18.07.2020
220.018.33ce

Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений тепловой мощности и количества теплоты, выделяемых жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления. Предложено устройство, обеспечивающее прямые измерения тепловой мощности и энергии в независимых системах теплоснабжения без привлечения данных по расходу, температуре и свойствам теплоносителя. Для решения этой задачи устройство содержит разборный пластинчатый теплообменник с теплоизоляцией, состоящий из чередующихся и находящихся в тепловом контакте друг с другом теплообменных камер, подключенных соответственно в контур подачи тепла и в контур его потребления с помощью распределителей потоковТеплообменные камеры отделены друг от друга датчиками теплового потока, подключенными к измерителю сигналов. Технический результат - повышение точности учета тепла в независимых системах теплоснабжения без привлечения данных по расходу, температуре и свойствам теплоносителя, что способствует дальнейшему совершенствованию обеспечения единства измерений тепловой мощности и количества теплоты в системах теплоснабжения. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области теплотехнических измерений, осуществляемых при учете тепловой энергии в системах теплоснабжения.

Уровень техники

Предлагаемое устройство относится к средствам измерений тепловой мощности (теплового потока) и тепловой энергии (количества теплоты), выделяемых нагретыми жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в независимых трубопроводных системах теплоснабжения. Традиционно значения этих величин получают с помощью теплосчетчиков, реализующих косвенные методы определения по результатам измерений расхода и температуры теплоносителя расходомерами и термометрами, встраиваемыми в трубопроводы систем отопления, по формуле

Q = G (T1 - T2) КХ (T, р), W = QΔτ, (1)

где Q - тепловая мощность (тепловой поток) [Вт];

G - массовый расход теплоносителя [кг/сек];

T1 и Т2 - значения его температуры на входе и выходе объекта теплопотребления [°С];

КХ (T, р) - коэффициент, учитывающий калорические свойства теплоносителя в зависимости от температуры и давления [Дж/кг⋅°С];

W - тепловая энергия (количество теплоты) [Дж];

Δτ - интервал времени измерений [сек].

Кроме измерений расхода и температуры для получения искомых значений тепловой мощности и количества теплоты привлекают справочные данные по удельной энтальпии или теплоемкости (коэффициент КХ (Т, р) используемого теплоносителя. Достоверность результатов измерений, полученных такими устройствами, зависит от соответствия справочных данных фактическим свойствам используемого теплоносителя.

Аналог устройства

Свободным от указанных недостатков является выбранный в качестве аналога теплосчётчик, реализующий прямой теплометрический метод, использующий для измерений тепловой мощности датчики теплового потока (Патент №2124188 Российская Федерация / Баталов С.С., Черепанов В.Я. // Бюллетень изобретений № 36. - 1998. - 2 с.). В устройстве-аналоге используют встраиваемый в трубопровод системы отопления специальный теплообменник, на боковых поверхностях которого устанавливают пластины с размещёнными на них накладными датчиками теплового потока (тепломерами) и радиаторами, охлаждаемыми внешней средой или термобатареями Пельтье. На входе и выходе теплообменника устанавливают дополнительный малогабаритный датчик теплового потока, который выполняет функцию высокочувствительного дифференциального датчика малых значений разности температуры между входом и выходом теплообменника.

Принцип действия такого устройства заключается в том, что нагретый теплоноситель, проходя по такому теплообменнику охлаждается, создавая на его поверхности тепловой поток. При этом температура теплоносителя понижается. В соответствии с (1) этот тепловой поток равен:

Q0 = GΔt КХ (T, р), (2)

где Q0 - тепловой поток на поверхности теплообменника [Вт];

G - массовый расход теплоносителя [кг/сек];

Δt - понижение температуры теплоносителя [°С];

КХ (T, р) - коэффициент, учитывающий свойства теплоносителя [Дж/кг⋅°С].

При этом датчики теплового потока выдают электрический сигнал

E=Q0/KF, (3)

где Е - электрический сигнал [мВ];

Q0 - тепловой поток на поверхности теплообменника [Вт];

К - коэффициент преобразования датчиков [Вт/ (м2⋅мВ)];

F - суммарная площадь теплоотдающей поверхности датчиков [м2].

