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Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von fein verteilten
festen Stoffen
I)ie Erfindung l)ctrifft eine \ orrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
von fein verteilten festen Stoffen in Kesseln.
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Gemäß der Erfindung wird die Fließgeschwindigkeit eines Stromes von
fein verteilten festen Stoffen, der in einem im wesentlichen stromlinienförmigen
Strom durch einen Kessel fließt, durch eine Apparatur gemessen, die Mittel zur Änderung
der Temperatur eines Teiles des Stromes des fein verteilten festen Stoffes enthält
und Mittel zur Bestimmung des Augenblicks, wenn dieser Teil einen oder mehrere ausgewählte
Punkte nach den Temperaturänderungsmittelu passiert, wobei an diesem ausgewählten
Punkt oder Punkten temperaturempfindliche Elemente vorgesehen sind.
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Wenn der Augenblick lek.annt ist. bei dem die Temperatur des Teiles
des fein verteilten festen Stoffes geändert wird, ferner der Abstand zwischen dem
Punkt, wo Erwärmung oder Abkühlung stattfindet, und einem temperaturempfindlichen
Element oder der zwischen zwei temperaturempfindlichen Elementen. und der Augenblick,
wenn der erhitzte Teil des fein verteilten festen Stoffes an diesen temperaturempfindlichen
Elementen ankommt, so läßt sich hieraus die Strömungsgeschwindigkeit des fein verteilten
festen Stoffes bestimmen.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einem Kessel die Rede ist,
so wird darunter ein Raum verstanden, in dem der fein verteilte feste Stoff einer
1hysikali scheu oder chemischen Behand-
lung unterworfen wird oder
in dem physikalische oder chemische Vorgänge in Gegenwart eines fein verteilten
festen Stoffes erfolgen. Unter der Bezeichnung Kessel werden also auch Leitungen
oder Rohre verstanden, durch die der fein verteilte feste Stoff in andere Räume,
wie beispielsweise Reaktionskammern oder Vorratsbehälter, strömt.
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Wenn weiterhin in der vorliegenden Beschreibung von einem stromlinienförmigen
Strom mit Bezug auf den auf die Fortbewegung des fein verteilten festen Stoffes
die Rede ist, so wird darunter verstanden, daß der fein verteilte Stoff im wesentlichen
ohne Wirbelbildung durch einen Kessel strömt.
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Die Änderung der Temperatur des Teiles des fein verteilten festen
Stoffes kann in einer Erhöhung oder Verringerung der Temperatur, je nach dem vorliegenden
Fall, bestehen, wobei auch andere Faktoren in Betracht zu ziehen sind, beispielsweise
die Art des fein verteilten Stoffes und die physikalischen und/oder chemischen Bedingungen,
unter denen die Strömung erfolgt. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, eine derartige
Anordnung zu treffen, daß die Temperatur des fein verteilten festen Stoffes erhöht
wird.
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Die Temperatur des Teiles des fein verteilten festen Stoffes kann
durch verschiedenartigste Mittel geändert werden, in der Weise, daß ein Teil des
fein verteilten festen Stoffes, der sich über den ganzen Querschnitt des Kessels
erstreckt, in dem die Strömung erfolgt, im wesentlichen gleichmäßig erwärmt oder
gekühlt wird. Dies wird im folgenden als symmetrische Erwärmung oder Kühlung bezeichnet
werden. Bei gewissen Materialien und unter gewissen Arbeitsbedingungen ist es jedoch
zweckmäßig, die Temperatur eines solchen Teiles des fein verteilten festen Stoffes
zu ändern, der sich nicht über den ganzen Querschnitt des Kessels erstreckt. Diese
Arbeitsweise wird im folgenden als eine unsymmetrische Erwärmung oder Kühlung bezeichnet.
