流量分配器以及使用該流量分配器的差動式熱量表的製作方法
2023-05-18 11:14:16 2
專利名稱：流量分配器以及使用該流量分配器的差動式熱量表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流量分配器，其可單獨使用，也可用於依靠介質(例如水)的動力實現熱計量的差動式熱量表。
背景技術：
在節約型社會的今天，節約能源的民用採暖計量已經提高到了國家政策鼓勵的地位。現有的熱量表一般都需要電源驅動，其具有重大缺陷，即必須定期更換或檢查熱量表的電源，而一旦電源耗盡或出現故障，則供暖計量將中止。定期更換或檢查熱量表的電源必將耗費供暖公司大量的人力、物力和財力，在電源出現人為或自然的故障及電能耗盡時，供暖公司將遭受損失。
發明內容
本發明的目的在於提供一種流量分配器，其包括閥體、滑動閥芯和調節部件，其中閥體具有中空、均勻的內腔，閥體的一端面上具有讓介質流入的入口，閥體的側壁上開有第一外出口、第二外出口；滑動閥芯具有與閥體的內腔形狀相配合的中空結構，滑動閥芯的長度小於閥體的內腔長度。滑動閥芯的側壁上開有第一內出口、第二內出口；調節部件為記憶彈簧，位於閥體的內腔中，所述記憶彈簧具有溫度-長度記憶功能；記憶彈簧與滑動閥芯連接，記憶彈簧的另一端與閥體的一端抵接或連接，滑動閥芯可以在記憶彈簧的控制下緊貼在閥體內腔上移動；第一外出口、第二外出口與第一內出口、第二內出口為截面形狀相同和截面積相等的平行四邊形，第一外出口能夠與第一內出口完全重合，第二外出口能夠與第二內出口完全重合。
另一方面，提供一種使用該流量分配器的無源差動式熱量表。
圖1是本發明的差動式熱量表的一優選實施例的結構示意圖； 圖2表示在本發明的差動式熱量表中使用的熱量計數器的一優選實施例； 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； 圖3b表示圖1所示本發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上方觀測的本發明的流量分配器的縱截面的示意圖； 圖3e表示本發明的流量分配器的內出口與外出口之間位置關係的第一實施例的示意圖； 圖3f表示本發明的流量分配器的內出口與外出口之間位置關係的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式 下面結合圖1對本發明的差動式熱量表進行詳細說明，圖1中雙點劃線內為熱量表。
首先要說明的是，本發明的差動式熱量表中的介質可以是任何合適的流體或半流體，但為了便於說明，下面以水作為例子，但本發明中所使用的介質並不局限於水。
如圖1中所示，本發明的差動式熱量表(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1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與熱量計數器4的第一入口37相連，熱量計數器4的第一出口38經管道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8的入口相連。回水流量分配器9與散熱系統8的出口相連，回水流量分配器9的出口分別與管道10和第二旁路管道11相連，管道10與熱量計數器4的第二入口40相連，熱量計數器4的第二出口39經管道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，然後分兩路輸出，一路經管道3通過第一入口37進入熱量計數器4，再通過第一出口38經管道5到達第一三通接頭7，另一路經第一旁路管道6到達第一三通接頭7。隨後，熱水從第一三通接頭7經散熱系統8的入口進入採暖單元的散熱系統8，再從散熱系統8的出口進入回水流量分配器9，然後分兩路輸入，一路經管道10通過第二入口40進入熱量計數器4，再通過第二出口39經管道12到達第二三通接頭13，另一路經第二旁路管道11到達第二三通接頭13。隨後，熱水經熱量表出口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具有相同的結構，流量分配器2、9能夠根據水的溫度自動分配流入熱量計數器4和旁路管道的流量，水的溫度與流入熱量計數器4和旁路管道的流量成相同的線性關係。但是，本領域技術人員可以理解，流量分配器2、9與流入熱量計數器4和旁路管道的流量之間的線性關係可以不同，在此種情況下，僅需調整熱量計數器4的構造即可。
