CN106092228A - 超声波式累计热量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精度高的超声波式累计热量计，其具备：输送侧温度检测部(10)；返回侧温度检测部(20)；流量计量部(200)，具备换热回路(1)的返回侧的流体流过的流量计量配管部(4)、第1超声波换能器(101)和第2超声波换能器(102)；固定于流量计量部(200)的热量运算部(300)，根据输送侧温度检测部(10)、返回侧温度检测部(20)和流量计量部(200)的输出，计算在换热回路(1)中换热了的热量；运算用信号线，用于从流量计量部(200)向热量运算部(300)发送流量计量部(200)的输出信号；显示部(400)，显示热量并能够从热量运算部(300)分离；和显示用信号线(50)，用于从热量运算部(300)向显示部(400)发送热量运算部(300)的输出信号。

Description

超声波式累计热量计
技术领域
本发明涉及流体计测技术，特别涉及超声波式累计热量计。
背景技术
累计热量计对经过换热器的流体的流量以及换热器的输送侧的流体的温度和返回侧的流体的温度进行计测，求出在换热器中进行了换热的热量(例如，参照专利文献1)。具体地说，累计热量计通过经过换热器的流体的流量、换热器的输送侧和返回侧的流体的温度差与热量换算系数之积，求出在换热器中进行了换热的热量。在累计热量计中，有时将超声波流量计用于流体的流量的计测。超声波流量计具备分别设置于配管的上游侧与下游侧的超声波换能器。超声波流量计朝向在配管中流过的流体送入超声波，根据从流体的上游向下游方向顺着传播的超声波的传播时间与从下游向上游方向逆着传播的超声波的传播时间的时间差，计算在配管内流过的流体的流速或者流量(例如，参照专利文献2、3。)。在专利文献3中，作为流速或者流量的计算方法，公开了相关法和零交叉法等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－178127号公报
专利文献2：日本特表2004－520573号公报
专利文献3：日本特表2013－88322号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的之一在于提供一种精度高的超声波式累计热量计。
解决技术问题的技术手段
根据本发明的方式，提供一种超声波式累计热量计，具备：(a)输送侧温度检测部，其在换热回路的输送侧检测流体的输送侧温度；(b)返回侧温度检测部，其在换热回路的返回侧检测流体的返回侧温度；(c)流量计量部，其具备换热回路的返回侧的流体所流过的流量计量配管部、针对流量计量配管部入射第1超声波信号的第1超声波换能器以及配置于能够接收第1超声波信号的位置并且针对流量计量配管部入射第2超声波信号的第2超声波换能器；(d)热量运算部，其被固定于流量计量部，根据输送侧温度检测部、返回侧温度检测部和流量计量部的输出，计算在换热回路中进行了换热的热量；(e)运算用信号线，其用于从流量计量部向热量运算部发送流量计量部的输出信号；(f)显示部，其显示热量，并且能够从热量运算部分离；以及(g)显示用信号线，其用于从热量运算部向显示部发送热量运算部的输出信号，(h)运算用信号线比显示用信号线短。
在本发明的方式的超声波式累计热量计中，热量运算部被固定于流量计量部，运算用信号线比显示用信号线短，从而不易受到噪声的影响，能够以高精度计测累计热量。
在上述的超声波式累计热量计中，热量运算部也可以被固定于流量计量配管部。
上述的超声波式累计热量计也可以还具备向显示部发送热量的虚拟信号的、被固定于流量计量部的虚拟信号发送部，显示用信号线将热量运算部和虚拟信号发送部与显示部连接。另外，虚拟信号发送部也可以独立于热量运算部地生成虚拟信号。
上述的超声波式累计热量计也可以还具备检査部，当在显示部中显示的热量受到噪声的影响的情况下，该检査部使显示部显示虚拟信号，检査在显示部中显示的虚拟信号是否受到噪声的影响。此处，当在显示部中显示的虚拟信号受到噪声的影响的情况下，检査部也可以判断为显示用信号线受到噪声的影响。另外，当在显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，检査部也可以判断为流量计量部受到噪声的影响。或者当在显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，检査部也可以判断为热量运算部受到噪声的影响。再或者，当在显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，检査部也可以判断为运算用信号线受到噪声的影响。
在上述的超声波式累计热量计中，也可以根据第1超声波信号经过流量计量配管部内而到达第2超声波换能器为止的第1时间与第2超声波信号经过流量计量配管部内而到达第1超声波换能器为止的第2时间的时间差以及返回侧温度，对流体的流量进行计量。另外，也可以将返回侧温度用于校正根据第1时间和第2时间而计算出的流体的流量。
