CN112040768B - 基于直接换热的鱼缸水温调节方法及装置 - Google Patents
基于直接换热的鱼缸水温调节方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于直接换热的鱼缸水温调节方法，其用鱼缸水温调节装置来调节鱼缸水温，所述方法包括：第一步骤，智能传感器单元检测水温；第二步骤，控制单元基于由所述智能传感器单元检测到的水温控制放入水中的换热调节单元，以调节所述水温；以及第三步骤，所述换热调节单元调节与水的直接换热。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于直接换热的鱼缸水温调节方法及装置。
背景技术
最近，海外研究结果表明，鱼缸会收集微尘以及对儿童发育和情绪稳定具有积极效果，因此越来越多的家庭用鱼缸养殖各种鱼类。
一般而言，对于用来养殖鱼类的水族箱如鱼缸，最重要的是根据各种鱼类的特征保持适于生长的温度环境。
为此，目前在冬季使用加热器，其采用将镍铬线等发热体用石英玻璃包裹后直接沉入水族箱中对水进行加热的方式。然而，由于发热体的玻璃破裂引起的短路以及导线的外皮受损或绝缘不良导致的漏电现象，将会造成鱼类死亡。为了防止这些问题，市面上出现了利用不锈钢的加热器，但是不锈钢导热率低且不能完全防腐。
另外，到了夏季需另购冷却装置安装到鱼缸，因此每个季节必须重复安装和拆卸加热器和冷却器。
此外，普通加热棒尺寸大需要安装面积大，因此难以安装到小规模的小型鱼缸。
为了解决这些问题，已经开发出了采用热电元件的装置，这种现有技术比如有韩国专利公开公报第10-2015-0014355号专利。
然而，现有技术中存在的问题是，由于采用通过用水泵使水循环才会运行的外部循环传递方式，当安装地点离鱼缸越远软管长度变得越长，因此热损失会增加。
此外，还存在水泵发热现象导致鱼缸温度上升1～2℃的问题。
另外，还存在因温差而发生结露现象的问题。
此外，还存在换热器被腐蚀无法正常运行或者造成水质污染的问题。
另外，还存在沉积物如苔藓和污泥沉积在热交换器内部后粘固造成流速和导热率降低而导致性能下降的问题。
此外，由于具有很难拆分的结构，还存在无法彻底清洗掉沉积物的问题。
发明内容
技术问题
为了解决如上所述的诸多问题，本发明提供一种基于直接换热的鱼缸水温调节装置，可将通过热电元件产生的热能直接传递给鱼缸中的水，以提高热电元件的效率。
本发明另提供一种基于直接换热的鱼缸水温调节装置，可具有小型规模且容易选择性地加热和冷却。
本发明还提供一种基于直接换热的鱼缸水温调节装置，可易于安装/拆卸/清洗而容易清除掉沉积物如苔藓和污泥。
技术方案
为了解决如上所述的问题，根据本发明的一个优选方面提供一种基于直接换热的鱼缸水温调节方法，其用鱼缸水温调节装置来调节鱼缸水温，所述方法包括：第一步骤，智能传感器单元检测水温；第二步骤，控制单元基于由所述智能传感器单元检测到的水温控制放入水中的换热调节单元，以调节所述水温；以及第三步骤，所述换热调节单元调节与水的直接换热。
所述智能传感器单元包括多个温度传感器，在所述第二步骤中，可基于所述多个温度传感器分别检测到的水温平均值控制放入水中的换热调节单元。
另外，所述智能传感器单元包括多个温度传感器，所述方法还可包括：第四步骤，所述控制单元可以比较所述多个温度传感器检测到的每个所述水温的温差，若超出所述智能传感器单元的温差设定值范围，则控制成显示于显示部。
所述第二步骤可以是所述控制单元控制所述换热调节单元使所述水温保持恒温的步骤。
根据本发明的另一个优选方面提供一种基于直接换热的鱼缸水温调节装置，用于调节鱼缸中的水温，所述装置包括：主体，其可拆卸地安装在所述鱼缸上；换热调节单元，其设置在所述主体的下方并放入水中，用于调节与水的直接换热；智能传感器单元，其用于检测所述水温；以及控制单元，其控制所述换热调节单元，以基于由所述智能传感器单元检测到的水温来调节所述水温。
所述控制单元可设置在所述主体的上方且可拆卸地安装于所述主体。
所述换热调节单元可包括：热电元件，其被加热或冷却；以及换热件，其以紧贴于所述热电元件一端面的状态将所述热电元件的加热或冷却状态传递到水中。
