CN206143860U - 一种自动加热的水管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自动加热的水管，属于水管防冻技术领域。本实用新型包括水管管体、电阻丝、接线柱、电源、温度传感器、A/D转换器、单片机、D/A转换器、光耦隔离开关、电感线圈、二极管、电路保护电阻、开关；所述电阻丝螺旋式的嵌入在自来水水管管体内，螺旋布置的方式能保证轴向和径向上均匀加热自来水水管及内部静止的水体；通过调节光耦隔离开关的占空比使水管管体内的水体保持一恒定值。本实用新型以电路自动控制光耦隔离开关的占空比的方式调节加热功率，自动防止自来水管道内的水冻结。可用于太阳能等设备的户外进水管和出水管，有效防止结冰导致的水管破裂。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自动加热的水管，属于水管防冻技术领域。
背景技术
自来水水管冻裂是生活中常遇到的问题。传统的包裹法不能起到很好的保护作用。随后发展起来的电加热防冻技术有的是局部加热，不能有效均匀制热；有的是外贴加热片，结构复杂；有的将管壁内设置加热层，破坏了管子的整体结构性。所以有必要制作一种使用方便的新型防冻水管。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种自动加热的水管，通过调节加在电阻丝上的电压，使水管管路中静止的水体温保持在1℃至3℃。这样，暴露在户外的太阳能进水管和出水管在水流静止时，也能保持不被冻裂。螺旋式电阻丝直径小，既不影响管道的整体性，也不影响管道切割、熔接性能。
本实用新型技术方案是：一种自动加热的水管，包括水管管体1、电阻丝2、接线柱3、电源4、温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10、电感线圈11、二极管12、电路保护电阻13、开关14；所述电阻丝2嵌在水管管体1的管壁中间，接线柱3间隔排列在水管管体1的一侧，水管管体1一端的接线柱3与分别与二极管12的正极、电路保护电阻13的一端相连，二极管12的负极分别与光耦隔离开关10、电感线圈11的一端相连，电路保护电阻13的另一端依次接电源、开关14后再与光耦隔离开关10相连，电感线圈11的另一端与电路保护电阻13连接，电路保护电阻13再连接水管管体1另一端的接线柱3；温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10依次相连接。
所述电阻丝2螺旋式的嵌在水管管体1的管壁中间，通过控制光耦隔离开关10的占空比调节接线柱3上的通电时间，达到水管管体1内的水体热至一恒定温度的目的。
温度传感器6在感知大气温度后，通过A/D转换器7将温度的模拟信号转换为数字信号，单片机8利用传来的数字信号计算出占空比，D/A转换器9将数字信号的占空比转换为模拟信号后传递给光耦隔离开关10；光耦隔离开关10根据占空比控制电路的连通时间，调节一个周期内水管首尾的两个接线柱3之间的通电时间，达到水管管体1内的水体热至一恒定温度的目的。
外界空气温度ta，(℃)；控制水温tw，(℃)(建议取值1℃-3℃)；水管管体1外径和内径为D，(m)和d，(m)；电阻丝2的半径r，(m)；螺旋电阻丝2间距S，(m)；电阻丝2的电阻率ρ，(Ωm)；水管管体1的管长l，(m)；水管管体1的传热系数K，(W/(m2·℃))；光耦隔离开关10的周期T，(s)；电源4的电压U，(V)。
自来水水管温度在tw时，向外散热的功率P＝K(πDl)2(tw-ta)，(W)
螺旋电阻丝的长度
螺旋电阻丝的电阻
光耦隔离开关10根据占空比
即
根据上述光耦隔离开关10的占空比与外界气温的关系，调节电路的导通时间即可使自来水管管内静止的水体温度保持一恒定值。
本实用新型的工作过程是：首先查询水管管体1的传热系数K和电阻丝2的电阻率ρ；确定需加热的水管管体1的长度l，水管管体1的外径D，水管管体1的内径d，电阻丝2的半径r，电阻丝2的间距S；确定室外夜晚的最低温度ta(参考天气预报)；将水管管体1管内水体的目标温度tw设为1℃至3℃之间的某一数值(建议取1.5℃)，工作电源4电压220V，计算光耦隔离开关10的占空比α；根据占空比实时调控电路的导通时间即可确保自来水管管体1内的水体温度不低于tw，起到防止水管管体1结冰破裂的作用。
本实用新型的工作原理是：水管管体1内静止水体的温度升至tw时的稳态条件下满足方程P电阻Ton＝P放热T。P电阻为可调电源4接通后电阻丝2的产热功率；P放热为自来水管管体1内静止水体达到目标温度tw稳态时，向外界空气散热的功率，T为一个周期，Ton一周期内通电时间。在电源电压一定的情况下，可以通过光耦隔离开关调节电阻丝2一个周期内的加热时间Ton，使得P电阻Ton＝P放热T。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型以电路自动控制光耦隔离开关的占空比的方式调节加热功率，自动防止自来水管道内的水冻结。可用于太阳能等设备的户外进水管和出水管，有效防止结冰导致的水管破裂；
