HU210888B - Warm water consumption meter - Google Patents

Description

A találmány melegvíz fogyasztásmérőre vonatkozik, ami alatt egy olyan mérőberendezés értendő, amely alkalmas arra, hogy egy melegvíz-vezetékben elhelyezett mérési helyen átáramló viz fűtésére felhasznált energia mennyiségét képviselő elfogyasztott hőmenynyiséget regisztrálja. A mérőberendezés olyan típusú, amely egy mérőtestet tartalmaz, amely úgy van rákötve a melegvízvezetékre, hogy amikor a melegvízvezetéken melegvíz folyik keresztül, akkor a mérőtest különböző pontjain különböző hőmérsékletek állnak elő, ezen hőmérsékleteket hőérzékelők érzékelik, és az adatokat egy mikroprocesszorba táplálják be a hőfogyasztás értékének kiszámítása céljából.

Egy a fentiekben említett típusú mérőberendezés az US 4 538 925 számú szabadalomból ismert. Ezen ismert mérőberendezés egy tömör mérőtestből áll, amely több alkatrészből épülhet fel, és amelyen a melegvíz áramlása számára egy előre folyó vezeték volt kialakítva, amely mentén a mérés végrehajtása megtörtént. Az említett vízáram a tömör mérőtesten keresztül hőcserét végzett akár egy, a mérőtestben lévő csatornában viszszaáramló vízzel, akár a külső környezettel. A mérőtestben beépített hőérzékelők voltak elhelyezve a mérőtest belsejében kialakuló hőgradiens mérésére. Ezen túlmenően, az előremenő melegvíz-vezeték belépő és kilépő csonkjainál, valamint a visszatérő vezeték - ha ilyen egyáltalában volt kilépő csonkjában is hőérzékelő voltak elhelyezve. Amennyiben nem volt visszatérő vezeték, akkor egy rögzített vonatkozási hőmérsékletet használtak a hőfogyasztás értékének kiszámításánál, a visszafolyó víz kilépő hőmérséklete helyett.

Amennyiben az ismert mérőberendezést egy olyan melegvíz-vezetéknél alkalmazzák, amelynél a melegvizet szakaszosan, gyakori hosszú szünetek közbeiktatásával nyitják meg, mint az általában jellemző egy központi melegvízvezeték-hálózatra kapcsolt fogyasztóra, a hőérzékelők által érzékelt hőmérsékletek az egyes megnyitások és elzárások alkalmával csak egy hosszabb időkésedelem után veszik fel a megnyitott állapotra jellemző hőmérséklet-értékeket, és ezért nem várható, hogy olyan mérési eredményeket kapjunk, amelyek megbízhatóan jellemzik a fogyasztott hőmennyiséget.

A találmány célja egy olyan, a fentiekben hivatkozott típusú mérő berendezés létrehozása, amely nagyon kielégítő mérési eredményt ad a normál melegvíz használati gyakorlat során. Ezen célkitűzés eléréséhez, a találmány szerint, a mérőtest magában foglal egy kalorimétert, amely egy a melegvíz-vezetékről leágazó megkerülő vezetékre van kapcsolva úgy, hogy a kaloriméteren keresztül a melegvíz fő áramlásával arányos megkerülő vízáramot hozunk létre, és el van látva egy első érzékelővel, amely a kaloriméterhez áramló víz hőmérsékletét méri a kaloriméter falánál; és a mikroprocesszor magában foglal egy kalkulátort (a továbbiakban erre, mint első kalkulátorra hivatkozunk), amely úgy van kialakítva, hogy - a kaloriméter egy kezdő értékről egy végértékig terjedő hőmérsékletemelkedésére adott válaszként, amelyet egy hőmérséklet-esés vagy hőmérséklet-stagnálás követ - a kaloriméter kezdő hőmérsékletéből, a kaloriméter véghőmérsékletéből, valamint a vízhőmérsékletből egy számlálási növekményt számítson ki, majd ezt a növekményt egy számlálóhoz továbbítsa; a megkerülő vezeték és a kaloriméter méretei úgy vannak megállapítva, hogy amikor a melegvíz-vezetéken egy előre meghatározott mennyiségi korlátnál kevesebb vízmennyiség folyik át, akkor a kaloriméter hőmérséklete nem áll be egy stagnálási pontra; a mennyiségi korlát előnyösen úgy van megválasztva, hogy azt egy fogyasztó normál fogyasztási módjával nem lehet túllépni.

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy amikor a kaloriméterben egy adott mennyiségű és adott hőmérsékletű víz áramlik keresztül, akkor a kaloriméter hőmérsékletének emelkedése a kaloriméteren keresztüláramló vízmennyiség meghatározott függvénye lesz (amely arányos a vízvezetéken keresztüláramló vízmennyiséggel), és ennek következményeként megfordítva, egy olyan fogyasztás alkalmával, amikor a mennyiségi korlátot nem lépjük túl, a vízvezetéken keresztüláramló víz mennyiségét a kaloriméter hőmérsékletének a víz hőmérsékletéhez viszonyított emelkedéséből ki lehet számítani.

Ezek alapján várható, hogy az egyes fogyasztók által elfogyasztott melegvíz lényegesebb mennyiségét az említett első kalkulátor regisztrálni fogja, ami a fogyasztott víz és az annak megfelelő hőfogyasztás mérésére egy határozott módszert biztosít.

