe 5, die schematisch in Fig. 7 ver anschaulicht ist. Die Strahlpumpe 5 weist einen Eingang 6, einen Sauganschluss 7 und einen Ausgang 8 auf. Der Eingang 6 führt zu einer Treibdüse 9, auf deren stromabwärtiger Seite eine Fangdüse 11 und einen Diffusor 12 angeordnet sind. Zwischen der Fangdüse 11 und der Treibdüse 9 ist ein Saugspalt 14 begrenzt, der mit dem Sauganschluss 7 kommu niziert. An dem Eingang 6 ist ein Eingangstemperatursensor 15 angeordnet. An dem Sauganschluss 7 ist ein Rücklauf temperatursensor 16 und an dem Ausgang ist ein Ausgangs temperatursensor 17 angeordnet. Zur Einstellung des durch die Treibdüse 9 durchgelassenen Fluidstroms dient ein Ven tilkegel 18, der an einer Ventilspindel 19 gehalten ist. Diese ist in ihrer Axialposition durch einen Stellantrieb 20 verstellbar, der bspw. durch einen Getriebemotor, einen Schrittmotor oder eine ähnliche Stelleinrichtung gebildet wird. Die Stelleinrichtung hat die Aufgabe, den Ventilke gel einem Positionsvorgabesignal entsprechend einzustel len. Der Ventilkegel 18 mit Ventilspindel 19 und Stell motor 20 bilden an der Treibdüse 9 eine Stelleinrichtung 21, zur Einstellung der Strahlpumpe.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Wärme versorgungsanlage 1 ist die Strahlpumpe 5 mit ihrem Ein gang 6 an eine Vorlaufleitung 01 und mit ihrem Ausgang 8 an einen Misch-Vorlauf 04 angeschlossen. Ein von dem Wär meverbraucher 2 ankommender Rücklauf 02, der ausgekühltes Wärmeträgerfluid (Wasser) führt, ist letztendlich an eine Rücklaufleitung 22 angeschlossen. Von dem Rücklauf 02 zweigt eine Leitung 23 ab, die zu dem Sauganschluss 7 der Strahlpumpe 5 führt.

Der Stellmotor 20 und wenigstens der Ausgangstempera turfühler 17 sind an eine Regel- und Verarbeitungseinrich tung 25 angeschlossen, die in Fig. 1 schematisch veran schaulicht und detaillierter Fig. 2 zu entnehmen ist.

Die in Fig. 2 veranschaulichte Regel- und Verarbei tungseinrichtung 25 enthält eine Regeleinrichtung 26, die mit einem Eingang 27 an den Ausgangstemperaturfühler 17 und mit einem Ausgang 28 an den Stellmotor 20 angeschlos sen ist. An dem Eingang 27 ist ein die Temperatur in dem Misch-Vorlauf 04 kennzeichnendes Signal vorhanden (Ist- Temperatursignal). Ein zu der Regeleinrichtung 26 gehöriger Block 29 gibt die gewünschte Temperatur t_soll an dem Misch-Vorlauf 04 vor. Eine Vergleicherstufe 31 vergleicht die Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur und gibt an ihrem Ausgang ein die Differenz zwischen beiden kennzeich nendes Signal ab. Dieses wird der Regeleinrichtung 32 zu geführt, deren Ausgang dann die Position des Ventilkegels 18 durch das Positionsvorgabesignal an dem Ausgang 28 vor gibt. Dieses Signal wird eine Verarbeitungseinrichtung 33 zugeführt, die wie die Regeleinrichtung 26 zu der Regel- und Verarbeitungseinrichtung 25 gehört.

