CN104662234A - 水管防冻结装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开检测水管内的水的温度，水结冰之前，排出预先设定的量的水管内的水，从而能够与人为操作、或者时间段、或者外部气温的变化无关地防止水管的冻结的水管防冻结装置及方法。上述水管防冻结装置包括：温度检测传感器，检测水管内的水的温度；阀门，设置于通过了上述温度检测传感器的水流动的水管；以及控制部，根据由上述温度检测传感部检测到的水的温度来判断水管内的水是否开始结冰，判断为开始结冰的情况下，控制上述阀门，使得上述阀门开放。

Description

水管防冻结装置及方法

技术领域

本发明涉及防止水管冻结的装置及方法，更详细地涉及，检测水管内的水的温度，水结冰之前，排出水管内的适量的水来可防止普通自来水管，或者灭火管等水管的冻结的冻裂防止装置及方法。

背景技术

一般来说，在家庭及产业设备，为了对按不同独立个体供应的自来水的使用状态进行查表，并根据其查表量，计算及收费使用费而设置仪表。

通常而言，为了查表员不用访问家庭或者设置设备的场所也可以查表，仪表设置在建筑物的外部，在冬季受到零下温度的外部空气影响，外露的仪表及与其连接的水管内部的水结冰的同时，有可能导致仪表或管道冻结而破损。

并且，灭火管等也暴露在建筑物的外部的方面上，由于冬季水管的冻结，火灾时有可能发生不可能获得消防用水的供应或者冻裂等问题。

为了防止这样的冬季水管的冻结，以往在仪表和管道周边准备棉花或泡沫塑料等防寒手段，或者在气温更下降，不使用水的夜间时间段，使用了开放家庭或设备内的水龙头，在管道流水的方法。作为另一种以往的方法使用了用电热线缠暴露在外部的水管及仪表的方法。

然而，这些以往的防冻结方法当中的前一种方法均由人为操作来实现，在长期外出或出差等长时间不使用水的情况下，无法继续开放水龙头，因此产生无法防止冻裂的问题。并且，还产生不开放水龙头的状态下，夜间时间等人们不怎么活动的时候，产生预计不到的寒流突然猛袭的情况下也无法防止冻裂的问题。

通常的防冻结方法中，后一种方法有热线过热时有可能发生火灾的危险，并且热线的电力消耗大，而产生许多电费的问题。

发明内容

技术问题

本发明提供检测水管内的水的温度，水结冰之前，排出预先设定的量的水管内的水，从而能够与人为操作、或者时间段、或者外部气温的变化无关地防止水管的冻结的水管防冻结装置及方法。

解决问题的手段

为了解决上述技术问题的手段，本发明提供水管防冻结装置，其特征在于，包括：温度检测传感器，检测水管内的水的温度；阀门，设置于通过了上述温度检测传感器的水流动的水管；以及控制部，根据由上述温度检测传感部检测到的水的温度来判断水管内的水是否开始结冰，判断为开始结冰的情况下，控制上述阀门，使得上述阀门开放。

在本发明的一实施方式中，上述控制部在预先设定的每个时间间隔内，可由上述温度检测传感器提供水的温度。上述水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第一基准时间间隔期间内，如果在预先设定的基准温度范围内上升，则上述控制部能够判断为上述水管内的水开始结冰，并决定上述阀门的开放。

在本发明的一实施方式中，上述控制部在预先设定的每个时间间隔内，可由上述温度检测传感器提供水的温度，上述水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，若上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第二基准时间间隔期间内，能够恒定维持在预先设定的第二基准温度以下，则上述控制部能够判断为上述水管内的水开始结冰，并决定上述阀门的开放。

在本发明的一实施方式中，开放上述阀门后，经过预先设定的开放时间以后，上述控制部可断开上述阀门。尤其是，开放上述阀门后，经过预先设定的开放时间以后，上述温度检测传感器检测到的水的温度为上述第一基准温度以上的情况下，上述控制部可断开已开放的上述阀门。

