專利名稱：差動式熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差動式熱量表，更具體地涉及一種依靠介質(zhì) (例如水)的動力實現(xiàn)熱計量的差動式熱量表。本發(fā)明還涉及一種 流量分配器，可單獨使用，也可用于差動式熱量表。
背景技術(shù)：
在節(jié)約型社會的今天，節(jié)約能源的民用采暖計量己經(jīng)提高到了 國家政策鼓勵的地位?，F(xiàn)有的熱量表一般完全由電源驅(qū)動進行熱計 量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗電量大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種依靠介質(zhì)的動力實現(xiàn)熱計量的差 動式熱量表包括入水流量分配器、熱量計數(shù)器、回水流量分配器以 及它們之間的連接管道，入水流量分配器與熱量表入口相連，入水 流量分配器的兩個出口分別與第一旁路管道和熱量計數(shù)器的第一 入口相通，熱量計數(shù)器的第一出口在第一三通接頭處與第一旁路管 道相連，第一三通接頭又與散熱系統(tǒng)的入口相連，回水流量分配器 與散熱系統(tǒng)的出口相連，回水流量分配器的出口分別與第二旁路管 道和熱量計數(shù)器的第二入口相通，熱量計數(shù)器的第二出口經(jīng)管道在 第二三通接頭處與第二旁路管道相連，第二三通接頭又與熱量表出 口相連，其中入水流量分配器和回水流量分配器能夠根據(jù)介質(zhì)溫度 自動分配流入熱量計數(shù)器和第一旁路管道、第二旁路管道的流量， 介質(zhì)的溫度與流入熱量計數(shù)器和第一旁路管道、第二旁路管道的流 量成線性關(guān)系。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種流量分配器，通過將其用于本 發(fā)明上述的差動式熱量表，可以制成無源差動式熱量表。


圖1是本發(fā)明的差動式熱量表的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2表示在本發(fā)明的差動式熱量表中使用的熱量計數(shù)器； 圖3a表示圖1所示實施例中的流量分配器的實施例的縱截面 的示意圖3b表示圖1所示本發(fā)明實施例中的流量分配器的大體呈矩 形的橫截面的示意；
圖3c表示圖1所示本發(fā)明實施例中的流量分配器的大體呈圓 形的橫截面的示意；
圖3d表示從圖3a上方觀測的本發(fā)明的流量分配器的縱截面的 示意圖3e表示本發(fā)明的流量分配器的內(nèi)出口與外出口之間位置關(guān) 系的第一實施例的示意圖3f表示本發(fā)明的流量分配器的內(nèi)出口與外出口之間位置關(guān) 系的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1對本發(fā)明的差動式熱量表進行詳細(xì)說明，圖1 中雙點劃線內(nèi)為熱量表。
首先要說明的是，本發(fā)明的差動式熱量表中的介質(zhì)可以是任何 合適的流體或半流體，但為了便于說明，下面以水作為例子，但本 發(fā)明中所使用的介質(zhì)并不局限于水。
如圖1中所示，本發(fā)明的差動式熱量表(下面簡稱為熱量表) 包括入水流量分配器2、熱量計數(shù)器4、回水流量分配器9以及它
們之間的連接管道，入水流量分配器2與熱量表入口 l相連，入水 流量分配器2的出口分別與管道3和第一旁路管道6相連，管道3 與熱量計數(shù)器4的第一入口 37相連，熱量計數(shù)器4的第一出口 38 經(jīng)管道5在第一三通接頭7處與第一旁路管道6相連，第一三通接 頭7與散熱系統(tǒng)8的入口相連。回水流量分配器9與散熱系統(tǒng)8的 出口相連，回水流量分配器9的出口分別與管道IO和第二旁路管 道11相連，管道10與熱量計數(shù)器4的第二入口 40相連，熱量計 數(shù)器4的第二出口 39經(jīng)管道12在第二三通接頭13處與第二旁路 管道11相連，第二三通接頭13與熱量表出口 14相連。
下面說明水流的路徑。熱水從熱量表入口 1處進入，進入水流 量分配器2，然后分兩路輸出， 一路經(jīng)管道3通過第一入口 37進 入熱量計數(shù)器4，再通過第一出口 38經(jīng)管道5到達第一三通接頭7， 另一路經(jīng)第一旁路管道6到達第一三通接頭7。隨后，熱水從第一 三通接頭7經(jīng)散熱系統(tǒng)8的入口進入采暖單元的散熱系統(tǒng)8，再從 散熱系統(tǒng)8的出口進入回水流量分配器9，然后分兩路輸入， 一路 經(jīng)管道IO通過第二入口 40進入熱量計數(shù)器4，再通過第二出口 39 經(jīng)管道12到達第二三通接頭13，另一路經(jīng)第二旁路管道11到達 第二三通接頭13。隨后，熱水經(jīng)熱量表出口 14輸出。
