CN101387353A - 流量分配器以及使用该流量分配器的差动式热量表 - Google Patents

Abstract

一种流量分配器，包括阀体、滑动阀芯和调节部件，其中：阀体的一端面上具有介质入口，阀体的侧壁上开有两个外出口，滑动阀芯的侧壁上开有两个内出口，调节部件为位于阀体内腔中的温度－长度记忆弹簧，滑动阀芯可以在记忆弹簧的控制下紧贴在阀体内腔上移动，两个外出口与两个内出口为截面形状相同和截面积相等的平行四边形，第一外出口能够与第一内出口完全重合，第二外出口能够与第二内出口完全重合，本发明的流量分配器无需供电，能够单独使用，也能够与其它部件一起构成无源元件。

Description

流量分配器以及使用该流量分配器的差动式热量表

技术领域

本发明涉及一种流量分配器，其可单独使用，也可用于依靠介质(例如水)的动力实现热计量的差动式热量表。

背景技术

在节约型社会的今天，节约能源的民用采暖计量已经提高到了国家政策鼓励的地位。现有的热量表一般都需要电源驱动，其具有重大缺陷，即必须定期更换或检查热量表的电源，而一旦电源耗尽或出现故障，则供暖计量将中止。定期更换或检查热量表的电源必将耗费供暖公司大量的人力、物力和财力，在电源出现人为或自然的故障及电能耗尽时，供暖公司将遭受损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流量分配器，其包括阀体、滑动阀芯和调节部件，其中阀体具有中空、均匀的内腔，阀体的一端面上具有让介质流入的入口，阀体的侧壁上开有第一外出口、第二外出口；滑动阀芯具有与阀体的内腔形状相配合的中空结构，滑动阀芯的长度小于阀体的内腔长度。滑动阀芯的侧壁上开有第一内出口、第二内出口；调节部件为记忆弹簧，位于阀体的内腔中，所述记忆弹簧具有温度-长度记忆功能；记忆弹簧与滑动阀芯连接，记忆弹簧的另一端与阀体的一端抵接或连接，滑动阀芯可以在记忆弹簧的控制下紧贴在阀体内腔上移动；第一外出口、第二外出口与第一内出口、第二内出口为截面形状相同和截面积相等的平行四边形，第一外出口能够与第一内出口完全重合，第二外出口能够与第二内出口完全重合。

另一方面，提供一种使用该流量分配器的无源差动式热量表。

附图说明

图1是本发明的差动式热量表的一优选实施例的结构示意图；

图2表示在本发明的差动式热量表中使用的热量计数器的一优选实施例；

图3a表示图1所示实施例中的流量分配器的实施例的纵截面的示意图；

图3b表示图1所示本发明实施例中的流量分配器的大体呈矩形的横截面的示意图图；

图3c表示图1所示本发明实施例中的流量分配器的大体呈圆形的横截面的示意图图；

图3d表示从图3a上方观测的本发明的流量分配器的纵截面的示意图；

图3e表示本发明的流量分配器的内出口与外出口之间位置关系的第一实施例的示意图；

图3f表示本发明的流量分配器的内出口与外出口之间位置关系的第二实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明的差动式热量表进行详细说明，图1中双点划线内为热量表。

首先要说明的是，本发明的差动式热量表中的介质可以是任何合适的流体或半流体，但为了便于说明，下面以水作为例子，但本发明中所使用的介质并不局限于水。

如图1中所示，本发明的差动式热量表(下面简称为热量表)包括入水流量分配器2、热量计数器4、回水流量分配器9以及它们之间的连接管道，入水流量分配器2与热量表入口1相连，入水流量分配器2的出口分别与管道3和第一旁路管道6相连，管道3与热量计数器4的第一入口37相连，热量计数器4的第一出口38经管道5在第一三通接头7处与第一旁路管道6相连，第一三通接头7与散热***8的入口相连。回水流量分配器9与散热***8的出口相连，回水流量分配器9的出口分别与管道10和第二旁路管道11相连，管道10与热量计数器4的第二入口40相连，热量计数器4的第二出口39经管道12在第二三通接头13处与第二旁路管道11相连，第二三通接头13与热量表出口14相连。

下面说明水流的路径。热水从热量表入口1处进入，进入水流量分配器2，然后分两路输出，一路经管道3通过第一入口37进入热量计数器4，再通过第一出口38经管道5到达第一三通接头7，另一路经第一旁路管道6到达第一三通接头7。随后，热水从第一三通接头7经散热***8的入口进入采暖单元的散热***8，再从散热***8的出口进入回水流量分配器9，然后分两路输入，一路经管道10通过第二入口40进入热量计数器4，再通过第二出口39经管道12到达第二三通接头13，另一路经第二旁路管道11到达第二三通接头13。随后，热水经热量表出口14输出。

