採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統的製作方法

2023-07-07 14:42:31

專利名稱：採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝在以水為載熱體的集中供熱採暖系統中用於對用戶用熱實施計量及遠程控制的系統。
在集中供熱採暖系統中，採暖用戶實際用熱量的計量和收費一直是困擾廣大用戶和供熱商的棘手難題。由於缺乏有效的計量手段，採暖用戶的實際用熱量很難準確計量，供熱取暖費的收取也缺乏科學的依據。在我國北方的採暖地區，長期沿用按用戶採暖面積計收採暖費的辦法，該辦法不但不能準確反映用戶的實際熱量，供熱商對採暖用戶的用熱也沒有行之有效的監控手段，實在是一種既不合理又不科學的辦法，很有必要加以改變。
為了準確計量採暖用戶的實際用熱量，近年來陸續出現了一些不同的計量器具和計量方法。方法之一是利用熱量表直接測量散熱器的進出水溫差和水流量並計算出散熱器的散熱量(即用戶用熱量)，由天津市賽源智能控制有限公司開發的IC卡熱量表即是此類熱量表。對於目前普遍採用的集中供熱採暖系統來說，每一個散熱器都必須安裝一個這樣的熱量表，其安裝的複雜性和高昂的費用都是各方面難以接受的。方法之二是在散熱器表面安裝所謂熱分配表，並利用液體蒸發量來計算採暖用戶的實際用熱量。這種方法看似簡單，造價也不算很高，但其缺點也是顯而易見的，它不能實時計量和顯示用熱量，而必須等採暖期結束以後才能算總帳，而且每個採暖期都必須更換蒸發液，累計運行費用並不比熱量表方式低。總而言之，上述兩種方法雖然可以比較準確地計量採暖用戶的實際用熱量，但都還存在著造價高或運行費用高等問題，而且供熱商對採暖用戶用熱的監控、特別是遠程監控的問題仍然未能解決。
本發明的目的即在於獲得一種採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，以便對集中供熱系統用戶實際用熱量實施準確的計量並對用戶用熱實施有效的遠程監控。
為了實現上述目的，本發明在採暖系統各散熱器的進水管路和出水管路的適當部位安裝多個溫度傳感器和流量傳感器以及可由溫度傳感器控制關斷或開啟的控制閥，並在採暖監控中心設置一級或多級監控器。各溫度傳感器所採集的水溫數據和各流量傳感器採集的水流量數據分別由各溫度傳感器和流量傳感器按預先設置的程序處理後，以無線通信的方式發送至監控器；監控器接收到發自各溫度傳感器的水溫數據和發自各流量傳感器的水流量數據後，按預先設置的程序分別計算出各散熱器的散熱量(即用戶用熱量)；監控器按預先設置的程序發出的關閉或開通某散熱器的監控指令也以無線通信的方式發送至相關的溫度傳感器，並由溫度傳感器控制相關的控制閥關斷或開啟。以下結合具體實施例對本發明採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統的技術特徵作進一步的詳細說明。
附

圖1為單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統圖；附圖2為雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統圖；附圖3為溫度傳感器框圖；附圖4為流量傳感器框圖；附圖5為監控器框圖；附圖6為測溫管式熱水流量計的結構示意圖；附圖7為具有隨動溫控功能的兩通控制閥的結構示意圖；附圖8、9為具有隨動溫控功能的兩通控制閥閥杆、支架和槓桿配合關係的正視圖和側視圖；附圖10為其有隨動溫控功能的三通控制閥的結構示意圖。
以水為載熱體的集中供熱採暖系統大致可以分為兩類，即單管採暖系統和雙管採暖系統。在這兩種採暖系統中，散熱器的安裝方式各不相同，本發明中的溫度傳感器、流量傳感器和控制閥的安裝位置也有所區別。