在該實施例中，入水流量分配器2與回水流量分配器9具有相 同的結(jié)構(gòu)，流量分配器2、 9能夠根據(jù)水的溫度自動分配流入熱量 計數(shù)器4和旁路管道的流量，水的溫度與流入熱量計數(shù)器4和旁路 管道的流量成相同的線性關(guān)系。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解， 流量分配器2、 9與流入熱量計數(shù)器4和旁路管道的流量之間的線 性關(guān)系可以不同，在此種情況下，僅需調(diào)整熱量計數(shù)器4的構(gòu)造即 可。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，采用例如計算機程序控制的方式可
以達到上述線性關(guān)系。另外，還可使用如圖3a-3f所示的流量分配 器構(gòu)造差動式熱量表，從而構(gòu)成無源差動式熱量表。圖3a-3f所示 的流量分配器的結(jié)構(gòu)和工作原理將在后面予以說明。
當(dāng)一定溫度的水從熱量表入口 1進入入水流量分配器2時，入 水流量分配器2能夠根據(jù)水的溫度自動分配流入熱量計數(shù)器4和第 一旁路管道6的流量，進入熱量計數(shù)器4的水的流量被(以一定的 轉(zhuǎn)角形式)記錄，該記錄代表散熱系統(tǒng)8的入水熱量仏。
從散熱系統(tǒng)8的出口流出的水流入回水流量分配器9，回水流 量分配器9根據(jù)回水溫度自動分配流入熱量計數(shù)器4和第二旁路管 道11的流量。進入熱量計數(shù)器4的水的流量被(以一定的轉(zhuǎn)角形 式)記錄，該記錄代表散熱系統(tǒng)8的回水熱量&。
被記錄的代表入水熱量^和回水熱量OB的轉(zhuǎn)角，經(jīng)熱量計數(shù) 器4的計算后，得到散熱器散發(fā)的熱量^^，并以一定的形式輸出
到計數(shù)器中。在熱量計數(shù)器4中，各熱量之間的關(guān)系為
H0出
在熱量表中，只要能夠使流入水流量分配器2、 9的水的溫度 與流入熱量計數(shù)器4和旁路管道的流量成線性關(guān)系，熱量計數(shù)器4 就能夠正確地計量散熱器散發(fā)的熱量。
例如，當(dāng)熱量表的出水口的水溫不變而入口的水溫提高時，流 向熱量計數(shù)器4的流量相應(yīng)增加，計數(shù)器中代表進入熱量的波輪轉(zhuǎn) 速加快，其表示入水熱量的數(shù)值&增大，而代表流出的熱量的波 輪的轉(zhuǎn)速不變，所以，表示散熱器散發(fā)的熱量2t^的數(shù)值也在增大， 反之亦然。
當(dāng)然，也可以設(shè)定當(dāng)熱量表的出水口的水溫不變而入口的水溫
提高時，流向熱量計數(shù)器4的流量相應(yīng)減少，故計數(shù)器中代表進入 熱量的波輪轉(zhuǎn)速降低，其表示入水熱量的數(shù)值2入增大，而代表流 出的熱量的波輪的轉(zhuǎn)速不變，所以，也能夠表示散熱器散發(fā)的熱量 ^的數(shù)值在增大，反之亦然。
下面參考圖2說明熱量計數(shù)器4的結(jié)構(gòu)和工作原理。 如圖2所示，熱水從管道3進入第一入口 37，流經(jīng)波輪25從 第一出口38流出，波輪25的輸出軸17上安裝有錐齒輪19，錐齒 輪19與行星錐齒輪26和27嚙合。從管道10進入第二入口 39的 水流經(jīng)波輪15從第二出口 40流出，波輪15的輸出軸16上安裝有 錐齒輪18，錐齒輪18也與行星錐齒輪26和27嚙合。行星錐齒輪 26和27分別可旋轉(zhuǎn)地安裝在行星輪架20和21上，行星輪架20 和21又與可旋轉(zhuǎn)地安裝在輸出軸17上的大錐齒輪22固定聯(lián)接在 一起，大錐齒輪22又與小錐齒輪23嚙合，小錐齒輪23安裝在軸 24上，軸24將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到計數(shù)器28中，計數(shù)器28中所顯示 的就是散熱系統(tǒng)8消耗的熱量。