在本发明的一实施方式中，开放上述阀门后，经过预先设定的开放时间之前，上述温度检测传感部检测到的水的温度为预先设定的上述第三基准温度以上的情况下，上述控制部可断开已开放的上述阀门。

在本发明的一实施方式中，还包括：警报部，用于警报异常状态，以及通信部，用于向用户终端通报上述异常状态。开放上述阀门以后，经过上述预先设定的开放时间以后，上述温度检测传感器检测到的水的温度低于上述第一基准温度的情况下，上述控制部通过对上述警报部及上述通信部进行工作来警报及通报异常状态。

在本发明的一实施方式中，上述阀门可以为根据电信号工作的电磁阀。

用于实现上述技术问题的其他手段，本发明提供水管防冻结方法，包括：利用温度检测传感器，检测水管内的水的温度的步骤；判断上述水管内的水的温度是否为预先设定的第一基准温度以下的步骤；上述水管内的水的温度为上述第一基准温度以下的情况下，上述水管内的水的温度下降的途中，预先设定的第一基准时间间隔期间内，判断在预先设定的基准温度范围内是否上升的第一判断步骤；上述水管内的水的温度为上述第一基准温度以下的情况下，上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第二基准时间间隔期间内，判断在预先设定的第二基准温度以下是否恒定维持的第二判断步骤；在上述第一判断步骤中，上述水管内的水的温度在下降的途中，上述第一基准时间间隔期间内，上述基准温度范围内上升，或者在上述第二判断步骤中，上述水管内的水的温度下降的途中，上述第二基准时间间隔期间内，恒定地维持在上述第二基准温度以下的情况下，使设置于通过了上述温度检测传感器的水流动的水管的阀门进行开放的步骤。

在本发明的一实施方式中，还包括如下步骤：开放上述阀门后，若经过预先设定的开放时间，则断开已开放的上述阀门的步骤。尤其，本发明的一实施方式中，还包括：检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度为上述第一基准温度以上的情况下，断开已开放的上述阀门的步骤。

在本发明的一实施方式中，还包括：开放上述阀门后，经过预先设定的开放时间之前，检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度为预先设定的第三基准温度以上的情况下，断开已开放的上述阀门。

在本发明的一实施方式中，还包括如下步骤：开放上述阀门后，若经过预先设定的开放时间，则检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度低于上述第一基准温度的情况下，警报及通报异常状态的步骤。

发明的效果

根据本发明，判断水管内结冰的时间点，开放位于室内的阀门，排出水管内的水，从而能够将水管内的水的温度维持在冰点以上。据此，具有能够预先防止自来水管或灭火管等的水管的冻结及冻裂的效果。

并且，根据本发明，仅在预先设定的时间内开放阀门，或者检测水管内的水的温度，排出水管内的水，直到仅达到恒定温度，因此具有可节约为了防止冻结而排出的水量的效果。

并且，根据本发明，为了防止水管的冻结，不使用额外的电热线之类的发热体，因此具有既没有火灾的危险，又没有追加的电力消耗的效果。

附图说明

图1为表示本发明的一实施方式的水管防冻结装置的结构图；

图2为表示本发明的一实施方式的水管防冻结方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，更加详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明的实施方式，有可能变形为各种其他形态，本发明的范围并不限定于以下说明的实施方式。本发明的实施方式是为了更加完整地说明给本发明所属技术领域的普通技术人员而提供的。并且，说明本发明时，定义的术语是考虑本发明的功能而定义的，这随着从事本领域的技术人员的意图或者惯例等有所不同，因此不能理解为限定本发明的技术结构要素。

图1为表示本发明的一实施方式的水管防冻结装置的结构图。图1作为一例说明了设置仪表的自来水管道，但本发明不限定于此，除了自来水管道以外还能适用于灭火管道等因冬季寒流有可能发生管道内的水冻结的所有领域的水管。