在上述的超声波式累计热量计中，也可以是流量计量部配置于天花板背面，显示部配置于室内。另外，换热回路也可以包括在风机盘管单元中。
在上述的超声波式累计热量计中，返回侧温度检测部也可以检测流量计量配管部内的流体的返回侧温度。或者返回侧温度检测部也可以检测与流量计量配管部连接的返回管内的流体的返回侧温度。
发明效果
根据本发明，能够提供一种精度高的超声波式累计热量计。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的超声波式累计热量计的示意图。
图2是本发明的第1实施方式的流量计量部的示意截面图。
图3是本发明的第1实施方式的流量计量部的示意截面图。
图4是本发明的第1实施方式的流量计量部的示意截面图。
图5是本发明的第2实施方式的超声波式累计热量计的示意图。
图6是本发明的第3实施方式的超声波式累计热量计的示意图。
图7是本发明的第3实施方式的超声波式累计热量计的示意图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，针对相同或者类似的部分，用相同或者类似的符号来表示。但是，附图是示意性的。因此，应该对照以下的说明来判断具体的尺寸等。另外，当然在附图相互之间也包括相互的尺寸的关系、比率不同的部分。
(第1实施方式)
如图1所示，第1实施方式的超声波式累计热量计具备输送侧温度检测部10、返回侧温度检测部20和流量计量部200。输送侧温度检测部10在换热回路1的输送侧检测流体的输送侧温度。返回侧温度检测部20在换热回路1的返回侧检测流体的返回侧温度。流量计量部200具备换热回路1的返回侧的流体所流过的流量计量配管部4、针对流量计量配管部4入射第1超声波信号的第1超声波换能器101以及配置于能够接收第1超声波信号的位置并且针对流量计量配管部4入射第2超声波信号的第2超声波换能器102。
第1实施方式的超声波式累计热量计还具备热量运算部300和运算用信号线。热量运算部300根据输送侧温度检测部10、返回侧温度检测部20和流量计量部200的输出，计算在换热回路1中进行了换热的热量。热量运算部300被固定于流量计量部200。运算用信号线从流量计量部200向热量运算部300发送流量计量部200的输出信号。
第1实施方式的超声波式累计热量计另外还具备显示部400和显示用信号线50。显示部400显示热量，能够从热量运算部300分离。显示用信号线50从热量运算部300向显示部400发送热量运算部300的输出信号。在第1实施方式的超声波式累计热量计中，运算用信号线比显示用信号线50短。
换热回路1例如包括在风机盘管单元中。在换热回路1的输送侧，连接了流入换热回路1的作为载热体的流体所流过的输送管2。此处，流体包括气体或者液体。输送侧温度检测部10设置于输送管2。输送侧温度检测部10具备例如通过插入于输送管2的不锈钢制的保护管来保护的铂测温电阻元件。在换热回路1中，从输送管2流进来的流体放出或者吸收热。
在换热回路1的返回侧，连接了从换热回路1流出的流体所流过的返回管3。流量计量部200的流量计量配管部4连接于返回管3与返回管5之间。从换热回路1流出的流体在返回管3、流量计量配管部4和返回管5中流过。返回侧温度检测部20具备例如通过插入于返回管5的不锈钢制的保护管来保护的铂测温电阻元件。此外，返回侧温度检测部20也可以设置于返回管3。
第1超声波换能器101和第2超声波换能器102设置于流量计量配管部4。如图2所示，第1超声波换能器101配置于在流量计量配管部4内流过的流体的上游侧，第2超声波换能器102配置于下游侧。从第1超声波换能器101发出的第1超声波信号在流量计量配管部4内的流体中前进，被第2超声波换能器102接收。如图3所示，从第2超声波换能器102发出的第2超声波信号在流量计量配管部4内的流体中前进，被第1超声波换能器101接收。例如，第1超声波换能器101与第2超声波换能器102交替地被施加驱动信号，交替地发出超声波信号。
在流量计量配管部4的内部，流体以流速v流过。如上所述，第1超声波换能器101配置于在流量计量配管部4内流过的流体的上游侧，第2超声波换能器102配置于下游侧。因此，图2所示的从第1超声波换能器101发出的第1超声波信号在流量计量配管部4内的空腔部中顺着流体的流向地传播。与此相对地，图3所示的从第2超声波换能器102发出的第2超声波信号在流量计量配管部4内的空腔部中逆着流体的流向地传播。因此，在流量计量配管部4内的空腔部中，在第1超声波信号的传播时间与第2超声波信号的传播时间之间，产生由流体的流速v引起的差。
如果将图2所示的第1超声波信号的行进方向相对于流量计量配管部4内的流体的行进方向的角度设为θ，将流量计量配管部4内的流体中的超声波的声速设为c，则第1超声波信号横穿流量计量配管部4内的空腔部所需的传播时间t1通过下述(1)式给出。
t1＝L/(c+v·cosθ) (1)
另外，图3所示的第2超声波信号的行进方向相对于流量计量配管部4内的流体的行进方向的角度也是θ，第2超声波信号横穿流量计量配管部4内的空腔部所需的传播时间t2通过下述(2)式给出。