Wenn eine Erhöhung der Temperatur erwünscht ist, kann eine Heizvorrichtung in geeigneter
Weise an oder in der Wandung des den fein verteilten festen Stoff enthaltenden Kessels
angebracht sein, wobei diese Heizvorrichtung auf elektrischem Wege oder durch andere
Mittel nach Wunsch erwärmt werden kann. Die Heizvorrichtung kann die Form einer
elektrischen Wickelung besitzen, die an einem ausgewählten Teil des Kessels angebracht
und von diesem isoliert ist. Sie kann aber auch durch eine in geeigneter Weise angeordnete
Schlange gebildet werden, durch die überhitzter Wasserdampf oder eine Wärme übertragende
Flüssigkeit von geeigneter Temperatur geleitet wird. Es ist einleuchtend, daß, wenn
die ganze Menge des fließenden fein verteilten festen Stoffes bereits erwärmt ist,
es zweckmäßig sein kann, einen Teil dieser Masse nach einem Merkmal der vorliegenden
Erfindung zu kühlen. Eine derartige Kühlung kann dadurch erfolgen, daß ein Kühlmedium
durch die erwähnte Schlange geleitet wird oder daß eine geeignete Flüssigkeit darin
verdampft wird. Diese Arten der Heizung oder Kühlung sind Beispiele für die oben
definierte symmetrische Erwärmung oder Kühlung des fein verteilten festen Stoffes;
durch geeignete Ausbildung dieser Heiz- und Kühlungsmethoden ist es möglich, je
nach Wunsch eine symmetrische oder unsymmetrische Erwärmung oder Kühlung herbeizuführen.
Wenn die elektrische Leitfähigkeit des fein verteilten festen Stoffes es zuläßt,
ist es unter Umständen besonders zweckmäßig, den Teil des fein verteilten festen
Stoffes dadurch zu erwärmen, daß durch ihn an geeigneten Punkten elektrischer Strom
geleitet wird, um hierdurch eine sogenannte Widerstandserhitzung herbeizuführen.
Ein Beispiel für einen derartigen Stoff ist Koks in fein verteilter Form. Um eine
solche Widerstandserhitzung herbeizuführen, kann der elektrische Strom einer Anzahl
gleichmäßig verteilter Elektroden zugeführt werden, welche durch die Wandungen des
Kessels hindurchragen und die in der gleichen Ebene liegen, wodurch ein Teil des
fein verteilten festen Stoffes symmetrisch erwärmt wird. Es kann jedoch auch ein
Teil des fein verteilten festen Stoffes durch geeignete Anordnung von zwei oder
mehr Elektroden unsymmetrisch erwärmt werden.
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Andere Arten der Erwärmung des Teiles des fein verteilten festen
Stoffes, die je nach der Natur desselben und den obwaltenden Arbeitsbedingungen
angewandt werden können, sind Erwärmung durch Wirbelstrom, dielektrische Hochfrequenzbeheizung
oder Heizung durch eine örtliche chemische Einwirkung.
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Je nach den obwaltenden Bedingungen, bei denen es erwünscht ist,
die Strömungsgeschwindigkeit des fein verteilten festen Stoffes zu messen, können
die temperaturempfindlichen Elemente aus Thermometern bestehen, deren Wirkung in
der Änderung des Volumens einer Flüssigkeit besteht, aus Thermoelementen, Widerstandsthermometern,
optischen Pyrometern oder Bimetallstreifen in Verbindung mit geeigneten Anzeigevorrichtungen,
wie beispielsweise Millivoltmetern oder aufzeichnenden Potentiometern. Die Wahl
des temperaturempfindlichen Elementes und der Anzeigevorrichtung kann von vielen
Faktoren abhängen, von denen nur genannt sein mag: die Art des fein verteilten festen
Stoffes, dessen Temperatur, die Temperaturdifferenz, welche zugelassen oder die
durch Erwärmung oder Kühlung des Teiles des fein verteilten festen Stoffes erreicht
werden kann, und seine Strömungsgeschwindigkeit. So ist beispielsweise bei fein
verteiltem Koks die Anwendung von Thermoelementen nicht ganz zweckmäßig infolge
der Zeitverzögerung zwischen dem Eintreffen des erhitzten Teiles des fein verteilten
festen Stoffes in der Nähe der Lötstelle des Thermoelementes und dem Ansprechen
darauf, wie es beispielsweise durch ein Millivoltmesser angezeigt wird.
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Es ist zu erwähnen, daß der Betrag der Temperaturänderung unbedeutend
ist, solange die temperaturempfindlichen Elemente hinreichend darauf ansprechen.