A találmány tárgya egy olyan fenti típusú mérőberendezés, amely nagyon kielégítő mérési eredményt ad a normál melegvíz-használati gyakorlat során. Ezen célkitűzés elérése céljából, a találmány szerinti melegvíz-fogyasztásmérő melegvíz-vezetékbe iktatott mérőtestet foglal magába, amelyben hőérzékelők vannak elrendezve és mikroprocesszort tartalmazó elektronikus egységhez csatlakoztatva, a mérőtest kalorimétert foglal magába, mely a melegvíz vezetékről leágaztatott, cső formájában kialakított megkerülő vezetékbe van becsatlakoztatva egy abba behelyezett Venturi-csövön ékelésére első hőkeresztül, bemeneténél a víz hőfokának érzékelésére első hőérzékelővel, falának egy pontjánál a kaloriméter hőfokának érzékelésére második hőérzékelővel van ellátva; az elektronikus egység első, a hőmérséklet-emelkedés függvényében hőfogyasztást számító kalkulátort tartalmaz, mely a hőérzékelőkkel egy mintavevőn és egy memórián keresztül össze van kötve, és az első kalkulátorral egy számláló van összekötve, ahol az első kalkulátor függvénykapcsolata a következő:

M = f (TV, TK, TKu), ahol M - a fogyasztott víz tömege

TV - vízhőmérséklet

TK - kaloriméter-hőmérséklet

TKu - a kaloriméter induló hőmérséklete és

Q = M · c · (TV-To), ahol Q - hőfogyasztás c - állandó

To - a hideg víz hőmérséklete, a megkerülő vezeték, a Venturi-csövön eső nyomás és a kaloriméter méretei úgy vannak megválasztva, hogy a normál vízfogyasztáshoz emelkedő kaloriméter hőmérséklet van társítva.

HU 210 888 B

A kaloriméter hőmérsékletének és a víz hőmérsékletének feltérképezése céljából a mintavevő úgy van beállítva, hogy az érzékelt hőmérsékleteket egy meghatározott ritmus szerint mintavételezze, ezen hőmérséklet értékeket ideiglenesen és felülírhatóan a memóriába ítja be, és az adatokat a memóriából és az érzékelőtől az említett első kalkulátorhoz átvigye egy, a mikroprocesszorban tárolt programnak megfelelően.

A kaloriméter hőtehetetlensége következtében egy alacsony mintavételezési frekvencia, például percenként egy mintavétel, mellett reprezentatív mérési eredményt kaphatunk, amelynél a telep áramfogyasztása minimális és ennek következtében a telep élettartama hosszabb lesz.

Ugyanakkor előfordulhatnak olyan helyzetek, amikor a fentebb említett mennyiségi korlátokat túllépik, például amikor egy fogyasztó elfelejti elzárni a melegvíz csapot, vagy gyors egymásutánban nagy vízmenynyiséget vételez.

Ezért előnyös, ha az elektronikus egység második, állandó kaloriméter-hőmérsékletnél hőfogyasztásszámláló kalkulátort tartalmaz, mely az első kalkulátorral azonos módon a hőérzékelőkkel és a számlálóval van összekötve, és függvénykapcsolata a következő:

m = g (TV, TY, Tk), ahol m - egy mintavételi időtartam alatt a melegvíz-vezetéken keresztül áramló víz mennyisége

TY - külső környezet hőmérséklete, és q = m · c · (TV - To), ahol q - egy mintavételi időtartam alatti hőfogyasztás.

A második kalkulátort úgy építjük be, hogy egy kezdeti hőmérséklet-emelkedést követő állandósult kaloriméter hőmérséklet esetén minden egyes mintavételezési periódushoz kiszámítson egy számlálási növekményt a kaloriméter hőmérsékletéből, a víz hőmérsékletéből és a környezeti hőmérsékletből. A második kalkulátortól kapott számlálási növekmény elméletben ugyancsak jellemző a kifolyó vízmennyiségre és az elfogyasztott hőenergiára, de a mérés nagyobb bizonytalansággal jár, mint az első kalkulátorral végzett mérés. Ezt elfogadhatónak kell tekinteni, mivel az említett helyzetekre normálisan nem kerülhet sor, és a fő szempont az, hogy a második kalkulátorral végzett számlálás révén a fogyasztót figyelmeztessük arra, hogy a melegvíz gondatlan fogyasztása büntetést fog maga után vonni.

A kaloriméter hőmérsékletének állandósulását előnyösen használhatjuk fel olyan kritériumként, amely a két kalkulátor közötti átkapcsolást meghatározza, vagyis úgy használhatjuk fel a mikroprocesszor részére, hogy a kaloriméter hőmérsékletének stagnálása esetén egy hőmérséklet-emelkedést követően átkapcsoljon az első kalkulátorról a másodikra, és amennyiben a kaloriméter hőmérsékletének stagnálása vagy hőmérsékletesés után emelkedni kezd, akkor kapcsoljon vissza az első kalkulátorra. A fenti példában javasolt 1 perces mintavételezési periódus esetében a kaloriméter hőmérsékletének stagnálását úgy definiálhatjuk, hogy az előző mintavételtől a következőig a kaloriméter hőmérséklete nem emelkedhet vagy csökkenhet többet, mint 0,2 °C.

Olyan helyzetek is előfordulhatnak, amikor olyan rövid idejű vízfogyasztás történik, hogy egy mintavételezési intervallum alatt a kaloriméter hőmérséklete nem emelkedik mérhetően, vagy legalábbis nem emelkedik a stagnálási korláton túl, noha a víz hőmérséklete jelentősen megemelkedik.

Ez fordul elő például akkor, amikor a melegvíz-csapot egy gyors kézmosáshoz nyitjuk ki.