在單管採暖系統中(參見圖1)，各散熱器S(包括跨越管K)都是串聯在同一進水立管中的，上遊散熱器的出水管路即為下遊散熱器的進水管路，在本發明單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統中，溫度傳感器T分別安裝在單管採暖系統各散熱器S(包括跨越管K)的進水管路和出水管路中，上遊散熱器出水管路溫度傳感器可以作為下遊散熱器進水管路溫度傳感器。流量傳感器F則安裝在單管採暖系統的進水立管或出水立管中，且每個單管採暖系統只需要安裝一個流量傳感器。控制閥可以採用兩通控制閥V2，也可以採用三通控制閥V3；兩通控制閥V2安裝在單管採暖系統各散熱器S(不包括跨越管K)的進水管路中，而三通控制閥則安裝在單管採暖系統各散熱器S和跨越管K的進水管路中。
在雙管採暖系統中(參見圖2)，各散熱器S的進水管路並聯於同一進水立管上，各散熱器S的出水管路則並聯於同一回水立管上。在本發明雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統中，溫度傳感器T分別安裝在雙管採暖系統各散熱器S的進水管路和回水管路中，而各散熱器S進水管路溫度傳感器可由安裝在雙管採暖系統進水立管中的一個溫度傳感器代替。流量傳感器F則安裝在雙管採暖系統各散熱器S的進水管路中或出水管路中；控制閥則只能採用兩通控制閥V2並與相關的溫度傳感器一起安裝在雙管採暖系統各散熱器S的出水管路中。
本發明中的溫度傳感器T(參見圖3)由微處理器、溫度採集器、無線通信模塊、外圍電路和電源組成，所採集的水溫數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器M；其中的溫度採集器可採用多種型式，如測溫電阻、熱電偶等。
本發明中的流量傳感器F(參見圖4)由微處理器、流量採集器，無線通信模塊、外圍電路和電源組成，所採集的水流量數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器M；其中的流量採集器也可以採取多種型式，例如採用所謂測溫管式熱水流量計。
參考圖6，測溫管式熱水流量計的主體測溫管1為內徑、壁厚和導熱系統均已標定的圓管，其兩端帶有管接頭2並可通過管接頭2安裝在散熱器的進水管路中或出水管路中，其內壁、外壁和中央處分別設置有內壁測溫點3、外壁測溫點4和中央測溫點5。測溫管式熱水流量計測量熱水流量的原理如下根據傳熱學理論，測溫管內壁與外壁的導熱量為q＝2λ(tw2-tw1)/(D-d)其中λ為測溫管材的導熱係數，D和d分別為測溫管的外徑和內徑，tw1和tw2分別為測溫管外壁溫度和內壁溫度；根據傳熱學理論，測溫管內流體與管壁間的對流換熱量為q＝α(tf-tw1)其中α為對流換熱係數，tf為測溫管內流體溫度；穩定傳熱時，上述兩個q應該相等，從而可求出對流換熱係數α；另外有，Nu＝α·d/λf＝0.023Re0.8·Pr0.4，其中Nu稱為努謝爾特準數，Re為雷諾數，Pr為普朗特常數，λf為管內流體導熱係數；由此可求出雷諾數Re；又，測溫管內流體的流速為V＝Re·νf/d，其中νf是流體的運動粘滯係數；於是，可求得測溫管內流體的體積流量為m=4d2V]]>顯然，只要利用測溫管式熱水流量計分別測出管外壁溫度tw1、管內壁溫度tw2和管內熱水溫度tf，並利用已知的測溫管內徑d、外徑D和導熱係數λ以及熱水的導熱係數λf和運動粘滯係數νf等參數，即可測得熱水的體積流量。
本發明中的監控器(參見圖5)由微處理器、鍵盤、顯示器、無線通信模塊、有線通信模塊、外圍電路和電源組成；所接收的發自各溫度傳感器的水溫數據和發自各流量傳感器的水流量數據由微處理器按預先設置的程序分別計算出各散熱器的散熱量(即用戶用熱量)並儲存在微處理器中或以有線通信方式發送至上一級監控器，儲存在微處理器中或上一級監控器中的用戶用熱量可隨時調出並通過顯示器加以顯示；由微處理器按預先設置的程序(例如用戶預繳的採暖費用盡時或用戶續繳了採暖費後)所發出的關閉或開通某散熱器的監控指令也以無線通信的方式發送至相關的溫度傳感器，並由該溫度傳感器控制相關的控制閥關斷或開啟。