Это позволяет определить, входящее в классическую формулу (1), фактическое значение произведения

G КХ (T, р) = Q0/Δt =KEF/Δt, (4)

С учётом этого, из (1) и (2) следует уравнение измерений тепловой мощности, выделяемой системой отопления объекту теплопотребления:

QХ = Q0 (T1 - T2) /Δt = KEF (T1 - T2) /Δt, (5)

В эту формулу не входят значения расхода теплоносителя, а также коэффициент, учитывающий его свойства в зависимости от температуры и давления. Это является главным достоинством предложенного устройства. Недостатком устройства-аналога является необходимость измерений малой разности температуры с высокой точностью, которая трудно достигается несмотря даже на высокую чувствительность используемого для этой цели специального датчика. Поэтому такое устройство может быть успешно реализовано только для измерений на трубопроводах малого диаметра, на которых можно получить достаточные для точных измерений значения перепада температуры на его входе и выходе.

Прототип устройства

Дальнейшее развитие идеи использования прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты, с помощью измерительного теплообменника, содержится в устройстве для поверки теплосчетчиков, предлагаемом в качестве прототипа к заявляемому изобретению (Патент RU № 2152008 / Баталов С.С, Черепанов В.Я. Устройство для поверки теплосчетчиков // Бюллетень изобретений №18. - 2000. - 3 с.). Устройство содержит замкнутый контур трубопроводов с нагретым теплоносителем и участком испытаний поверяемых теплосчётчиков, а также дополнительный замкнутый контур трубопроводов с охлаждённым теплоносителем. Теплообмен между контурами осуществляет теплообменник, между рабочими поверхностями пластин которого, установлен датчик теплового потока, связанный с измерительно-вычислительным устройством.

Изобретение - прототип предлагает оригинальную схему (способ) поверки теплосчётчиков, основанную на использовании измерительного теплообменника. Однако устройство и конструкция измерительного теплообменника, как и входящих в его состав специальных датчиков теплового потока, в описании изобретения не рассмотрены. Это является существенным недостатком устройства-прототипа, не позволяющим реализовать его в качестве высокоточного измерителя тепловой мощности и энергии.

Описание изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства-теплосчётчика на основе измерительного теплообменника, свободного от недостатков аналога и прототипа и обеспечивающего прямые измерения тепловой мощности и энергии в независимых системах теплоснабжения без привлечения данных по расходу, температуре и свойствам теплоносителя.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для измерений тепловой мощности и количества теплоты, выделяемых независимой системой отопления, устройство (фиг. 1) содержит разборный пластинчатый теплообменник с теплоизоляцией, установленный между контуром подачи тепла и контуром его потребления. Теплообменник состоит из набора чередующихся друг с другом камер 3 с “горячим” теплоносителем 5, поступающим в них из распределителя потока 4 из контура подачи тепла, и камер 10 с “холодным” теплоносителем 11, который через распределитель потока 12 поступает в контур потребления тепла. Камеры снабжены штуцерами для подачи и отвода теплоносителя и закрыты снаружи слоем теплоизоляции 9, а их полости разделены друг от друга датчиками теплового потока 1, которые контактируют с теплоносителем и отделены от каркаса камер эластичными уплотнителями 2. Герметичность теплообменника обеспечивает прижимное устройство 14, содержащее стойки 6, опоры 7 основание 8 и прижимные пластины 13. Каркас камеры (фиг. 2) теплообменника 15 имеет форму прямоугольной рамки с расположенными по её внутреннему периметру канавками для уплотнителя 16, обеспечивающего герметичность камер. Внутри каркас снабжён выступами 18, формирующими зигзагообразную траекторию потока теплоносителя 17 и одновременно являющимися упорами, предотвращающими прогиб поверхности датчиков теплового потока 1, обусловленный разностью давлений теплоносителя в соседних камерах.

Датчики выполнены в виде сэндвича (фиг. 3), состоящего из двух, скреплённых между собой винтами 20 и снабженных термоэлектрическими датчиками температуры (термопарами) 24, плоских металлических пластин 19 и 23, снабжённых канавками 22 для укладки термоэлектродов термопар, и разделенных тепловым сопротивлением 21 в виде прокладки из материала с низкой теплопроводностью.