在该实施例中，入水流量分配器2与回水流量分配器9具有相同的结构，流量分配器2、9能够根据水的温度自动分配流入热量计数器4和旁路管道的流量，水的温度与流入热量计数器4和旁路管道的流量成相同的线性关系。但是，本领域技术人员可以理解，流量分配器2、9与流入热量计数器4和旁路管道的流量之间的线性关系可以不同，在此种情况下，仅需调整热量计数器4的构造即可。

本领域技术人员可以理解，采用例如计算机程序控制的方式可以达到上述线性关系。另外，还可使用如图3a-3f所示的流量分配器构造差动式热量表，从而构成无源差动式热量表。图3a-3f所示的流量分配器的结构和工作原理将在后面予以说明。

当一定温度的水从热量表入口1进入入水流量分配器2时，入水流量分配器2能够根据水的温度自动分配流入热量计数器4和第一旁路管道6的流量，进入热量计数器4的水的流量被(以一定的转角形式)记录，该记录代表散热***8的入水热量Q_入。

从散热***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根据回水温度自动分配流入热量计数器4和第二旁路管道11的流量。进入热量计数器4的水的流量被(以一定的转角形式)记录，该记录代表散热***8的回水热量Q_出。

被记录的代表入水热量Q_入和回水热量Q_出的转角，经热量计数器4的计算后，得到散热器散发的热量Q_散，并以一定的形式输出到计数器中。在热量计数器4中，各热量之间的关系为：

Q_散＝Q_入-Q_出

在热量表中，只要能够使流入水流量分配器2、9的水的温度与流入热量计数器4和旁路管道的流量成线性关系，热量计数器4就能够正确地计量散热器散发的热量。

例如，当热量表的出水口的水温不变而入口的水温提高时，流向热量计数器4的流量相应增加，计数器中代表进入热量的波轮转速加快，其表示入水热量的数值Q_入增大，而代表流出的热量的波轮的转速不变，所以，表示散热器散发的热量Q_散的数值也在增大，反之亦然。

当然，也可以设定当热量表的出水口的水温不变而入口的水温提高时，流向热量计数器4的流量相应减少，故计数器中代表进入热量的波轮转速降低，其表示入水热量的数值Q_入增大，而代表流出的热量的波轮的转速不变，所以，也能够表示散热器散发的热量Q_散的数值在增大，反之亦然。

下面参考图2说明热量计数器4的结构和工作原理。

如图2所示，热水从管道3进入第一入口37，流经波轮25从第一出口38流出，波轮25的输出轴17上安装有锥齿轮19，锥齿轮19与行星锥齿轮26和27啮合。从管道10进入第二入口39的水流经波轮15从第二出口40流出，波轮15的输出轴16上安装有锥齿轮18，锥齿轮18也与行星锥齿轮26和27啮合。行星锥齿轮26和27分别可旋转地安装在行星轮架20和21上，行星轮架20和21又与可旋转地安装在输出轴17上的大锥齿轮22固定联接在一起，大锥齿轮22又与小锥齿轮23啮合，小锥齿轮23安装在轴24上，轴24将旋转运动传递到计数器28中，计数器28中所显示的就是散热***8消耗的热量。

当水从热量计数器4中流过并带动波轮25和15旋转时，波轮25和15分别带动锥齿轮19和18沿相反的方向旋转(作为选择，也可使锥齿轮19和18沿相同的方向旋转)。当流过入水流量分配器2和回水流量分配器9的水的温度不同时，入水流量分配器2与回水流量分配器9分别根据水温自动将不同的水量分配到第一入口37和第二入口39，因而流经波轮25和15的水量不同，从而使得锥齿轮19和18的转速不同。由于锥齿轮19和18的旋转方向相反(或相同)且转速不同，因而使得行星锥齿轮26和27除了绕本身轴线旋转外，还绕锥齿轮19和18的轴线旋转，从而通过行星轮架20和21带动大锥齿轮22旋转，然后通过小锥齿轮23带动轴24旋转，在计数器28中显示出散热***8消耗的热量。