當(dāng)水從熱量計數(shù)器4中流過并帶動波輪25和15旋轉(zhuǎn)時，波輪 25和15分別帶動錐齒輪19和18沿相反的方向旋轉(zhuǎn)(作為選擇， 也可使錐齒輪19和18沿相同的方向旋轉(zhuǎn))。當(dāng)流過入水流量分配 器2和回水流量分配器9的水的溫度不同時，入水流量分配器2與 回水流量分配器9分別根據(jù)水溫自動將不同的水量分配到第一入 口37和第二入口39，因而流經(jīng)波輪25和15的水量不同，從而使 得錐齒輪19和18的轉(zhuǎn)速不同。由于錐齒輪19和18的旋轉(zhuǎn)方向相 反(或相同)且轉(zhuǎn)速不同，因而使得行星錐齒輪26和27除了繞本 身軸線旋轉(zhuǎn)外，還繞錐齒輪19和18的軸線旋轉(zhuǎn)，從而通過行星輪 架20和21帶動大錐齒輪22旋轉(zhuǎn)，然后通過小錐齒輪23帶動軸
24旋轉(zhuǎn)，在計數(shù)器28中顯示出散熱系統(tǒng)8消耗的熱量。
下面參照圖3a-3f說明構(gòu)造無源差動式熱量表的流量分配器的 結(jié)構(gòu)和工作原理。
所述流量分配器包括閥體201、滑動閥芯202和調(diào)節(jié)部件。
圖3a中，閥體201具有中空、均勻的內(nèi)腔，內(nèi)腔截面可以是 圖3b所示的矩形，也可以是圖3b所示的圓形，也可以是其它形狀。 閥體201的一端面上具有讓水流入的入水口 208，閥體201上與入 水口 208相對的另一端敞開，并通過端蓋207將其封閉；也可以將 帶有入水口的端蓋設(shè)置在入水口側(cè)，而使閥體與端蓋構(gòu)成一體。閥 體201的側(cè)壁上開有兩個外出水口 211、 212。
滑動閥芯202具有與閥體201的內(nèi)腔形狀相配合的中空結(jié)構(gòu)， 滑動閥芯202的長度小于閥體201的內(nèi)腔長度?；瑒娱y芯202的側(cè) 壁上開有兩個內(nèi)出水口 213、 214。
調(diào)節(jié)部件由記憶彈簧203、復(fù)位壓緊彈簧206、移動檔圈204 與緊定螺釘205構(gòu)成，記憶彈簧203、復(fù)位壓緊彈簧206和移動檔 圈204位于閥體201的內(nèi)腔中。所述記憶彈簧203具有溫度-長度 記憶功能，由記憶合金材料制成，或由其它形狀的具有溫度-長度 記憶功能的已知材料制成，如由混有銅粉末的石蠟制成的柱體。
滑動閥芯202夾持在復(fù)位壓緊彈簧206與記憶彈簧203之間。 復(fù)位壓緊彈簧206的另一端抵接或連接在閥體201的一個端部。記 憶彈簧203的一端與滑動閥芯202的一端抵接或連接，記憶彈簧 203的另一端與移動檔圈204抵接或連接，移動檔圈204與緊定螺 釘205連接，緊定螺釘205的調(diào)節(jié)端穿過閥體201的另一個端部， 從而從閥體201的內(nèi)腔中伸出?；瑒娱y芯202可以在記憶彈簧203 的控制下緊貼在閥體內(nèi)腔上移動。
第一外出水口 212、第二外出水口 211與第一內(nèi)出水口 214、 第二內(nèi)出水口 213為截面形狀相同和截面積相等的平行四邊形，第 一外出水口 212能夠與第一內(nèi)出水口 214完全重合，第二外出水口 211能夠與第二內(nèi)出水口 213完全重合。第一外出水口212、第二 外出水口 211與第一內(nèi)出水口 214、第二內(nèi)出水口 213能夠如圖3e、 3f的方式配置。如圖3e所示，當(dāng)?shù)谝煌獬鏊?212與第一內(nèi)出水 口 214完全重合時，第二內(nèi)出水口 213的開口下沿與第二外出水口 211的上沿相對，使得第二內(nèi)出水口 213與第二外出水口 211之間 沒有水流通道。如圖3f所示，當(dāng)?shù)谝煌獬鏊?212與第一內(nèi)出水 口 214完全重合時，第二內(nèi)出水口 213的開口上沿與第二外出水口 211的下沿相對，使得第二內(nèi)出水口 213與第二外出水口 211之間 沒有水流通道。
現(xiàn)在說明流量分配器的工作原理。
當(dāng)具有一定溫度一定流量厶的水從閥的入水口 208進入閥體
內(nèi)部后，記憶彈簧203根據(jù)水的溫度使自己保持相應(yīng)的長度，使滑 動閥芯202相對于閥體201保持一定的相對位置。
假定第一外出水口 212、第二外出水口 211、第一內(nèi)出水口 214 和第二內(nèi)出水口 213的截面積大小都為開口面積。第二外出水口 211相對于第二內(nèi)出水口 213的開口面積為、第一外出水口 212 相對于第一內(nèi)出水口 214的開口面積為S，則水的溫度一定時， 記憶彈簧3的長度是一定的，因而,與S的大小也是一定的。由 于第一外出水口 212、第二外出水口 211與第一內(nèi)出水口 214、第 二內(nèi)出水口 213為形狀對應(yīng)的平行四邊形，所以開口面積^與出口 面積S、 &2之間的關(guān)系為
<formula>formula see original document page 11</formula>
