专利名称：差动式热量表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种差动式热量表，更具体地涉及一种依靠介质 (例如水)的动力实现热计量的差动式热量表。本发明还涉及一种 流量分配器，可单独使用，也可用于差动式热量表。
背景技术：
在节约型社会的今天，节约能源的民用采暖计量己经提高到了 国家政策鼓励的地位。现有的热量表一般完全由电源驱动进行热计 量，结构复杂，耗电量大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种依靠介质的动力实现热计量的差 动式热量表包括入水流量分配器、热量计数器、回水流量分配器以 及它们之间的连接管道，入水流量分配器与热量表入口相连，入水 流量分配器的两个出口分别与第一旁路管道和热量计数器的第一 入口相通，热量计数器的第一出口在第一三通接头处与第一旁路管 道相连，第一三通接头又与散热系统的入口相连，回水流量分配器 与散热系统的出口相连，回水流量分配器的出口分别与第二旁路管 道和热量计数器的第二入口相通，热量计数器的第二出口经管道在 第二三通接头处与第二旁路管道相连，第二三通接头又与热量表出 口相连，其中入水流量分配器和回水流量分配器能够根据介质温度 自动分配流入热量计数器和第一旁路管道、第二旁路管道的流量， 介质的温度与流入热量计数器和第一旁路管道、第二旁路管道的流 量成线性关系。
另一方面，本发明还提供了一种流量分配器，通过将其用于本 发明上述的差动式热量表，可以制成无源差动式热量表。
图1是本发明的差动式热量表的结构示意图； 图2表示在本发明的差动式热量表中使用的热量计数器； 图3a表示图1所示实施例中的流量分配器的实施例的纵截面 的示意图3b表示图1所示本发明实施例中的流量分配器的大体呈矩 形的横截面的示意；
图3c表示图1所示本发明实施例中的流量分配器的大体呈圆 形的横截面的示意；
图3d表示从图3a上方观测的本发明的流量分配器的纵截面的 示意图3e表示本发明的流量分配器的内出口与外出口之间位置关 系的第一实施例的示意图3f表示本发明的流量分配器的内出口与外出口之间位置关 系的第二实施例的示意图。
具体实施例方式
下面结合图1对本发明的差动式热量表进行详细说明，图1 中双点划线内为热量表。
首先要说明的是，本发明的差动式热量表中的介质可以是任何 合适的流体或半流体，但为了便于说明，下面以水作为例子，但本 发明中所使用的介质并不局限于水。
如图1中所示，本发明的差动式热量表(下面简称为热量表) 包括入水流量分配器2、热量计数器4、回水流量分配器9以及它
们之间的连接管道，入水流量分配器2与热量表入口 l相连，入水 流量分配器2的出口分别与管道3和第一旁路管道6相连，管道3 与热量计数器4的第一入口 37相连，热量计数器4的第一出口 38 经管道5在第一三通接头7处与第一旁路管道6相连，第一三通接 头7与散热系统8的入口相连。回水流量分配器9与散热系统8的 出口相连，回水流量分配器9的出口分别与管道IO和第二旁路管 道11相连，管道10与热量计数器4的第二入口 40相连，热量计 数器4的第二出口 39经管道12在第二三通接头13处与第二旁路 管道11相连，第二三通接头13与热量表出口 14相连。
下面说明水流的路径。热水从热量表入口 1处进入，进入水流 量分配器2，然后分两路输出， 一路经管道3通过第一入口 37进 入热量计数器4，再通过第一出口 38经管道5到达第一三通接头7， 另一路经第一旁路管道6到达第一三通接头7。随后，热水从第一 三通接头7经散热系统8的入口进入采暖单元的散热系统8，再从 散热系统8的出口进入回水流量分配器9，然后分两路输入， 一路 经管道IO通过第二入口 40进入热量计数器4，再通过第二出口 39 经管道12到达第二三通接头13，另一路经第二旁路管道11到达 第二三通接头13。随后，热水经热量表出口 14输出。
在该实施例中，入水流量分配器2与回水流量分配器9具有相 同的结构，流量分配器2、 9能够根据水的温度自动分配流入热量 计数器4和旁路管道的流量，水的温度与流入热量计数器4和旁路 管道的流量成相同的线性关系。但是，本领域技术人员可以理解， 流量分配器2、 9与流入热量计数器4和旁路管道的流量之间的线 性关系可以不同，在此种情况下，仅需调整热量计数器4的构造即 可。
本领域技术人员可以理解，采用例如计算机程序控制的方式可
以达到上述线性关系。另外，还可使用如图3a-3f所示的流量分配 器构造差动式热量表，从而构成无源差动式热量表。图3a-3f所示 的流量分配器的结构和工作原理将在后面予以说明。
当一定温度的水从热量表入口 1进入入水流量分配器2时，入 水流量分配器2能够根据水的温度自动分配流入热量计数器4和第 一旁路管道6的流量，进入热量计数器4的水的流量被(以一定的 转角形式)记录，该记录代表散热系统8的入水热量仏。