所述换热件可在具有高导热率的材料上形成抗氧化膜层。
另外，所述装置还包括：散热单元，其设置在所述换热调节单元的上方，用于将所述换热调节单元中产生的热散去，所述控制单元可包括：冷却扇，其用于排出通过所述散热单元传递的所述热电元件的热气；控制部，其用于判断所述冷却扇的异常；存储部，其用于存储所述冷却扇的扇速设定值；以及显示部，其用于显示所述冷却扇有异常，所述控制部可控制成所述冷却扇的扇速超出所述冷却扇的扇速设定值范围时显示于所述显示部。
所述智能传感器单元可包括多个温度传感器。
所述控制单元可包括：存储部，其用于存储所述智能传感器单元的温差设定值；控制部，其用于判断所述智能传感器单元的异常；以及显示部，其用于显示所述智能传感器单元有异常，所述控制部可以比较所述多个温度传感器检测到的每个所述水温的温差，若超出所述智能传感器单元的温差设定值范围，则控制成显示于所述显示部。
所述控制单元可基于所述多个温度传感器分别检测到的所述水温平均值控制所述换热调节单元。
所述换热调节单元可通过换热调节将所述水温保持在恒温。
发明效果
本发明通过将可选择冷却和加热的换热调节单元整体设置成完全垂直放入鱼缸内水中的状态，不仅可以避免能量传递过程中发生损失，而且通过热能的迅速转移，可以防止热电元件性能下降的现象，将水温有效地保持在恒温。
另外，在不使用隔热材料的情况下，本发明防止结露现象，因此对环境友好，而且无需其他装置(水泵、软管等)，可将水温有效地保持在恒温。
此外，本发明通过使用热管沿上下垂直方向并排布置换热调节单元和散热单元使风向保持垂直，从而确保足够的风量和风速，最大限度地缩短传热路径，因此可以从换热调节单元迅速吸热后顺利地释放到外部，可以有效地完成与外部空气的换热。
另外，本发明的换热件具有高导热率特性和抗氧化功能，从而防止产生氧化物，因此不仅可应用于一般的淡水鱼缸，而且可应用于含大量盐分的海水鱼缸。
此外，由于本发明的规模小，不仅可以减少制作成本，而且无需其他辅助件即可安装于鱼缸顶端开放部四个面的任何一处以及移动，任何人都可轻易安装到鱼缸上。
另外，本发明可易于清洗换热调节单元，从而容易清洗掉沉积物如苔藓和污泥，由于容易清洗掉沉积物，可以防止换热调节单元的性能下降。
附图说明
图1是本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置的结构图。
图2是本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置的分解立体图。
图3是本发明一实施例的主体立体图。
图4是本发明一实施例的散热单元分解立体图。
图5是本发明一实施例的控制单元的结构图。
图6是示意性地示出本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置安装在鱼缸上的状态的使用状态图。
图7是根据本发明的另一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节方法的流程图。
附图标记：
110：主体120：换热调节单元
130：散热单元140：控制单元
150：智能传感器单元
具体实施方式
本发明可以做多种修饰并具有各种形态，为此附图中图示特定实施例并对本发明作详细说明。但，并不因此局限或变更本发明的特定展示形态，凡是包括在本发明的思想及技术范围的所有变更或同等修饰或代替物都应被理解为属于本发明的发明范围之内。
第一、第二等词语可以用于说明各种组件，但这些组件不能为该词语所限定。这些词语只能作为区分一个组件与另一组件。
当被描述为某一组件“连接”或者“接合”到另一组件时，所述某一组件可直接连接或者接合到所述另一组件，也可以理解为所述某一组件和所述另一组件之间存在其他组件。另一方面，当被描述为某一组件“直接连接”或者“直接接合”到另一组件时，应该理解为所述某一组件和所述另一组件之间不存在其他组件。
