СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01K17/08 G01F1/68 

Классический способ определения тепловой энергии тепловых потоков за определенный период времени основан на измерении расхода теплоносителя и его средней температуры. Первый параметр измеряется счетчиками пройденного объема, а текущие значения температуры, при измерении температуры механическими термометрами, регистрируются самописцами, или датчиками температуры с последующей обработкой результатов измерения и записываются с помощью электронных систем.

Отсутствие механических приборов измерения тепловой энергии с твердой фиксацией параметров измерения в бытовых условиях осложняет взаимоотношения между поставщиками и потребителями этой энергии.

Цель настоящего изобретения - найти способ измерения и регистрации температуры, использующий механическую и тепловую энергию потока теплоносителя и основанный на записи текущих значений температуры на параметры пройденного объема теплоносителя.

В процессе поиска аналогов внимание обращалось: 1. на измерении температуры потока и возможности фиксации ее текущих значений в интегральном виде в самом устройстве; 2. на возможности реализации технологического процесса способа записи; 3. на решении вопросов согласования шкал и диапазонов измерения; 4. возможность вписать размеры приборов в размеры интерьеров квартир.

В результате поиска аналогов способа измерения, предлагающего введение в поток теплоносителя механизма идентификации теплоносителя по температуре с возможностью его записи, в патентной базе, учебниках и научных изданиях не обнаружено, что касается устройства измерения тепловой энергии, то отдельные фрагменты конструктивных решений встречаются.

Известно устройство (а.с. SU 1190214 A G01K 17/14), в котором измерение текущей температуры используется для изменения скорости вращения крыльчатки счетчика-тепломера, у которого лопасти, выполненные из биметаллического материала, изменяют свою длину в зависимости от температуры, при этом изменяется скорость вращения крыльчатки счетчика-тепломера.

Недостатками такого решения являются: сложность регулировки пяти термометров на каждой из лопастей для создания единой характеристики термометра; для существующей системе отчетности здесь отсутствует объем пройденного теплоносителя.

Известно устройство счетчика-расходомера (заявка 98106532/28 от 07.14.1998 г.). Технической задачей предлагаемого решения является измерение тепловой энергии теплоносителя с возможностью коррекции показаний расходомера при малых расходах теплоносителя и коррекции показаний расходомера по удельной теплоемкости носителя, с учетом свойств материала устройства измерения, с помощью датчиков температуры, установленных на радиаторах, один из которых имеет теплоизоляцию от окружающей среды.

В этом устройстве используется разделение общего потока теплоносителя для возможности измерения разности температуры на двух радиаторах, установленных на внешней части разделенных каналов, один из которых имеет защиту от тепловых потерь и позволяет с помощью датчиков температуры вести коррекцию удельной теплоемкости при расчетах тепловой энергии.

Недостатками предлагаемого решения является то, что разделение выходного канала на два не преследует создание шкалы идентификации теплоносителя по температуре; наличие электронной системы измерения и обработки данных параметров теплоносителя; дороговизна; несоответствие цели.

Известно устройство (а.с. SU 1476331 A1 G01K 17/10), в котором измерение текущей температуры теплоносителя производится сильфоном, а перемещение свободного конца сильфона используется для изменения скорости вращения ротора счетчика-тепломера. При постоянной скорости потока теплоносителя и изменении температуры изменяется угол наклона лопастей ротора, приводящий к изменению скорости вращения тепломера.

Недостатками такого решения являются: счетчики-тепломеры устанавливаются в сетях централизованной подачи теплоносителя, где не требуется отчетность за потребление тепловой энергии в кубических метрах; пройденный через устройство тепловой поток не оценивается по его качеству; наличие подвижных частей на вращающемся роторе не самое хорошее решение; это противоречит цели предлагаемого изобретения.

Технической задачей предлагаемого способа измерения является: 1. создание в устройстве шкалы измерения температуры; 2. использование термометра с механическим приводом в роли измерительного прибора и привода механизма распределения теплоносителя; 3. создание шкалы распределения теплоносителя соответствующей диапазону измерения термометра; 4. создание механизма распределения, обеспечивающего пропорциональное распределения теплоносителя по температуре и направлению по двум выходным каналам, при котором обеспечивается перенос физического параметра температуры теплоносителя на физический параметр пройденного объема теплоносителя пропорционально его температуре.