Amennyiben egy ilyen helyzetben a kaloriméter hőmérséklete még a következő mintavételezési intervallumban sem emelkedik a stagnálási korlát fölé az előző intervallum létező értékhez képest, akkor a rövid idejű csapnyitás tartamára hőfogyasztás nem kerül regisztrálásra.

Abból a célból, hogy a fogyasztás mérését a rövid idejű csapnyitások idejére is lehetővé tegyük, a találmány egyik kiviteli változataként azt javasoljuk, hogy az elektronikus egység harmadik kalkulátort tartalmaz, mely az első és a második kalkulátorral azonos módon össze van kötve a hőérzékelőkkel és a számlálóval, melynek algoritmusa a következő:

Qs = 1/2 Ms · (TV-To), ahol Qs - egy mintavételi időtartam alatti hőfogyasztás

Ms - egy mintavételi időtartam alatt az a legkisebb mennyiségű átáramló víz, mely a kaloriméter hőmérsékletének mérhető növekedését idézi elő.

A harmadik kalkulátort olyan mintavételezési periódushoz alakítjuk ki, amelynél stagnáló kaloriméterhőmérséklet mellett a víz hőmérséklete egy előre meghatározott küszöb-növekménynél nagyobb mértékben emelkedik, hogy egy Y pusztán a víz hőmérsékletén alapuló számlálási növekményt számítson ki.

Különös tekintettel az ilyen rövid idejű vízfogyasztásokra, kívánatos, hogy a hőmérséklet-emelkedéseket olyan gyorsan regisztráljuk, ahogyan csak lehet, és abból a célból, hogy ezt elérjük, a találmány egy további kivitelével összhangban azt javasoljuk, hogy az első érzékelő hővezetési kapcsolatban álljon a fő vízárammal, a megkerülő áramlás leágazásának zónájában vagy annak közelében. Ezzel ahhoz az előnyhöz jutunk, hogy egy hirtelen vízhőmérséklet-emelkedés nem kerülheti el a regisztrálást, még akkor sem, ha a mintavételezési periódus során a megkerülő vezeték mentén nem teljed eléggé messze ahhoz, hogy a kaloriméter belépő csonkját elérje.

A számítás során a második kalkulátor a számlálási növekmény meghatározásához figyelembe veszi a környezet hőmérsékletét. Kényelmetlen lenne azonban a környezet hőmérsékletét közvetlenül mérni, mivel egy ilyen méréshez szükséges érzékelőt nem lehet elhelyezni a műszer házában. Amint azt később kifejtjük, lehetőség van a környezet hőmérsékletének szimulált mérésére, azon a tényen alapulva, hogy amikor nincs vízfogyasztás, akkor a kaloriméter hőmérséklete azonossá válik a környezet hőmérsékletével.

A környezeti hőmérséklet meghatározásának egy másik módjához úgy juthatunk, hogy olyan mérőberen3

HU 210 888 Β dezést szerkesztünk, amely egy harmadik hőérzékelővel is rendelkezik a környezeti hőmérsékletre jellemző referencia-hőmérséklet érzékelésére, ahol az említett harmadik érzékelőt a kalorimétertől bizonyos távolságban, a kaloriméter elülső oldalát borító külső burkolat belsejében helyezzük el.

A mikroprocesszor előnyösen maga is elhelyezhető az említett burkolatban így, hogy a mérőberendezés egészében egy teljesen zárt egységet alkot, amely az illetéktelen hozzáférés ellen zárral látható el. Ez természetesen nem akadályozza meg kívülről látható kijelző alkalmazását, amely a mérési eredményt mutatja.

A találmány szerint a kalorimétert előnyösen oly módon lehet elrendezni, hogy a meleg víz-vezetéktől hőszigetelt legyen, a kalorimétert a melegvíz vezetékkel összekötőén, megkerülő vezeték szintén hőszigetelő anyagból áll. Ennek eredményeként a vízvezetéktől származó közvetlen hőátadásból származó mérési hibák ki lesznek küszöbölve.

Az alábbiakban a találmány szerinti melegvíz-fogyasztásmérőt kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy csappal ellátott melegvízvezeték oldalnézete, amelyen egy, a találmány egyik megvalósításának megfelelő melegvíz-fogyasztásmérő van felszerelve; a

2. ábra az 1. ábra II-Π szaggatott vonala menti vízszintes keresztmetszet; a

3. ábra a 2. ábra ΙΠ-ΙΠ szaggatott vonala menti függőleges keresztmetszet; a

4. ábrán egy módosított kivitelű mérőberendezésnek a 2. ábra szerinti metszeti képe; az

5. ábrán ugyanazon módosított kivitelű mérőberendezésnek a 3. ábra szerinti metszeti képe; a

6. ábra vázlatos blokkdiagram, amely egy, a mérőberendezésbe épített mikroprocesszor elektronikus moduláris felépítését mutatja, a találmány egyik megvalósításának megfelelően; a

7. és 8. ábra, amelyek egymás mellé helyezve a találmány egyik megvalósításának megfelelő, két kalkulátorral rendelkező mikroproceszszor egy mintavételezési ciklusra programozott vezérlésének logikai felépítését mutató folyamatábra; a

9. és 10. ábra, amelyek egymás mellé helyezve egy három kalkulátorral rendelkező megvalósítás hasonló folyamatábráját adják.