t2＝L/(c－v·cosθ) (2)
此处，如图4所示，L表示第1超声波信号和第2超声波信号分别横穿流量计量配管部4内的空腔部的长度。
根据上述(1)和(2)式，传播时间t1的倒数与传播时间t2的倒数之和通过下述(3)式给出。
1/t1+1/t2＝(c+v·cosθ)/L+(c－v·cosθ)/L
＝2c/L (3)
根据上述(3)式，在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体中的声速c通过下述(4)式给出。
c＝L(1/t1+1/t2)/2 (4)
另外，根据上述(1)和(2)式，传播时间t2与传播时间t1之差Δt通过下述(5)式给出。
Δt＝t2－t1≒(2Lv·cosθ)/c2 (5)
根据上述(5)式，在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体的流速v通过下述(6)式给出。
v＝c2Δt/(2L·cosθ) (6)
此处，声速c能够通过上述(4)式来计算。角度θ和长度L已知。因此，通过计测第1和第2超声波信号的传播时间t1、t2的时间差Δt，能够计算在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体的流速v。
第1和第2超声波信号的传播时间t1、t2的时间差Δt也可以通过相关法而求出。在这种情况下，求出第1超声波信号的接收信号的整体波形与第2超声波信号的接收信号的整体波形的互相关函数，根据所求出的互相关函数的峰值，能够求出第1和第2超声波信号的传播时间t1、t2的时间差Δt。
进而，如下述(7)式所示，通过对流体的流速v乘以流量计量配管部4的截面积S，能够计算流体的流量Q。
Q＝S·v (7)
图1所示的热量运算部300也可以固定于流量计量配管部4。热量运算部300经由运算用信号线，监视第1超声波换能器101发出第1超声波信号的时刻和第2超声波换能器102接收到第1超声波信号的时刻，计测从第1超声波信号被从第1超声波换能器101发出起直至经过流量计量配管部4内而到达第2超声波换能器102为止的第1传播时间t1。
此处，也可以将驱动第1超声波换能器101的时刻设为从第1超声波换能器101发出第1超声波信号的时刻。另外，在第1超声波信号到达第2超声波换能器102的时刻下的第2超声波换能器102的接收信号的强度小的情况下，也可以根据得到接收信号的波形中的特征点的时刻，反过来算第1超声波信号到达第2超声波换能器102的时刻。接收信号的特征点是指例如接收信号的振幅波形中的规定数量的极大点之后的接收信号的强度成为零的点(零交叉点)。
另外，热量运算部300经由运算用信号线，监视第2超声波换能器102发出第2超声波信号的时刻和第1超声波换能器101接收到第2超声波信号的时刻，计测从第2超声波信号被从第2超声波换能器102发出起直至经过流量计量配管部4内而到达第1超声波换能器101的第2传播时间t2。
此处，也可以将驱动第2超声波换能器102的时刻设为从第2超声波换能器102发出第2超声波信号的时刻。另外，在第2超声波信号到达第1超声波换能器101的时刻下的第1超声波换能器101的接收信号的强度小的情况下，也可以根据得到接收信号的波形中的特征点(例如，零交叉点)的时刻，反过来算第2超声波信号到达第1超声波换能器101的时刻。
热量运算部300根据计测出的第1和第2传播时间t1、t2，通过上述(4)式来计算在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体中的声速c。另外，热量运算部300根据计测出的第1和第2传播时间t1、t2和计算出的声速c，通过上述(6)式，计算在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体的流速v，进而通过上述(7)，计算流体的流量Q。此外，也可以如上所述，通过相关法，直接求出第1和第2超声波信号的传播时间t1、t2的时间差Δt。
通过上述(6)式计算的流体的流速v是超声波的传播路径上的流体的平均流速。但是，流体的流量Q优选根据流量计量配管部4的截面处的流体的平均流速来计算。因此，热量运算部300通过以下的方法来校正通过(6)式和(7)式计算出的流体的流量Q。
热量运算部300经由运算用信号线，接收返回侧温度检测部20检测到的流量计量配管部4内的流体的返回侧温度。热量运算部300根据所接收到的流体的返回侧温度的值以及预先准备的温度与运动粘度的关系，确定流体的运动粘度γ的值。温度与运动粘度的关系例如保存在存储装置中。进而，热量运算部300通过下述(8)式，计算流体的雷诺数Re。
Re＝V·L/γ (8)
热量运算部300根据所计算出的雷诺数Re的值以及预先准备的雷诺数Re与流量校正系数k的关系，确定流量校正系数k的值。雷诺数Re与流量校正系数k的关系例如保存在存储装置中。如下述(9)式所示，热量运算部300通过将通过上述(7)式计算出的流体的流量Q除以流量校正系数k来计算流体的经校正的流量QC。由此，校正了依赖于流体的运动粘度的声速的变化特性的影响。