Предложенная конструкция датчиков теплового потока с одной стороны, обеспечивает эффективную тепловую связь между камерами теплообменника, а с другой стороны - формирует достаточный для уверенных измерений электрический сигнал, пропорциональный плотности теплового потока. Конструкция датчиков позволяет гарантировать их взаимозаменяемость и идентичность метрологических характеристик. Соотношение сигнала датчиков с плотностью теплового потока предварительно устанавливают и периодически подтверждают с помощью эталонных теплометрических установок, прослеживаемых к первичному эталону поверхностной плотности теплового потока, путем нахождения коэффициента преобразования датчиков:

К = q/Е, (6)

где q - плотность теплового потока [Вт/м2];

Е - сигнал датчиков теплового потока [мВ].

Количество теплоты, проходящих через датчики теплообменника в контур теплопотребления, определяют по формуле

(7)

где W - тепловая энергия (количество теплоты) [Дж];

F - суммарная площадь теплоотдающей поверхности датчиков [м2];

1, τ2] - интервал времени измерений количества теплоты [сек];

Е - сигнал датчиков в этом интервале времени [мВ].

Достигаемый технический результат

Предлагаемое устройство для прямых измерений количества теплоты в системах теплоснабжения на основе измерительных теплообменников позволяет повысить точность учета тепла в независимых системах теплоснабжения без привлечения данных по расходу, температуре и свойствам теплоносителя. Это способствует дальнейшему совершенствованию обеспечения единства измерений тепловой мощности и количества теплоты в системах теплоснабжения. Устройство может быть также широко использовано для коммерческого учета тепла в системах теплоснабжения зданий и сооружений с любыми типами теплоносителей, в том числе, используемых на объектах атомной энергетики.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Устройство с теплообменником: 1 - датчики теплового потока, 2 - эластичные уплотнители, 3 - камеры для «горячего» теплоносителя, 4 - распределитель «горячего» потока, 5 - «горячий» теплоноситель, 6 - стойки, 7 - опоры, 8 - основание, 9 - теплоизоляция, 10 - камеры для «холодного» теплоносителя, 11 - «холодный» теплоноситель, 12 - распределитель «холодного» потока, 13 - прижимная пластина, 14 - прижимное устройство.

Фиг. 2. Каркас камеры теплообменника: а) 1 - датчики теплового потока (верхний, нижний), 15 - каркас камеры с выступом, 16 - уплотнитель, 17 - теплоноситель; б) вид сверху без верхнего датчика теплового потока, 18 - выступы для формирования траектории теплоносителя.

Фиг. 3. Датчик теплового потока: 19 - верхняя контактная пластина, 20 - крепёж, 21 - тепловое сопротивление, 22 - канавки, 23 - нижняя контактная пластина, 24 - термопары.

Устройство для измерений тепловой мощности и количества теплоты, выделяемых жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления, содержащее разборный пластинчатый теплообменник с теплоизоляцией, состоящий из чередующихся и находящихся в тепловом контакте друг с другом теплообменных камер, установленных соответственно в контур подачи тепла и в контур его потребления, герметичность которых обеспечивает прижимное устройство, содержащее стойки, опоры, основание и прижимные пластины, отличающееся тем, что подключенные с помощью штуцеров к распределителям потоков теплоносителя теплообменные камеры представляют собой металлические каркасы, выполненные в форме прямоугольных рамок с внутренними выступами, формирующими зигзагообразную траекторию потока теплоносителя и одновременно являющимися упорами, предотвращающими обусловленный разностью давлений теплоносителя в соседних камерах прогиб съемных датчиков теплового потока, которые с помощью эластичных уплотнителей герметично отделяют теплообменные камеры друг от друга и выполнены в виде сэндвича, состоящего из двух скрепленных между собой винтами плоских металлических пластин с высокой теплопроводностью, разделенных слоем материала с высоким тепловым сопротивлением и снабженных термоэлектрическими датчиками температуры, размещенными в канавках и подключенными к измерителю их сигналов.
Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления
Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления
Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 41.
27.09.2014
№216.012.f999

Времяпролетный способ определения скорости звука в жидкой среде и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области гидроакустической метрологии. Процедура измерения скорости звука времяпролетным способом предполагает задание базы измерения с помощью специальной меры длины, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя полированными звукоотражающими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529734
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.01.2015
№216.013.198f