Az 1. ábrán 1 hivatkozási számmal egy 2 vízcsappal ellátott melegvízvezetéket jelöltünk. A 2. ábrán látható, hogy az 1 melegvíz-vezetékbe egy 4 szűkített szelvénnyel rendelkező 3 Venturi-cső van beépítve. A 3 Venturi cső az egyik oldalán egy megvastagított 5 falrésszel van ellátva, amelyen két 6 és 7 furat található, amelyek a 3 Venturi-csőbe nyílnak a 4 szűkített szelvény ellenkező oldalain. A 7 furat nyílásánál egy 8 membrán van elhelyezve, amely ismert módon arányosságot hoz létre a 3 Venturi-csővel megvalósított leágazás és az 1 melegvíz-vezetéken keresztülfolyó fő vízáram között.

A mérőberendezés felfogására egy szigetelő anyagból készült 9 foglalat van elhelyezve a 3 Venturi-cső 5 fal részén. A mérőberendezés 10 kalorimétert és külső 11 házat foglal magában. A 2. és 3. ábrán ábrázolt megvalósításnál a 10 kaloriméter egy lapos, négyszögletes tartályként van kialakítva, amelynek 12 hátsó fala, 13 elülső fala, 14 alsó fala, két 15,16 oldalfala, és 17 felső fala van. A 10 kaloriméter nagy hővezetési együtthatójú anyagból készül. A 10 kaloriméteren két 18,19 cső van felszerelve, amelyek teqednek, amikor a mérőberendezést a 9 hátrafelé és foglalatba behelyezzük, a 6 és 7 furatokba nyomódnak bele, eszigetelt csatlakozást alkotva ott. A 18 és 19 csövek szigetelőanyagból készülnek, előnyösen teflonból úgy, hogy a mészlerakódástól és más lerakódásoktól védve legyenek. Ugyanezen okokból a 10 kaloriméter belső falait is be lehet vonni teflonnal.

A 18 csövet egy szigetelőanyagból készült és 10 kaloriméter 12 hátsó falától a 13 elülső falig terjedő 20 persely fogadja magába. Az említett 20 perselyből egy belépő cső ágazik le, amely lefelé nyúlik, a 14 alsó fal közelébe. A 20 persely elülső végébe egy magas hővezetési együtthatójú anyagból készült 22 sapka van benyomva, amely a 10 kaloriméter falától el van szigetelve. A 22 sapka célja az, hogy az első 23 hőérzékelő végét magába fogadja, amely jó hővezetésű kapcsolatban van a 22 sapkával.

A 19 cső a 12 hátsó fal belső oldalára nyúlik, közvetlenül szomszédosán a 18 csővel. A 10 kaloriméter 13 elülső falában egy 24 bemélyedés van készítve, második 25 hőérzékelő befogadása céljából, amely jó hővezetésű kapcsolatban van a 10 kaloriméter falával.

A 11 házat a 10 kalorimétertől egy 26 szigetelő fal választja el. A 11 házban van felszerelve egy 27 elektronikus egység, amelyből az első és második 23, 25 hőérzékelők a 26 szigetelő falon keresztül kinyúlnak a sapkába és a 24 bemélyedésbe. A 27 elektronikus egységen lehet elhelyezni egy harmadik 28 hőérzékelőt egy olyan referencia-hőmérséklet érzékelésére, amely a környezet hőmérsékletére jellemző, amint azt később kifejtjük.

A 11 házban végezetül el van helyezve egy hosszú élettartamú 29 telep, a 27 elektronikus egység táplálására, amely a mérőberendezés mikroprocesszorát tartalmazza.

A 27 elektronikus egység el van látva egy 30 megjelenítővel, a 11 ház átlátszó elülső 31 falán keresztül látható.

Amikor a vízfogyasztást a 2 vízcsap megnyitásával megkezdjük, az 1 melegvíz-vezetéken keresztül meleg víz folyik, amelynek eredményeként nyomásesés alakul ki a 3 Venturi-cső 4 szűkített szelvényénél. A nyomásesés megkerülő áramlást hoz létre a 18 csövön, a 20 perselyen és a 21 belépő csövön keresztül a 10 kaloriméter irányában, valamint a 19 csövön keresztül vissza. Mivel a víz közvetlenül a 22 sapka mellett lép be a 10 kaloriméterbe, az első 23 hőérzékelő, amely a 22 sapkával érintkezik, igen hamar eléri azt a hőmérsékletet, amely gyakorlatilag azonos az 1 melegvíz-vezetéken keresztülfolyó víz hőmérsékletével. Az első 23

HU 210 888 B hőérzékelő által felvett hőmérsékletre a következőkben mint TV vízhőmérsékletre fogunk hivatkozni.

A 4. és 5. ábrákon látható mérőberendezés abban különbözik a 2. és 3. ábrákon láthatóktól, hogy a TV vízhőmérséklet érzékelésére szolgáló és a 10 kaloriméter 21 belépő csövében elhelyezett első 23 hőérzékelő helyett 123 hőérzékelőt használunk, amely keresztülnyúlik a 10 kaloriméteren, párhuzamosan a 18 és 19 csővel, hogy a vége a megvastagított 5 falrészben lévő 124 furatba van bevezetve a belső végénél, amelynél jó hővezetésű 125 sapka van elhelyezve úgy, hogy a 123 hőérzékelő hővezető kapcsolatban van az 1 melegvízvezetéken keresztülfolyó fő vízárammal, és így közvetlenül érzékeli a fő vízáram TV vízhőmérsékletét.