从散热系统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根据回水温度自动分配流入热量计数器4和第二旁路管 道11的流量。进入热量计数器4的水的流量被(以一定的转角形 式)记录，该记录代表散热系统8的回水热量&。
被记录的代表入水热量^和回水热量OB的转角，经热量计数 器4的计算后，得到散热器散发的热量^^，并以一定的形式输出
到计数器中。在热量计数器4中，各热量之间的关系为
H0出
在热量表中，只要能够使流入水流量分配器2、 9的水的温度 与流入热量计数器4和旁路管道的流量成线性关系，热量计数器4 就能够正确地计量散热器散发的热量。
例如，当热量表的出水口的水温不变而入口的水温提高时，流 向热量计数器4的流量相应增加，计数器中代表进入热量的波轮转 速加快，其表示入水热量的数值&增大，而代表流出的热量的波 轮的转速不变，所以，表示散热器散发的热量2t^的数值也在增大， 反之亦然。
当然，也可以设定当热量表的出水口的水温不变而入口的水温
提高时，流向热量计数器4的流量相应减少，故计数器中代表进入 热量的波轮转速降低，其表示入水热量的数值2入增大，而代表流 出的热量的波轮的转速不变，所以，也能够表示散热器散发的热量 ^的数值在增大，反之亦然。
下面参考图2说明热量计数器4的结构和工作原理。 如图2所示，热水从管道3进入第一入口 37，流经波轮25从 第一出口38流出，波轮25的输出轴17上安装有锥齿轮19，锥齿 轮19与行星锥齿轮26和27啮合。从管道10进入第二入口 39的 水流经波轮15从第二出口 40流出，波轮15的输出轴16上安装有 锥齿轮18，锥齿轮18也与行星锥齿轮26和27啮合。行星锥齿轮 26和27分别可旋转地安装在行星轮架20和21上，行星轮架20 和21又与可旋转地安装在输出轴17上的大锥齿轮22固定联接在 一起，大锥齿轮22又与小锥齿轮23啮合，小锥齿轮23安装在轴 24上，轴24将旋转运动传递到计数器28中，计数器28中所显示 的就是散热系统8消耗的热量。
当水从热量计数器4中流过并带动波轮25和15旋转时，波轮 25和15分别带动锥齿轮19和18沿相反的方向旋转(作为选择， 也可使锥齿轮19和18沿相同的方向旋转)。当流过入水流量分配 器2和回水流量分配器9的水的温度不同时，入水流量分配器2与 回水流量分配器9分别根据水温自动将不同的水量分配到第一入 口37和第二入口39，因而流经波轮25和15的水量不同，从而使 得锥齿轮19和18的转速不同。由于锥齿轮19和18的旋转方向相 反(或相同)且转速不同，因而使得行星锥齿轮26和27除了绕本 身轴线旋转外，还绕锥齿轮19和18的轴线旋转，从而通过行星轮 架20和21带动大锥齿轮22旋转，然后通过小锥齿轮23带动轴
24旋转，在计数器28中显示出散热系统8消耗的热量。
下面参照图3a-3f说明构造无源差动式热量表的流量分配器的 结构和工作原理。
所述流量分配器包括阀体201、滑动阀芯202和调节部件。
图3a中，阀体201具有中空、均匀的内腔，内腔截面可以是 图3b所示的矩形，也可以是图3b所示的圆形，也可以是其它形状。 阀体201的一端面上具有让水流入的入水口 208，阀体201上与入 水口 208相对的另一端敞开，并通过端盖207将其封闭；也可以将 带有入水口的端盖设置在入水口侧，而使阀体与端盖构成一体。阀 体201的侧壁上开有两个外出水口 211、 212。
滑动阀芯202具有与阀体201的内腔形状相配合的中空结构， 滑动阀芯202的长度小于阀体201的内腔长度。滑动阀芯202的侧 壁上开有两个内出水口 213、 214。
调节部件由记忆弹簧203、复位压紧弹簧206、移动档圈204 与紧定螺钉205构成，记忆弹簧203、复位压紧弹簧206和移动档 圈204位于阀体201的内腔中。所述记忆弹簧203具有温度-长度 记忆功能，由记忆合金材料制成，或由其它形状的具有温度-长度 记忆功能的已知材料制成，如由混有铜粉末的石蜡制成的柱体。
滑动阀芯202夹持在复位压紧弹簧206与记忆弹簧203之间。 复位压紧弹簧206的另一端抵接或连接在阀体201的一个端部。记 忆弹簧203的一端与滑动阀芯202的一端抵接或连接，记忆弹簧 203的另一端与移动档圈204抵接或连接，移动档圈204与紧定螺 钉205连接，紧定螺钉205的调节端穿过阀体201的另一个端部， 从而从阀体201的内腔中伸出。滑动阀芯202可以在记忆弹簧203 的控制下紧贴在阀体内腔上移动。