Встроенный пьезоэлектрический источник переменного тока для свободновращающихся инерционных осесимметричных тел

Изобретение относится к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве маломощного источника переменного тока для свободновращающихся осесимметричных инерционных тел. Генератор содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537971
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.19ce

Бездемонтажный способ поверки виброакустических приемников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционной поверки пьезоэлектрических приемников. Способ контроля заключается в подаче на дистанционные приемники, состоящие из инерционной массы, пьезоэлемента и усилителя заряда, от генератора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538034
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.3f2e

Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам сличения шкал времени удаленных объектов с применением оптоволоконной линии связи, соединяющей объекты. Устройство состоит из двух составных частей, размещенных на удаленных друг от друга объектах, и содержит на первом объекте таймер событий с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547662
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.5255

Устройство для воспроизведения и передачи единиц массовой концентрации кислорода и водорода в жидких средах

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению концентрации кислорода и водорода, предназначенных для поверки, калибровки анализаторов растворенного в жидких средах кислорода и водорода. Устройство для воспроизведения и передачи единиц массовой концентрации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552598
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.09.2015
№216.013.7d06

Способ определения чувствительности по полю гидроакустического приемника

Изобретение относится к акустической метрологии, в частности к способу определения чувствительности гидроакустического приемника. Согласно способу излучатель, эталонный гидрофон с известной чувствительностью и градуируемый приемник располагают в бассейне с водой при известных расстояниях между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563603
Дата охранного документа: 20.09.2015
10.11.2015
№216.013.8e6d

Способ измерения комплексной частотной зависимости передаточного импеданса пары излучатель-приемник в свободном поле

Изобретение относится к гидроакустической метрологии, в частности к способам измерения комплексной частотной характеристики передаточного импеданса системы излучатель-приемник. Излучатель и приемник располагают в бассейне, при этом приемник отнесен от излучателя на некоторое расстояние....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568070
Дата охранного документа: 10.11.2015
20.01.2016
№216.013.a34c

Способ определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик чувствительности по полю гидроакустического приемника

Изобретение относится к гидроакустике. Стенд содержит излучатель, обратимый преобразователь и градуируемый гидроакустический приемник, которые расположены в измерительном бассейне на одной прямой и разнесены в пространстве относительно друг друга на определенное расстояние. Излучатель и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573446
Дата охранного документа: 20.01.2016
27.04.2016
№216.015.37e7

Способ определения мощности квадратурных составляющих радиосигнала

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения мощности радиосигнала в тракте, демодуляции сигнала, измерений амплитуды напряжения переменного тока, в частности к области измерений мощности сигнала путем измерений напряжения. Одновременно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582907
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.08.2016
№216.015.5671

Способ и устройство для измерения параметров вибрации наконечника ультразвукового волновода

Использование: для измерения параметров продольной вибрации наконечника ультразвукового волновода. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют передачу виброускорения наконечника волновода на измерительный преобразователь, преобразующий энергию механических колебаний в электрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593444
Дата охранного документа: 10.08.2016
Показаны записи 1-3 из 3.
27.03.2016
№216.014.c71c

Устройство для измерений коэффициента черноты покрытий

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента черноты покрытий. Заявлено устройство, содержащее идентичные по конструкции тепловой излучатель и теплосток, снабженные подключенными к выходу регуляторов температуры термоэлектрическими батареями...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578730
Дата охранного документа: 27.03.2016
19.01.2018
№218.016.05e7

Теплосчетчик на основе накладных датчиков

Предлагаемое изобретение относится к средствам измерений количества теплоты, выделяемой нагретыми жидкими, газообразными и многофазными теплоносителями в системах отопления, без нарушения их целостности. Предложенный теплосчетчик на основе накладных датчиков содержит датчик теплового потока и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631007
Дата охранного документа: 15.09.2017
19.01.2018
№218.016.0e35

Устройство для измерений теплопроводности

Устройство для измерений теплопроводности относится к устройствам для измерений высоких значений теплопроводности стационарным методом, предусматривающим использование продольного теплового потока в образце исследуемого материала. Предложено устройство для измерений высоких значений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633405
Дата охранного документа: 12.10.2017

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД