CN203167321U - 多功能防冻器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多功能防冻器，包括控制器和与其连接的电热线、温度传感器，控制器包括顺序连接的开关电路、漏电保护电路、电流检测电路、保护电路、截波电路以及，与开关电路、保护电路、电流检测电路连接的显示电路；电热线与截波电路连接；温度传感器与保护电路、显示电路连接。本实用新型安全可靠，高效节能、安装简单，维护方便，使用便捷；电热线抗拉强度高、发热性能稳定不衰减；控制电路设有温度控制、断线保护、混线保护、过压保护、过流保护、无地线漏电保护，确保电热线在各种意外条件下不会产生起火、断热、过热等不安全隐患。

Description

多功能防冻器

技术领域

本实用新型涉及一种多功能防冻器，具体说是一种适合多种场合、适用不同设备的多功能防冻器。

背景技术

在北方寒冷地区，井水、自来水、太阳能热水器、水箱、水泵、输油管等液体设备的防冻问题在技术上一直没有新的突破，在所有防冻方法中，各有千秋，问题也很突出，没有一种适应性强可广泛使用的多功能防冻器。

目前用电防冻产品普遍存在以下问题：无漏电保护或者因没有地线漏电保护器无法使用，电热线直接和220电源连接，没有任何保护措施困境；因水管和电热线热胀冷缩系数不同引起的抻拉损坏，进而造成着火、断热、过热等现象；盲端必须做绝缘处理，工艺复杂，要求严格，使用环境恶劣；由于没有任何监控措施，在发生故障或者用户电路断线时，都需要经销商到现场打开防冻器以及电热线外部的保温层检查，售后服务压力非常大；现有的电热线耗电量高，发热度有自然衰减，使用寿命短，维修费用高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型设计了一种带有漏电保护电路和保护电路的控制器，由单片机控制，达到安全可靠、结构简单、安装方便、使用便捷、易于维护的目的。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：多功能防冻器，包括控制器和与其连接的电热线、温度传感器，所述控制器包括顺序连接的开关电路、漏电保护电路、电流检测电路、保护电路、截波电路以及，与开关电路、保护电路、电流检测电路连接的显示电路；电热线与截波电路连接；温度传感器与保护电路、显示电路连接。

所述漏电保护电路包括互感线圈和漏电检测电路；用于检测电感线圈内电流的漏电检测电路的两个输入端与互感线圈输出绕组的两个输出端连接；漏电检测电路的电压输出端与保护电路的电压输入端连接；互感线圈内穿有开关电路输出的火线和零线。

所述漏电保护电路与保护电路连接的零线或火线连有电流检测电路。

所述电热线为护套型电热线，是两根外敷绝缘的电阻丝。

所述两根外敷绝缘的电阻丝平行。

所述两根外敷绝缘的电阻丝外表面带有护套。

所述护套型电热线一侧的两根电阻丝连接；另一侧的两根电阻丝末端分别与截波电路的火线输出端、零线输出端连接。

所述电热线为绞合型电热线，是将外敷绝缘的电阻丝按所需长度对折后绞合而成的双线绞合型电热线。

所述外敷绝缘的电阻丝为外敷两层绝缘的电阻丝。

所述绞合型电热线的电阻丝两端分别与截波电路的火线输出端、零线输出端连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1．安全可靠：使用护套型双平行电热线和绞合型固定长度电热线；两种电热线的共同特点是：抗拉强度高、发热性能稳定不衰减、耐高温180℃、低温-80℃、不燃烧、不结垢、无毒、无异味的特氟龙用特殊工艺制成。控制器设温度控制、断线保护、混线保护、过压保护、过流保护、无地线漏电保护，确保电热线在各种意外条件下不会产生起火、断热、过热等不安全隐患。

2．节能高效：防冻器采用开关电源，效率高，适应性强，电热线功率可调，温度控制范围可调，可用最低电量满足不同地区、不同用户的不同需求，在目前用电防冻方法中，耗能最低。

3．智能识别：控制器的截波电路能自动识别2～25m长度的护套型电热线和绞合型电热线，并按照实际长度输出不同电压。

4．安装简单：两种电热线具有结构简单，技术成熟，二次加工方便等特点，对安装工艺和操作技能没有特殊要求。

5．应用面广：多功能防冻器可应用于太阳能热水器、自来水管、井水管、油汽管道、用水设备、水箱水泵等。既可以直线使用，也可以缠绕使用，甚至可以埋在地下和安在水管内部使用。

6．维护方便：多功能控制器在工作时全方位监控电热线，主要参数均有显示，可以随时掌握设备状态，控制器发生任何故障，切断开电热线，不会造成其他严重后果。

7．使用便捷：多功能防冻器标准工作模式为温控，只要安装人员将传感器准确放置到防冻目标的最低温度点就可以。为了应对冰冻、大雪覆盖或者保温脱落等原因造成最低温度点临时移位，特别设置“强制”工作模式，用户可灵活使用。

附图说明

图1为本实用新型的多功能防冻器电路结构图；

图2为本实用新型的无地线漏电保护电路工作示意图；

图3为截波电路的输入电压波形图；

图4为截波电路的输出电压波形图；

图5为多功能防冻器工作流程图；

图6为护套型电热线结构示意图；

图7为绞合型电热线结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型的多功能防冻器由控制器10、电热线5、温度传感器6组成。控制器包括开关电路1、漏电保护电路2、保护电路3、截波电路4、电流检测电路7、显示电路9。电热线5的接口端与截波电路4连接、另一端放入液体容器8中或缠绕在液体容器8外部。控制器10有过流、欠流、断线、混线等保护功能，由于电热线5最大工作电流为0.8A，所以设计了保护电路3，确保电热线5在设计温度范围内使用。当电热线故障时，有保护控制器10的功能，当控制器10故障时，有保护电热线5的功能。设备安装就是电热线5的盲端处理，电热线5的设计最高温度为55度，不会烫坏接触物品，本身又不怕抻拉，不怕折弯，没有特殊、严格的工艺要求。

各电路结构及功能如下：

开关电路1的正负输入端连接市电220V，用于控制器各单元电路的供电。

漏电保护电路2采用电流比较方式，专为多功能防冻器而设计，彻底解决无地线条件下的漏电保护问题。因为农村住宅很多时候是没有地线的，就是有也不可能完全达标，普通的漏电保护器无法正常工作；因为一般的漏电保护器对供电网路接地要求是很苛刻的，即中性线不接地或者重复接地情况下保护电路不工作，因此会发生误动作和不动作现象。因此本实用新型设计的漏电保护电路2将复杂问题简单化、专用化，即在电路结构上输入、输出中间没有多余的连接线，保证电热线5任何漏电点都在电感线圈之后，无论任何原因的分流，都会造成零线、火线的电流不等，电流互感线圈有电压输出，控制保护电路动作。

漏电保护电路2的结构和工作原理如图2所示：经开关电路1输出的火线和零线外面套有互感线圈，火线和零线平行，火线、零线、互感线圈三者互不接触；互感线圈输出绕组的两个输出端与漏电检测电路的两个输入端连接；漏电检测电路用于检测互感线圈内的电流，如果电热线绝缘不好、或者人体碰触漏电部位，相当于存在漏电电阻，形成电流大于等于10mA的分流，则互感线圈输出绕组产生感应电压，经过漏电检测电路整流放大，输出至保护电路3，保护电路会切断市电220V，不对电热线供电。

保护电路3：开关电路1输出的火线和零线穿过漏电保护电路2的互感线圈后与保护电路3的电源输入端连接；保护电路3的电压输入端与漏电保护电路2中的漏电检测电路电压输出端连接；还接收电流检测电路7的电压信号，来检测电热线5的电流值；还通过温度传感器6检测受保护液体设备的温度；能够防止电热线5的电流过大、漏电以及液体设备温度过高。

截波电路4通过双向截波电路实现，由于电热线5为阻性负载，不需考虑输出电压的波形，对交流电工作周期波形依据设定的电流参数和电热线长度进行截取，并适应输入电源电压的波动。通电时，截波电路4作为内部单片机控制的截波式受控电源，将市电220V供给电热线5，电热线5逐步加热，截波电路4根据电流检测电路7检测的电热线5电流可得到电热线5的长度；将检测电流值与单片机内设定的电流参数比较，小于设定电流值时，截波电路4根据电热线5的长度、额定工作电流和温度，将220伏正弦波交流电（图3）进行削波式截取升压或降压（例如图4），得到用于给电热线加热的电压，例如：25m电热线额定工作温度为55度时，截波电路4输出220伏正弦波交流电；8m电热线额定工作温度为55度时，截波电路4输出12伏正弦波交流电；直到检测电流值与设定电流参数相等时，截波电路4维持此时的输出电压，保证电热线的稳定逐步加热以及到达正常工作状态下保持恒温。

电热线5使用两种电热线，第一种为护套型电热线，如图6所示，具体是将两根外表面敷有铁氟龙绝缘材料的电阻丝平行，并外加护套将两根电阻丝固定在一起；一侧的两个电阻丝接头与截波电路4的电压输出端连接，另一侧的两个电阻丝接头去除绝缘后拧在一起用胶带等绝缘材料紧密包扎起来，做防潮处理，称为盲端，护套型电热线可任意剪裁使用，根据受防冻保护管道、设备的外形敷设、缠绕都可以。

第二种为绞合型电热线，如图7所示，就是单芯折返绞合型固定长度电热线，具体是将独芯电热线按所需长度对折后绞合到一起，形成一条新的双线绞合型电热线，中间没有任何接头，可在各种管道或者容器内安全使用。其中，独芯电热线是将电阻丝外敷两层铁氟龙绝缘材料而成。其电阻丝的两个末端分别与截波电路4的火线、零线输出端连接，无接头端放入液体容器8内。