Es ist nämlich nicht wesentlich, den Betrag der Temperaturänderung an sich zu messen.
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Die Zeit, welche zwischen dem Vorbeigehen des Teiles des fein verteilten
festen Stoffes, der eine Temperaturänderung erfahren hat, zwischen dem Erwärmungspunkt
und den temperaturempfindlichen Elementen oder zwischen einem beliebigen Paar von
temperaturempfindlichen Elementen verstreicht, kann durch eine Stoppuhr gemessen
werden, wenn die Zeitpunkte festgehalten werden, bei denen die Erwärmung stattfindet
und der erwärmte Teil des fein verteilten festen Stoffes an dem temperaturempfindlichen
Element vorbeigeht, denn dieser Vorbeigang macht sich durch eine Änderung der Temperatur
kenntlich, welche durch das temperaturempfindliche Element angezeigt wird. In dem
Fall, wo Thermoelemente oder optische Pyrometer in Verbindung mit einer Temperaturanzeigevorrichtung
verwendet werden, kann die letztere von einer solchen Art sein. bei der die Temperaturen
von zwei oder mehr temperaturempfindlichen Elementen auf einer sich bewegenden Papierbahn
aufgezeichnet werden, und zwar in gleichmäßigen Zeitabständen, die ebenfalls auf
der Bahn vermerkt werden. Der Zeitabstand zwischen den Abweichungen in den Temperaturaufzeichnungen
eines Paares von temperaturempfindlichen Elementen gibt also ein SIaß für die Zeit
an, die der Teil des fein verteilten festen Stoffes, dessen Temperatur geändert
worden ist, benötigt, um die beiden temperaturempfindlichen Elemente zu passieren.
Es braucht jedoch, wenn die Temperaturanzeigevorrichtung in der ollen beschriebenen
Weise mit einer sich bewegenden Papierbahn ausgestattet ist, nur ein temperaturempfindliches
Element hinter der Einrichtung zur Änderung der Temperatur eines Teiles des Stromes
des fein verteilten festen Stoffes vorgesehen zu sein. In diesem Fall können auch
Einrichtungen vorgesehen sein, durch die auf der Papierl)ahn der Augenl>lick
angezeigt wird, bei dem die Temperaturänderung stattfindet, so daß also hierdurch
der Zeitverlauf zwischen dieser Temperaturänderung und dem auf der Papierbahn erzeugten
Ausschlag, welcher durch das Vorbeigehen des erhitzten Teiles des fein verteilten
festen Stoffes an dem temperaturempfindlichen Element erzeugt wird, auf der Papierbahn
vermerkt wird. In dem Fall, wo thermoelektrische temperaturempfindliche Elemente
angewandt werden, kann der darin erzeugte Strom dazu verwendet werden.
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Relais oder Verstärker zu steuern, die ihrerseits geeignete xnzeigevorrichtungen
in Tätigkeit setzen.
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Bei spiel Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Apparatur in Verbindung mit der Zeichnung erläutert, in der Fig.
1 schematisch im senkrechten Längsschnitt ein Rohr darstellt, durch das fein verteilter
Koks fließt.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt auf der Linie X-Y der Fig. 1, und Fig.
3 stellt einen Teil eines Aufzeichnungspapiers dar.
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In einem Rohr 1 fließt fein verteilter Koks nach unten. In diesem
Rohr i sind Kohleelektroden 2, 3, 4,5 angebracht, und zwar ragen diese durch Isolatoren
6, 7, 8, 9 durch die Wandungen des Rohres 1 hindurch. Die Elektroden 2 und 3, welche
dicht nebeneinander an einer Seite des Rohres und in der gleichen Horizontalebene
angeordnet sind, sind mit einer elektrischen Stromquelle Io verbunden, und zßar
unter Zwischenschaltung eines automatischen Zeitschalters i i, durch den der Strom
in regelmäßigen Zeitabständen eine kurze Zeit lang eingeschaltet wird. In einem
bestimmten gemessenen Abstand unterhalb der Elektroden 2 und 3 sind weitere Elektroden
4 und 5 angeordnet. Diese Elektroden 4 und 5 liegen in der Wandung des Rohres diametral
gegenüber und sind mit einem Gleichstromversta rker 12 verbunden, der seinerseits
mit einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden ./tufzeichnungsvorrichtung I3 verbunden
ist. Durch diese wird ein Papierstreifen 14 mit regelmäßiger hoher Geschwindigkeit
an dem Schreibgerät der Aufzeichnungsvorrichtung vorbeibewegt, und zwar ist die
Schreibvorrichtung derart angeordnet, daß sie sich in Abhängigkeit von dem dem Gerät
zugeführten Strom bewegt.
