CN102390884B - 水箱除垢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水箱除垢装置，包括具有正极和负极的控制电路和置于水箱内的金属棒，其中控制电路的正极与金属棒相连接，其负极与水箱内胆相连接，所述控制电路包括：电压提供单元，其输出端与控制电路的正极相连接，用于提供一电压给金属棒；微控制器，其连接电压提供单元的一使能端口，用于对电压提供单元的输出电流进行检测，并根据所检测出的输出电流输出控制信号以对电压提供单元进行控制。本发明可针对不同水质进行有效的除垢。

Description

水箱除垢装置
技术领域
本发明涉及水箱，尤其涉及一种水箱除垢装置。
背景技术
太阳能加热或其它方式热水器的金属内胆储水箱会因长期使用而导致内胆壁上附着很多水垢或者遭到腐蚀，从而影响热水器的寿命，并增加了热水使用者的不舒适性。
为了避免这种问题，目前一般采用的方法是在储水箱外部施加电流来消除水垢，这种方法的原理是将直流电源的输出端阳极连接置于热水器内胆中的阳极，而其输出端的阴极导线连接热水器的内胆。当电路工作时，电流从阳极经水至金属内胆之间形成一闭合回路，使被保护的金属内胆得到阴极极化。
上述方法虽然能够去除沉积在内胆壁上的水垢，但是这种方法无法检测储水箱内的水是否被污染。从而即使去除了内胆壁上的水垢，但由于水箱内的水被污染了，使用者也会感到不舒适，比如，如果热水是饮用水，使用者可能就会喝入被污染的水。
并且如果除垢电路接触不良或者未连接好，则除垢工作就不能进行，而对于用户，则无法知晓除垢电路是否正在正常工作，会误以为储水箱一直在除垢，因此可能导致热水箱的寿命减短。
发明内容
针对目前的除垢方法所存在的不足和缺陷，本发明提供一种水箱除垢装置，能够实时监控除垢电路的工作状态，并根据除垢电路的工作状态能够及时关断或开启除垢电路。
为实现上述目的，本发明提供一种水箱除垢装置，包括具有正极和负极的控制电路和置于所述水箱内的金属棒，其中所述控制电路的正极与所述金属棒相连接，所述控制电路的负极与所述水箱的内胆相连接，其特征在于，所述控制电路包括：电压提供单元，其输出端与所述控制电路的正极相连接，用于提供一电压给所述金属棒，所述电压提供单元具有一使能端口；
微控制器，其连接所述电压提供单元的使能端口，用于对所述电压提供单元的输出电流进行检测，并根据所检测出的输出电流输出控制信号以对所述电压提供单元进行控制。
根据本发明的一实施例，所述电压提供单元为一稳压器。
根据本发明的一实施例，所述微控制器在所述检测出的输出电流高于第一预定值时，输出关断控制信号来对所述电压提供单元进行关断。进一步地，所述微控制器在对所述电压提供单元进行关断之后，还向外部输出发生错误的报警信号。
根据本发明的另一实施例，所述微控制器在所检测出的输出电流为零或小于第二预定值时向外部输出发生故障的提示信号。
根据本发明的一实施例，所述微控制器在所述故障消除或更换水时，输出开启的控制信号以对所述稳压器进行重新开启。
根据本发明的一实施例，所述微控制器通过电阻反馈方式来检测所述电压提供单元的输出电流。
根据本发明的一实施例，所述控制电路还包括稳压器保护电路，用于保护所述稳压器由于电流过大、静电放电原因而导致的所述稳压器损坏。进一步地，所述稳压器保护电路可以为LC电路。
根据本发明的一实施例，所述微控制器为单片机。
根据本发明的一实施例，所述稳压器为低压降稳压器、软件关断的三端可调稳压器中的其中之一。
根据本发明的一实施例，所述金属棒可以为钛合金棒。
根据本发明的一实施例，所述水箱除垢装置还包括设置在所述控制电路的正极旁边的消耗性金属棒。所述消耗性金属棒可以为镁棒。
本发明的水箱除垢装置，通过软硬件相结合的方法，根据其中的控制电路的工作电流会随水质自动调节的特性，能够根据水质情况或电路故障情况(例如水质被污染的情况下)来自动开关电压提供电路，可针对不同水质进行有效的防止水垢在水箱内壁沉积，并可对其内部电路故障情况进行监控。并可进一步地输出错误报警信号，并也可按照需求显示在最终用户显示终端或以其它声光手段实现。如果水箱中同时装有镁金属棒，当控制电路工作时，还可以防止镁棒消耗。
附图说明
图1为示出了本发明的水箱除垢装置的示意性结构图；
图2为图1中所示出的水箱除垢装置中的控制电路的构成框图；
图3为根据本发明的第一实施例的控制电路的结构框图；
图4为根据本发明的第二实施例的控制电路的构成框图；
图5为根据本发明的第三实施例的控制电路的构成框图；
图6为根据本发明的一实施例的控制电路的电路结构图。
具体实施方式
下文将参照附图对本发明进行更全面的描述，其中附图示出了本发明的示意性实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施，而不解释为对这里所提出的实施例的限制。更确切地说，提供这些实施例，以使得本发明将是彻底的和完全的，且完全地将本发明的范围传递给本领域普通技术人员。全文中同样的参考标记表示同样的元件。