本说明书中所使用的术语只是出于描述示例性实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中“包括”或“具有”等词语只是用于指明所述特征、数字、步骤、组件、部件或它们的组合的存在，并不排除一个或更多的其他特征、数字、步骤、组件、部件或它们的组合的存在。
图1是本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置的结构图。
图2是本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置的分解立体图。
参见图1和图2，基于直接换热的鱼缸水温调节装置100包括主体110、换热调节单元120、散热单元130、控制单元140及智能传感器单元150。
主体110是用于安装换热调节单元120和散热单元130的，其形成有可拆卸地安装在鱼缸上的挂设槽113。
换热调节单元120设置在主体110的下方，换热调节单元120整体上完全垂直放入鱼缸内的水中，通过调节与水的直接换热，可将水温保持在恒温，换热调节单元120包括热电元件121、换热件122。
热电元件121作为珀耳帖元件根据控制单元140的控制被加热或冷却。
换热件122贴设在热电元件121的正面上并放入鱼缸内的水中，将热电元件121的热能直接传递到鱼缸内的水中进行换热，以将鱼缸内的水温保持为恒温。
换热件122可通过将导热率高的铝等金属或者导热率高的物料粉末进行压缩并烧结来形成，其表面上可形成膜层以避免产生氧化物或污染。因此，不仅可应用于一般的淡水鱼缸，而且可应用于含大量盐分的海水鱼缸。
散热单元130垂直设置在前述的换热调节单元120的上方，用于将换热调节单元120的热电元件121中产生的热散去。
控制单元140设置在主体110的上方且可拆卸地安装于主体110，用于控制换热调节单元120，以基于由智能传感器单元150检测到的水温来调节水温。
具体地，控制单元140从具有多个温度传感器的智能传感器单元150接收鱼缸内的水温后，将接收的智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值与热电元件121的运行温度进行比较，以使换热调节单元120的热电元件121加热或冷却。热电元件121的运行温度可通过用户智能设备来设定。
另外，控制单元140比较智能传感器单元150的多个温度传感器检测到的每个水温的温差，当超出智能传感器单元150的温差设定值范围时，判断为智能传感器单元150有异常，并转告用户出现异常。
此外，当冷却扇145的扇速超出冷却扇145的扇速设定值范围时，控制单元140判断冷却扇145有异常，并转告用户出现异常。智能传感器单元150的温差设定值和冷却扇145的扇速设定值是用户可通过智能设备来设定的。
智能传感器单元150包括多个温度传感器，其放入鱼缸内的水中而检测鱼缸内的水温，并传送给用有线或无线连接的控制单元140。
图3是本发明一实施例的主体立体图，其中(a)是正面立体图，而(b)是背面立体图。
参见图3，主体110包括装设散热单元130的第一安装部111以及换热调节单元120贴紧固定的第二安装部112。
第一安装部111的一端面上形成有挂设槽113，其可将基于直接换热的鱼缸水温调节装置100安装到鱼缸上。
另外，第一安装部111的两端部上可形成有台阶部分114，用以使围绕覆盖散热单元130的散热器133的盖体135的两端部紧贴固定。
第二安装部112具有内部空间115，其顶端部上形成有插孔116，用以使散热单元130的基块131插入并安装于内部空间115。
此外，第二安装部112的一端部上形成有安装孔117，用以使热电元件121插入并安装。
安装孔117的外周面上具有紧贴部118，换热件122紧贴在紧贴部118上，换热件122可拆卸地安装于紧贴部118。当换热件122紧贴附着在紧贴部118上时，安装于安装孔117的热电元件121和换热件122紧贴，进而热电元件121的加热或冷却状态通过换热件122直接传递到鱼缸内的水中，由于换热件122可拆卸，因此可在使用后拆卸换热件122进行清洗，从而清除苔藓等异物。另外，紧贴部118的另一端部上也可设置开放的开孔、塞子，使得用于将安装于内部空间115的基块131和紧贴于紧贴部118的换热件122固定在主体上的固定装置可设置在所述开放的开孔上，所述塞子用于密封开孔内部空间，所述塞子的内侧周面上也可设置用于防止漏水的O形环。