A víz mindkét megvalósításnál a 21 belépő csövön keresztül van vezetve a 10 kaloriméter 14 alsó fala irányába, ahonnan az a termo-szifon jelenség eredményeként fel fog emelkedni, és emiatt a 10 kaloriméterből a 19 csövön keresztül kiszorítja hidegebb vizet, vissza a 3 Venturi-csőbe. A 10 kaloriméterben lévő teljes víztömeg felmelegedése azonban bizonyos időt vesz igénybe, és a második 25 hőérzékelő hőmérséklete, amely a 10 kaloriméter falával érintkezésben van, csak bizonyos késedelemmel emelkedik az első 23 hőérzékelő vagy a 123 hőérzékelő hőmérsékletéhez képest. A második 25 hőérzékelő hőmérsékletére a továbbiakban mint TK kaloriméter-hőmérsékletre fogunk hivatkozni. Amennyiben az 1 melegvíz vezetéken keresztüli áramlás változatlan értéken elég sokáig tart, akkor a 10 kaloriméter TK kaloriméter-hőmérséklete végül is egy egyensúlyi értéket ér el. A mérési technika szempontjából ezt a hőmérsékleti egyensúlyt vagy hőmérséklet-stagnálást akkor tekintjük beálltnak, amikor - egy mintavételezési perióduson belül, amely a hőmérséklet alakulásának felderítése céljából történik - a 10 kaloriméter hőmérsékletének emelkedése nem lép túl egy küszöbértéket, amelyet például 0,2 °C-ra állíthatunk be; a hőmérséklet-stagnálást addig tekintjük fennállónak, amíg a 10 kaloriméter hőmérsékletének változásai ezen küszöbértéken belül maradnak, akár felfelé, akár lefelé.

A 18 és 19 csövek átömlő keresztmetszeti felületeit előnyösen olyan szűkre választjuk meg, hogy egy fogyasztó normális vízfogyasztása során, például amikor egy fürdőkádat eresztenek tele, a 10 kaloriméter hőmérséklet-egyensúlyi állapotát nem fogjuk elérni. Az ezen határon belüli vízfogyasztásoknál a 10 kaloriméter hőmérsékletének emelkedését az 1 melegvíz-vezetéken keresztülfolyó víz mennyisége egyértelműen meghatározza, és megfordítva, a víz mennyiségét egyértelműen ki lehet számítani a 10 kaloriméter hőmérsékletének emelkedéséből és a TV vízhőmérsékletből.

Azt kapjuk, hogy a fogyasztott víz tömegét a következő egyenletből lehet meghatározni:

ahol TKu - a 10 kaloriméter induló hőmérséklete, amelynél a víz fogyasztása megkezdődött, míg a ki és ni a berendezés állandói. In a természetes logaritmust jelöli.

A víznek a kezdeti hálózati hidegvíz-hőmérsékletről, amelyet állandónak tételezünk fel, és például Dániában 8 °C-ra tehetjük, felmelegítésére fordított elfogyasztott hőmennyiség ezért a következő lesz:

(2) Q = M · c · (TV - To) ahol Q - hőfogyasztás c - állandó

To - a hideg víz hőmérséklete.

Amennyiben a vízfogyasztás olyan sokáig folytatódik, hogy elérjük a TK kaloriméter hőmérséklet-egyensúlyát, akkor az 1 melegvíz-vezetéken ezután átáramló víz mennyiségét abból a tényből lehet kiszámítani, hogy a 10 kaloriméter által a környezetnek leadott hő minden egyes mintavételezési periódusban azzal az energia-mennyiséggel lesz egyenlő, amelyet a 10 kaloriméter az 1 melegvíz-vezetéken keresztülfolyó víztől felvesz. Úgy találtuk, hogy az 1 melegvíz-vezetéken keresztülfolyó hő mennyiségét a következő egyenletből lehet kiszámítani:

(3) m = k2 ⁿ² ahol TY = a külső környezet hőmérséklete.

Következésképpen minden egyes mintavételezési periódusra az elfogyasztott hőenergia, amely a fogyasztott víznek a hideg hálózati hőmérsékletről a fogyasztási hőmérsékletre történő felmelegítésére lett fordítva, a következő lesz:

(4) q = m · c · (TV-To) ahol k2 és n2 = a berendezés állandói, amelyek kl-től és nl-től különbözőek. Ily módon belátható, hogy ebben az esetben az energia mennyiségének kiszámítása minden egyes mintavételi periódusra nézve megtörténik, míg az (1) és (2) egyenleteknek megfelelő számítás több mintavételi periódusra is kiterjedhet.

Az ni és n2 állandók számszerű értékeit, valamint a ki és k2 állandók értékeit kísérletileg lehet meghatározni. A ki és k2 állandókat azonban tetszés szerint, noha egymáshoz képest pontos arányban, lehet felvenni, amennyiben nem áll szándékunkban az, hogy a mérőberendezés közvetlenül a fogyasztott energia mennyiségét mutassa, hanem valamely arányos értéket, amelyet fel lehet használni a melegvíz költségek elosztására az egyedi fogyasztók között egy központi melegvíz-szolgáltató rendszerben.

A találmány nem kötött az (1), (2) vagy (3), (4) egyenletekhez, elképzelhető, hogy ezeket ki lehet cserélni más képletekre, amelyek megbízhatóan jellemzőek vagy még inkább jellemzőek lesznek az energia fogyasztásra. Annak is fennáll a lehetősége, hogy empirikusan kialakított függvényeket alkalmazunk, amelyeket beolvasunk a mikroprocesszor memóriájába.

Amikor a mérőberendezést úgy építjük fel, amint azt az előzőekben kifejtettük, hogy a hőmérsékleti egyensúlyt a normális vízfogyasztási gyakorlatnál várhatóan nem érjük el, akkor ezt azzal is magyarázhatjuk, hogy a 10 kaloriméter nagy hőtehetetlenséggel rendel5

HU 210 888 B kezik, és emiatt lehetővé válik, hogy a mintavételezést alacsony frekvencián, például percenként egy mintavétellel, végezzük.