第一外出水口 212、第二外出水口 211与第一内出水口 214、 第二内出水口 213为截面形状相同和截面积相等的平行四边形，第 一外出水口 212能够与第一内出水口 214完全重合，第二外出水口 211能够与第二内出水口 213完全重合。第一外出水口212、第二 外出水口 211与第一内出水口 214、第二内出水口 213能够如图3e、 3f的方式配置。如图3e所示，当第一外出水口 212与第一内出水 口 214完全重合时，第二内出水口 213的开口下沿与第二外出水口 211的上沿相对，使得第二内出水口 213与第二外出水口 211之间 没有水流通道。如图3f所示，当第一外出水口 212与第一内出水 口 214完全重合时，第二内出水口 213的开口上沿与第二外出水口 211的下沿相对，使得第二内出水口 213与第二外出水口 211之间 没有水流通道。
现在说明流量分配器的工作原理。
当具有一定温度一定流量厶的水从阀的入水口 208进入阀体
内部后，记忆弹簧203根据水的温度使自己保持相应的长度，使滑 动阀芯202相对于阀体201保持一定的相对位置。
假定第一外出水口 212、第二外出水口 211、第一内出水口 214 和第二内出水口 213的截面积大小都为开口面积。第二外出水口 211相对于第二内出水口 213的开口面积为、第一外出水口 212 相对于第一内出水口 214的开口面积为S，则水的温度一定时， 记忆弹簧3的长度是一定的，因而,与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与第一内出水口 214、第 二内出水口 213为形状对应的平行四边形，所以开口面积^与出口 面积S、 &2之间的关系为
<formula>formula see original document page 11</formula>
假定从第二出口 209和第一出口 210流出的水的流量分别为 /出2和/加，则/加和/股与从入水口 208流入的水流量/人的关系为
/入=/出1 + /出2
显然4、 /a^的大小分别取决于^、 Sw的大小，且/心与^成 正比关系，^2与^2成正比关系。
在图3a、图3e的情况中，当水的温度有变化时，比如水温升 高A/时(水温降低时的情况与下述变化相反)，即:<formula>formula see original document page 12</formula>，记忆
弹簧3的长度增加了deltal，即:<formula>formula see original document page 12</formula>，因此图3中的阀芯向下移动 了deltal的距离，则第二外出水口 211与第二内出水口 213处的开口增 加了A5^的开口面积，g口 &2 —^2+AS^2，故通过该开口的流量
A2">>42+442;第一外出水口 212与第一内出水口 214处的开口减 少了AS出2的开口面积，即S出,一S出,-AS出，，故通过该开口的流量
<formula>formula see original document page 12</formula>。
阀芯的位置变化后，由于第一外出水口 212、第二外出水口 211 与第一内出水口 214、第二内出水口 213为形状对应的平行四边形， 所以<formula>formula see original document page 12</formula>，因此，441=4^2。
水温变化前
<formula>formula see original document page 12</formula>
水温变化后
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上式说明在水温增高时，第二外出水口 211与第二内出水口 213处的开口面积^2增加了，通过该出口的流量/^也增加了；第 一外出水口 212与第一内出水口 214处的开口面积^减少了，通
过该出口的流量厶,也减少了 ；两处开口的截面积的变化量总是相 等的，即 一处开口面积的增加量等于另一处开口面积的减少量； 两处开口的流量的变化量总是相等的，即 一处开口流量的增加量 等于另一处开口流量的减少量；水温变化前后及变化过程中出口的 总面积是不变的，都等于^;水温变化前后及变化过程中出口的总
流量是不变的,都等于厶。
在图3f的情况中，当水的温度有变化时，比如水温升高Af时 (水温降低时的情况与下述变化相反)，即"—Z + A"记忆弹簧3 的长度减少了A/，即:/4Z-A/，流量/和面积S的变化情况与图3e
的情况相反，仍能够保证两处开口的截面积的变化量总是相等的， 即 一处开口面积的增加量等于另一处开口面积的减少量；两处开 口的流量的变化量总是相等的，即 一处开口流量的增加量等于另 一处开口流量的减少量；水温变化前后及变化过程中出口的总面积 是不变的,都等于^;水温变化前后及变化过程中出口的总流量是
不变的,都等于厶。
可以理解，所述流量分配器可以构造无源差动热量表，也可以 单独应用于需要根据温度进行流量分配的场合。该流量分配器中流 动的介质不限于水，可以是其它流体或半流体。