绞合型电热线可与专利ZL201120104849.5（液体管路内部防冻器）中的水线分离接头搭配，安装时，将绞合型电热线从无接头端即盲端为起始点向液体容器8的管口插入，然后安装水线分离接头，将水线分离接头的卡套端与管口连接，将丝扣端与液体来源连接，再将绞合型电热线从水线分离接头的出线端引出，套入硅胶防水胶垫和压紧螺帽，将压紧螺帽拧到出线端上，即可防水；液体容器外部的绞合型电热线的两个电阻丝接头可直接与截波电路4的火线、零线输出端连接。绞合型电热线主要用于液体管道、液体设备内部防冻，甚至可以埋在地下和安装在水管、容器内使用。

电流检测电路7同漏电保护电路2的结构类似，包括互感线圈和电流检测单元；漏电保护电路2与保护电路3连接的火线或零线外套有互感线圈，并不与互感线圈接触；电流检测单元用于检测互感线圈内的电流，电热线5通电时，互感线圈输出绕组产生感应电压，经过电流检测单元整流放大，输出至保护电路3和显示电路9，保护电路3会在电热线电流超过设定值时切断市电220V，不对电热线供电，显示电路9也会实时显示电热线内的电流值。

本实用新型设有温度传感器6，安装在受防冻保护设备适当位置，如液体容器外表面，与控制器10中保护电路3的传感器输入端相连，用户可在室内检测被保护管路、设备的温度，当温度达到设定保护值时，控制器10断开电热线5电源。

本实用新型还设有“强制”工作按键，与保护电路3的输入端连接；如果按下该键，则电热线工作15分钟。防止大雪覆盖、保温脱落等原因造成温度最低点临时漂移，或者温度传感器故障后，无法及时更换影响用户的使用或者冻坏设备。

显示电路9，包括发光二极管和数码管，与开关电路1、保护电路3、电流检测电路7、温度传感器6连接，实时显示受防冻保护设备温度和电热线5的电流值、控制器10的工作状态，包括在调整设置参数（设备温度）时的实时显示。

如图5所示，多功能防冻器控制系统工作流程如下：

当接通220电源后，开关电路1工作，保护电路3首先检测温度传感器的反馈信号，当防冻目标温度低于设定值时，截波电路4开始输出电压，和保护电路设定的温度参数不断地进行比较，电压逐步升高；当输出电流达到设定参数时，截波电路4维持此输出电压；

同时，漏电保护电路2实时检测通过的火线、零线电流是否相等；相等时，表明电热线5绝缘良好，无任何漏电；当通过的火线、零线电流不相等，差值大于等于10mA时，表明负载（即电热线5）有漏电现象，保护电路3切断输出，并通过显示电路9进行显示和报警。

保护电路3实时监控电热线5的工作参数即电压和电流是否在设定范围之内；超出和低于工作范围，保护电路3都会切断负载，并通过显示电路9进行相应的显示和报警。

当温度传感器反馈信号检测到受保护对象温度高于设定值时，截波电路4关闭，无电压输出。

Claims (10)

1.多功能防冻器，包括控制器（10）和与其连接的电热线（5）、温度传感器（6），其特征在于：所述控制器包括顺序连接的开关电路（1）、漏电保护电路（2）、电流检测电路（7）、保护电路（3）、截波电路（4）以及，与开关电路（1）、保护电路（3）、电流检测电路（7）连接的显示电路（9）；电热线（5）与截波电路（4）连接；温度传感器（6）与保护电路（3）、显示电路（9）连接。

2.根据权利要求1所述的多功能防冻器，其特征在于：所述漏电保护电路（2）包括互感线圈和漏电检测电路；用于检测电感线圈内电流的漏电检测电路的两个输入端与互感线圈输出绕组的两个输出端连接；漏电检测电路的电压输出端与保护电路（3）的电压输入端连接；互感线圈内穿有开关电路（1）输出的火线和零线。

3.根据权利要求1所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述漏电保护电路（2）与保护电路（3）连接的零线或火线连有电流检测电路（7）。

4.根据权利要求1所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述电热线（5）为护套型电热线，是两根外敷绝缘的电阻丝。

5.根据权利要求4所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述两根外敷绝缘的电阻丝平行。

6.根据权利要求4所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述两根外敷绝缘的电阻丝外表面带有护套。

7.根据权利要求4所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述护套型电热线一侧的两根电阻丝连接；另一侧的两根电阻丝末端分别与截波电路（3）的火线输出端、零线输出端连接。

8.根据权利要求1所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述电热线（5）为绞合型电热线，是将外敷绝缘的电阻丝按所需长度对折后绞合而成的双线绞合型电热线。

9.根据权利要求8所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述外敷绝缘的电阻丝为外敷两层绝缘的电阻丝。

10.根据权利要求8所述的多功能防冻器，其特征在于：

所述绞合型电热线的电阻丝两端分别与截波电路（3）的火线输出端、零线输出端连接。

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