RU2726898C2 - Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления - Google Patents
Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726898C2 RU2726898C2 RU2018129945A RU2018129945A RU2726898C2 RU 2726898 C2 RU2726898 C2 RU 2726898C2 RU 2018129945 A RU2018129945 A RU 2018129945A RU 2018129945 A RU2018129945 A RU 2018129945A RU 2726898 C2 RU2726898 C2 RU 2726898C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- flow
- amount
- measurements
- exchange chambers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
- G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
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.
Description
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
где W - тепловая энергия (количество теплоты) [Дж];
F - суммарная площадь теплоотдающей поверхности датчиков [м2];
[τ1, 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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018129945A RU2726898C2 (ru) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018129945A RU2726898C2 (ru) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018129945A3 RU2018129945A3 (ru) | 2020-02-18 |
RU2018129945A RU2018129945A (ru) | 2020-02-18 |
RU2726898C2 true RU2726898C2 (ru) | 2020-07-16 |
Family
ID=69590192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018129945A RU2726898C2 (ru) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726898C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU830156A1 (ru) * | 1979-10-24 | 1981-05-15 | Институт Технической Теплофизикиан Украинской Ccp | Датчик теплового потока |
US4538925A (en) * | 1982-03-18 | 1985-09-03 | Avtomontaza Ljubljana no. Tovarna Gospodarskih vozil, trgovina in servis motornih vozil, TOZD Tovarna grelnih naprav no. | Thermal power measuring device |
US4595297A (en) * | 1985-10-15 | 1986-06-17 | Shell Oil Company | Method and apparatus for measure of heat flux through a heat exchange tube |
SU1281928A1 (ru) * | 1985-04-05 | 1987-01-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Калориметр |
RU2124188C1 (ru) * | 1996-09-18 | 1998-12-27 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
RU2152008C1 (ru) * | 1997-11-18 | 2000-06-27 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Устройство для поверки теплосчетчиков |
-
2018
- 2018-08-16 RU RU2018129945A patent/RU2726898C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU830156A1 (ru) * | 1979-10-24 | 1981-05-15 | Институт Технической Теплофизикиан Украинской Ccp | Датчик теплового потока |
US4538925A (en) * | 1982-03-18 | 1985-09-03 | Avtomontaza Ljubljana no. Tovarna Gospodarskih vozil, trgovina in servis motornih vozil, TOZD Tovarna grelnih naprav no. | Thermal power measuring device |
SU1281928A1 (ru) * | 1985-04-05 | 1987-01-07 | Институт технической теплофизики АН УССР | Калориметр |
US4595297A (en) * | 1985-10-15 | 1986-06-17 | Shell Oil Company | Method and apparatus for measure of heat flux through a heat exchange tube |
RU2124188C1 (ru) * | 1996-09-18 | 1998-12-27 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Теплосчетчик-расходомер |
RU2152008C1 (ru) * | 1997-11-18 | 2000-06-27 | Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии | Устройство для поверки теплосчетчиков |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018129945A3 (ru) | 2020-02-18 |
RU2018129945A (ru) | 2020-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Carr et al. | Velocity, temperature, and turbulence measurements in air for pipe flow with combined free and forced convection | |
US9964423B2 (en) | Device and method for determining the mass-flow of a fluid | |
EP0025450A1 (en) | METHOD AND COUNTER FOR MEASURING THE HEAT AMOUNT. | |
Hannemann et al. | An experimental investigation into the effect of surface thermal conductivity on the rate of heat transfer in dropwise condensation | |
CA1193471A (en) | Non-intrusive thermal power monitor and method | |
RU2726898C2 (ru) | Устройство для прямых измерений тепловой мощности и количества теплоты в независимых системах отопления | |
Lawrence et al. | Heat transmission to water flowing in pipes | |
SE446563B (sv) | Svepdifferentialmikrokalorimeter | |
SU1778558A1 (ru) | Устройство для поверки теплосчетчиков 2 | |
RU2631007C1 (ru) | Теплосчетчик на основе накладных датчиков | |
Fu et al. | Comparison of temperature difference measurement technologies used in vehicular heat exchangers | |
RU2556290C1 (ru) | Способ определения теплофизических свойств твердых материалов | |
JPS6258124A (ja) | 熱量計測装置 | |
RU2152008C1 (ru) | Устройство для поверки теплосчетчиков | |
SU932292A1 (ru) | Способ измерени расхода тепла | |
SU122313A1 (ru) | Устройство дл определени теплопроводности жидкой или газообразной среды | |
RU2138029C1 (ru) | Способ определения расхода тепла локальными потребителями, входящими в объединенную систему потребителей тепла | |
SU514195A1 (ru) | Устройство дл измерени отношени двух расходов жидкости или газа | |
SU911275A1 (ru) | Устройство дл определени теплофизических характеристик материалов | |
RU2232379C2 (ru) | Способ компенсации влияния уровня температуры жидкости на входе измерительного канала теплового расходомера с датчиками теплового потока от наружной поверхности измерительного канала на результат измерения расхода жидкости | |
SU1057829A1 (ru) | Устройство дл определени локальных коэффициентов теплоотдачи между поверхностью раздела фаз и движущейс средой | |
SU402742A1 (ru) | Тепловой расходомер | |
SU1332149A1 (ru) | Тепловой уровнемер | |
US3218860A (en) | Apparatus and method for measuring high temperatures | |
SU1290102A1 (ru) | Датчик теплового потока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200817 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20220119 |