CN102635755A - 非接触式非导磁管道防冻系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非接触式非导磁管道防冻系统，属于露天管道网络中防止温度过低对管道造成损伤，以保证管网安全运行的重要设备，具有巨大的市场前景；该装置是一种利用大功率电源向谐振电路提供电功率，谐振电路产生交变磁场并通过谐振线圈阵列将电磁能传递给沿管道分布的不同感应涡流圈，对管道进行加热，以保证管道内部流动介质不被冻结的装置；主要包括有：直流电源(1)；通断控制开关(2)；电磁谐振电路(3)；功率晶闸管(4)；谐振线圈阵列(5)；感应涡流圈(6)；防水保温层(7)；液体温度传感检测电路(8)；本发明可为露天户外各种管道的正常运行提供热功率，具有成本与维护费用低、操作简便、安全可靠与智能可控等优点。

Description

非接触式非导磁管道防冻系统

技术领域

本发明涉及一种非接触式非导磁管道防冻系统，属于露天管道网络中防止温度过低对管道造成损伤，以保证管网安全运行的重要设备，具有成本与维护费用低、操作简便、安全可靠与智能可控等优点，并且具有巨大的市场前景。特别是涉及一种低成本、低维护费用，控制简便、智能灵活的持续谐振电涡流该应加热系统，该系统的最大特点是能量的传递采取非接触的方式进行，这样做极大的降低了制造成本。

背景技术

对于露天环境下的城市管网，尤其是北方地区，在秋冬季节温度下降，有时管道内介质流速为零，因此为了保证各管网在冬季正常运行，要求各种管道不发生冻结以备随时使用。目前常用的防冻方法有自来水温绝热防冻法、供暖系统供、回水绝热伴暖防冻法、充填防冻液防冻法、绝热电热器件伴暖防冻法以及混合防冻方法，这些方法都存在着投资大，后期维护费用高且操作不便等缺点。因此找到一种投资小、见效快、维护费用少的方案是该领域的重要课题之一。

本发明主要针对露天管网防冻设备投资大，后期维护费用高且操作不便等缺点，给出了一种采取非接触的方式进行能量传递的先进方案，可沿着管线分布进行加热，具有可持续工作、操作灵活、结构轻便的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，露天管道网络中防止温度过低对管道造成损伤的问题，利用高效大功率谐振电路将电磁能通过谐振线圈阵列进行传递，利用沿管线分布的感应涡流圈进行加热，以保证管内流动介质不被冻结，从而为户外管网的正常运行提供一种有效解决方案。

本发明所采用的技术方案是：非接触式非导磁管道防冻系统，包括有直流电源(1)；通断控制开关(2)；电磁谐振电路(3)；功率晶闸管(4)；谐振线圈阵列(5)；感应涡流圈(6)；防水保温层(7)；液体温度传感检测电路(8)。

所述的直流电源(1)通过大功率直流移动电源或者可提供大电流的蓄电池组实现，同时要保证电源具有一定防水、防潮作用。

所述的通断控制开关由功率控制器(5)通过不同档位功率继电器进行控制与切换，实现对不同的命令执行相应动作。

所述的谐振电路(3)通过新型单路考比子振荡电路搭建，两路对称的电感线圈，电阻，N沟道增强型功率晶闸管(4)以及相互反接的快速回复二极管，可实现任意振荡频率的正弦波输出。

所述的谐振线圈阵列(5)由密绕高Q值的铜质导线构成，导线外层必须涂有防水层并进行防水深度极限的相关测试。密绕匝数则需要根据该电路具体的工作情况确定。并且谐振线圈阵列(5)内嵌在防水保温层(7)中，从而不易被破坏。根据实际情况可沿着管线加设过个谐振线圈，组成谐振线圈阵列已实现在不同地点加热管线中的液体介质的目的。

所述的感应涡流圈(6)是呈圆筒形高导磁体，其上密绕感应加热线圈。对于非导磁性的管线外壁，为了增强涡流感应加热的效果，必须加装感应涡流圈(6)，否则加热效果将减弱很多。

所述的液体温度传感检测电路(8)由适合在流动介质中作业的高精度温度传感器、A/D转换电路及单片构成，负责测取当前的介质温度与单片机预设介质温度进行比较，并向通断控制开关(2)发出动作指令。

本发明的非接触式非导磁管道防冻系统，通过谐振电路产生交变磁场将电磁能通过谐振线圈阵列(5)进行非接触传递，并利用感应涡流圈(6)产生大量的涡流热量以加热管线中流动的介质，从而使户外管网中流动的液体介质防止冻结，同时通过单片机、传感器和执行机构实时监测运行状况并发出命令。本装置为露天环境中非导磁管道的正常工作提供了一种防止介质冻结而导致管网损坏的有效方案，具有制造成本低、操作简便、安全可靠与智能可控等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是交变磁场大功率振荡发生电路；