如图1所示，本发明的一实施方式的水管冻结装置包括：温度检测传感器12，设置于与仪表11邻接的水管；阀门13，设置于通过了仪表11的水流动的水管，通过开放/断开来排出在水管中流动的水；以及控制部14，接收温度检测传感器12检测到的温度相关信息，并进行分析，判断水管内的水的结冰时间点，控制阀门13的开放/断开状态。

而且，还可包括水管内发生异常状态的情况下能够通报给使用人员或管理者的警报部17及通信部18。

上述温度检测传感器12设置在与仪表11相邻的水管，即设置于暴露在外部空气最容易发生冻结的水管的一区域，能够检测水管内的水的温度。例如，作为一实施方式，适用于常规的自来水管道的情况下，温度检测传感器12在仪表11的入水侧连接部和从外部使水流入的管道之间设置T字形连接管道，T字形管道中间的连接部能够设置温度检测传感器12。

上述阀门13能够设置在通过了仪表11的水流动的水管、与仪表11的出水侧相连接的水管，可借助控制部14的控制来控制开放/断开。尤其，上述阀门13在与仪表11的出水侧相连接的水管中，能够设置在水管内的水不结冰的室内的水管。这是因为根据阀门13的开放排出的水结冰的情况下，仪表11也可能被冻裂。

优选地，上述阀门13为根据控制部14提供的控制信号，能够以电的方式驱动的电磁阀13。电磁阀是利用随着电流的提供而生成磁力的螺旋管，借助这个螺旋管提供的磁力，来驱动开放/断开阀门内节流孔板的部件的阀门。本发明的一实施方式，根据控制部14提供的控制信号，施加/断开提供到电磁阀13内的螺旋管的电流，能够控制基于阀门13的水的排出与否。

更加具体地说，上述阀门13可设置于通过仪表11向家庭或产业设施等提供水的水管分支的管道。图1的附图标记‘15’表示在家庭或产业设施实际使用的水排出口，阀门13设置于将位于室内的水管分支的管道，从阀门13排出的水以能够再利用的方式还可收集在回收容器16等。

上述控制部14接收温度检测传感器12检测到的水管内的水的温度相关信息，来掌握水的温度的变化，由此能够判断水管内的水的结冰时间点。

本发明的发明人通过反复的实验，掌握了水管内的水的温度和水的结冰时间点之间的关系。根据本发明的发明人做过的实验，确认了水管内的水的温度随着水管的周边温度持续下降的途中，结冰之前约1秒钟至5分钟之内，发生0.3至5℃的温度的上升。温度上升的时间间隔和温度上升的幅度，随着周边环境的温度、水管内的水包含的杂质的浓度、水管的直径、水管的材质等而有所不同。

并且，根据本发明的发明人做过的实验判断的水的温度和结冰时间点的另一种关系，发现了水的温度在下降的途中，结冰之前中断水的温度的下降，将恒定的温度维持恒定的时间的现象。这时，为了发生结冰，水在恒定时间内维持的温度至少为+2℃以下。

这样的结冰之前水管内的水的温度上升的现象及维持恒定的温度的现象被判断为是由水管内的特殊环境条件和流在水管的水的成分、基于水的温度的下降的体积膨胀、为了达到水管内的热平衡而发生的对流现象等多种因素引起的，基于实验的方法确认。

上述控制部14利用这样的水管内的水的结冰前温度上升的现象，水管内的水的温度为+3℃以下，持续下降的途中，预先设定的基准时间间隔期间内，如果在预先设定的基准温度范围内上升，则判断为结冰时间点的到来，向阀门13输出用于开放阀门13的控制信号，由此开放阀门13来排出水，从而可防止结冰。

并且，上述控制部14利用水管内的水的结冰前温度维持的现象，水管内的水的温度为预先设定的基准温度(例如，+2℃)以下，恒定地维持在预先设定的基准时间间隔的情况下，判断为结冰时间点的到来，向阀门13输出用于开放阀门13的控制信号，由此开放阀门13来排出水，从而可防止结冰。