下面参照图3a-3f说明构造无源差动式热量表的流量分配器的结构和工作原理。

所述流量分配器包括阀体201、滑动阀芯202和调节部件。

图3a中，阀体201具有中空、均匀的内腔，内腔截面可以是图3b所示的矩形，也可以是图3b所示的圆形，也可以是其它形状。阀体201的一端面上具有让水流入的入水口208，阀体201上与入水口208相对的另一端敞开，并通过端盖207将其封闭；也可以将带有入水口的端盖设置在入水口侧，而使阀体与端盖构成一体。阀体201的侧壁上开有两个外出水口211、212。

滑动阀芯202具有与阀体201的内腔形状相配合的中空结构，滑动阀芯202的长度小于阀体201的内腔长度。滑动阀芯202的侧壁上开有两个内出水口213、214。

调节部件由记忆弹簧203、复位压紧弹簧206、移动挡圈204与紧定螺钉205构成，记忆弹簧203、复位压紧弹簧206和移动挡圈204位于阀体201的内腔中。所述记忆弹簧203具有温度-长度记忆功能，由记忆合金材料制成，或由其它形状的具有温度-长度记忆功能的已知材料制成，如由混有铜粉末的石蜡制成的柱体。

滑动阀芯202夹持在复位压紧弹簧206与记忆弹簧203之间。复位压紧弹簧206的另一端抵接或连接在阀体201的一个端部。记忆弹簧203的一端与滑动阀芯202的一端抵接或连接，记忆弹簧203的另一端与移动挡圈204抵接或连接，移动挡圈204与紧定螺钉205连接，紧定螺钉205的调节端穿过阀体201的另一个端部，从而从阀体201的内腔中伸出。滑动阀芯202可以在记忆弹簧203的控制下紧贴在阀体内腔上移动。

第一外出口212、第二外出口211与第一内出口214、第二内出口213为截面形状相同和截面积相等的平行四边形，第一外出口212能够与第一内出口214完全重合，第二外出口211能够与第二内出口213完全重合。第一外出口212、第二外出口211与第一内出口214、第二内出口213能够如图3e、3f的方式配置。如图3e所示，当第一外出口212与第一内出口214完全重合时，第二内出口213的开口下沿与第二外出口211的上沿相对，使得第二内出口213与第二外出口211之间没有水流通道。如图3f所示，当第一外出口212与第一内出口214完全重合时，第二内出口213的开口上沿与第二外出口211的下沿相对，使得第二内出口213与第二外出口211之间没有水流通道。

现在说明流量分配器的工作原理。

当具有一定温度一定流量f_入的水从阀的入水口208进入阀体内部后，记忆弹簧203根据水的温度使自己保持相应的长度，使滑动阀芯202相对于阀体201保持一定的相对位置。

假定第一外出口212、第二外出口211、第一内出口214和第二内出口213的截面积大小都为开口面积S_出。第二外出口211相对于第二内出口213的开口面积为S_出2、第一外出口212相对于第一内出口214的开口面积为S_出1，则水的温度一定时，记忆弹簧3的长度是一定的，因而S_出1与S_出2的大小也是一定的。由于第一外出口212、第二外出口211与第一内出口214、第二内出口213为形状对应的平行四边形，所以开口面积S出与出口面积S_出1、S_出2之间的关系为：

S_出＝S_出1+S_出2

假定从第二出口209和第一出口210流出的水的流量分别为f_出2和f_出1，则f_出1和f_出2与从入水口208流入的水流量f_入的关系为：

f_入＝f_出1+f_出2

显然f_出1、f_出2的大小分别取决于S_出1、S_出2的大小，且f_出1与S_出1成正比关系，f_出2与S_出2成正比关系。

在图3a、图3e的情况中，当水的温度有变化时，比如水温升高Δt时(水温降低时的情况与下述变化相反)，即：t→t+Δt，记忆弹簧3的长度增加了Δl，即：l→l+Δl，因此图3中的阀芯向下移动了Δl的距离，则第二外出口211与第二内出口213处的开口增加了ΔS_出2的开口面积，即：S_出2→S_出2+ΔS_出2，故通过该开口的流量f_出2→f_出2+Δf_出2；第一外出口212与第一内出口214处的开口减少了ΔS_出2的开口面积，即：S_出1→S_出1-ΔS_出1，故通过该开口的流量f_出1→f_出1-Δf_出1。

阀芯的位置变化后，由于第一外出口212、第二外出口211与第一内出口214、第二内出口213为形状对应的平行四边形，所以ΔS_出1＝ΔS_出2，因此，Δf_出1＝Δf_出2。