本領域技術人員可以理解，採用例如電腦程式控制的方式可以達到上述線性關係。另外，還可使用如圖3a-3f所示的流量分配器構造差動式熱量表，從而構成無源差動式熱量表。圖3a-3f所示的流量分配器的結構和工作原理將在後面予以說明。
當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能夠根據水的溫度自動分配流入熱量計數器4和第一旁路管道6的流量，進入熱量計數器4的水的流量被(以一定的轉角形式)記錄，該記錄代表散熱系統8的入水熱量Q入。
從散熱系統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根據回水溫度自動分配流入熱量計數器4和第二旁路管道11的流量。進入熱量計數器4的水的流量被(以一定的轉角形式)記錄，該記錄代表散熱系統8的回水熱量Q出。
被記錄的代表入水熱量Q入和回水熱量Q出的轉角，經熱量計數器4的計算後，得到散熱器散發的熱量Q散，並以一定的形式輸出到計數器中。在熱量計數器4中，各熱量之間的關係為 Q散＝Q入-Q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器4和旁路管道的流量成線性關係，熱量計數器4就能夠正確地計量散熱器散發的熱量。
例如，當熱量表的出水口的水溫不變而入口的水溫提高時，流向熱量計數器4的流量相應增加，計數器中代表進入熱量的波輪轉速加快，其表示入水熱量的數值Q入增大，而代表流出的熱量的波輪的轉速不變，所以，表示散熱器散發的熱量Q散的數值也在增大，反之亦然。
當然，也可以設定當熱量表的出水口的水溫不變而入口的水溫提高時，流向熱量計數器4的流量相應減少，故計數器中代表進入熱量的波輪轉速降低，其表示入水熱量的數值Q入增大，而代表流出的熱量的波輪的轉速不變，所以，也能夠表示散熱器散發的熱量Q散的數值在增大，反之亦然。
下面參考圖2說明熱量計數器4的結構和工作原理。
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分別可旋轉地安裝在行星輪架20和21上，行星輪架20和21又與可旋轉地安裝在輸出軸17上的大錐齒輪22固定聯接在一起，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將旋轉運動傳遞到計數器28中，計數器28中所顯示的就是散熱系統8消耗的熱量。
當水從熱量計數器4中流過並帶動波輪25和15旋轉時，波輪25和15分別帶動錐齒輪19和18沿相反的方向旋轉(作為選擇，也可使錐齒輪19和18沿相同的方向旋轉)。當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，因而流經波輪25和15的水量不同，從而使得錐齒輪19和18的轉速不同。由於錐齒輪19和18的旋轉方向相反(或相同)且轉速不同，因而使得行星錐齒輪26和27除了繞本身軸線旋轉外，還繞錐齒輪19和18的軸線旋轉，從而通過行星輪架20和21帶動大錐齒輪22旋轉，然後通過小錐齒輪23帶動軸24旋轉，在計數器28中顯示出散熱系統8消耗的熱量。
下面參照圖3a-3f說明構造無源差動式熱量表的流量分配器的結構和工作原理。
所述流量分配器包括閥體201、滑動閥芯202和調節部件。
圖3a中，閥體201具有中空、均勻的內腔，內腔截面可以是圖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，並通過端蓋207將其封閉；也可以將帶有入水口的端蓋設置在入水口側，而使閥體與端蓋構成一體。閥體201的側壁上開有兩個外出水口211、212。
滑動閥芯202具有與閥體201的內腔形狀相配合的中空結構，滑動閥芯202的長度小於閥體201的內腔長度。滑動閥芯202的側壁上開有兩個內出水口213、214。
調節部件由記憶彈簧203、復位壓緊彈簧206、移動擋圈204與緊定螺釘205構成，記憶彈簧203、復位壓緊彈簧206和移動擋圈204位於閥體201的內腔中。所述記憶彈簧203具有溫度-長度記憶功能，由記憶合金材料製成，或由其它形狀的具有溫度-長度記憶功能的已知材料製成，如由混有銅粉末的石蠟製成的柱體。
滑動閥芯202夾持在復位壓緊彈簧206與記憶彈簧203之間。復位壓緊彈簧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的另一端與移動擋圈204抵接或連接，移動擋圈204與緊定螺釘205連接，緊定螺釘205的調節端穿過閥體201的另一個端部，從而從閥體201的內腔中伸出。滑動閥芯202可以在記憶彈簧203的控制下緊貼在閥體內腔上移動。