另一方面，排出恒定量的水后，水管内的水的温度急剧上升，因此没有必要一直维持阀门13的开放状态。

因此，控制部14仅在预先设定的时间内开放阀门13来排出设定的量的水，经过预先设定的时间，则可断开阀门13。举另一个例子，控制部14接收温度检测传感器11检测到的水管内的水的温度，若水管内的水的温度上升到预先设定的温度以上，则可断开阀门13。通过这样的方法能够预防为了防止冻结而排出的水的不必要的浪费。

对于控制部14的工作及基于它的作用效果，在后述的本发明的一实施方式的水管防冻结方法的说明当中，会更加详细地说明。

另一方面，本发明的一实施方式中，还可包括：不顾冻结发生装置的工作异常或冻结发生装置的工作，发生冻结的发生异常状态的情况下，用于警报或通报给使用人员或管理者的警报部17及通信部18。

例如，根据控制部14开放用于发生冻结的阀门13以后，经过预先设定的时间以后，水管内的水的温度还不上升的情况下，控制部14对警报部17及通信部18进行工作，可以执行警报及通报。警报部17为了听觉上的警报，发生警报音，或者为了视觉上的警报，可以闪烁警报灯。作为产生视觉上的警报的警报部17的例子，使用彩色发光二极管，在正常状态的情况下，让绿色发光二极管点亮，在异常状态下，让红色发光二极管点亮，由此能够让使用人员或管理者视觉上受到异常状态的警报。

并且，通信部18适用各种有线无线通信方式，能够将警报讯息等向使用人员或管理者的终端发送。

图2为表示本发明的一实施方式的水管防冻结方法的流程图。

参照图1及图2，本发明的一实施方式的水管防冻结方法可以开始进行检测水管内的水的温度的步骤S11。检测水管内的水的温度的过程(步骤S11)是在普通自来水管道的情况下，可以由温度检测传感器12来实现，上述温度检测传感器12设置于与仪表11相邻的水管，即设置于暴露在外部空气而最容易发生冻结的水管的一区域。优选地，其他用途的管道也在暴露在外部空气而最容易冻结的水管的一区域设置温度检测传感器12来检测水管内的水的温度。

接着，控制部14接收根据温度检测传感器12检测到的水管内的水的温度相关信息，可判断水管内的水的温度是否为第一基准温度以下(步骤S12)。上述第一基准温度是为了公开，判断水管内的水能否冻结的温度，例如，能设定为+3℃以下。这个第一基准温度，随着设置有水管的环境或水管的长度或粗细度等，能够适当地设定。

在这个步骤S12中，控制部14进行水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，用于判断水结冰时间点的以后的步骤，水管内的水的温度比第一基准温度高的情况下，可以忽略所接收的温度信息。

接着，水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，控制部14判断在水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第一基准时间间隔期间内，预先设定的基准温度范围内是否上升(步骤S13)。例如，控制部14以预先设定的恒定时间间隔接收来自温度检测传感器12的水管内的水的温度相关信息，分析以恒定时间间隔接收的温度信息，可确认水的温度正在下降中，进而确认下降中的水的温度重新上升。控制部14的判断所使用的第一基准时间间隔和基准温度范围，随着周边环境，或者温度上升的时间点的水的温度，可以设定成不同。

接着，根据控制部14判断水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的基准时间间隔期间内，预先设定的基准温度范围内是否上升(步骤S13)，根据使用人员判断水是否使用中(步骤S15)，若水不是使用中(S15)，则能够开放设置于通过了温度检测传感器12的水流动的水管的阀门13(步骤S16)。根据使用人员判断水是否使用中的过程(S15)是利用温度检测传感器11检测到的水的温度来实现的。例如，若温度检测传感器11检测到的水的温度实现+10℃以上的温度上升，则能够判断水正在使用中。通过这样的阀门13的开放，与仪表11相连接的水管内的水结冰之前排出水管内的水，从而能够防止水结冰。