Rövid időtartamú melegvíz-fogyasztásnál előfordulhat, hogy a TV vízhőmérséklet egyetlen mintavételi periódus alatt jelentősen emelkedik, például egy 5 °Cos küszöbértéken túl, de ugyanakkor a TK kaloriméterhőmérséklet érzékelhető módon emelkedik tovább, de semmiképpen sem válik a stagnálási korlátnál nagyobbá. Amennyiben a fogyasztott víz mennyisége olyan csekély, hogy a soronkövetkező mintavételnél a 10 kaloriméter hőmérséklete még mindig nem emelkedett túl a stagnálási értéken az előző mintavétel során érzékéit értekhez képest, vagy éppenséggel csökkent, akkor a rövid idejű vízhasználatra vonatkozó hőfogyasztást nem fogjuk számolni.

A találmány szerint az ilyen rövid idejű vízhasználatokra is be lehet venni egy számlálási növekményt a mérési összegbe, a következő megfontolás alapján:

Amennyiben Ms-sel jelöljük azt a legnagyobb olyan vízmennyiséget, amely a vízhőmérséklet küszöbértéken túli változása esetén sem tudja két egymás utáni mintavételi perióduson keresztül időidézni a 10 kaloriméter hőmérsékletének emelkedését a stagnálási értéken túl, akkor megbízhatóan feltételezhetjük, hogy a rövid idejű vízhasználatok során a víz mennyisége átlagosan 1/2 Ms lesz. Ennek következtében a rövid idejű vízfogyasztásra vonatkozó hőfogyasztás a következő lesz:

(5) QS = 1/2 Ms · (TV-To),

Az Ms vízmennyiség értékét egy adott mérőberendezés vonatkozásában egyszer és mindenkorra meg lehet határozni egy mérési eljárással, és így az egy készülékállandónak tekinthető.

A hőmérséklet alakulásának felderítéséhez, valamint a fenti (2) vagy ha szükséges, akkor az (5) egyenletnek is megfelelő számítások végrehajtásához a mikroprocesszor moduláris felépítésű, amelyet a 6. ábra blokkdiagramja szemléltet jelképesen.

A 6. ábrán a 32 hivatkozási szám a memóriát jelképezi, amely a következő adatok számára rendelkezik tárhellyel:

TK = a 10 kaloriméter jelen mintavételi ciklusban mért hőmérséklete;

TKi = a 10 kaloriméter megelőző mintavételi ciklusban mért hőmérséklete;

TKu = a 10 kaloriméter induló hőmérséklete a hőmérsékletnek a stagnálási korláton túli emelkedése kezdetekor;

TV = a jelen mintavételi ciklusban mért vízhőmérséklet;

TVi = a megelőző mintavételi ciklusban mért vízhőmérséklet;

TY = a külső környezet hőmérséklete;

Mód = a mikroprocesszor által követendő fő végrehajtási útvonal a soron következő mintavételi ciklus során, vagyis az első fő útvonalnál Mód = 1 emelkedő TK kaloriméter hőmérséklet esetén egy második fő útvonalhoz Mód = 2 a stagnáló vagy csökkenő TK kaloriméter hőmérséklethez; és amennyiben szükséges, egy harmadik fő útvonalhoz Mód = 3 a fenti rövid időtartamú melegvíz fogyasztások esetében.

A 33 mintavevő például percenként egyszer kibocsát egy mintavételező jelet a 32 memória felé egyrészt közvetlenül, másrészt közvetve, a 23, 123, 25 hőérzékelőkön keresztül.

A 34 kalkulátor úgy van kialakítva, hogy a számlálási növekményeket az (1) és (2) egyenletek szerint számítsa; a 35 kalkulátor a (3) és (4) egyenleteknek megfelelő számításokat végzi. Ezen túlmenően egy harmadik 134 kalkulátor is látható a 6. ábrán, amelyet akkor használunk, ha a rövid vízhasználatok esetében kívánatos egy számlálási növekmény beiktatása az (5) egyenletnek megfelelően.

A 34 és 35 kalkulátorok, valamint ha ez szükséges, a 134 kalkulátor által számított számlálási növekmények a 36 számlálóhoz kerülnek átvitelre, amely az 1. ábrán a 30 megjelenítővel van ellátva.

A 34 és 35 kalkulátorokkal ellátott mérőberendezéshez tartozó programozott vezérlést a 7, és 8. ábrákon látható folyamatábrákkal mutatjuk be, ha azokat egymás mellé helyezzük.

A folyamatábrán nyilakkal jelzett tranzakciókat úgy kell érteni, hogy a nyíl előtt írt értéket, amely lehet egy mért érték vagy pedig előzőleg valamely memóriarekeszben tárolt érték, a nyíl után írt memóriapozícióba kell bevinni. Hasonlóan, például 2 -> Mód [a (7) és (11) pontok] azt jelenti, hogy a 2 értéket a Mód elnevezésű memóriarekeszbe kell beléptetni, a következő mintavételi ciklusban követendő útvonal vezérlése céljából. A „TK és TV mérése” [(1) pont) azt jelenti, hogy ezeket a hőmérsékleteket érzékelni kell a 25 és 23 (illetve 123) hőérzékelőkkel, és be kell léptetni őket a 32 memória megfelelő rekeszeibe. A „Mód- 1” a (2) pontban úgy értendő, hogy az a következő kérdést jelenti: „A Mód memóriarekeszben álló érték 1?”. Valamennyi további ellenőrző pontban hőmérsékletek összehasonlítása áll, amelyeket „Igen”-nel vagy „Nem”-mel lehet megválaszolni. Az egymás utáni mintavételi ciklusok közötti intervallumról feltételezzük, hogy az 1 perc.