Технический результат достигается тем, что: 1. во входной канал установлен механический термометр для измерения текущей температуры теплоносителя, являющийся приводом механизма распределения, на оси которого он установлен, и обеспечивающий пропорциональность распределения; 2. выходной канал разделен на два канала: Tmin -вспомогательный канал и Tmax - измерительный и регистрирующий канал с диапазоном распределения (0-Tmax), где 0 - соответствует нижней границе шкалы измерения термометра Tmin, а Tmax - соответствует диапазону измерения температуры термометра (Tmax-Tmin); 3. механизм распределения теплоносителя функционально является устройством записи текущих значений температуры теплоносителя по двум каналам при условии чем выше температура, тем больше теплоносителя проходит по каналу Tmax, и наоборот, чем ниже температура теплоносителя, тем меньше теплоносителя поступает в канал Tmax; 4. способ универсальный и позволяет дополнительно рассчитать: общий объем пройденного теплоносителя, интегральное значение температуры пройденного теплоносителя и объем потребленной тепловой энергии.

Поставленная задача достигается тем, что термометр, измеряющий текущий значения температуры теплоносителя, распределяет его в два выходных канала Tmin и Tmax пропорционально температуре теплоносителя и шкале термометра, счетчики в каналах Tmin и Tmax фиксируют объемы пройденного теплоносителя E1 и E2 соответственно, коллектор, установленный на выходе счетчиков, обеспечивает функциональную завершенность единства выходного потока, а расчет потребленной энергии производится по показаниям счетчика в канале Tmax по формуле (1) Q=K·E2,

где K=K1·K2, K1 - постоянная величина, характеризующая удельную теплоемкость теплоносителя, K2=(Tmax-Tmin) - постоянная величина, определяемая диапазоном измерения термометра, E2 - объем теплоносителя, прошедшего по каналу Tmax.

Таким образом, разделив выходной канал на два и установив механизм распределения потока в эти каналы с помощью механического термометра, установленного на оси механизма распределения, из (1) видим, что в формуле отсутствует параметр температуры потока, подтверждающий достижение поставленной цели в части переноса текущих значений температуры на объем пройденного теплоносителя.

Графическая часть содержит чертежи устройства для измерения тепловой энергии, состоящего из корпуса 1 с входным каналом 2 и двумя выходными каналами Tmin 3 и Tmax 4, корпуса механизма распределения потока 12 со стабилизаторами потока, механизма распределения потока 6 и термометра 5 на оси 7 в опорах 11 и 16. Счетчики пройденного объема теплоносителя 13 и 14 устанавливаются на выходы 3 и 4, а выходной коллектор 15, объединяющий выходы счетчиков, в единый выходной канал. Выходные каналы соответствую друг другу по проходному сечению, размерам, глубине и проходным параметрам каналов.

При прохождении теплоносителя с температурой, равной Tmin, заслонка 8 полностью открыта, а заслонка 10 полностью закрывает канал Tmax, при увеличении температуры термометр поворачивает механизм распределения, при этом заслонки, жестко связанные между собой, начинают закрывать канал Tmin и открывать канал Tmax пропорционально текущему значению температуры теплоносителя, распределяя теплоноситель в оба канала, при температуре теплоносителя равной Tmax, заслонка 10 полностью откроется, а заслонка 8 полностью закроет канал Tmin.

Такое решение позволяет осуществить условие записи измеренных текущих параметров температуры в канале Tmax. В формуле (1) коэффициент K2=(Tmax-Tmin) из условия обратно пропорционального распределения теплоносителя по температуре имеет вид для канала Tmin К2=0, а для канала Tmax K2=Tmax, из чего имеем, что при температуре потока, равной Tmin, все, что проходит через канал Tmin считается «холодным» теплоносителем, а проходящий объем теплоносителя через канал Tmax умножается на величину диапазона измерения термометра (Tmax-Tmin). Условие распределения теплоносителя пропорционально текущему значению температуры в пределах диапазона измерения термометра выполняется условиями линейности характеристики термометра и ламинарному режиму движения потока в пределах пропускной способности.

