СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MEASUREMENT OF HEAT ENERGY FOR CERTAIN PERIOD OF TIME IN WATER AND HEAT SUPPLYING SYSTEMS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

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.