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Der Schalter 1 1 ist ferner, wie unten angedeutet werden wird, in
geneigter Weise mit der Aufzeichnungsvorrichtung 13 verbunden. in dem Fall, wo Koks
in dem Rohr I nach unten fließt, wird der automatische Zeitschalter eine kurze Zeit
lang, gewöhnlicli einige Sekunden, geschlossen, wodurch der in unmittell)arerNachl)arschaft
der Elektroden 2 und 3 befindliche Koks durch Widerstandserhitzung erwärmt wird.
Gleichzeitig wird durch geeignete \'erbilldunt,ell und Anordnungen zw i scllen dem
automatischen Zeitschalter ii und der Aufzeichnungsvorrichtung 13 ein Impuls auf
den Schreibstift übermittelt, und dieser Impuls wird auf der in Fig. 3 dargestellten
Papierl>ahn 14 eingezeichnet, beispielsweise in Form einer kleinen E rhöhung
15.
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Diese Art der Erhitzung ist eine unsymmetrische Erhitzung und führt
zu der Erzeugung eines erwärmen Teiles in dem fein verteilten Koks in der Nähe der
Elektroden und der angrenzenden Teile des Rohres. Dieser erwärmte Teil des Kokses
xvandert in dem Rohr nach unten und durchläuft dabei die abgemessene Strecke, I)is
er zwischen das Paar von Elektroden 4 und 5 gelangt. Hierbei hilfen die Elektroden
4 und der heiße in dessen Nähe I,efindliche Koks eine warme Verbindung und die Elektrode
5 und der in dessen Nähe befindliche kühlere Koks eine kalte Verbindung des thermoelektrischen
Systems. Hierdurch wird also ein Strom erzeugt und dieser demGleichstromverstärker
I2 zugeleitet, wodurch die Anzeigevorrichtung I3 in Tätigkeit gesetzt wird, derart,
daß der Schreibfeder desselben ein neuer Impuls gegeben wird, der sich durch eine
Älarkierung I6 auf dem Papierblatt kennzeichnet.
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Die Pal)ierl)ahn I4 bewegt sich gleichmäßig von rechts nach links
und ist auf ihrer Länge mit Zeiteinheiten und auf ihrer Höhe mit geeigneten Einheiten,
vorzugsweise Temperatureinheiten. . versehen.
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Wenn somit der Ahstalld zwischen den leiden Elektrodenl)aaren 2, 3
und 4, 5 hekannt ist und weiterhin der Zeitverlauf zwischen den beiden A1 arkiertlllgeu
15 und I6 auf der Papierbahn ermittelt
wurde, läßt sich hieraus
die Fließgeschwindigkeit des fein verteilten Stromes bestimmen.
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Zur Vereinfachung der Darstellung ist auf der Zeichnung die Elektrode
3 genau unterhalb der Elektrode 4 dargestellt. In der Praxis ist es jedoch zweckmäßig,
die Elektroden 2 und 3 von oben gesehen derart anzuordnen, daß sie beiderseits symmetrisch
zur Elektrode 4 liegen.
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PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
eines fein verteilten festen Stoffes, der sich ohneWirbelbildung durch einen Kessel
bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Änderung der Temperatur eines Teiles
des Stromes des fein verteilten festen Stoffes vorgesehen sind und Mittel zur Bestimmung
des Augenblicks, wenn dieser erwärmte Teil an einem oder mehreren ausgewählten Punkten
nach den Temperaturänderungsmitteln vorbeigeht, wobei an diesem ausgewählten Punkt
oder Punkten temperaturempfindliche Elemente vorgesehen sind.