紧贴部118的内周面上形成有密封槽119，以插设用于防止漏水的密封件。
图4是本发明一实施例的散热单元分解立体图。
参见图4，散热单元130设置在换热调节单元120的上方，用于将换热调节单元120的热电元件121中产生的热散去，所述散热单元130包括基块131、热管132、散热器133及支架134。
基块131安装于第二安装部112的内部空间115并与插设在安装孔117的热电元件121面接触，基块131的一端部上形成有开放的热管插槽131-1，以便能够插设热管132，而另一端部上形成有卡突部插槽131-2，用于插设形成在支架134的安装部134-1上的卡突部134-3。
热管132将产生自与基块131面接触的热电元件121的热传递给散热器133，整体上呈“□”字形，热管132的一端部插设于热管插槽131-1，而另一端部贯穿插入于散热器133的贯穿孔133-2。
此时，热管132的一端部呈平坦面，以便能够插设于开放的热管插槽131-1而与热电元件121紧密地形成面接触，而另一端部呈圆筒形，以顺利地贯穿插设于形成在散热器133上的贯穿孔133-2。
散热器133吸收通过热管132传递的热并释放到外部，其结构是形成有热管132的另一端部贯穿插入的贯穿孔133-2和支架134的支撑部134-2插入的支撑部插槽133-3的多个散热板133-1扎成一捆的形状。
下面描述散热器133时，将单个状态称为“散热板133-1”，多个散热板133-1扎成一捆的状态称为“散热器133”。
另外，散热单元130可包括盖体135，所述盖体135的两端部紧贴固定于前述的主体110的台阶部分114以围住散热器133的外侧进行保护。
支架134从两侧对散热器133施压予以支撑，其包括安装部134-1和支撑部134-2。
安装部134-1沿垂直方向设置，并且沿长度方向突出形成有插设于前述的基块131的卡突部插槽131-2的卡突部134-3。
卡突部134-3的顶部和底部上可分别突出形成有与基块131的顶端部和底端部紧密地面接触的紧贴突部134-4。
支撑部134-2沿水平方向设置，并且插入形成在前述的各散热板133-1上的支撑部插槽133-3予以支撑，以便能够组成多个散热板133-1分别以相互隔开一定间隔的状态扎成一捆的形状的散热器133。此时，每个散热板133-1隔开一定间隔的理由在于，更迅速且顺利地散热。基块131、热管132、散热板133-1及盖体135可用导热率好的金属如铝来形成。
图5是本发明一实施例的控制单元的结构图。
参见图5，控制单元140包括收发部141、存储部142、显示部143、控制部144及冷却扇145。
收发部141可接收智能传感器单元150检测到的鱼缸内的水温和由用户智能设备设定的智能传感器单元150的温差设定值、冷却扇145的扇速设定值及热电元件121的运行温度。
另外，当智能传感器单元150或冷却扇145有异常时，收发部141向用户智能设备发送智能传感器单元150或冷却扇145有异常。
存储部142存储通过收发部141接收的智能传感器单元150的温差设定值、冷却扇145的扇速设定值及热电元件121的运行温度。
显示部143用于显示智能传感器单元150的异常状态、冷却扇145的异常状态、热电模块121的加热或冷却状态及运行状态。显示部143可通过LED窗口显示绿色为热电元件121不运行处于待机状态的情形、黄色为智能传感器单元150有异常的情形、青紫色为冷却扇145有异常的情形、红色为热电模块121处于加热状态的情形、蓝色为热电模块121处于冷却状态的情形。
控制部144将智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值与存储在存储部142的热电元件121的运行温度进行比较，从而使热电元件121加热或冷却。具体地，当智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值低于存储在存储部142的热电元件121的运行温度时，使热电模块121加热，在相反的情况下，使热电模块121冷却。