假定從第二出口 209和第一出口 210流出的水的流量分別為 /出2和/加，則/加和/股與從入水口 208流入的水流量/人的關(guān)系為
/入=/出1 + /出2
顯然4、 /a^的大小分別取決于^、 Sw的大小，且/心與^成 正比關(guān)系，^2與^2成正比關(guān)系。
在圖3a、圖3e的情況中，當(dāng)水的溫度有變化時，比如水溫升 高A/時(水溫降低時的情況與下述變化相反)，即:<formula>formula see original document page 12</formula>，記憶
彈簧3的長度增加了deltal，即:<formula>formula see original document page 12</formula>，因此圖3中的閥芯向下移動 了deltal的距離，則第二外出水口 211與第二內(nèi)出水口 213處的開口增 加了A5^的開口面積，g口 &2 —^2+AS^2，故通過該開口的流量
A2">>42+442;第一外出水口 212與第一內(nèi)出水口 214處的開口減 少了AS出2的開口面積，即S出,一S出,-AS出，，故通過該開口的流量
<formula>formula see original document page 12</formula>。
閥芯的位置變化后，由于第一外出水口 212、第二外出水口 211 與第一內(nèi)出水口 214、第二內(nèi)出水口 213為形狀對應(yīng)的平行四邊形， 所以<formula>formula see original document page 12</formula>，因此，441=4^2。
水溫變化前
<formula>formula see original document page 12</formula>
水溫變化后
<formula>formula see original document page 12</formula>
上式說明在水溫增高時，第二外出水口 211與第二內(nèi)出水口 213處的開口面積^2增加了，通過該出口的流量/^也增加了；第 一外出水口 212與第一內(nèi)出水口 214處的開口面積^減少了，通
過該出口的流量厶,也減少了 ；兩處開口的截面積的變化量總是相 等的，即 一處開口面積的增加量等于另一處開口面積的減少量； 兩處開口的流量的變化量總是相等的，即 一處開口流量的增加量 等于另一處開口流量的減少量；水溫變化前后及變化過程中出口的 總面積是不變的，都等于^;水溫變化前后及變化過程中出口的總
流量是不變的,都等于厶。
在圖3f的情況中，當(dāng)水的溫度有變化時，比如水溫升高Af時 (水溫降低時的情況與下述變化相反)，即"—Z + A"記憶彈簧3 的長度減少了A/，即:/4Z-A/，流量/和面積S的變化情況與圖3e
的情況相反，仍能夠保證兩處開口的截面積的變化量總是相等的， 即 一處開口面積的增加量等于另一處開口面積的減少量；兩處開 口的流量的變化量總是相等的，即 一處開口流量的增加量等于另 一處開口流量的減少量；水溫變化前后及變化過程中出口的總面積 是不變的,都等于^;水溫變化前后及變化過程中出口的總流量是
不變的,都等于厶。
可以理解，所述流量分配器可以構(gòu)造無源差動熱量表，也可以 單獨應(yīng)用于需要根據(jù)溫度進行流量分配的場合。該流量分配器中流 動的介質(zhì)不限于水，可以是其它流體或半流體。
上面通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不局限 于該優(yōu)選實施例，而是可以有其它變化，例如流量分配器中的調(diào)節(jié) 部件可以不包括復(fù)位壓緊彈簧206，或者僅包括記憶彈簧203。本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況 下，可以對本發(fā)明進行各種改變，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1. 一種差動式熱量表，包括入水流量分配器(2)、熱量計數(shù)器(4)、回水流量分配器(9)以及它們之間的連接管道，其特征在于入水流量分配器(2)與熱量表入口(1)相連，入水流量分配器(2)的兩個出口分別與第一旁路管道(6)和熱量計數(shù)器(4)的第一入口(37)相通，熱量計數(shù)器(4)的第一出口(38)在第一三通接頭(7)處與第一旁路管道(6)相連，第一三通接頭(7)又與散熱系統(tǒng)(8)的入口相連，回水流量分配器(9)與散熱系統(tǒng)(8)的出口相連，回水流量分配器(9)的出口分別與第二旁路管道(11)和熱量計數(shù)器(4)的第二入口(40)相通，熱量計數(shù)器(4)的第二出口(39)經(jīng)管道(12)在第二三通接頭(13)處與第二旁路管道(11)相連，第二三通接頭(13)又與熱量表出口(14)相連，其中入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)能夠根據(jù)介質(zhì)溫度自動分配流入熱量計數(shù)器(4)和第一旁路管道(6)、第二旁路管道(11)的流量，介質(zhì)的溫度與流入熱量計數(shù)器(4)和第一旁路管道(6)、第二旁路管道(11)的流量成線性關(guān)系。