Das die Position des Ventilkegels 18 und somit die Einstellung der Strahlpumpe 5 kennzeichnende Signal durch läuft innerhalb der Verarbeitungseinrichtung 33 zunächst einen Funktionsblock 34a, der einen eindeutigen Funktions zusammenhang zwischen der Ventilkegelposition und dem an dem Vorlauf 01 vorhandenen Massenstrom ₀₁ herstellt. Der Zusammenhang zwischen der Ventilposition, d. h. dem Hub des Ventilkegels 18 und dem Massenstrom ₀₁ entspricht ungefähr einer S-Kurve oder einer parametrisierten Kurvenschar, die in einem Speicher abgelegt sein kann. Dem Massenstrom ₀₁ entspricht ein Massenstrom ₀₄, der sich über die Charakte ristik der Strahlpumpe 5 bestimmen lässt. Dazu ist in der Verarbeitungseinrichtung 33 ein Rechenblock 34 vorgesehen, der aus ₀₁, den Wert ₀₄ bestimmt. Dies kann anhand einer tabellarischen Zuordnung, einer Kennlinie oder eines Kenn linienfelds erfolgen. Der Massenstrom ₀₄ ist bei der ge regelten Strahlpumpe weitgehend unabhängig von Druckdiffe renz zwischen dem Eingang 6 und dem Sauganschluss 7. Bspw. ist in der Regel bei einer Verdoppelung oder Halbierung des Drucks mit einer Änderung des Massenstroms um jeweils weniger als 5% zu rechnen.

Der Rechenblock 34 erhält an einem anderen Eingang ein Temperatursignal, das der Temperatur t₀₄ an dem Vorlauf 04 entspricht. Der Rechenblock 34 bildet nun das Produkt aus ₀₄ und t₀₄ und gibt somit an seinem Ausgang ein Signal P₀₄ ab, das die augenblickliche Wärmeleistung kennzeichnet. Dieses Signal P₀₄ wird zu einem Zählerblock 35 geleitet, der das Signal zeitlich integriert oder summiert und somit die Wärmeleistung Q berechnet, die über den Vorlauf 04 abgenommen worden ist.

Die Strahlpumpe 5 bildet mit der Stelleinrichtung 21 und der Regel- und Verarbeitungseinrichtung 25 eine Wärme messeinrichtung 36, die wie folgt arbeitet:
An der Leitung 3 liegt heißes Wärmeträgerfluid an. Der Block 29 gibt die Solltemperatur für das Wärmeträger fluid vor, mit dem der Verbraucher 2 über den Vorlauf 04 zu versorgen ist. Entsprechend reguliert die Regelschleife 26 die Strahlpumpe 5 durch Einstellung der Position des Ventilkegels 18 ständig so ein, dass auch bei schwankender Fluidgeschwindigkeit, bspw. infolge wechselnder Wärmeab nahme durch den Wärmeverbraucher 2 in dem Vorlauf 04 die Ist-Temperatur jeweils mit der vorgegebenen Solltemperatur in Übereinstimmung gebracht wird. Entsprechend der Wärme abnahme durch den Wärmeverbraucher 2 wechselt dabei die Position des Ventilkegels 18. Diese Ventilkegelposition ist an dem Ausgang des Reglers 32, der bspw. ein P-Regler, ein PI-Regler oder ein PID-Regler sein kann, als Vorga besignal für die Position des Ventilkegels 18 vorhanden. Dieses Signal wird von der nachgeschalteten Verarbeitungs einrichtung als Maß für den Durchfluss gewertet. Dieses Maß wird in den Blöcken 34, 34a zur Berechnung des Massen stroms ₀₄ im Vorlauf 04 benutzt. Das Produkt aus ₀₄ und der ebenfalls bekannten Temperatur t₀₄ ist zumindest unter Voraussetzung einer konstanten Rücklauftemperatur die ge suchte Wärmeleistung P₀₄. Diese wird von dem Block 35 zu der abgenommenen Wärmemenge Q aufintegriert.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Regel- und Ver arbeitungseinrichtung 25 ist Fig. 3 zu entnehmen. Das von dem Regler 32 abgegebene Signal kennzeichnet die Position, die von dem Ventilkegel 18 eingenommen werden soll. Dieses Signal pos ist das Vorgabesignal für einen Positionsregler 40. Dieser ist mit einem Eingang 41 an einen nicht weiter veranschaulichten Positionssensor angeschlossen, der Teil der in Fig. 7 veranschaulichten Strahlpumpenbaugruppe sein kann. Der Positionsregler 40 erhält an seinem Eingang 41 das Ist-Signal, das die Ventilspindelposition kenn zeichnet. Er stellt über den Ausgang 28 den Ventilkegel 18 auf die gewünschte Position ein. Entsprechend ist die nachgeschaltete Verarbeitungseinrichtung 25 an den Posi tionseingang 41 angeschlossen, um mit einem die Ventilke gelposition kennzeichnenden Signal versorgt zu werden. Alternativ kann eine entsprechende Reglergüte des Reglers 40 vorausgesetzt der Eingang des Blocks 34a, d. h. der Ver arbeitungseinrichtung 25 auch an das Signal pos, d. h. den Ausgang des Reglers 32 angeschlossen sein.