QC＝Q/k (9)
进而，热量运算部300根据流体的经校正的流量QC、输送侧温度检测部10检测到的流体的输送侧温度和返回侧温度检测部20检测到的流体的返回侧温度，计算在换热回路1中进行了换热的热量。热量运算部300经由显示用信号线50，向显示部400输出所计算出的热量的输出信号。作为显示部400，例如能够使用液晶显示器、段式显示器(segment display)等。显示部400能够从流量计量部200和热量运算部300分离，例如，流量计量部200配置于天花板背面，显示部400配置于室内。连接热量运算部300与显示部400的显示用信号线50具有能够将显示部400配置于任意的位置的长度。
在以往的超声波式累计热量计中，例如，流量计量部配置于天花板背面，运算部与显示部成为一体地配置于室内。但是，以往的超声波式累计热量计有时无法准确地计测累计热量，本发明者在专心研究之后发现，连接流量计量部与运算部的信号线长，所以电源噪声等噪声容易进入到信号线，并且难以从超声波信号中分离高频噪声。
与此相对地，根据第1实施方式的超声波式累计热量计，热量运算部300被固定于流量计量部200，所以热量运算部300与具备第1和第2超声波换能器101、102的流量计量部200之间的运算用信号线变短，不易受到噪声的影响。因此，能够以高精度计测累计热量。
(第2实施方式)
在第1实施方式中，如图1所示，说明了返回侧温度检测部20检测与流量计量配管部4连接的返回管5内的流体的返回侧温度的例子。与此相对地，如图5所示，也可以将返回侧温度检测部20设置于流量计量配管部4来检测流量计量配管部4内的流体的返回侧温度。
如果预先将返回侧温度检测部20固定于流量计量配管部4而发货，则能够降低错误地调换输送侧温度检测部10与返回侧温度检测部20地进行设置的风险。另外，与将返回侧温度检测部20设置于返回管5相比，在将返回侧温度检测部20设置于流量计量配管部4的情况下，由于连接返回侧温度检测部20与热量运算部300的信号线变短，所以能够降低信号线的成本。
(第3实施方式)
第3实施方式的超声波式累计热量计如图6所示，还具备向显示部400发送热量的虚拟信号的、被固定于流量计量部200的虚拟信号发送部350。在第3实施方式中，显示用信号线50将热量运算部300和虚拟信号发送部350与显示部400连接。虚拟信号发送部350独立于热量运算部300地生成热量的虚拟信号，并经由显示用信号线50发送到显示部400。此外，也可以通过一体的电路基板来实现虚拟信号发送部350与热量运算部300。
第3实施方式的超声波式累计热量计还具备检査部450。当在显示部400中显示的热量运算部300所计算出的热量受到噪声的影响的情况下，检査部450使显示部400显示虚拟信号发送部350所发送的虚拟信号，检査在显示部400中显示的虚拟信号是否受到噪声的影响。
当在显示部400中显示的虚拟信号受到噪声的影响的情况下，检査部450判断为显示用信号线50受到噪声的影响。当在显示部400中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，检査部450判断为流量计量部200、热量运算部300和运算用信号线中的某一个受到噪声的影响。
根据第3实施方式的超声波式累计热量计，在受到噪声的影响的情况下，能够确定受到噪声的影响的部分。第3实施方式的超声波式累计热量计的其他结构要素与第1实施方式相同。
(第4实施方式)
在第3实施方式中，如图6所示，说明了返回侧温度检测部20检测与流量计量配管部4连接的返回管5内的流体的返回侧温度的例子。与此相对地，如图7所示，也可以将返回侧温度检测部20设置于流量计量配管部4来检测流量计量配管部4内的流体的返回侧温度。
通过第4实施方式的超声波式累计热量计，在受到噪声的影响的情况下，也能够确定受到噪声的影响的部分。第4实施方式的超声波式累计热量计的其他结构要素与第3实施方式相同。
(其他实施方式)
如上所述，通过实施方式记载了本发明，但构成本公开的一部分的记述和附图不应该理解为限定本发明。根据本公开，本领域技术人员应该能够明确各种替代实施方式、实施例和运用技术。例如，在图1至图6中，示出了第1和第2超声波换能器101、102对置地配置的例子。与此相对地，在使超声波信号在流量计量配管部4内反射的情况下，也可以不一定对置地配置第1和第2超声波换能器101、102。
另外，在流量计量配管部4内的空腔部中流过的流体的流速v也可以通过由下述(10)式给出的传播时间倒数差方式来求出。
v＝(L/2cosθ){(1/t1)－(1/t2)} (10)
根据传播时间倒数差方式，即使声速c未知，也能够计算流体的流速v。这样，应该理解本发明包含在本文中未记载的各种实施方式等。
符号说明
1 换热回路
2 输送管
3、5 返回管
4 流量计量配管部
10 输送侧温度检测部
20 返回侧温度检测部