另外，控制部144比较智能传感器单元150的多个温度传感器检测到的每个水温的温差，当超出存储在存储部142的智能传感器单元150的温差设定值范围时，判断为智能传感器单元150有异常，并通过收发部141发送到用户智能设备或者通过显示部143发出警告。
此外，当热电元件121运行时，控制部144使冷却扇145运行，与此同时，当冷却扇145的扇速超出存储在存储部142的冷却扇145的扇速设定值范围时，判断为冷却扇145有异常，并通过收发部141发送到用户智能设备或者通过显示部143发出警告。
控制单元140结合于主体110时，冷却扇145位于散热单元130上端，并根据控制部144的控制向外释放通过散热单元130传递的热电元件121的热。
图6是示意性地示出本发明一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节装置安装在鱼缸上的状态的使用状态图。
参见图6，当设置在鱼缸内水中的智能传感器单元150检测鱼缸内的水温并传送到控制单元140时，控制单元140将智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值与热电元件121的运行温度进行比较，以使热电元件121加热或冷却。
当热电元件121按照控制单元140的控制被加热或冷却时，热电元件121的加热或冷却状态会传递到紧贴于热电元件121的换热件122，从而与鱼缸内的水直接换热调节鱼缸内的水温，使得水温保持在恒温。
另外，图6中描述了仅设置一个基于直接换热的鱼缸水温调节装置100的情形，但是可设置多个基于直接换热的鱼缸水温调节装置100，当设置多个基于直接换热的鱼缸水温调节装置100时，可利用用户智能设备将多个基于直接换热的鱼缸水温调节装置100设置成一组，并利用用户智能设备向控制单元140发送指令进行控制。
图7是根据本发明的另一实施例的基于直接换热的鱼缸水温调节方法的流程图。
参见图7，在S710步骤中，用户利用用户智能设备来设定热电元件121的运行温度、智能传感器单元150的温差设定值及冷却扇145的扇速设定值并存储于控制单元140的存储部142。
在S720步骤中，将基于直接换热的鱼缸水温调节装置100设置在鱼缸上。
在S730步骤中，智能传感器单元150检测鱼缸内的水温并传送到控制单元140的收发部141。
在S740步骤中，控制单元140的控制部144比较智能传感器单元150的多个温度传感器检测到的每个水温的温差，当超出存储在存储部142的智能传感器单元150的温差设定值范围时进行S780步骤，当没有超出所述范围时进行S750步骤。
在S750步骤中，控制单元140的控制部144将智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值与存储在存储部142的热电元件121的运行温度进行比较，当多个温度传感器分别检测到的水温平均值高于热电元件121的运行温度时进行S751步骤，当所述水温平均值低于或等于热电元件121的运行温度时进行S760步骤。
在S751步骤中，控制单元140的控制部144使放入水中用于调节水温的换热调节单元120的热电元件121冷却，同时使控制单元140的冷却扇145运行。热电元件121的冷却状态传递到换热调节单元120的换热件122，从而与鱼缸内的水直接换热调节鱼缸内的水温，使得水温保持在恒温。
在S760步骤中，控制单元140的控制部144将智能传感器单元150的多个温度传感器分别检测到的水温平均值与存储在存储部142的热电元件121的运行温度进行比较，当多个温度传感器分别检测到的水温平均值低于热电元件121的运行温度时进行S761步骤，当所述水温平均值高于或等于热电元件121的运行温度时进行S730步骤至S750步骤。
在S761步骤中，控制单元140的控制部144使放入水中用于调节水温的换热调节单元120的热电元件121加热，同时使冷却扇145运行。热电元件121的加热状态传递到换热调节单元120的换热件122，从而与鱼缸内的水直接换热调节鱼缸内的水温，使得水温保持在恒温。