另一方面，根据控制部14判断为水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的基准时间间隔期间内，预先设定的基准温度范围内不上升的情况下(步骤S13)，控制部14判断预先设定的第二基准时间间隔期间内，在预先设定的第二基准温度(例如+2℃)以下恒定地维持水的温度(S14)，若水不是使用中的状态(S15)，通过这样的阀门13的开放，与仪表11相连接的水管内的水结冰之前，排出水管内的水，从而可防止水结冰。

即，控制部14确认水管内的水的温度在下降的途中，第一基准时间间隔期间内，基准温度范围内实现上升，由此应用如下的两种冻结判断方法，可防止冻结，为了防止冻结，开放阀门，或者为了水管内的水的温度在第二基准时间间隔期间内，恒定地维持在预先设定的第二基准温度以下的情况下，为了防止冻结而开放阀门。

在图2的实施方式中，图示不满足步骤S13的条件的情况下，考虑步骤S14的条件，其他实施方式中，首先考虑步骤S14的条件以后，考虑步骤S13的条件，并列地同时考虑步骤S13及步骤S14的条件，二者当中成立一个条件的情况下，判断为发生冻结，并实施以后的步骤。

接着，开放阀门15以后，经过恒定的时间(步骤S17)，水管内的水的温度能够充分地上升，控制部14在预先设定的开放时间期间开放阀门13以后，断开阀门13(步骤S20)，由此能够排出预先设定的量的水。在这个过程当中，执行断开阀门13的过程(步骤S20)之前，控制部14可执行确认开放阀门以后检测到的水的温度，确认水的温度上升到第一基准温度以上的过程(步骤S19)。控制部14预先设定的时间期间，开放阀门以后，水的温度还是不上升到第一基准温度以上的情况下，可以一直维持阀门13的开放状态。再加上，控制部14开放阀门13以后经过设定的开放时间，计算判断水的温度的次数，预先设定的开放时间大于预先设定的次数(例如，3次)以上的情况下，水的温度不上升到第一基准温度以上的情况下，判断水管，或者水管的防冻结系统发生异常状态，通过警报部17，利用警报音或警报闪烁灯，警报给使用人员，通过通信部18，可向使用人员的终端，通报异常状态的发生(步骤S21)。

另一方面，控制部14在阀门13开放状态的情况下，通过温度检测传感器12检测水的温度，判断经过预先设定的开放时间之前的水的温度是否上升到预先设定的第三基准温度(例如，+10℃)以上(步骤S18)，水的温度上升到第三基准温度以上的情况下可断开阀门(步骤S20)。

重新断开已开放的阀门以后，本发明的一实施方式能够反复进行如下过程，通过检测上述水管内的温度，来判断阀门的开放时间点。

如同上述说明，本发明的一实施方式中，判断水管内结冰的时间点，开放位于室内的阀门，排出水管内的水，从而能够将水管内的水的温度维持在冰点以上。据此能够事先预防水管的冻结。

并且，本发明的一实施方式中，仅在预先设定的时间内开放阀门，或者检测水管内的水的温度，排出水管内的水，直到仅达到恒定温度为止，由此可节约为了防止冻裂而排出的水量。

并且，本发明的一实施方式中，为了防止水管的冻结，不另行使用电热线之类的发热体，因此既没有火灾的危险，又没有追加的电力消耗。

本发明的详细的说明当中，说明了关于具体的实施例，但是在不脱离本发明的范围的限度内，可能有各种变形是当然的。因此，本发明的范围，不局限于说明的实施例，应当根据后述的发明要求保护范围及与其等同的技术方案来决定。

Claims (14)

1.一种水管防冻结装置，其特征在于，包括：

温度检测传感器，检测水管内的水的温度；

阀门，设置于通过了上述温度检测传感器的水流动的水管；以及

控制部，根据由上述温度检测传感部检测到的水的温度来判断水管内的水是否开始结冰，判断为开始结冰的情况下，控制上述阀门，使得上述阀门开放。

2.根据权利要求1所述的水管防冻结装置，其特征在于，

上述控制部在预先设定的每个时间间隔内，由上述温度检测传感器提供水的温度，

上述水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，上述水管管道内的水的温度在下降的途中，预先设定的第一基准时间间隔期间内，如果在预先设定的基准温度范围内上升，则判断为上述水管内的水开始结冰，并决定上述阀门的开放。