第一外出口212、第二外出口211與第一內出口214、第二內出口213為截面形狀相同和截面積相等的平行四邊形，第一外出口212能夠與第一內出口214完全重合，第二外出口211能夠與第二內出口213完全重合。第一外出口212、第二外出口211與第一內出口214、第二內出口213能夠如圖3e、3f的方式配置。如圖3e所示，當第一外出口212與第一內出口214完全重合時，第二內出口213的開口下沿與第二外出口211的上沿相對，使得第二內出口213與第二外出口211之間沒有水流通道。如圖3f所示，當第一外出口212與第一內出口214完全重合時，第二內出口213的開口上沿與第二外出口211的下沿相對，使得第二內出口213與第二外出口211之間沒有水流通道。
現在說明流量分配器的工作原理。
當具有一定溫度一定流量f入的水從閥的入水口208進入閥體內部後，記憶彈簧203根據水的溫度使自己保持相應的長度，使滑動閥芯202相對於閥體201保持一定的相對位置。
假定第一外出口212、第二外出口211、第一內出口214和第二內出口213的截面積大小都為開口面積S出。第二外出口211相對於第二內出口213的開口面積為S出2、第一外出口212相對於第一內出口214的開口面積為S出1，則水的溫度一定時，記憶彈簧3的長度是一定的，因而S出1與S出2的大小也是一定的。由於第一外出口212、第二外出口211與第一內出口214、第二內出口213為形狀對應的平行四邊形，所以開口面積S出與出口面積S出1、S出2之間的關係為 S出＝S出1+S出2 假定從第二出口209和第一出口210流出的水的流量分別為f出2和f出1，則f出1和f出2與從入水口208流入的水流量f入的關係為 f入＝f出1+f出2 顯然f出1、f出2的大小分別取決於S出1、S出2的大小，且f出1與S出1成正比關係，f出2與S出2成正比關係。
在圖3a、圖3e的情況中，當水的溫度有變化時，比如水溫升高Δt時(水溫降低時的情況與下述變化相反)，即t→t+Δt，記憶彈簧3的長度增加了Δl，即l→l+Δl，因此圖3中的閥芯向下移動了Δl的距離，則第二外出口211與第二內出口213處的開口增加了ΔS出2的開口面積，即S出2→S出2+ΔS出2，故通過該開口的流量f出2→f出2+Δf出2；第一外出口212與第一內出口214處的開口減少了ΔS出2的開口面積，即S出1→S出1-ΔS出1，故通過該開口的流量f出1→f出1-Δf出1。
閥芯的位置變化後，由於第一外出口212、第二外出口211與第一內出口214、第二內出口213為形狀對應的平行四邊形，所以ΔS出1＝ΔS出2，因此，Δf出1＝Δf出2。
水溫變化前 S出＝S出1+S出2；f入＝f出1+f出2。
水溫變化後 (S出1-ΔS出1)+(S出2+ΔS出2)＝(S出1+S出2)+(ΔS出2-ΔS出1)＝S出1+S出2＝S出(f出1-Δf出1)+(f出2+Δf出2)＝(f出1+f出2)+(Δf出2-Δf出1)＝f出1+f出2＝f入 上式說明在水溫增高時，第二外出口211與第二內出口213處的開口面積S出2增加了，通過該出口的流量f出2也增加了；第一外出口212與第一內出口214處的開口面積S出1減少了，通過該出口的流量f出1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於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於另一處開口流量的減少量；水溫變化前後及變化過程中出口的總面積是不變的，都等於S出；水溫變化前後及變化過程中出口的總流量是不變的，都等於f入。
在圖3f的情況中，當水的溫度有變化時，比如水溫升高Δt時(水溫降低時的情況與下述變化相反)，即t→t+Δt，記憶彈簧3的長度減少了Δl，即l→l-Δl，流量f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於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於另一處開口流量的減少量；水溫變化前後及變化過程中出口的總面積是不變的，都等於S出；水溫變化前後及變化過程中出口的總流量是不變的，都等於f入。
可以理解，所述流量分配器可以構造無源差動熱量表，也可以單獨應用於需要根據溫度進行流量分配的場合。該流量分配器中流動的介質不限於水，可以是其它流體或半流體。