Bei den Regel- und Verarbeitungseinrichtungen 25 nach den Fig. 2 und 3 ist eine in den Figuren nicht veran schaulichte Abwandlung möglich. Diese Abwandlung liegt darin, dass anstelle der Temperatur t₀₄, die von dem Aus gangstemperaturfühler 17 gemessen wird, die Temperatur t₀₁ zugeführt wird, die von dem Eingangstemperaturfühler 15 geliefert wird. Der in den Fig. 2 und 3 untere Eingang des Blocks 34, der einen Temperatureingang bildet, ist somit nicht an den Eingang 27, sondern an einen nicht wei ter veranschaulichten gesonderten Eingang angeschlossen, der zu den Eingangstemperaturfühler 15 führt. Der Eingang 27 ist nach wie vor mit dem Ausgangstemperaturfühler 17 verbunden. Bei dieser Ausführungsform kann die Umrechnung des Massenstroms ₀₁ in den Massenstrom ₀₄ in dem Block 34 entfallen.

Eine weitere verbesserte Ausführungsform der Regel- und Verarbeitungseinrichtung 25, bei der die Rücklauftem peratur variable Werte annehmen darf, ist in Fig. 4 ver anschaulicht. Soweit Übereinstimmung mit Fig. 2 besteht, wird auf die entsprechende Beschreibung verwiesen. Im Un terschied zu den im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Ausführungsformen ist jedoch an der Regel- und Verarbei tungseinrichtung 25 ein zusätzlicher Temperatureingang 42 vorgesehen, der mit dem Rücklauftemperaturfühler 16 ver bunden ist. An die Eingänge 27, 42 ist eine Differenzbil dungsschaltung (Subtrahierschaltung) 43 angeschlossen, die an ihrem positiven Eingang die Vorlauftemperatur t₀₄ und an ihrem negativen Eingang die Rücklauftemperatur t₀₂ erhält. An ihrem Ausgang wird ein Signal abgegeben, das die Tempe raturdifferenz zwischen Vorlauf 04 und Rücklauf 02 kenn zeichnet. Dieses Signal wird in dem Block 34 mit einem den Massenstrom ₀₄ kennzeichnenden Signal multipliziert, wo durch die Augenblickswärmeleistung P und durch Integration in den Block 35 die insgesamt abgenommene Wärmemenge Q erhalten wird.

Eine weiter verfeinerte Ausführungsform lässt sich den Fig. 5 und 6 entnehmen. In Fig. 5 ist eine Strahl pumpenbaugruppe 5' veranschaulicht, die als vormontierter Block sowohl der Regulierung der Vorlauftemperatur für einen nachgeordneten Wärmeverbraucher, der über den Vor lauf 04 versorgt wird, sowie der Erfassung der abgegebenen Wärmemenge dient. Dies in Verbindung mit der Regel- und Verarbeitungseinrichtung 25, die bei dieser Ausführungs form an alle Sensoren 15, 16, 17 sowie, falls erforder lich, an einen Positionssensor zur Erfassung der Ventil spindelposition (Leitung 44) angeschlossen ist. In Fig. 6 sind an den betreffenden Eingängen der Regel- und Verar beitungseinrichtung 25 die Bezugszeichen der jeweiligen Sensoren sowie des Stellmotors 20 vermerkt, die an den betreffenden Eingang angeschlossen sind. Die Regeleinrich tung 26 stellt anhand der gemessenen Temperatur t₀₄ im Zu sammenhang mit Fig. 3 beschriebener Weise den Stellmotor 20 so ein, dass die gewünschte Vorlauftemperatur t₀₄ er reicht wird, die fest oder durch ein externes Signal vor gegeben ist.