本發明單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統和雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統中的兩通控制閥可以採用多種型式，圖7所示為一種具有隨動溫控功能的兩通控制閥的結構示意圖。
參考圖7、8、9，具有隨動溫控功能的兩通控制閥主要由閥體、閥杆、感溫包、槓桿和電機及減速齒輪構成。閥體6為圓管形，其左右兩端分別開有進口7和直通口8，其上側開有閥口9，閥口9下方的閥體內帶有一個兩通閥座10，其上方則帶有由閥芯座10和閥芯蓋13組合而成的閥芯。閥杆12為圓杆，套裝在閥芯中並可在其中上下移動，其上部帶有一擋圈14，擋圈14的下方套裝有一彈簧15，閥杆12的下端帶有與兩通閥座10互相配合以關斷或開啟閥體的兩通閥蓋16，閥杆12的上端伸出閥芯外。感溫包17為一熱敏伸縮器件，通過調整籠18和調節手柄19安裝在閥杆12的正上方並且可在調節手柄19內熱伸冷縮；其中央帶有一帽筒20，帽筒20的下端伸入導向套27內並可沿導向套27上下滑動；導向套27的下端連接有一支架21，支架21與帽筒20內安裝有一長彈簧22；支架21的底端形成一框體23並與閥杆12的頂端相牴觸。槓桿24呈丁字形，通過短軸25安裝在調整籠18上並且可繞短軸25上下轉動，其一端伸入支架21底端的框體23中並與框體23互相配合，另一端帶有一扇形齒輪26並與電機減速齒輪28互相嚙合。
通常狀態下，由於彈簧15的彈性力遠大於長彈簧22的彈性力，閥杆12和兩通閥蓋16處於最高位，對應於兩通控制閥全開。擰動調節手柄19可使感溫包17和帽筒20同時下移並通過長彈簧22和支架21使閥杆12和兩通閥蓋16下移，從而減小兩通控制閥的開度直至關斷。由此可見，通過調節手柄19可以設定兩通控制閥的最大開度，也即設定採暖室溫。採暖室溫設定以後，隨著室溫的逐漸升高，感溫包17將逐漸伸長，帽筒20也將隨之下移並通過長彈簧22和支架21使閥杆12及兩通閥蓋16逐漸下移，兩通控制閥的開度逐漸減小；當室溫達到設定的採暖室溫時，兩通控制閥將完全關閉。當室溫回落時，感溫包17將縮短、帽筒20隨之上移，閥杆12及兩通閥蓋16也隨之上移，兩通控制閥將重新打開一定開度，以使室溫不再繼續回落，如此即可使室溫自動維持在設定的採暖室溫。
在上述兩通控制閥中，槓桿24和電機及減速齒輪28是執行監控器M遠程監控指令的機構。當散熱器S進水管路或出水管路中的溫度傳感器T接收到發自監控器M的關閉或開通該散熱器S的指令時，即控制電機及減速齒輪28啟動並通過扇形齒輪26使槓桿24轉動，從而使槓桿24的右端下壓或上揚並通過支架21底端的框體23使閥杆12及兩通閥蓋16下移或上移，進而使兩通控制閥關斷或開啟。
本發明單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統中的三通控制閥也可以採用多種型式，圖10所示為一種具有隨動溫控功能的三通控制閥的結構示意圖，其結構和控制機理與圖7所示的具有隨動溫控功能的兩通控制閥基本相同，但閥體6的下側增開了一個與閥口9相對的旁通口29，閥口29與旁通口29之間的閥體內設有一個三通閥座30，從而形成了進口→直通口和進口→旁通口兩個流道。閥杆12的下部同時裝有兩個與三通閥座30互相配合的閥蓋31和閥蓋32，並分別控制著上述兩個流道的流體流量。由於閥蓋31和閥蓋32安裝於同一閥杆12上，因此當閥杆12上移或下移時，閥蓋31和閥蓋32將同步動作，兩個流道的流體流量將此消彼長並保持總流量不變。安裝時，應將直通口8與單管採暖系統散熱器S的進水管路相連，旁通口29與跨越管K相連，進口7則與單管採暖系統進水立管相連，如此即可保證隨動溫控功能的實現和遠程監控指令的正確執行。
