DE1129316B - Heat meter - Google Patents

Description

Wärmemengenzähler Zur Messung der Wärmeentnahme aus Zentralheizungen kommen zwei Methoden in Frage. Eine dieser bekannten Methoden besteht darin, den Gesamtverbrauch einer Anlage nach der sogenannten »kalorischen Grundgleichung« zu bestimmen, indem man die jeweils fließende Menge des Wärmeträgers (Warm-, Heißwasser usw.) mit dem Temperaturabfall zwischen Vor- und Rücklauf multipliziert und das Produkt fortlaufend summiert. Voraussetzung ist eine Rohrverlegung in der Art, daß alle Heizkörper der Anlage von nur einem Zu- und einem Rücklauf aus versorgt werden. Dies trifft zu z. B. bei Stockwerksheizungen oder ganzen Gebäuden oder Gebäudekomplexen.Heat meter For measuring the amount of heat drawn from central heating two methods are possible. One of these known methods is to use the Total consumption of a system according to the so-called "basic caloric equation" determine by taking the respective flowing amount of the heat transfer medium (warm, hot water etc.) multiplied by the temperature drop between flow and return and that Product totaled continuously. The prerequisite is a pipe laying in such a way that all radiators in the system are supplied from just one inlet and one return. This is true e.g. B. for floor heating or entire buildings or building complexes.

In vielen Fällen jedoch, insbesondere bei Schwerkraftheizungen, erfolgt die Versorgung der einzelnen Heizkörper eines Mieters mittels mehrerer vertikal hochgeführter Stränge, aus denen jeweils die Heizkörper verschiedener übereinanderwohnender Mieter gespeist werden. In diesem Falle muß daher die Wärmeabgabe jedes einzelnen Heizkörpers für sich gemessen werden. Der Einsatz eines nach der obengenannten kalorischen Grundgleichung arbeitenden Gerätes scheiterte bisher an der erheblichen Baugröße der zur Zeit bekannten Vorrichtungen dieser Art und an dem mit dem großen Aufwand verbundenen hohen Preis derselben. Im Interesse der Vereinfachung und Verbilligung kann man in diesem Fall won der zweiten bekannten Meßmethode unter Zugrundelegung der sogenannten »Strahlungsgleichunge eines Heizkörpers Gebrauch machen: Q = k (tm - t) (tmtz) [kcalih]. In many cases, however, especially in the case of gravity heating, it takes place the supply of the individual radiators of a tenant by means of several vertical ones elevated strands, each of which makes up the radiators of different ones living on top of each other Tenants are fed. In this case, therefore, the heat output of each individual Radiator can be measured by itself. The use of one according to the above caloric Basic equation working device has so far failed due to its considerable size the currently known devices of this type and the one with the great effort associated high price of the same. In the interests of simplification and cheaper in this case one can use the second known measuring method as a basis make use of the so-called »radiation equation of a radiator: Q = k (tm - t) (tmtz) [kcalih].

Hiernach ist die Wärmeabgabe Q eines Reizkörpers von der mittleren Temperatur tm des Wärmeträgers im Heizkörper abhängig, jedoch nicht von der Menge des strömenden Mediums. Die Oberfläche F und die spezielle Ausführung k des Heizkörpers (z. B. Material) werden durch die beiden genannten Konstanten berücksichtigt. Die k-Werte sind DIN-mäßig für die verschiedenen Typen tabellarisch festgelegt. Die Temperatur tz der Umgebungsluft (Zimmertemperatur) wird vielfach zwecks weiterer Vereinfachung ebenfalls als nahezu konstant angenommen, da jeder Mieter die Zimmertemperatur auf etwa 200 C einregulieren wird. According to this, the heat output Q of a stimulus body is different from the middle one Temperature tm of the heat transfer medium in the radiator depends, however, not on the amount of the flowing medium. The surface F and the special design k of the radiator (e.g. material) are taken into account by the two constants mentioned. the k values are specified in a table according to DIN for the various types. the Temperature tz of the ambient air (room temperature) is often used for the purpose of further Simplification is also assumed to be almost constant, since every tenant has the room temperature will regulate to about 200 C.

Die in der Praxis vorkommenden Anwendungsfälle verlangen nun Messungen sowohl nach der ersten als auch nach der zweiten Methode, ja in vielen Fällen handelt es sich um »Mischfälle«, bei denen die strömende Menge nur zu einem Teil zu berücksichtigen ist. Dies hängt von der Art der Heizungsanlage selbst und von dem Ort und der Art der Messung ab. Es kommen also die folgenden Fälle vor: a) Die Strömungsgeschwindigkeit ist als proportionaler Faktor zu berücksichtigen; b) die Strömungsgeschwindigkeit ist praktisch ohne Einfluß auf die Messung, sie wird als konstant angenommen; c) die Strömungsgeschwindigkeit wird nur zum Teil berücksichtigt. The applications that occur in practice now require measurements acts according to both the first and the second method, yes in many cases these are "mixed cases" in which only part of the flowing volume has to be taken into account is. This depends on the type of heating system itself and on the location and type the measurement. The following cases occur: a) The flow velocity is to be considered as a proportional factor; b) the flow rate has practically no influence on the measurement, it is assumed to be constant; c) the flow velocity is only partially taken into account.

Zur Erläuterung soll ein Beispiel gebracht werden: Baut man z. B. ein Gerät in die Mitte eines Heizkörpers ein, so könnte die Messung nach der Strahlungsgleichung des Heizkörpers erfolgen, die abgegebene Wärmemenge wäre allein von der in der Mitte herrschenden Temperatur und nicht von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Bei langsamer Strömung (z. B. Schwerkraftheizung) liegt z. B. bei einer angenommenen mittleren Temperatur von 800 C die Eintrittstemperatur bei 900 C, die Austrittstemperatur bei 700 C. Dagegen lägen bei z. B. vierfach größerer Strömungsgeschwindigkeit (z.B. Pumpenheizung) die entsprechenden Temperaturen bei 82,5 bzw. 77,50 C. An example should be given to illustrate this: B. a device in the middle of a radiator, so the measurement according to the radiation equation of the radiator, the amount of heat given off would only come from that in the middle prevailing temperature and not dependent on the flow velocity. at slow flow (e.g. gravity heating) is z. B. at an accepted mean temperature of 800 C, the inlet temperature at 900 C, the outlet temperature at 700 C. On the other hand, z. B. four times greater flow velocity (e.g. Pump heating) the corresponding temperatures at 82.5 or 77.50 C.

Trotz dieser unterschiedlichen Temperaturverhältnisse am Heizkörpereingang bzw. -ausgang ist die Wärmeabgabe in beiden Fällen gleich groß.Despite these different temperature conditions at the radiator inlet or output, the heat dissipation is the same in both cases.

In der Praxis kann nun das Gerät vielfach nur im Heizkörpereingang oder -ausgang eingebaut werden, also an Orten, deren Temperaturen nicht mehr mit der mittleren Heizkörpertemperatur übereinstimmen und die außerdem von der Strömungsgeschwindigkeit abhängen. Obgleich man also bei diesem Beispiel die abgegebene Wärme des Heizkörpers mißt, was an sich nach der Strahlungsgleichung zu erfolgen hätte, ist dennoch die Strömungsgeschwindigkeit mit zu be- rücksichtigen, weil man die Messung eben nicht an der vorgeschriebenen Heizkörpermitte, sondern an anderer geeigneter Stelle vornimmt, deren Temperatur mit der mittleren Heizkörpertemperatur über die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers funktionell verknüpft ist. In practice, the device can often only be used in the radiator inlet or outlet, i.e. in places whose temperatures are no longer with the mean radiator temperature and the flow rate as well depend. Although in this example the heat given off by the radiator is used measures what should actually take place according to the radiation equation, is nevertheless the Flow velocity with to be loaded take into account because you have the Measurement not at the prescribed center of the radiator, but at another suitable one Body makes its temperature with the mean radiator temperature above the Flow rate of the heat carrier is functionally linked.