Die Berechnung der abgenommenen Wärmemenge erfolgt auf Basis des von der Strahlpumpe 5 oder der Strahlpumpen baugruppe 5' abgenommenen Massenstroms ₀₁ sowie der Tempe raturdifferenz zwischen Vorlauf 01 und Rücklauf 02. Zur Ermittlung dieser Temperaturdifferenz dient eine Subtra hierstufe 43. Ihr Ausgangssignal entspricht der Tempera turdifferenz Δt_01-02. Die Multiplizierstufe 34 bildet aus dem Signal ₀₁ und der Temperaturdifferenz die Wärmelei stung P, die von der Zähler- oder Integrierstufe 35 inte griert wird.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, in der Stufe 34a Druckänderungen des Systems zu berücksichtigen, auch wenn diese nur einen verschwindet geringen Einfluss auf die erfasste Wärmemenge haben. Damit kann die Präzisi on der Wärmemesseinrichtung weiter gesteigert werden.

Bspw. bildet eine Subtrahierstufe 46 eine Druckdifferenz zwischen den über Sensoren erfassten Druck in dem Vorlauf 01 und in dem Rücklauf 02. Die gebildete Druckdifferenz ΔP wird dem Kennlinienblock 34a zugeführt, der zur Umsetzung der Ventilposition in den Massenstrom ₀₁ die der Druckdif ferenz entsprechende Kennlinie aus einer Kennlinienschar auswählt. Entsprechend kann die Temperatur t₀₄ zur Auswahl einer passenden Kennlinie herangezogen werden.

Wie in Fig. 5 angedeutet, gestattet die Regel- und Verarbeitungseinrichtung 25 bedarfsweise die Abgabe eines weiteren Signals auf einer Leitung 48. Diese Leitung kann bspw. ein von der Rücklauftemperatur t₀₂ abhängiges Signal abgeben. Bspw. ist es möglich, den Ventilator eines Außen lufterhitzers von diesem Signal gesteuert zu betreiben. Damit wird es möglich, den Außenlufterhitzer erst dann einzuschalten, wenn die Rücklauftemperatur, die von dem Rücklauftemperaturfühler 16 gemessen wird, einen Grenzwert überschritten hat, so dass das Einfrieren von Außenluft registern beim Anfahren einer Anlage verhindert wird.

Die komplette Überwachung der Strahlpumpe 5 mittels der drei Temperaturfühler 15, 16, 17 gestattet außerdem eine Überwachung auf ordnungsgemäßen Betrieb, so dass ein Umkippen der Strahlpumpe wirksam verhindert werden kann. Wird der Misch-Vorlauf 04 abgesperrt, kann ein Durchdrü cken des Wärmeträgers von dem Vorlauf 01 in den Rücklauf 02 durch erhöhte Temperatur an dem Rücklauftemperaturfüh ler 16 sofort erkannt und durch Schließen der Strahlpumpe 5 unterbunden werden.

Bei der vorgestellten Wärmemesseinrichtung kann ein zusätzlicher Regeleingriff an dem Rücklauf 02 oder in der Leitung 23 vorgenommen werden. Dies bspw., um die Tempera turdifferenz zwischen dem Misch-Vorlauf 04 und dem Rück lauf 02 besser konstant zu halten. Die Durchflusserfassung durch die Strahlpumpe wird dadurch nicht beeinträchtigt.

In Fig. 8 ist eine Anwendung der Wärmemesseinrichtung an einer Trockenkammer 51 veranschau licht. Die Trockenkammer 51 dient bspw. dem Trocknen von Holz mittels vorgewärmter Luft. Zur Lufterwärmung ist ein Luftheizregister 52 vorgesehen, das von Außenluft AL durchströmt ist. Dazu dient ein Gebläse 53, das den Tro ckenraum 51 mit Warmluft versorgt. Aus dem Trockenraum 51 abgesaugte Luft wird über ein Abluftgebläse als Fortluft FL ins Freie gefördert. Die Temperatur der dem Trockenraum 51 zugeführten Luft wird über einen Temperatursensor 17' erfasst. Dieser ersetzt den Temperatursensor 17, wie er bei der Ausführungsform nach Fig. 1 oder 5 vorgesehen ist.