上面通过优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限 于该优选实施例，而是可以有其它变化，例如流量分配器中的调节 部件可以不包括复位压紧弹簧206，或者仅包括记忆弹簧203。本 领域普通技术人员应该知道，在不背离本发明精神和范围的情况 下，可以对本发明进行各种改变，本发明由所附的权利要求限定。
权利要求
1. 一种差动式热量表，包括入水流量分配器(2)、热量计数器(4)、回水流量分配器(9)以及它们之间的连接管道，其特征在于入水流量分配器(2)与热量表入口(1)相连，入水流量分配器(2)的两个出口分别与第一旁路管道(6)和热量计数器(4)的第一入口(37)相通，热量计数器(4)的第一出口(38)在第一三通接头(7)处与第一旁路管道(6)相连，第一三通接头(7)又与散热系统(8)的入口相连，回水流量分配器(9)与散热系统(8)的出口相连，回水流量分配器(9)的出口分别与第二旁路管道(11)和热量计数器(4)的第二入口(40)相通，热量计数器(4)的第二出口(39)经管道(12)在第二三通接头(13)处与第二旁路管道(11)相连，第二三通接头(13)又与热量表出口(14)相连，其中入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)能够根据介质温度自动分配流入热量计数器(4)和第一旁路管道(6)、第二旁路管道(11)的流量，介质的温度与流入热量计数器(4)和第一旁路管道(6)、第二旁路管道(11)的流量成线性关系。
2. 如权利要求l所述的差动式热量表，其特征在于入水流量 分配器(2)与回水流量分配器(9)如下配置，使使它们中的介质 温度与流入热量计数器(4)和旁路管道(6,11)的流量成相同的线性 关系。
3. 如权利要求1所述的差动式热量表，其特征在于入水流 量分配器(2)与回水流量分配器(9)如下配置，使它们中的介质温度与流入热量计数器(4)和旁路管道(6,11)的流量成相不同 的线性关系。
4. 如权利要求1-3之一所述的差动式热量表，其特征在于:当 入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)中的介质温度增加时， 流入热量计数器(4)的介质可以增加，也可以减少。
5. 如权利要求1-3之一所述的差动式热量表，其特征在于:所 述热量计数器(4)中具有与第一入口(37)相连的第一波轮(25)和与第 二入口(39)相连的第二波轮(15)，第一波轮(25)和第二波轮(15)与差 动机构(18，19,26，27)相连，从第一入口(37)和第二入口(39)进入热量 计数器中的流体可分别使第一波轮(25)和第二波轮(15)旋转，从而 通过差动机构(18， 19,26,27)和传动机构(20,21 ，22,23 ，24)将旋转运动 传递到计数器(28)中以显示散热系统(8)消耗的热量。
6. 如权利要求5所述的差动式热量表，其特征在于所述差 动机构由两个锥齿轮(18,19)和两个行星锥齿轮(26，27)构成，两个锥 齿轮(18，19)分别装在两个波轮(15,25)的输出轴(16，17)上，两个锥 齿轮(18,19)分别同时与两个行星锥齿轮(26,27)相啮合。
7. 如权利要求5所述的差动式热量表，其特征在于所述传 动机构由行星轮架(20,21)、大锥齿轮(22)、小锥齿轮(23)和轴(24) 构成，所述行星锥齿轮(26，27)可旋转地安装在行星轮架(20,21)上， 行星轮架(20,21)又与可旋转地安装在输出轴(17)上的大锥齿轮(22) 固定联接在一起，大锥齿轮(22)与小锥齿轮(23)啮合，小锥齿轮(23) 驱动轴(24)转动。
8. 如权利要求5所述的差动式热量表，其特征在于第一波 轮(25)和第二波轮(15)沿相反的方向旋转。
9. 如权利要求5所述的差动式热量表，其特征在于第一波轮(25)和第二波轮(15)沿相同的方向旋转。
10、如上述任一项权利要求所述的差动式热量表，其特征在于: 入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)是使用温度-长度记 忆弹簧制成的无源元件。
全文摘要
一种差动式热量表，包括入水流量分配器(2)、热量计数器(4)、回水流量分配器(9)以及它们之间的连接管道，其中入水流量分配器(2)和回水流量分配器(9)能够根据介质温度自动分配流入热量计数器(4)的流量，介质的温度与流入热量计数器(4)的流量成线性关系。其优点是结构简单，可以完全依靠介质例如水的动力实现热计量。
文档编号G01K17/06GK101382459SQ200810225450
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者付丽斌, 刘自萍, 孙建东, 红 雷 申请人:北京联合大学