Die vorliegende Erfindung erlaubt nun die Anpassung an die in der Praxis gegebenen Anwendungsfälle. Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Wärmemengenzähler, bei welchem die Wärmemenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers gemessen wird, mit einem über eine magnetische Kupplung von einem vom Wärmeträger betätigten Flügelrad od, dgl. angetriebenen, in einem zähen Medium drehbar gelagerten und mit einem Zählwerk gekuppeiten Rotor. Die Erfindung besteht darin, daß bei dieser Vorrichtung das zähe Medium der Wärmeeinwirkung des Wärmeträgers derart ausgesetzt ist, daß die Temperaturabhängigkeit der Anzeige lediglich durch die durch das zähe Medium auf den Rotor ausgeübte Bremswirkung erzielt wird und daß das am Rotor erzeugte Drehmoment durch die Wahl des Rotormaterials mehr oder weniger stark von der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers abhängig gemacht wird. The present invention now allows adaptation to the Use cases given in practice. The invention is based on a heat meter, at which the amount of heat is measured as a function of the temperature of the heat carrier is, with one actuated by the heat transfer medium via a magnetic coupling Impeller od the like. Driven, rotatably mounted in a tough medium and with rotor coupled to a counter. The invention consists in that in this device the viscous medium is exposed to the heat of the heat carrier in such a way that the temperature dependence of the display only due to the viscous medium Braking effect exerted on the rotor is achieved and that generated on the rotor Torque due to the choice of rotor material more or less depends on the flow speed of the heat transfer medium is made dependent.

In Abb. 1 ist das Meßprinzip an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei hier angenommen ist, daß das Gerät in der Mitte eines ge teilten Heizkörpers sitzt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit nicht in die Messung eingehen darf. In Fig. 1, the measuring principle is shown in more detail using an exemplary embodiment explained, it being assumed here that the device is divided in the middle of a ge The radiator is seated so that the flow velocity is not included in the measurement allowed.

Die weiteren Fälle ergeben sich dann in Erweiterung dieses Beispiels.The other cases then result from an extension of this example.

Bei Strömung des Wärmeträgers dreht sich der Flügel 1 und setzt damit auch den Permanentmagneten 2 in Drehung, der mit dem Flügel fest verbunden ist. Dieser zwei- oder mehrpolig magnetisierte Permanentmagnet erzeugt bei Rotation ein konstantes Mitnahmemoment an dem im oberen Teil des Gerätes in einem zähen ö13 sitzenden Rotor 4, und zwar unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit des Flügelrades. Dies läßt sich praktisch z. B. dadurch realisieren, daß man den Rotor als Eisenanker mit unsymmetrischen Polen ausbildet, z.B. bei vierpoliger Magnetisierung des Permanentmagneten mit vier Polen (vgl. Abb. 2 und 3). Der mit dem Flügel umlaufende Permanentmagnet übt jedesmal, wenn seine Pole an denen des Rotors vorbeistreichen, ein Mitnahmemoment aus. Bei rascherem Umlauf des Magneten ist zwar die jeweilige Dauer der Wirkung kürzer als bei langsamem Umlauf, jedoch ist die Häufigkeit der Vorbeiläufe in gleichem Maße größer, so daß der zeitliche Mittelwert des Mitnahmemomentes konstant und unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit ist. Entsprechend der Polzahl des Magneten ändert sich das Drehmoment während eines Umlaufes mehrere Male von einem Minimal- zu einem Maximalwert. Es ist zweckmäßig, die Amplitude dieser periodischen Schwankung klein zu halten, um ein »Zittern« des Rotors zu vermeiden. In einfacher Weise geschieht dies z. B. dadurch, daß man die Zahl der Pole des Rotors nicht, wie in Abb. 2 und 3 ausgeführt, gleich der Polzahl des Magneten wählt, sondern kleiner oder größer, z.B. bei einem vierpoligen Magneten drei- oder fünf- oder noch höherpolig. When the heat transfer medium flows, the wing 1 rotates and thus sets also the permanent magnet 2 in rotation, which is firmly connected to the wing. This two-pole or multi-pole magnetized permanent magnet generates a when it rotates constant driving torque on the one in the upper part of the device in a tough ö13 Rotor 4, regardless of the rotational speed of the impeller. this can be practically z. B. realize that the rotor is an iron armature with asymmetrical poles, e.g. with four-pole magnetization of the permanent magnet with four poles (see Fig. 2 and 3). The permanent magnet rotating with the wing Every time its poles brush past those of the rotor, it exerts a drag the end. With faster rotation of the magnet, the respective duration of the effect is indeed shorter than with slow circulation, but the frequency of the passes is the same Dimensions larger, so that the mean value of the driving torque over time is constant and independent on the speed of rotation. Changes according to the number of poles of the magnet the torque changes several times from a minimum to a Maximum value. It is appropriate to keep the amplitude of this periodic fluctuation small to hold in order to avoid a "trembling" of the rotor. It happens in a simple way this z. B. by not having the number of poles of the rotor, as in Fig. 2 and 3 executed, selects the same as the number of poles of the magnet, but smaller or larger, E.g. with a four-pole magnet three or five or even more poles.