Устройство, установленное в локальной сети потребления с отбором теплоносителя, измеряет тепловую энергию по формуле (1), а два устройства, установленных на входе и выходе локальной сети потребителя, по разнице показаний входного и выходного устройств.

Так как способ универсальный, то решаются все вопросы отчетности и оплаты услуг по счетчикам, фиксирующим все параметры теплоносителя:

- потребленный объем тепловой энергии по формуле

- общий расход теплоносителя

- среднее значение температуры пройденного объема теплоносителя

где (Tmax-Tmin) - диапазон измерения термометра.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для учета тепловой энергии. Способ измерения тепловой энергии реализуется на измерении текущих значений температуры и переноса их значений на показатели расхода теплоносителя посредством деления потока на две составляющие и распределения теплоносителя в два выходных канала - Tmin канал начала отсчета и Tmax информационный канал, согласованные со шкалой термометра. Устройство, реализующее способ, содержит блок разделения каналов, два счетчика расхода теплоносителя и выходной коллектор, соединяющий два потока в один. Устройство состоит из корпуса 1 с входным 2 и двумя выходными каналами 3 - Tmin (Сч13) и 4 - Tmax (Сч14), термометра 5, установленного на оси 7 механизма распределения теплоносителя 6, который перекрывает одновременно оба канала (заслонки 8 и 10) в корпусе стабилизаторов потока 12 по формуле обратно пропорционального перекрытия. Теплоноситель распределяется в два выходных канала пропорционально измеренной температуре, а счетчики в этих каналах фиксируют объем прошедшего теплоносителя за определенный период времени. Устройство позволяет по показаниям счетчиков рассчитать среднюю температуру пройденного теплоносителя, суммарный объем прошедшего теплоносителя и объем потребленной тепловой энергии. Технический результат - повышение точности определения потребленной тепловой энергии. 2 н. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения тепловой энергии за определенный период времени в системах водоснабжения и отопления, основанный на измерениях пройденного объема теплоносителя счетчиком и температуры термометром, с регистрацией измеренных значений температуры на устройстве записи, отличающийся тем, что выходной канал разделен на два конструктивно одинаковых канала, где канал Tmax является информационным и регистрирующим, с диапазоном распределения от Тmах до Tmin, а канал Tmin является вспомогательным, с диапазоном перекрытия от Tmax до Tmin, в каждый канал установлен счетчик объема пройденного теплоносителя, выходы которых соединены с коллектором, в выходные каналы установлен механизм обратно пропорционального распределения теплоносителя по температуре, жестко связанный с осью термометра, с диапазоном распределения, равным диапазону измерения термометра (Tmax-Tmin), а счетчик в измерительном канале Тmах регистрирует тепловую энергию проходящего теплового потока по формуле
Q=K×E2 (1),
где К=К1·К2, К1 - постоянная величина, характеризующая удельную теплоемкость теплоносителя; К2=(Tmax-Tmin)- постоянная величина, определяемая диапазоном измерения термометра; Е2 - объем теплоносителя в канале Tmax.

2. Устройство измерения и регистрации тепловой энергии за определенный период времени в системах водоснабжения и отопления, содержащее цилиндрический корпус с входным и выходным каналами, счетчик пройденного объема теплоносителя и термометр с устройством записи текущих значений температуры на жесткий носитель, отличающееся тем, что выходной канал разделен на два конструктивно одинаковых канала, где канал Tmax является измерительным и регистрирующим, а канал Tmin началом отсчета, в каждый канал установлен счетчик объема теплоносителя, выходы которых соединены с коллектором, установлен механизм пропорционального распределения теплоносителя в выходные каналы по температуре с диапазоном распределения, равным диапазону измерения термометра, и управляемый термометром на его оси, а счетчик в канале Tmax регистрирует объем пройденной тепловой энергии Q=K·E2 (1), К - указан на шкале счетчика.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что механизм управления распределением теплоносителя снабжен стабилизатором потока теплоносителя прямоугольной формы и радиальным заслоночным распределителем, обеспечивающим пропорциональное перекрытие каналов по температуре теплоносителя и обратно пропорциональное по направлению.