Das Luftheizregister 52 wird über die Strahlpumpe 5 gespeist. Entsprechend wird es über den Vorlauf 04 mit Wärmeträgerfluid der gewünschten Temperatur versorgt. Die Strahlpumpe 5 ist mit ihrem Sauganschluss 7 an den Rück lauf 02 angeschlossen, an dem ein Rücklauftemperatursensor 16' angeordnet ist. Dieser ersetzt den Temperatursensor 16 der vorstehenden Ausführungsformen. Ansonsten besteht weitgehend Übereinstimmung mit den vorigen Ausführungs formen, so dass erklärungshalber auf diese verwiesen wird.

Bei der zur Holztrocknung eingerichteten Anlage nach Fig. 8 erfasst die Steuereinrichtung 25 die Zulufttempe ratur des Trockenraums 51, die im Wesentlichen mit der Vorlauftemperatur des Vorlaufs 04 übereinstimmt. Aus der Temperaturdifferenz zwischen der mit dem Temperatursensor 17' gemessenen Temperatur und der mit dem Temperatursensor 16' gemessenen Temperatur bestimmt die Steuereinrichtung 25 die sekundärseitige Temperaturdifferenz Δt_s. Aus der Position des Stellglieds der Strahlpumpe 5, die dem Steu ersignal auf einer von der Steuereinrichtung 25 zu der Stelleinrichtung 20 führenden Leitung 20' entspricht, be stimmt die Steuereinrichtung 25 den sekundärseitigen Mas senstrom ₀₄. Das im Weiteren von der Steuereinrichtung 25 bestimmte Produkt aus ₀₄ und Δt_s entspricht der über das Luftheizregister 52 dem Trockenraum 51 zugeführten Wärme menge. Eine nicht weiter veranschaulichte Vorgabeeinheit, die auch Teil der Steuereinrichtung 25 sein kann, steuert nun die Strahlpumpe 5 so, dass dem Trockenraum 51 zu jedem Zeitpunkt die gewünschte Wärmemenge zugeführt wird.

Es werden insbesondere Strahlpumpenstellantriebe 20 bevorzugt, den ein stetiges Steuersignal zuzuführen ist, das die Ventilkegelposition unmittelbar vorgibt. Bspw. werden Strahlpumpen 5 eingesetzt, deren Stellantrieb 20 von einer Steuerspannung zwischen 0 Volt und 10 Volt zu steuern ist, wobei die Strahlpumpe bei 0 Volt Steuerspan nung ganz zu und bei 10 Volt Steuerspannung ganz auf ist. Eine Steuerspannung von 5 Volt entspricht bspw. 50%er Öff nung. Außerdem kann die Strahlpumpe bzw. ihr Stellantrieb mit einem Ferngeber versehen sein, der ein entsprechendes Positionssignal an die Steuereinheit 25 liefert.

In Fig. 9 ist außerdem die Überwachung einer Strahl pumpe 5 auf ordnungsgemäßen Betrieb veranschaulicht. Eine Überwachungseinrichtung 55 erfasst über einen entsprechen den Sensor 17 die Temperatur an dem Vorlauf 04 sowie über einen Sensor 16 die Temperatur an dem Sauganschluss 7 der Strahlpumpe 5. Bspw. ist dies die Temperatur des Rücklaufs 02. Anhand der erfassten Temperaturen kann die Überwa chungseinrichtung 55 erfassen, ob die Strahlpumpe 5 ord nungsgemäß arbeitet. Ist dies der Fall, ist die an dem Sauganschluss 7 gemessene Temperatur niedriger als die Vorlauftemperatur die der Sensor 17 liefert. Wird jedoch in dem an den Vorlauf 04 angeschlossenen Kreis ein zu ho her Gegendruck aufgebaut, bspw. indem alle Wärmeverbrau cher abgesperrt werden (bspw. alle Heizkörperventile ge schlossen), neigt die Strahlpumpe 5 dazu umzukippen, d. h. aus dem Vorlauf 01 stammendes Wärmeträgerfluid an den Sauganschluss 7 abzugeben. In diesem unerwünschten Be triebszustand steigt die Temperatur an dem Sauganschluss 7 abrupt an, was die Überwachungseinrichtung 55 erfasst. Erreicht die Temperatur an dem Sauganschluss 7 die Vor lauftemperatur, die der Sensor 17 misst oder übersteigt diese gar, ist die Strahlpumpe 5 gekippt. Sie wird dement sprechend von der Steuereinrichtung 55 geschlossen.