50 显示用信号线
101 第1超声波换能器
102 第2超声波换能器
200 流量计量部
300 热量运算部
350 虚拟信号发送部
400 显示部
450 检査部。

Claims (15)

1.一种超声波式累计热量计，其特征在于，具备：
输送侧温度检测部，其在换热回路的输送侧检测流体的输送侧温度；
返回侧温度检测部，其在所述换热回路的返回侧检测所述流体的返回侧温度；
流量计量部，其具备所述换热回路的返回侧的流体所流过的流量计量配管部、针对所述流量计量配管部入射第1超声波信号的第1超声波换能器以及配置于能够接收所述第1超声波信号的位置并且针对所述流量计量配管部入射第2超声波信号的第2超声波换能器；
热量运算部，其被固定于所述流量计量部，根据所述输送侧温度检测部、所述返回侧温度检测部和所述流量计量部的输出，计算在所述换热回路中进行了换热的热量；
运算用信号线，其用于从所述流量计量部向所述热量运算部发送所述流量计量部的输出信号；
显示部，其显示所述热量，并且能够从所述热量运算部分离；以及
显示用信号线，其用于从所述热量运算部向所述显示部发送所述热量运算部的输出信号，
所述运算用信号线比所述显示用信号线短。
2.根据权利要求1所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述热量运算部被固定于所述流量计量配管部。
3.根据权利要求1或者2所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
还具备向所述显示部发送所述热量的虚拟信号的、被固定于所述流量计量部的虚拟信号发送部，
所述显示用信号线将所述热量运算部和所述虚拟信号发送部与所述显示部连接。
4.根据权利要求3所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述虚拟信号发送部独立于所述热量运算部地生成所述虚拟信号。
5.根据权利要求3或者4所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
还具备检査部，当在所述显示部中显示的热量受到噪声的影响的情况下，该检査部使所述显示部显示所述虚拟信号，检査在所述显示部中显示的虚拟信号是否受到噪声的影响。
6.根据权利要求5所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
当在所述显示部中显示的虚拟信号受到噪声的影响的情况下，所述检査部判断为所述显示用信号线受到噪声的影响。
7.根据权利要求5所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
当在所述显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，所述检査部判断为所述流量计量部受到噪声的影响。
8.根据权利要求5所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
当在所述显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，所述检査部判断为所述热量运算部受到噪声的影响。
9.根据权利要求5所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
当在所述显示部中显示的虚拟信号未受到噪声的影响的情况下，所述检査部判断为所述运算用信号线受到噪声的影响。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
根据所述第1超声波信号经过所述流量计量配管部内而到达所述第2超声波换能器为止的第1时间与所述第2超声波信号经过所述流量计量配管部内而到达所述第1超声波换能器为止的第2时间的时间差以及所述返回侧温度，对所述流体的流量进行计量。
11.根据权利要求10所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
将所述返回侧温度用于校正根据所述第1时间和所述第2时间而计算出的所述流体的流量。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述流量计量部配置于天花板背面，所述显示部配置于室内。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述换热回路包括在风机盘管单元中。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述返回侧温度检测部检测所述流量计量配管部内的所述流体的返回侧温度。
15.根据权利要求1至13中的任一项所述的超声波式累计热量计，其特征在于，
所述返回侧温度检测部检测与所述流量计量配管部连接的返回管内的所述流体的返回侧温度。
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