本文所使用的术语仅是为了描述特定的实施例，而非倾向于限制本发明。如本文所使用的单数形式“一”、“一个”以及“该”也倾向于包括复数形式，除非文中清楚地另有表示。还应理解到，在本说明书中所使用的术语“包括”和/或“包括有”或“有”和/或“具有”说明的是所陈述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件以及/或部件的存在，而不排除一个或多个其它的特征、区域、整数、步骤、操作、元件、部件以及/或其组合的存在。
除非另有定义，本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有如本领域普通技术人员一般理解的相同意思，还应理解到，在一般使用的字典中所定义的那些术语应解释为具有与在相关技术和本发明的情况中的意思一致的意思，而不被解释为理想化的或过度形式化的意义，除非本文特别定义。
如本文所使用的，“大约”、“约”或“近似于”一般意味着在给定值或范围的20％以内，优选在给定值或范围的10％以内，更优选在给定值或范围的5％以内。本文所给出的数量是大概的，意味着如果不明确说明，则可推断出其具有“大约”、“约”或“近似于”的意思。
结合图1-图6中的附图，对本发明的实施例作出描述。根据本发明的目的，如本文所实施的和宽泛描述的，本发明提供一种水箱除垢装置。
图1为示出了本发明的水箱除垢装置的示意性结构图。在图1中，本发明的水箱除垢装置包括控制电路100和置于水箱内的金属棒400。控制电路100具有正极和负极，其中正极经正极导线200连接金属棒400，该金属棒400置于水箱内胆中，负极经负极导线300连接水箱的内胆外壳500上，从而在控制电路100、金属棒400、水以及水箱内胆外壳500之间形成电路回路。
控制电路100能够根据电路回路中的电流大小来进行对电路闭合回路的关断。因此，如图2所示，根据本发明的一个实施例，所述控制电路100包括电压提供单元110和微控制器120，其中电压提供单元110用于为金属棒400提供一电压，其输出端与控制电路100的正极连接，从而将其输出的电压提供给所述金属棒400。
这里所述的金属棒400可以为钛合金棒，也可以为其它导电性好的金属棒，例如，钛，铂钛，钛包铜。
电压提供单元110接收微控制器120的控制信号，以使根据微控制器120的控制信号来控制电压提供单元110是否提供电压给金属棒400。
微控制器120则同时监控在控制电路100、金属棒400、水以及水箱内胆外壳500之间所形成的电路回路中的电流情况，也即不断检测电压提供单元110的输出电流，根据所获得的关于电流情况的反馈信号来输出不同的控制信号。
具体地，如果该电路回路中的电流高于微控制器120中一预设值(第一预定值)，认为可能是水质太差或控制电路的正极输出短路，这时微控制器120输出关断的控制信号给电压提供单元110，以使电压提供单元110停止提供电压给金属棒400。
根据本发明的一个实施例，微控制器120还在输出关断的控制信号的同时，向外部输出报警信号，以向外部提示水箱需要进行换水。
在另一方面，微控制器120重新检测到关于电流的反馈信号在正常范围内后，重新使能电压提供单元110。例如，用户在不断电的情况下重新更换水或插拨排除了短路，或者水质变到正常范围时等，此时微控制器120重新检测到关于电流的反馈信号在正常范围内后，再使电压提供单元110保持开通来输出电压。
如果该电路回路中的电流低于微控制器120中另一预设值(第二预定值)或该电流为零，则微控制器120输出报错信号，以提示发生错误。在另一方面，微控制器120还可在报错的同时，会定时输出开启的控制信号给电压提供单元110，并定时循环检测开启后的电压控制单元110的反馈电压，并根据当前状态更新报错状态，以确定是否还要继续进行报错。
电压提供单元110可以为将来自电源的输入电压转换为电压提供单元110输出端处的一输出电压的稳压器110’，也可为其它形式的电压提供电路形式，本领域普通技术人员可以理解到该电压提供单元110的电路形式为可持续提供所需要电压的电源设备，也即只要能够持续提供满足本发明所需要的电压，且满足本发明下文所描述的条件即可。
本发明的控制电路还可包括其它的电路，在下文中，以电压提供单元110为稳压器110’的电路形式来进一步描述本发明的除垢装置的各种实施例的具体结构，可以理解到的是，下文中所描述的结构及其原理可应用在其它电路形式的电压提供单元110中。
如图3所示，稳压器110’将电源的输入电压Vin变换为适当的电压Vout，其中稳压器110’的输出端与控制电路100的正极连接，从而将转换后的电压Vout提供给所述金属棒400。