在S770步骤中，控制单元140的控制部144进行如下控制：当冷却扇145的扇速超出存储在存储部142的冷却扇145的扇速设定值范围时进行S780步骤，当冷却扇145的扇速没有超出冷却扇145的扇速设定值范围时进行S730步骤至S760步骤。
在S780步骤中，控制单元140的控制部144判断为智能传感器单元150或冷却扇145有异常后，通过显示部143来显示存在异常状态或者通过收发部141向用户智能设备告知基于直接换热的鱼缸水温调节装置100存在异常。
虽然上面描述了根据本发明的实施例，但是上述实施例只是示例而已，应当理解的是，本发明所属领域的普通技术人员由上述实施例可以想到各种修饰和等效范围的其他实施例。因此，本发明要求保护的技术范围应以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种基于直接换热的鱼缸水温调节装置，用于调节鱼缸中的水温，所述装置包括：
主体，其可拆卸地安装在所述鱼缸上；
换热调节单元，其设置在所述主体的下方并完全放入水中，用于调节与水的直接换热；
智能传感器单元，其用于检测所述水温；
控制单元，其控制所述换热调节单元，以基于由所述智能传感器单元检测到的水温来调节所述水温；以及
散热单元，其设置在所述换热调节单元的上方，用于将所述换热调节单元中产生的热散去
其中，所述换热调节单元包括：
热电元件，其被加热或冷却；以及
换热件，其以紧贴于所述热电元件一端面的状态将所述热电元件的加热或冷却状态传递到水中，
所述换热调节单元和所述散热单元通过热管在垂直方向上相邻配置，
所述主体包括第一安装部和第二安装部，使得所述散热单元安装在所述第一安装部，并且所述换热调节单元附着在所述第二安装部，
所述第二安装部具有形成在其一端部的安装孔，使得热电元件插入并安装到所述安装孔中，
在所述安装孔的外周面上设有紧贴部，使得所述换热件可拆卸地附着在所述紧贴部，
所述紧贴部具有密封槽，以防止漏水。
2.根据权利要求1所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述控制单元设置在所述主体的上方且可拆卸地安装于所述主体。
3.根据权利要求1所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述换热件在具有高导热率的材料上形成抗氧化膜层。
4.根据权利要求1所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述控制单元包括：
冷却扇，其用于排出通过所述散热单元传递的所述热电元件的热气；
控制部，其用于判断所述冷却扇的异常；
存储部，其用于存储所述冷却扇的扇速设定值；以及
显示部，其用于显示所述冷却扇有异常，
所述控制部控制成所述冷却扇的扇速超出所述冷却扇的扇速设定值范围时显示于所述显示部。
5.根据权利要求1所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述智能传感器单元包括多个温度传感器。
6.根据权利要求5所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述控制单元包括：
存储部，其用于存储所述智能传感器单元的温差设定值；
控制部，其用于判断所述智能传感器单元的异常；以及
显示部，其用于显示所述智能传感器单元有异常，
所述控制部比较所述多个温度传感器检测到的每个所述水温的温差，若超出所述智能传感器单元的温差设定值范围，则控制成显示于所述显示部。
7.根据权利要求5所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述控制单元基于所述多个温度传感器分别检测到的所述水温平均值控制所述换热调节单元。
8.根据权利要求1所述的基于直接换热的鱼缸水温调节装置，其中，
所述换热调节单元通过换热调节将所述水温保持在恒温。
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