Látni fogjuk, hogy ez a programvezérlés a korábbiakban kifejtett elvekkel összhangban lévő méréseket fog eredményezni, és a következőben csak néhány további magyarázatot teszünk.

A 34, 35 illetve 134 kalkulátor működési korlátainak bizonyos szélsőséges helyzetekben bekövetkezhető átlépései elleni védelem céljára bizonyos biztonsági ellenőrzések is be vannak iktatva, különösen a (4) és (14) pontokban, amelyek - legalábbis elméletileg elképzelhetők.

Ezen túlmenően lépéseket tettünk azon lehetőség kezelésére, hogy a melegvíz hőmérséklete a vízvétel (fogyasztás) folyamán csökkentett. Ha ez történik, miközben a 10 kaloriméter hőmérséklete emelkedik, akkor a mikroprocesszor a (8)-as pontra lesz irányítva, hogy a 34 kalkulátorai minden egyes mintavételi ciklusban végrehajtson egy számítást, minden egyes alkalommal az új vízhőmérséklettel, és a 10 kaloriméter legutoljára mért hőmérsékletével, mint a hőmérséklet6

HU 210 888 B emelkedés kiinduló pontjával. Amennyiben a TV vízhőmérséklet a TK kaloriméter-hőmérséklet alá esne, akkor a 34 kalkulátort az (5) és (9) pontokban, a 35 kalkulátort pedig a (15) pontban kikapcsoljuk.

A TY külső környezet hőmérsékletét szimulációval mérjük, a következők szerint: amikor a TK kaloriméter-hőmérséklet csökken, akkor minden egyes mintavételi ciklusban annak értékét léptetjük be a 32 memóriába: az előző mintavételi ciklusban mért érték helyett úgy, hogy a TY külső környezet hőmérséklete végül is egyenlő lesz a legalacsonyabb hőmérséklettel, amelyet a TK kaloriméter-hőmérséklet az utolsó vízvétel óta felvett.

A TY külső környezet hőmérséklete imént leírt szimulált mérése helyett azonban lehetőség van a TY külső környezet hőmérsékletére jellemző TR vonatkozási hőmérséklet közvetlen mérésére is a 2. ábrán látható harmadik 28 hőérzékelő segítségével. Mivel ez a harmadik 28 hőérzékelő a 10 kalorimétertől a külső környezet felé irányuló hődiffúziós térben rögzített pozícióban van elhelyezve, ezért az az alábbi egyenlettel meghatározott hőmérséklet értéket veszi fel:

(6) TK-TY = k4(TK-TR) ahonnan (7) TY = TK - k4(TK-TR), ahol k4 berendezés-állandó.

Amikor a harmadik 28 hőérzékelőt alkalmazzuk, akkor a TR vonatkoztatási hőmérséklet értékét minden egyes mintavételi ciklusban felvesszük. TY külső környezet hőmérséklete értékét ezek után a fenti egyenletből minden alkalommal ki lehet számítani, és be lehet táplálni a 32 memóriába; vagy pedig alternatívaként, a TR vonatkoztatási hőmérsékletet lehet beléptetni a 32 memóriába, és a számításra szolgáló (3) egyenletet a 35 kalkulátorban ki lehet cserélni úgy, hogy a 7 egyenletből vesszük TY külső környezet hőmérséklete értékét.

A folyamatábrában szükséges változtatások nyilvánvalóak lesznek.

A 7., 9. és 10. ábrák egymás mellé helyezve egy három 34, 35,134 kalkulátorral rendelkező mérőberendezés programvezérlését mutatják.

Az 1. Mód ugyanaz, mint korábban. 2. Módnál az első ellenőrzésnél, a (19)-es pontban, azt ellenőrizzük, hogy az előző mintavételi ciklus óta a víz hőmérséklete 5 °C-kal kevesebbet csökkent-e. Amennyiben a válasz Igen, akkor nem fordult elő rövid vízvétel, az emelkedési korlátot meghaladó hőmérséklet növekedéssel, és a vezérlés ezért továbblép a (13) ponthoz, majd még tovább, amint az előzőekben leírt 2. Módnál.

Amennyiben a (19) pontban a válasz Nem, akkor a (20) pontban azt ellenőrizzük, hogy a TK kaloriméterhőmérséklet nem emelkedett-e a stagnálási korlát fölé. Amennyiben a válasz Igen, akkor ez azt jelenti, hogy a kifolyt víz mennyisége nem olyan csekély, hogy az elkerülné a 34 kalkulátorral történő számítást, és a vezérlés emiatt továbblép a (18) ponthoz, az előzőekben leírt 2. Módban. Ha, ellenkezőleg, a (20) pontban a válasz Nem, akkor a vezérlés a 3. Módhoz lép ahol a 10 kaloriméter előző mintavételi ciklusban mért TKi hőmérsékletét léptetjük be a TK kaloriméter-hőmérséklet emelkedésének kezdőértékeként. Most a következő mintavételezési impulzust a (22) pontban várjuk, a (23) pontban pedig a kaloriméter-hőmérséklet értékét mérjük, pedig a TK amely után a (24) pontban leellenőrizzük, hogy a TK kaloriméter-hőmérséklet még mindig nem emelkedett-e a stagnálási korlát fölé. Amennyiben nem emelkedett, akkor a kifolyt víz menynyisége olyan kicsi volt, hogy a hőfogyasztást nem lehet belevenni a 34 kalkulátorral történő számításba, és emiatt a (25) pontban a 134 kalkulátorral hajtunk végre egy számítást az (5) egyenlet szerint. Ha, ellenkezőleg, a (24) pontban a TK kaloriméter-hőmérséklet a stagnálási korlát fölé emelkedett, akkor ezt az emelkedést bele lehet venni a 34 kalkulátorral végzendő számításba, és a (26) pontban a vezérlést 1. Módba kapcsoljuk át.