3.根据权利要求1所述的水管防冻结装置，其特征在于，

上述控制部在预先设定的每个时间间隔内，由上述温度检测传感器提供水的温度，

上述水管内的水的温度为第一基准温度以下的情况下，若上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第二基准时间间隔期间内，如果恒定地维持在预先设定的第二基准温度以下，则判断为上述水管内的水开始结冰，并决定上述阀门的开放。

4.根据权利要求2或3所述的水管防冻结装置，其特征在于，开放上述阀门以后，经过预先设定的开放时间以后，上述控制部断开上述阀门。

5.根据权利要求2或3所述的水管防冻结装置，其特征在于，开放上述阀门以后，经过预先设定的开放时间以后，上述温度检测传感器检测到的水的温度为上述第一基准温度以上的情况下，上述控制部断开已开放的上述阀门。

6.根据权利要求2或3所述的水管防冻结装置，其特征在于，开放上述阀门以后，经过预先设定的开放时间之前，上述温度检测传感部检测到的水的温度为预先设定的第三基准温度以上的情况下，上述控制部断开已开放的上述阀门。

7.根据权利要求4所述的水管防冻结装置，其特征在于，

还包括：

警报部，用于警报异常状态，以及

通信部，用于向用户终端通报上述异常状态；

开放上述阀门以后，经过上述预先设定的开放时间以后，上述温度检测传感器检测到的水的温度低于上述第一基准温度的情况下，上述控制部通过对上述警报部及上述通信部进行工作来警报及通报异常状态。

8.根据权利要求1所述的水管防冻结装置，其特征在于，上述阀门为根据电信号工作的电磁阀。

9.一种水管防冻结方法，其特征在于，包括：

利用温度检测传感器，检测水管内的水的温度的步骤；

判断上述水管内的水的温度是否为预先设定的第一基准温度以下的步骤；

上述水管内的水的温度为上述第一基准温度以下的情况下，上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第一基准时间间隔期间内，判断在预先设定的基准温度范围内是否上升的第一判断步骤；

上述水管内的水的温度为上述第一基准温度以下的情况下，上述水管内的水的温度在下降的途中，预先设定的第二基准时间间隔期间内，判断在预先设定的第二基准温度以下是否恒定地维持的第二判断步骤；

在上述第一判断步骤中，上述水管内的水的温度在下降的途中，上述第一基准时间间隔期间内，上述基准温度范围内上升，或者在上述第二判断步骤中，上述水管内的水的温度在下降的途中，上述第二基准时间间隔期间内，恒定地维持在上述第二基准温度以下的情况下，使设置于通过了上述温度检测传感器的水流动的水管的阀门开放的步骤。

10.根据权利要求9所述的水管防冻结方法，其特征在于，上述阀门开放以后，若经过预先设定的开放时间，则断开已开放的上述阀门。

11.根据权利要求9所述的水管防冻结方法，其特征在于，还包括如下步骤：开放上述阀门后，若经过预先设定的开放时间，则检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度为上述第一基准温度以上的情况下，断开已开放的上述阀门的步骤。

12.根据权利要求9所述的水管防冻结方法，其特征在于，还包括：开放上述阀门后，经过预先设定的开放时间之前，检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度为预先设定的第三基准温度以上的情况下，断开已开放的上述阀门。

13.根据权利要求9所述的水管防冻结方法，其特征在于，还包括如下步骤：开放上述阀门后，若经过预先设定的开放时间，则检测上述水管内的水的温度，检测到的水的温度低于上述第一基准温度的情况下，警报及通报异常状态的步骤。

14.根据权利要求9所述的水管防冻结方法，其特征在于，上述阀门为根据电信号工作的电磁阀。