上面通過優選實施例對本發明進行了說明，但本發明並不局限於該優選實施例，而是可以有其它變化，例如流量分配器中的調節部件可以不包括復位壓緊彈簧206，或者僅包括記憶彈簧203。本領域普通技術人員應該知道，在不背離本發明精神和範圍的情況下，可以對本發明進行各種改變，本發明由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種流量分配器，包括閥體(201)、滑動閥芯(202)和調節部件，其特徵在於
閥體(201)具有中空、均勻的內腔，閥體(201)的一端面上具有讓介質流入的入口(208)，閥體(201)的側壁上開有第一外出口(212)、第二外出口(211)；
滑動閥芯(202)具有與閥體(201)的內腔形狀相配合的中空結構，滑動閥芯(202)的長度小於閥體(201)的內腔長度，滑動閥芯(202)的側壁上開有第一內出口(214)、第二內出口(213)；
調節部件為記憶彈簧(203)，位於閥體(201)的內腔中，所述記憶彈簧(203)具有溫度-長度記憶功能；
記憶彈簧(203)與滑動閥芯(202)連接，記憶彈簧(203)的另一端與閥體(201)的一端抵接或連接，滑動閥芯(202)可以在記憶彈簧(203)的控制下緊貼在閥體內腔上移動；
第一外出口(212)、第二外出口(211)與第一內出口(214)、第二內出口(213)為截面形狀相同和截面積相等的平行四邊形，第一外出口(212)能夠與第一內出口(214)完全重合，第二外出口(211)能夠與第二內出口(213)完全重合。
2.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於閥體的內腔截面可以是矩形、圓形、或其它多邊形。
3.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於閥體(201)上與入口(208)相對的另一端敞開，通過端蓋(207)將其封閉。
4.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於將帶有入水口的端蓋設置在入水口側，而使閥體與端蓋構成一體。
5.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於第一外出口(212)、第二外出口(211)與第一內出口(214)、第二內出口(213)配置如下，當第一外出口(212)與第一內出口(214)完全重合時，第二內出口(213)的開口下沿與第二外出口(211)的上沿相對，使得第二內出口(213)與第二外出口(211)之間沒有水流通道。
6.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於第一外出口(212)、第二外出口(211)與第一內出口(214)、第二內出口(213)配置如下，當第一外出口(212)與第一內出口(214)完全重合時，第二內出口(213)的開口上沿與第二外出口(211)的下沿相對，使得第二內出口(213)與第二外出口(211)之間沒有水流通道。
7.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於所述記憶彈簧203由混有銅粉末的石蠟製成的柱體取代。
8.如權利要求1所述的流量分配器，其特徵在於調節部件還包括復位壓緊彈簧(206)，配置為將滑動閥芯(202)夾持在復位壓緊彈簧(206)與記憶彈簧(203)之間，復位壓緊彈簧(206)的另一端抵接或連接在閥體(201)的一個端部。
9.如權利要求1或8所述的流量分配器，其特徵在於調節部件還包括移動擋圈(204)與緊定螺釘(205)，記憶彈簧(203)的另一端與移動擋圈(204)抵接或連接，移動擋圈(204)與緊定螺釘(205)連接，緊定螺釘(205)的調節端穿過閥體(201)的端部，從而從閥體(201)的內腔中伸出。
10.一種無源差動式熱量表，其特徵在於使用如權利要求1-9中任一項所述的流量分配器。
全文摘要
一種流量分配器，包括閥體、滑動閥芯和調節部件，其中閥體的一端面上具有介質入口，閥體的側壁上開有兩個外出口，滑動閥芯的側壁上開有兩個內出口，調節部件為位於閥體內腔中的溫度-長度記憶彈簧，滑動閥芯可以在記憶彈簧的控制下緊貼在閥體內腔上移動，兩個外出口與兩個內出口為截面形狀相同和截面積相等的平行四邊形，第一外出口能夠與第一內出口完全重合，第二外出口能夠與第二內出口完全重合，本發明的流量分配器無需供電，能夠單獨使用，也能夠與其它部件一起構成無源元件。
文檔編號G01K17/06GK101387353SQ200810225449
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者孫建東, 紅 雷, 李立新 申請人:北京聯合大學