An Stelle dieser Art der Drehmomenterzeugung kann man auch nach dem Prinzip der Hysteresemitnahme arbeiten. Weiter kann an Stelle des Rotors aus Eisen ein solcher aus Magnetmaterial mit geeigneter Polausbildung zur Anwendung kommen. Auch die Vertauschung von Magnet und Rotor ist möglich, ohne die Wirkung zu ändern. Instead of this type of torque generation, you can also use the Working principle of hysteresis entrainment. Can continue in place of the rotor made of iron one made of magnetic material with a suitable pole formation can be used. It is also possible to swap the magnet and rotor without changing the effect.

Das Öl im oberen Teil des Gerätes nimmt infolge des guten Wärmekontaktes die Temperatur des strömenden Wärmeträgers an und besitzt infolgedessen eine von dieser Temperatur bestimmte Zähigkeit. Das zähe Öl bremst nun den Rotor gerade so weit ab, bis das wirksame Bremsmoment dem Mitnahmemoment das Gleichgewicht hält. Wählt man nun ein Ö1, dessen Zähigkeits-Temperatur-Kurve so verläuft, daß die Abbremsung entsprechend der oben angegebenen Gleichung erfolgt, so ist die Rotordrehzahl unmittelbar gleich der vom Heizkörper abgegebenen Wärme. The oil in the upper part of the device decreases as a result of the good thermal contact the temperature of the flowing heat transfer medium and consequently has one of toughness determined by this temperature. The viscous oil now just brakes the rotor far away until the effective braking torque keeps the driving torque in equilibrium. If one now selects an oil whose viscosity-temperature curve runs in such a way that the deceleration takes place according to the equation given above, the rotor speed is immediate equal to the heat given off by the radiator.

Mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit erfüllen Öle, Gemische oder Lösungen (z. B. Lösungen hochpolymerer Stoffe) die Forderungen.Oils and mixtures perform with sufficient accuracy for practice or solutions (e.g. solutions of high polymer substances) meet the requirements.

Die Zählung der Rotorumdrehungen erfolgt über geeignete Untersetzungen 5 mit einem Zeiger- oder Rollenzählwerk 6. Die Eichung des Gerätes nimmt man zweckmäßigerweise in einem magnetischen Wechselfeld vor, indem man den zunächst voll magnetisierten Permanentmagneten auf die erforderliche Magnetstärke schwächt. Ein solcher im Wechselfeld geschwächter Magnet bringt außerdem den Vorteil, daß seine Stärke dauernd unverändert bleibt. Es ist fernerhin ratsam, das ganze Gerät mit einem dünnen Abschirmblech aus Eisen zu umgeben, um eine beabsichtigte Beeinflussung der Anzeige zu verhindern. The counting of the rotor revolutions is carried out by means of suitable reductions 5 with a pointer or roller counter 6. The calibration of the device is expedient in an alternating magnetic field by making the first fully magnetized Permanent magnets to the required magnetic strength weakens. Such an alternating field A weakened magnet also has the advantage that its strength is permanently unchanged remain. It is also advisable to cover the entire device with a thin shielding plate made of iron to prevent an intentional influence on the display.