本实用新型在轴向和径向上都能均匀制热，能自动根据外界气温实时控制电阻丝在一周期内的加热时间，既避免了局部加热不到而冻裂的情况也节约了能源。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型接入电路工作时的示意图。
图1-2中各标号：1-水管管体、2-电阻丝、3-接线柱、4-电源、5-导线、6-温度传感器、7-A/D转换器、8-单片机、9-D/A转换器、10-光耦隔离开关、11-电感线圈、12-二极管、13-电路保护电阻、14-开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1-2所示，一种自动加热的水管，包括水管管体1、电阻丝2、接线柱3、电源4、导线5、温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10、电感线圈11、二极管12、电路保护电阻13、开关14；所述电阻丝2嵌在水管管体1的管壁中间，接线柱3间隔排列在水管管体1的一侧，水管管体1一端的接线柱3与分别与二极管12的正极、电路保护电阻13的一端相连，二极管12的负极分别与光耦隔离开关10、电感线圈11的一端相连，电路保护电阻13的另一端依次接电源、开关14后再与光耦隔离开关10相连，电感线圈11的另一端与电路保护电阻13连接，电路保护电阻13再连接水管管体1另一端的接线柱3；温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10依次相连接。
所述电阻丝2螺旋式的嵌在水管管体1的管壁中间，通过控制光耦隔离开关10的占空比调节接线柱3上的通电时间，达到水管管体1内的水体热至一恒定温度的目的。
实施例2：如图1-2所示，一种自动加热的水管，包括水管管体1、电阻丝2、接线柱3、电源4、导线5、温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10、电感线圈11、二极管12、电路保护电阻13、开关14；所述电阻丝2采用钨丝，电阻丝2螺旋式的嵌入在水管管体1的管壁中间，接线柱3按5cm间距布置，接线柱3的一侧和半壁内的电阻丝2相连接，接线柱3的另一侧伸出水管管体1的管壁；将上述水管装配在太阳能水管户外部分，测得进水管和出水管各5m长；外界空气温度ta＝-4，(℃)；控制水温tw＝1.5，(℃)；水管管体1外径和内径为D＝25×10-3，(m)和d＝19×10-3，(m)；水管管体1的传热系数K＝5，(W/(m2·℃))；电阻丝2半径r＝0.75×10-3，(m)；螺旋电阻丝2间距S＝50×10-3，(m)；电阻丝2的电阻率ρ＝48.9×10-6，(Ωm)；水管管体1的管长l＝4，(m)；
所述光耦隔离开关10的占空比调至0.85即可防止水管冻裂。
实施例3：如图1-2所示，一种自动加热的水管，包括水管管体1、电阻丝2、接线柱3、电源4、导线5、温度传感器6、A/D转换器7、单片机8、D/A转换器9、光耦隔离开关10、电感线圈11、二极管12、电路保护电阻13、开关14；电阻丝2采用铁铬铝(0Gr27Al7Mo2，电阻率为1.53(μΩm))；所述电阻丝2螺旋式的嵌入在水管管体1的管壁中间，接线柱3按2cm间距布置，接线柱3的一侧和半壁内的电阻丝2相连接，接线柱3的另一侧伸水管管体1的管壁；将上述水管装配在太阳能水管户外部分，测得进水管和出水管各4.5m长；外界空气温度ta＝-5，(℃)；控制水温tw＝1.2，(℃)；水管管体1外径和内径为D＝32×10-3，(m)和d＝24×10-3，(m)；水管管体1的传热系数K＝5，(W/(m2·℃))；电阻丝2半径r＝1.0×10-3，(m)；螺旋电阻丝2间距S＝20×10-3，(m)；电阻丝2的电阻率ρ＝1.53×10-6，(Ωm)；水管管体1的管长l＝6，(m)；
所述光耦隔离开关10的占空比调至0.92即可防止水管冻裂。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种自动加热的水管，其特征在于：包括水管管体(1)、电阻丝(2)、接线柱(3)、电源(4)、温度传感器(6)、A/D转换器(7)、单片机(8)、D/A转换器(9)、光耦隔离开关(10)、电感线圈(11)、二极管(12)、电路保护电阻(13)、开关(14)；所述电阻丝(2)嵌在水管管体(1)的管壁中间，接线柱(3)间隔排列在水管管体(1)的一侧，水管管体(1)一端的接线柱(3)与分别与二极管(12)的正极、电路保护电阻(13)的一端相连，二极管(12)的负极分别与光耦隔离开关(10)、电感线圈(11)的一端相连，电路保护电阻(13)的另一端依次接电源、开关(14)后再与光耦隔离开关(10)相连，电感线圈(11)的另一端与电路保护电阻(13)连接，电路保护电阻(13)再连接水管管体(1)另一端的接线柱(3)；温度传感器(6)、A/D转换器(7)、单片机(8)、D/A转换器(9)、光耦隔离开关(10)依次相连接。
2.根据权利要求1所述的自动加热的水管，其特征在于：所述电阻丝(2)螺旋式的嵌在水管管体(1)的管壁中间，通过控制光耦隔离开关(10)的占空比调节接线柱(3)上的通电时间，达到水管管体(1)内的水体热至一恒定温度的目的。
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