Claims (9)

1. Melegvíz-fogyasztásmérő, amely melegvíz-vezetékbe iktatott mérőtestet foglal magába, amelyben hőérzékelők vannak elrendezve és mikroprocesszort tartalmazó elektronikus egységhez csatlakoztatva, azzal jellemezve, hogy a mérőtest katariméiért (10) foglal magába, mely a melegvíz-vezetékről (1) leágaztatott, cső (18, 19) formájában kialakított megkerülő vezetékbe van becsatlakoztatva egy abba behelyezett Venturicsövön (3) keresztül, bemeneténél viz hőfokának értékelésére első hőérzékelővel (23, 123), falának egy pontjánál a katariméter (10) hőfokának érzékelésére második hőérzékelővel (25) van ellátva; az elektronikus egység (27) első, hőmérséklet-emelkedés függvényében hőfogyasztást számító kalkulátort (34) tartalmaz, mely a hőérzékelőkkel (23, 123, 25) egy mintavevőn (33) és egy memórián (32) keresztül össze van kötve, és az első kalkulátorral (34) egy számláló (36) van összekötve, ahol az első kalkulátor (34) függvénykapcsolata a következő:

M = f (TV, TK, TKu), ahol M - a fogyasztott víz tömege

TV - vízhőmérséklet

TK - kaloriméter-hőmérséklet

TKu - a katariméter (10) induló hőmérséklete és

Q = M · c · (TV-To), ahol Q - hőfogyasztás c - állandó

To - a hideg víz hőmérséklete, a megkerülő vezeték, a Venturi-csövön (3) eső nyomás és a katariméter (10) méretei úgy vannak megválasztva, hogy a normál vízfogyasztáshoz emelkedő kaloriméter-hőmérséklet (TK) van társítva. (Elsőbbsége: 1988. 05. 18.)

2. Az 1. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy az elektronikus egység (27) második, állandó kaloriméter-hőmérsékletnél (TK) hőfogyasztás-számláló kalkulátort (35) tartalmaz, mely az első kalkulátorral (34) azonos módon a hőérzékelőkkel (23, 123, 25) és a számlálóval (36) van összekötve, és függvénykapcsolata a következő:

HU 210 888 Β m = g (TV, TY, Tk), ahol m - egy mintavételi időtartam alatt a melegvíz-vezetéken (1) keresztül áramló víz mennyisége

TY - külső környezet hőmérséklete, és q = m · c · (TV - To), ahol q - egy mintavételi időtartam alatti hőfogyasztás. (Elsőbbsége: 1988.05.18.)

3. A 2. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy az elektronikus egység (27) harmadik kalkulátort (134) tartalmaz, mely az első és a második kalkulátorral (34, 35) azonos módon össze van kötve a hőérzékélőkkel (23, 123, 25) és a számlálóval (36), melynek algoritmusa a következő:

Qs = 1/2 Ms · (TV - To), ahol Qs - egy mintavételi időtartam alatti hőfogyasztás

Ms - egy mintavételi időtartam alatt az a legkisebb mennyiségű átáramló víz, mely a kaloriméter (10) hőmérsékletének (Tk) mérhető növekedését idézi elő. (Elsőbbsége: 1989. 05. 18.)

4. Az 1. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy az első hőérzékélő (123) a mérőtestnek a megkerülő vezetéket képező csöveinél (18,19) van elrendezve.(Elsőbbsége: 1988.05.18.)

5. A 2. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzaljellemezve, hogy a kaloriméter (10) elülső oldalánál házzal (11) van körülvéve, melynek belsejében, a kalorimétertől térközzel elválasztva harmadik hőérzékelő (28) van elrendezve.(Elsőbbsége: 1988.05.18.)

6. Az 5. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy az elektronikus egység (27) a ház (11) belsejében van elrendezve. (Elsőbbsége: 1988.05.18.)

7. Az 1. vagy 6. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy a kaloriméter (10) és a melegvíz-vezeték (1), valamint a Venturi-cső (3) szűkített szelvénye (4) között hőszigeteléssel van ellátva, továbbá a megkerülő vezetéket képező csövek (18, 19) hőszigetelő anyagból vannak kialakítva. (Elsőbbsége: 1988.05.18.)

8. A 7. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy a kaloriméter (10), a csövek (18, 19) és a hőérzékelők (23, 25, 123) a házzal (11) egy szerelési egység formájában vannak kialakítva, ahol a ház (11) a csöveket (18,19) befogadó furatokkal (6,7) van ellátva. (Elsőbbsége: 1988.05.18.)

9. A 4. vagy 8. igénypont szerinti melegvíz-fogyasztásmérő, azzal jellemezve, hogy a Venturi-cső furattal (124) van ellátva, mely magas hővezetésű sapkával (125) van lezárva és az első hőérzékelő (123) végét fogadja magába. (Elsőbbsége: 1988.05.18.)