In den meisten Fällen jedoch kann das Gerät nicht in die Heizkörpermitte, sondern muß in den Vor-oder Rücklauf eingebaut werden. In diesen Fällen macht man nun von der Tatsache Gebrauch, daß sowohl die Vorlauf- als auch die Rücklauftemperaturen mit der an sich zu messenden mittleren Heizkörpertemperatur funktionell zusammenhängen. Im einfachsten Fall berücksichtigt man dies durch eine entsprechend korrigierte Eichung. Bei höheren Ansprüchen muß man jedoch die Strömungsgeschwindigkeit berücksichtigen, denn die im Vorlauf oder Rücklauf gemessene Temperatur weicht um so weniger von der mittleren Heizkörpertemperatur ab, je schneller der Wärmeträger strömt. In most cases, however, the device cannot be placed in the middle of the radiator, but must be built into the flow or return. In these cases you do now make use of the fact that both the flow and return temperatures functionally related to the mean radiator temperature to be measured. In the simplest case, this is taken into account by a correspondingly corrected Calibration. For higher demands, however, the flow velocity must be taken into account, because the temperature measured in the flow or return differs less from the mean radiator temperature, the faster the heat transfer medium flows.

Die Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit kann mit bekannten Mitteln erfolgen, z. B. durch eine Wirbelstrommitnahme über eine am Rotor angebrachte Scheibe od. dgl. aus gut leitendem Mate rial (z.B. Aluminium, Kupfer) oder durch eine Abstandveränderung von Magnet und Rotor in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit, indem z. B. der Magnet auf einer verschränkten Blattfeder befestigt ist, die mit wachsender Drehzahl des Flügels durch die Bewegung im Wasser eine entsprechende Verschiebung erfährt. Auch durch die folgende Gestaltung läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit berücksichtigen: Macht man die Kopplung zwischen dem Permanentmagneten und dem Rotor so stark, daß beide synchron laufen, so beeinflußt die am Rotor auftretende Bremskraft rückwirkend die Drehzahl des Flügelrades in dem Sinne, daß bei niedriger Temperatur und damit höherer Zähigkeit des Öles die Umdrehungszahl des Flügelrades abfällt. Zweckmäßigerweise vergrößert man bei dieser Kopplungsart die Spalte zwischen Flügel und umgebender Wandlung oder man verringert die Zahl der Flügel. The consideration of the flow velocity can be known with Means take place, e.g. B. by an eddy current entrainment via a mounted on the rotor Disc or the like made of highly conductive material (e.g. aluminum, copper) or through a change in the distance between magnet and rotor depending on the flow velocity, by z. B. the magnet is attached to an interlaced leaf spring with increasing speed of the wing due to the movement in the water a corresponding Undergoes shift. The flow velocity can also be determined by the following configuration take into account: Make the coupling between the permanent magnet and the rotor so strong that both run synchronously, this affects the braking force occurring on the rotor retrospectively the speed of the impeller in the sense that at low temperature and thus higher viscosity of the oil, the number of revolutions of the impeller drops. With this type of coupling, the gap between the wings is expediently enlarged and surrounding change or the number of wings is reduced.

Wie oben bereits ausgeführt, hängt es von den praktischen Gegebenheiten ab, ob die Strömungsgeschwindigkeit gar nicht, teilweise oder voll berücksichtigt werden muß. Das in Abb. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel wäre also zur Lösung dieser drei Fälle entweder mit einem Rotor aus Eisen, einem Rotor aus einer Kombination aus Eisen und Aluminium oder schließlich einem Rotor aus Aluminium auszurüsten. As stated above, it depends on the practicalities from whether the flow velocity not at all, partially or fully must be taken into account. The embodiment described in Fig. 1 would be to solve these three cases either with a rotor made of iron, a rotor made a combination of iron and aluminum or finally a rotor made of aluminum equip.