由以上所述可見，本發明採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統構成簡單，安裝管理方便，除可對用戶用熱實施計量和遠程監控外，還可隨時向熱力公司提供有關的熱網信息。因此，本發明特別適用於各類以水為載熱體的集中供熱採暖系統。
權利要求
1.一種單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於由多個溫度傳感器和流量傳感器以及監控器組成；所述各溫度傳感器由微處理器、溫度採集器、無線通信模塊、外圍電路和電源組成並分別安裝在單管採暖系統各散熱器(包括跨越管)的進水管路和出水管路中，所採集的水溫數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器；所述流量傳感器由微處理器、流量採集器、無線通信模塊、外圍電路和電源組成並安裝在單管採暖系統的進水立管中或出水立管中，所採集的水流量數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器；所述監控器由微處理器、鍵盤、顯示器、無線通信模塊、有線通信模塊、外圍電路和電源組成，所接收的發自各溫度傳感器的水溫數據和發自流量傳感器的水流量數據由微處理器按預先設置的程序分別計算出各散熱器的散熱量並儲存在微處理器中或以有線通信方式發送至上一級監控器，由微處理器按預先設置的程序所發出的關閉或開通某散熱器的監控指令也以無線通信的方式發送至安裝在該散熱器進水管路中的溫度傳感器。
2.根據權利要求1所述的單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於所述單管採暖系統各散熱器進水管路中分別安裝有可由安裝在該散熱器進水管路中的溫度傳感器控制關斷或開啟的兩通控制閥或三通控制閥，各散熱器進水管路中的溫度傳感器接收到發自監控器的關閉或開通該散熱器的監控指令後即控制相關的兩通控制閥或三通控制閥關斷或開啟。
3.一種雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統、其特徵在於由多個溫度傳感器和流量傳感器以及監控器組成；所述各溫度傳感器由微處理器、溫度採集器、無線通信模塊、外圍電路和電源組成並分別安裝在雙管採暖系統各散熱器的進水管路和出水管路中，所採集的水溫數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器；所述各流量傳感器由微處理器、流量採集器、無線通信模塊、外圍電路和電源組成並分別安裝在雙管採暖系統各散熱器的進水管路或出水管路中，所採集的水流量數據由微處理器按預先設置的程序處理後以無線通信的方式發送至監控器；所述監控器由微處理器、鍵盤、顯示器、無線通信模塊、有線通信模塊、外圍電路和電源組成，所接收的發自各溫度傳感器的水溫數據和發自各流量傳感器的水流量數據由微處理器按預先設置的程序分別計算出各散熱器的散熱量並儲存在微處理器中或以有線通信方式發送至上一級監控器，由微處理器按預先設置的程序所發出的關閉或開通某散熱器的監控指令也以無線通信的方式發送至安裝在該散熱器進水管路或出水管路中的溫度傳感器。
4.根據權利要求3所述的雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於所述雙管採暖系統各散熱器出水管路中分別安裝有可由安裝在該散熱器出水管路中的溫度傳感器控制關斷或開啟的兩通控制閥，各散熱器出水管路中的溫度傳感器接收到發自監控器的關閉或開通該散熱器的監控指令後即控制相關的兩通控制閥關斷或開啟。