水温变化前：

S_出＝S_出1+S_出2；f_入＝f_出1+f_出2。

水温变化后：

(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

上式说明：在水温增高时，第二外出口211与第二内出口213处的开口面积S_出2增加了，通过该出口的流量f_出2也增加了；第一外出口212与第一内出口214处的开口面积S_出1减少了，通过该出口的流量f_出1也减少了；两处开口的截面积的变化量总是相等的，即：一处开口面积的增加量等于另一处开口面积的减少量；两处开口的流量的变化量总是相等的，即：一处开口流量的增加量等于另一处开口流量的减少量；水温变化前后及变化过程中出口的总面积是不变的，都等于S_出；水温变化前后及变化过程中出口的总流量是不变的，都等于f_入。

在图3f的情况中，当水的温度有变化时，比如水温升高Δt时(水温降低时的情况与下述变化相反)，即：t→t+Δt，记忆弹簧3的长度减少了Δl，即：l→l-Δl，流量f和面积S的变化情况与图3e的情况相反，仍能够保证两处开口的截面积的变化量总是相等的，即：一处开口面积的增加量等于另一处开口面积的减少量；两处开口的流量的变化量总是相等的，即：一处开口流量的增加量等于另一处开口流量的减少量；水温变化前后及变化过程中出口的总面积是不变的，都等于S_出；水温变化前后及变化过程中出口的总流量是不变的，都等于f_入。

可以理解，所述流量分配器可以构造无源差动热量表，也可以单独应用于需要根据温度进行流量分配的场合。该流量分配器中流动的介质不限于水，可以是其它流体或半流体。

上面通过优选实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于该优选实施例，而是可以有其它变化，例如流量分配器中的调节部件可以不包括复位压紧弹簧206，或者仅包括记忆弹簧203。本领域普通技术人员应该知道，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变，本发明由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种流量分配器，包括阀体(201)、滑动阀芯(202)和调节部件，其特征在于：

阀体(201)具有中空、均匀的内腔，阀体(201)的一端面上具有让介质流入的入口(208)，阀体(201)的侧壁上开有第一外出口(212)、第二外出口(211)；

滑动阀芯(202)具有与阀体(201)的内腔形状相配合的中空结构，滑动阀芯(202)的长度小于阀体(201)的内腔长度，滑动阀芯(202)的侧壁上开有第一内出口(214)、第二内出口(213)；

调节部件为记忆弹簧(203)，位于阀体(201)的内腔中，所述记忆弹簧(203)具有温度-长度记忆功能；

记忆弹簧(203)与滑动阀芯(202)连接，记忆弹簧(203)的另一端与阀体(201)的一端抵接或连接，滑动阀芯(202)可以在记忆弹簧(203)的控制下紧贴在阀体内腔上移动；

第一外出口(212)、第二外出口(211)与第一内出口(214)、第二内出口(213)为截面形状相同和截面积相等的平行四边形，第一外出口(212)能够与第一内出口(214)完全重合，第二外出口(211)能够与第二内出口(213)完全重合。

2.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：阀体的内腔截面可以是矩形、圆形、或其它多边形。

3.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：阀体(201)上与入口(208)相对的另一端敞开，通过端盖(207)将其封闭。

4.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：将带有入水口的端盖设置在入水口侧，而使阀体与端盖构成一体。

5.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：第一外出口(212)、第二外出口(211)与第一内出口(214)、第二内出口(213)配置如下，当第一外出口(212)与第一内出口(214)完全重合时，第二内出口(213)的开口下沿与第二外出口(211)的上沿相对，使得第二内出口(213)与第二外出口(211)之间没有水流通道。

6.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：第一外出口(212)、第二外出口(211)与第一内出口(214)、第二内出口(213)配置如下，当第一外出口(212)与第一内出口(214)完全重合时，第二内出口(213)的开口上沿与第二外出口(211)的下沿相对，使得第二内出口(213)与第二外出口(211)之间没有水流通道。

7.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：所述记忆弹簧203由混有铜粉末的石蜡制成的柱体取代。

8.如权利要求1所述的流量分配器，其特征在于：调节部件还包括复位压紧弹簧(206)，配置为将滑动阀芯(202)夹持在复位压紧弹簧(206)与记忆弹簧(203)之间，复位压紧弹簧(206)的另一端抵接或连接在阀体(201)的一个端部。

9.如权利要求1或8所述的流量分配器，其特征在于：调节部件还包括移动挡圈(204)与紧定螺钉(205)，记忆弹簧(203)的另一端与移动挡圈(204)抵接或连接，移动挡圈(204)与紧定螺钉(205)连接，紧定螺钉(205)的调节端穿过阀体(201)的端部，从而从阀体(201)的内腔中伸出。

10.一种无源差动式热量表，其特征在于：使用如权利要求1-9中任一项所述的流量分配器。

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