In manchen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, den Rotor durch eine Grundbremskraft so lange zu fesseln, bis diese feste Bremskraft von der Mitnahmekraft überschritten wird. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich die Überschreitung eines festgesetzten Sollwertes registrieren. In some applications it is advantageous to have the rotor through a To shackle the basic braking force until this fixed braking force of the drag force is exceeded. With such a device, the exceeding of a register the specified setpoint.

Der Antrieb des Magneten vom Flügelrad her läßt sich auch durch einen Hilfsantrieb (z.B. Uhrwerk, Elektromotor) ersetzen, der so lange eingeschaltet ist, solange die Heizung in Betrieb ist. The drive of the magnet from the impeller can also be done by a Replace auxiliary drive (e.g. clockwork, electric motor) that has been switched on for so long as long as the heating is in operation.

Auch kann das Zählwerk durch eine Fernzählungseinrichtung ersetzt oder ergänzt werden. The counter can also be replaced by a remote metering device or added.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmemengenzähler, bei welchem die Wärmemenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgers gemessen wird, mit einem über eine magnetische Kupplung von einem vom Wärmeträger betätigten Flügelrad od. dgl. angetriebenen, in einem zähen Medium drehbar gelagerten und mit einem Zählwerk gekuppelten Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß das zähe Medium der Wärmeeinwirkung des Wärmeträgers derart ausgesetzt ist, daß die Temperaturabhängigkeit der Anzeige lediglich durch die durch das zähe Medium auf den Rotor ausgeübte Bremswirkung erzielt wird und daß das am Rotor erzeugte Drehmoment durch die Wahl des Rotormaterials mehr oder weniger stark von der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers abhängig gemacht wird. PATENT CLAIMS: 1. Heat meter, in which the amount of heat depending on the temperature of the heat carrier is measured, with an over a magnetic coupling of an impeller operated by the heat transfer medium or the like. driven, rotatably mounted in a tough medium and coupled with a counter Rotor, characterized in that the viscous medium of the heat action of the heat carrier is so exposed that the temperature dependence of the display only through the braking effect exerted on the rotor by the viscous medium is achieved and that the torque generated on the rotor by the choice of rotor material more or made less dependent on the flow rate of the heat carrier will. 2. Wärmemengenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor oder Teile desselben selbst ein Teil der magnetischen Kupplung sind. 2. heat meter according to claim 1, characterized in that the rotor or parts of it are themselves part of the magnetic coupling. 3. Wärmemengenzähler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus ferromagnetischem Material besteht. 3. Heat meter according to claim 1 and 2, characterized in that that the rotor is made of ferromagnetic material. 4. Wärmemengenzähler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus elektrisch gut leitendem Material besteht. 4. heat meter according to claim 1 and 2, characterized in that that the rotor is made of electrically good conductive material. 5. Wärmemengenzähler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rotor sowohl ferromagnetisches als auch elektrisch leitendes Material zur Anwendung kommt. 5. Heat meter according to claim 1 and 2, characterized in that that both ferromagnetic and electrically conductive material for the rotor Application comes. 6. Wärmemengenzähler nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor gepolt ausgebildet ist. 6. heat meter according to claim 3 and 5, characterized in that that the rotor is polarized. 7. Wärmemengenzähler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit Aussparungen versehen ist. 7. heat meter according to claim 1 to 6, characterized in that that the rotor is provided with recesses. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 925 620, 936 540, 966 249, 966 729; Archiv für Techn. Messen, V 221-1, November 1932; V 221-3, September 1932. Considered publications: German Patent Specifications No. 925 620, 936 540, 966 249, 966 729; Archive for technical fairs, V 221-1, November 1932; V 221-3, September 1932.