图3是感应涡流圈(6)及谐振线圈阵列(5)的几何正视图；

图4是沿管道走向分布的谐振线圈侧视图；

图5是液体传感器智能控制回路。

其中：

直流电源(1)；通断控制开关(2)；电磁谐振电路(3)；功率晶闸管(4)；谐振线圈阵列(5)；感应涡流圈(6)；防水保温层(7)；液体温度传感检测电路(8)。

R1：Q1钳位电阻        R1：Q2钳位电阻

T1：Q1电感            T2：Q2电感

Q1：功率晶闸管1       Q2：功率晶闸管2

D1：快速回复二极管1   D2：快速回复二极管2

C：振荡匹配电容       L：振荡匹配电感

C1、C2、Cn：谐振电容  L1、L2、Ln.：谐振电感

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的非接触式非导磁管道防冻系统做出详细说明。

如图1所示，本发明的非接触式非导磁管道防冻系统，包括有直流电源(1)；通断控制开关(2)；电磁谐振电路(3)；功率晶闸管(4)；谐振线圈阵列(5)；感应涡流圈(6)；防水保温层(7)；液体温度传感检测电路(8)。本发明，利用高效大功率谐振电路将电磁能通过谐振线圈阵列进行传递，利用沿管线分布的感应涡流圈进行加热，以保证管内流动介质不被冻结，从而为户外管网的正常运行提供保障。

如图2所示，所述的谐振电路(3)由两路对称的电感线圈，电阻，N沟道增强型功率晶闸管(4)以及相互反接的快速回复二极管组成。在通断控制开关(2)闭合后，两路对称的电路同时向功率晶闸管(4)的基极馈电，由于反并联的快速回复二极管D1与D2的作用，功率晶闸管(4)的集电极所在电路实现交替导通，使谐振电感上输出正弦波的全波形。

如图3所示，所述的谐振线圈阵列(5)为密绕的铜质线圈，该线圈在涂装防水层后固定于成圆筒形的感应涡流圈(6)的侧壁上，外部套上防水保温层(7)。感应涡流圈(6)起到感应涡流并发热的作用，还起到支撑作用。

如图4所示，所述的感应涡流圈(6)在安装好谐振线圈阵列(5)后，管内液体介质顺着管道流动，这样再起到加热作用的同时不会影响管道的正常运行。交变的电磁能通过谐振线圈阵列(5)中每一个谐振体进行传递，从而使能量遍布管线。

如图5所示，所述的液体温度传感检测电路(8)由适合液体介质作业的高精度温度传感器、A/D转换电路及单片构成。首先给定单片机的开始于结束温度，如果不做给定默认开始温度为零度，结束温度为15度。当温度低于开始温度时，单片机发出指令使通断控制开关(2)闭合，谐振电路(3)开始工作，所发出的交变电磁场在涡流加热体(6)上感生出涡流对周围水体进行加热；当温度等于结束温度时，单片机发出指令使通断控制开关(2)打开，谐振电路(3)停止工作。

Claims (5)

1.非接触式非导磁管道防冻系统，其特征在于包括有：直流电源(1)；通断控制开关(2)；电磁谐振电路(3)；功率晶闸管(4)；谐振线圈阵列(5)；感应涡流圈(6)；防水保温层(7)；液体温度传感检测电路(8)。

2.根据权利要求1所述的非接触式非导磁管道防冻系统，其特征还在于，所述的谐振电路(3)在通断控制开关(2)闭合后，两路对称的电路同时向功率晶闸管(4)的基极馈电，由于反并联的快速回复二极管D1与D2的作用，功率晶闸管(4)的集电极所在电路实现交替导通，使谐振电感上输出正弦波的全波形。

3.根据权利要求1所述的非接触式非导磁管道防冻系统，其特征还在于，所述的谐振线圈阵列(5)为密绕的铜质线圈，谐振电感与谐振电容组成，并沿着管线根据实际要求分布，用以接收和向下级谐振线圈传递电磁能量；该线圈在涂装防水层后固定于成圆筒形的感应涡流圈(6)的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的非接触式非导磁管道防冻系统，其特征还在于，所述的所述的感应涡流圈(6)是呈圆筒形高导磁体，其上密绕感应加热线圈，以克服非导磁性的管线由于导磁率低而导致的加热效果将减弱的现象。

5.根据权利要求1所述的非接触式非导磁管道防冻系统，其特征还在于，所述的温度传感检测电路(7)由适合水下作业的高精度水温传感器、A/D转换电路及单片构成，当水温低于开始温度时，单片机发出指令使智能通断开关(2)闭合，振荡电路(3)开始工作，所发出的交变电磁场在感应涡流圈(6)上感生出涡流对周围水体进行加热；当水温等于结束温度时，单片机发出指令使智能通断开关(2)打开，振荡电路(3)停止工作。

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