稳压器110’为带软件开关的稳压器，其具有一使能端，能够接收来自微控制器120的信号，从而稳压器110’的开启与关断由微控制器120来控制。
微控制器120对稳压器110’的输出电流进行检测，并根据所检测出的输出电流输出控制信号以对稳压器110’进行开启或关断的控制。
由于水箱中水质的不同，稳压器110’的输出电流会自动变化。例如，当水质较差时，水中杂质较多，水的导电性增大，这时金属棒400与内胆外壳500之间的电阻较小，稳压器110’的输出电流会增大，除垢能力增强，但是如果该输出电流超出一定正常范围，即该输出电流高于正常范围的上限值，则表明水可能被污染或者水垢太多很浑浊，需要进行换水，这时候微控制器120检测到稳压器110’的输出电流超出了该正常范围(即，大于微控制器中存储的第一预定值)，就会输出关断的控制信号，来控制稳压器110’的关断，也即关断稳压器110’。
根据本发明的另一实施例，微控制器120还可以在输出关断的控制信号的同时，向外部输出发生错误的报警信号，例如，可以向水箱外部的显示终端或声光报警端输出提示水质异样的错误报警信号。报警方式可以多样化，所属领域普通技术人员可以理解到，只要能够接收这种报警信号并以声音或图像显示方式进行通知的报警方式都可用来实现本发明。
根据本发明的再一实施例，当控制电路100中的正负极未连接金属棒400、内胆外壳500，或者与他们接触不良时，这时候稳压器110’的输出电流为零或者会间或为零，微控制器120会检测到这种输出电流的变化，而向外部输出未接负载的错误提示信号，即进行报错。这里的报错提示方式与上述报警方式类似，因此将忽略对其的详细描述。
这里，根据本发明的一实施例，如图4所示，微控制器120可以通过电阻反馈的方式对稳压器110’的输出电流进行检测，例如，通过获取一与稳压器110’串联的电阻130上的电压来间接对稳压器110’的输出电流进行检测。电阻130与稳压器110’串联的方式可以有多种，可置于电源与稳压器110’的输入端之间而与稳压器110’进行串联，只要该电阻130上的电压能够正确地反映稳压器110’的输出电流即可。
本发明的稳压器110’还可以是外接有开关的低压降稳压器LDO或普通稳压器，还可以是带软关断的三段可调稳压器，根据需求而使用合适的稳压器。
本发明的微控制器可以是单片机，也可以是各种可编程智能芯片等。
根据本发明的一实施例，本发明的控制电路100还可以包括稳压器保护电路140，如图5所示，该稳压器保护电路140能够使稳压器110’避免由于静电放电或干扰而导致的损坏。稳压器保护电路140的形式可以多样化，如果是静电比较大，其电路形式能够释放掉静电即可。例如，可以为LC的电路。
这里结合附图6描述本发明的水箱除垢装置的一个具体实施例。
稳压器110’为带软关断的普通稳压器，其具有5个端口，其中端口1接收来自电源的输入电压，端口5输出经过稳压器110’变换后的输出电压，其中稳压器110’还具有一端口3为使能端口，用来接收来自微控制器120的控制信号。
微控制器120至少具有反馈端口FB和控制端口EN/SHDN，其中反馈端口FB用来获得稳压器110’的反馈电压，进而根据所获得的反馈电压来检测判断稳压器110’的输出电流。在本实施例中，微控制器120是通过电阻反馈的方式来获得反馈电压，这是由于稳压器110’与电阻R130为串联关系，反馈给微控制器120的反馈电压为VFB＝Vin-R130*Iout，这里VFB为反馈电压，Vin为电源电压，Iout为稳压器110’的输出电流，当稳压器110’的输出电流Iout增大时，电阻R130上的电流也增大，反馈电压VFB就会变小，从而微控制器120能够根据反馈电压的大小来判断输出电流的大小。
在本实施例中，电源电压一般为不大于10V的直流电压，经过稳压器110’稳压变换之后的电压在约为3V，优选地，在本实施例中稳压器110’的输出范围约为0.9V至9V的直流，电阻R130的阻值选择范围约为1欧姆至50欧姆。
在本实施例中，本发明的水箱除垢装置还包括了稳压器110’的保护电路，该稳压器110’保护电路可以包括二极管140’和LC电路150’。通过二极管140’对稳压器110’进行保护，当开关稳压器110’时，电感产生的反电动势通过二极管140’回馈到输入端，保护稳压器110’不受反向电动势的冲击。LC电路150’可以避免静电放电对稳压器110’的高压冲击，例如在图6中为包括L1、C2、C3的LC电路。
在本实施例中，本发明的水箱除垢装置还包括对稳压器110’的输出电压进行滤波的二次滤波电路，其电路形式也可以为LC电路。在本发明中，图6中为包括L1、C2、C3的LC电路150’也可用作二次滤波电路。