5.根據權利要求1所述的單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統或權利要求3所述的雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於所述流量採集器是由測溫管構成的測溫管式熱水流量計；所述測溫管為內徑、外徑和管材導熱係數均已標定的圓管，其兩端帶有管接頭並可通過管接頭安裝在散熱器的進水管路或出水管路中，其內壁、外壁和中央分別設有內壁側溫點、外壁測溫點和中央測溫點。
6.根據權利要求2所述的單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統或權利要求4所述的雙管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於所述的兩通控制閥由閥體、閥杆、感溫包、槓桿和電機及減速齒輪構成，所述閥體為圓管形，其左右兩端分別開有進口和直通口，其上側開有閥口，閥口下方的閥體內帶有一兩通閥座，其上方則帶有由閥芯座和閥芯蓋組合而成的閥芯；所述閥杆為圓杆，套裝在所述閥芯中並可在其中上下移動，其上部帶有一擋圈，擋圈的下方套裝有一彈簧，閥杆的下端帶有與所述兩通閥座互相配合的兩通閥蓋，其上端伸出閥芯外；所述感溫包為熱敏伸縮器件，通過調整籠和調節手柄安裝在所述閥杆的正上方並可在調節手柄內熱伸冷縮，其中央帶有一帽筒，帽筒的下端伸入導向套內並可沿導向套上下滑動，導向套的下端連接有一支架，支架與帽筒內安裝有一長彈簧，支架的底端形成一框體並與所述閥杆的頂端相牴觸；所述槓桿呈丁字形，通過短軸安裝在所述調整籠上並且可繞短軸上下轉動，其一端伸入所述支架底端的框體中並與框體互相配合，另一端帶有一扇形齒輪並與所述電機減速齒輪互相嚙合。
7.根據權利要求2所述的單管採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統，其特徵在於所述三通控制閥由閥體、閥杆、感溫包、槓桿和電機及減速齒輪構成；所述閥體為圓管形，其左右兩端分別開有進口和直通口，其上、下兩側分別開有相對的閥口和旁通口，閥口與旁通口之間的閥體內帶有三通閥座，閥口的上方帶有由閥芯座和閥芯蓋組合而成的閥芯；所述閥杆為圓杆，套裝在所述閥芯中並可在其中上下移動，其上部帶有一擋圈，擋圈的下方套裝有一彈簧，閥杆的下端帶有兩個分別與所述三通閥座互相配合的閥蓋，其上端伸出閥芯外；所述感溫包為熱敏伸縮器件，通過調整籠和調節手柄安裝在所述閥杆的正上方並可在調節手柄內熱伸冷縮，其中央帶有一帽筒，帽筒的下端伸入導向套內並可沿導向套上下滑動，導向套的下端連接有一支架，支架與帽筒內安裝有一長彈簧，支架的底端形成一框體並與所述閥杆的頂端相牴觸；所述槓桿成丁字形，通過短軸安裝在所述調整籠上並且可繞該短軸上下轉動，其一端伸入所述支架底端的框體中並與框體互相配合，另一端帶有一扇形齒輪並與所述電機減速齒輪互相嚙合。
全文摘要
採暖系統用戶用熱計量及遠程監控系統涉及一種對單管或雙管採暖系統用戶用熱實施計量和遠程監控的系統,由多個溫度傳感器和流量傳感器以及監控器組成。溫度傳感器和流量傳感器分別採集的水溫數據和水流量數據以無線通信方式發送至監控器;監控器接收到水溫數據和水流量數據後按預先設置的程序分別計算出採暖系統中各散熱器的散熱量,關閉或開通散熱器的指令也以無線通信方式發送至相關的溫度傳感器並控制相關的控制閥關斷或開啟。
文檔編號G01K17/00GK1253288SQ9912607
公開日2000年5月17日 申請日期1999年12月15日 優先權日1999年12月15日
發明者左曄, 孫學良, 於志夫, 汪健生, 牛瑞明, 王秉明, 李維升, 劉玉城 申請人:天津市賽恩電子技術有限公司