Alternativ kann insbesondere bei Strahlpumpen ohne Stelleinrichtung ein in dem Vorlauf 01 angeordnetes Ventil 56 über einen entsprechenden Stellantrieb 57 geschlossen werden.

Ergänzend oder alternativ können auch die primär- und sekundärseitig erfassten Wärmemengen verglichen werden. Die Einstellung der Strahlpumpe lässt, wie vorstehend er läutert, auf m01. und m04., d. h. den primär- und den se kundärseitigen Wärmeträgermassenstrom schließen. Durch Multiplikation mit der jeweils entsprechenden Temperatur differenz Δt_p bzw. Δt_s (Δt_p = t₀₁ - t₀₂; Δt_s = t₀₄ - t₀₂) werden die primär- und sekundärseitig erfassten Wärmeströme be stimmt. Sind diese ungleich, deutet dies auf einen unzulässigen Betriebszustand der Strahlpumpe 5 hin, woraufhin diese ebenfalls abgeschaltet werden kann. Der Wiederanlauf der Strahlpumpe kann durch ein externes Signal oder zeit gesteuert versucht werden.

In einer Wärmemesseinrichtung und Überwachungsein richtung dient eine Strahlpumpe sowohl als Regeleinrich tung und kann zusätzlich auch zur Erfassung des Durchflus ses dienen. Der Durchfluss durch die Strahlpumpe wird aus der Position eines Ventilkegels 18 abgeleitet, mit dem die Treibdüse 9 der Strahlpumpe 5 regulierbar ist. Die Strahl pumpe 5 ist dabei auf eine Ausgangstemperatur geregelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind an der Strahl pumpe 5 Temperaturfühler 15, 16, 17 angeordnet, die die für die Regelung und Temperaturerfassung erforderlichen Signale liefern.

Claims

1. Wärmemesseinrichtung (36) zur Erfassung der von einem durchfließenden Medium transportierten Wärmeleistung oder -menge, insbesondere für eine Wärmeversorgungsanlage (1),
mit wenigstens einem Temperaturfühler (15, 16, 17) zur Erfassung der Temperatur des Mediums, der ein der Tem peratur des Mediums entsprechendes Signal liefert,
mit einer regelbaren Strahlpumpe (5), die mit ihrem Eingangsanschluss (6) an eine Quelle (3) des Mediums an zuschließen ist, die mit ihrem Sauganschluss (7) an eine ausgekühltes Medium führende Leitung (02) anzuschließen ist und die mit ihrem Ausgang (8) an eine mit warmem Medi um zu versorgende Einrichtung (2) anzuschließen ist,
mit einer Stelleinrichtung (21), die mit der Strahl pumpe (5) zur Einstellung derselben gemäß einem Positions vorgabesignal verbunden ist,
mit einer Regeleinrichtung (26) zur Erzeugung eines Positionsvorgabesignals und zur Einstellung der Strahlpum pe (5) mittels deren Stelleinrichtung (21) und
mit einer Verarbeitungseinrichtung (33), der das Sig nal des wenigstens einen Temperaturfühlers (15, 16, 17) und das Positionsvorgabesignal oder ein der Einstellung der Strahlpumpe (5) entsprechendes Signal zugeführt wer den, um aus diesen die durchgeflossene Wärmeleistung (P) und/oder Wärmemenge (Q) zu bestimmen.

2. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Temperaturfühler (17) als Ausgangs temperaturfühler an dem Ausgang (8) der Strahlpumpe (5) angeordnet ist und das Signal laufend abgibt.

3. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass an dem Eingangsanschluss (6) der Strahlpumpe (5) einer der Temperaturfühler (15) als Eingangstemperaturfühler vorgese hen ist, der fortwährend ein Eingangstemperatursignal ab gibt.

4. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass an dem Sauganschluss (7) der Strahlpum pe (5) einer der Temperaturfühler (16) als Rücklauftemperatur angeordnet ist, der ein Rücklauftemperatursignal abgibt.

5. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass zu der Stelleinrichtung (21) ein Ven tilglied (18) und ein Stellantrieb (20) gehören, die einer Treibdüse (9) der Strahlpumpe (5) zugeordnet sind.

6. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Strahlpumpe (5), die Stelleinrich tung (20) und die Temperaturfühler (15, 16, 17) eine Bau gruppe als Durchfluss- und Temperaturerfassungseinheit bilden, die vormontiert in unterschiedlichen Systemen ein setzbar ist.

7. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stellantrieb (20) ein Motorstell antrieb ist, der das Ventilglied (18) Positionsvorgabesig nalen entsprechend positioniert.

8. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26) die Stellein richtung (21) derart ansteuert, dass die an dem Ausgangs anschluss (8) der Strahlpumpe (5) vorhandene Temperatur mit einem Temperatursollwert in Übereinstimmung gebracht wird.

9. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (33) zur Bestimmung der Wärmemenge das Produkt aus dem Positions vorgabesignal oder einer anderen von der Position des Ven tilglieds (18) abhängigen oder diese vorgebenden Größe und einem Temperaturwert bildet, der aus wenigstens einem Tem peratursignal der Temperaturfühler (15, 16, 17) der Strahlpumpe (5) abgeleitet ist.

10. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatursignal eine Temperatur differenz aus der Eingangstemperatur t₀₁ und der Rücklauf temperatur t₀₂ oder aus der Ausgangstemperatur t₀₄ und der Rücklauftemperatur t₀₂ ist.

11. Wärmemesseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung das Po sitionsvorgabesignal oder eine andere von der Position des Ventilglieds (18) abhängige oder diese vorgebende Größe als Wert für den primären Durchfluss ₀₁ oder den sekundä ren Durchfluss ₀₄ einsetzt.

12. Verfahren zum Erfassen der Wärmeleistung eines durch eine Erfassungsstelle strömenden Wärmeträgerfluids, mit folgenden Schritten:
das Wärmeträgerfluid wird durch eine Strahlpumpe ge leitet, die dem Wärmeträgerfluid ausgekühltes Wärmeträger fluid beimischt,
die Strahlpumpe wird mittels einer Regeleinrichtung jeweils immer derart eingestellt, dass an ihrem Ausgang unabhängig vom Durchsatz eine konstante Vorlauftemperatur vorhanden ist,
die Einstellung der Strahlpumpe wird erfasst und in ein Positionssignal umgesetzt,
es wird die Temperatur des Wärmeträgerfluids an dem Eingang oder dem Ausgang der Strahlpumpe sowie in einem Rücklauf bestimmt,
aus der Eingangstemperatur oder der Ausgangstempera tur und der Rücklauftemperatur wird ein Temperaturdiffe renzsignal des Wärmeträgerfluid gebildet,
aus dem Temperaturdifferenzsignal und dem Positions signal wird ein Produkt gebildet, das als Maß für die ak tuelle Wärmeleistung herangezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass das Produkt zur Bestimmung der Wärmemenge aufsummiert oder aufintegriert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 und zur Überwachung des Betriebs einer Strahlpumpe, bei dem die Temperatur des Mediums an dem Ausgang der Strahlpumpe und die Temperatur des Mediums an dem Sauganschluss erfasst und miteinander verglichen werden und bei dem die Strahlpumpe abgeschaltet wird, wenn die Temperatur des Mediums an dem Sauganschluss gleich ist oder größer ist als an dem Ausgang.

15. Verfahren nach Anspruch 12 und zur Überwachung des Betriebs einer Strahlpumpe, bei dem aus der Stellung eines Drosselorgans der Strahlpumpe der primäre Durchfluss ₀₁ und der sekundäre Durchfluss ₀₄ bestimmt werden, bei dem der jeweilige Durchfluss mit der ihm zugeordneten Tem peraturdifferenz multipliziert wird (₀₁.Δt_p; ₀₄.Δt_s) und bei dem die Strahlpumpe abgeschaltet wird, wenn das Produkt ₀₄.Δt_s deutlich kleiner ist als das Produkt ₀₁ .Δt_p.

16. Vorrichtung zur Fluidversorgung einer Einrichtung mit tels einer Strahlpumpe (5), mit einer Steuereinrichtung (25), die das Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15 umsetzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (5) ein von der Steuereinrichtung (25) betätigtes Steuerorgan (18) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlpumpe (5) ein von der Steuereinrichtung (25) gesteuertes Abschaltventil (56) vorgeschaltet ist.