在图7所示的电路中，当水箱中的水质较差时，电流增大，反馈电压VFB变小，微控制器120检测到VFB已经下降到低于正常范围，也即认为相应的电流高于正常范围的上限值，例如，当相应的输出电流高于约150mA时，则微控制器输出关断的控制信号给稳压器110’，控制稳压器110’关断工作，这里，微控制器120还可以输出报警信号给显示终端或其它声光报警端，来向外部通知水质变差的情况。当水箱除垢装置中的电路未连接好时，电阻上的电流为零，反馈电压VFB很大，几乎等于电源电压，则微控制器120检测到VFB大于正常范围的上限，则可以向外部输出错误提示信号，以提示电路未连接好。
进一步地，微控制器120还可以在水箱除垢装置的电路连接好时或者水质变好的情况下，启动稳压器110’进行工作。当然，稳压器110’的启动也可在电路连接好的时候自动执行。微控制器120在检测到错误状态后，如果是未接控制电路的正极，微控制器120在报错的同时，还是持续开通稳压器110’，定时循环检测启动稳压器110’后的反馈电压，并根据当前状态更新是否报错状态。当因为水质太差导致电流超过正常范围的上限，微控制器120在关断稳压器110’后，会定时开启并循环检测启动稳压器110’后的反馈电压，并根据当前状态更新报错状态和确定是否使能稳压器110’。
上文中以电压提供单元110为稳压器110’的形式描述了本发明，但应理解到上文中以稳压器110’描述的电路结构和微控制器120控制稳压器的原理都可等同地应用到包括其它形式的电压提供单元110的控制电路100中。
本发明还可以在控制电路的正极旁边再设置一个不同于本申请的金属棒的消耗性金属棒，该金属棒可以为金属离子比较活跃的镁棒，在控制电路工作时，由于本申请中的金属棒，例如钛合金棒会产生正离子，此时不会消耗镁棒，即通电时控制电路的正极起到保护内胆的作用，并减少或停止镁棒消耗。而控制电路不工作时，即断电时，控制电路的正极不起作用，而因其镁离子比较活跃，这时可以以自然释放的形式起到保护水箱的作用，从而实现双重对水箱的除垢工作。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种水箱除垢装置，包括具有正极和负极的控制电路和置于所述水箱内的金属棒，其中所述控制电路的正极与所述金属棒相连接，所述控制电路的负极与所述水箱的内胆相连接，其特征在于，所述控制电路包括：
电压提供单元，其输出端与所述控制电路的正极相连接，用于提供一电压给所述金属棒，所述电压提供单元具有一使能端口；
微控制器，其连接所述电压提供单元的使能端口，用于对所述电压提供单元的输出电流进行检测，并根据所检测出的输出电流输出控制信号以对所述电压提供单元进行控制；
其中，所述微控制器在所述检测出的输出电流高于第一预定值时，输出关断控制信号来对所述电压提供单元进行关断；所述微控制器在所检测出的输出电流为零或小于第二预定值时向外部输出发生故障的提示信号。
2.根据权利要求1所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述电压提供单元为一稳压器。
3.根据权利要求1所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述微控制器在对所述电压提供单元进行关断之后，还向外部输出发生错误的报警信号。
4.根据权利要求1所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述微控制器在故障消除或更换水之后，输出开启的控制信号以对所述电压提供单元进行重新开启。
5.根据权利要求4所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述微控制器通过电阻反馈方式来检测所述电压提供单元的输出电流。
6.根据权利要求2所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述控制电路还包括稳压器保护电路，用于保护所述稳压器。
7.根据权利要求2所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述稳压器为低压降稳压器、软件关断的三端可调稳压器中的其中之一。
8.根据权利要求1-6任一项所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述金属棒为钛合金棒。
9.根据权利要求1-6任一项所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述微控制器为单片机。
10.根据权利要求1-6任一项所述的水箱除垢装置，其特征在于，所述水箱除垢装置还包括设置在所述控制电路的正极旁边的消耗性金属棒。
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