2. 如權(quán)利要求l所述的差動式熱量表，其特征在于入水流量 分配器(2)與回水流量分配器(9)如下配置，使使它們中的介質(zhì) 溫度與流入熱量計數(shù)器(4)和旁路管道(6,11)的流量成相同的線性 關(guān)系。
3. 如權(quán)利要求1所述的差動式熱量表，其特征在于入水流 量分配器(2)與回水流量分配器(9)如下配置，使它們中的介質(zhì)溫度與流入熱量計數(shù)器(4)和旁路管道(6,11)的流量成相不同 的線性關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的差動式熱量表，其特征在于:當(dāng) 入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)中的介質(zhì)溫度增加時， 流入熱量計數(shù)器(4)的介質(zhì)可以增加，也可以減少。
5. 如權(quán)利要求1-3之一所述的差動式熱量表，其特征在于:所 述熱量計數(shù)器(4)中具有與第一入口(37)相連的第一波輪(25)和與第 二入口(39)相連的第二波輪(15)，第一波輪(25)和第二波輪(15)與差 動機構(gòu)(18，19,26，27)相連，從第一入口(37)和第二入口(39)進入熱量 計數(shù)器中的流體可分別使第一波輪(25)和第二波輪(15)旋轉(zhuǎn)，從而 通過差動機構(gòu)(18， 19,26,27)和傳動機構(gòu)(20,21 ，22,23 ，24)將旋轉(zhuǎn)運動 傳遞到計數(shù)器(28)中以顯示散熱系統(tǒng)(8)消耗的熱量。
6. 如權(quán)利要求5所述的差動式熱量表，其特征在于所述差 動機構(gòu)由兩個錐齒輪(18,19)和兩個行星錐齒輪(26，27)構(gòu)成，兩個錐 齒輪(18，19)分別裝在兩個波輪(15,25)的輸出軸(16，17)上，兩個錐 齒輪(18,19)分別同時與兩個行星錐齒輪(26,27)相嚙合。
7. 如權(quán)利要求5所述的差動式熱量表，其特征在于所述傳 動機構(gòu)由行星輪架(20,21)、大錐齒輪(22)、小錐齒輪(23)和軸(24) 構(gòu)成，所述行星錐齒輪(26，27)可旋轉(zhuǎn)地安裝在行星輪架(20,21)上， 行星輪架(20,21)又與可旋轉(zhuǎn)地安裝在輸出軸(17)上的大錐齒輪(22) 固定聯(lián)接在一起，大錐齒輪(22)與小錐齒輪(23)嚙合，小錐齒輪(23) 驅(qū)動軸(24)轉(zhuǎn)動。
8. 如權(quán)利要求5所述的差動式熱量表，其特征在于第一波 輪(25)和第二波輪(15)沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。
9. 如權(quán)利要求5所述的差動式熱量表，其特征在于第一波輪(25)和第二波輪(15)沿相同的方向旋轉(zhuǎn)。
10、如上述任一項權(quán)利要求所述的差動式熱量表，其特征在于: 入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)是使用溫度-長度記 憶彈簧制成的無源元件。
全文摘要
一種差動式熱量表，包括入水流量分配器(2)、熱量計數(shù)器(4)、回水流量分配器(9)以及它們之間的連接管道，其中入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)能夠根據(jù)介質(zhì)溫度自動分配流入熱量計數(shù)器(4)的流量，介質(zhì)的溫度與流入熱量計數(shù)器(4)的流量成線性關(guān)系。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可以完全依靠介質(zhì)例如水的動力實現(xiàn)熱計量。
文檔編號G01K17/06GK101382459SQ200810225450
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者付麗斌, 劉自萍, 孫建東, 紅 雷 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)