[实用新型]一种自动加热的水管

说明书

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t_a，(℃)；控制水温t_w，(℃)(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t_w时，向外散热的功率P＝K(πDl)²(t_w-t_a)，(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t_a(参考天气预报)；将水管管体1管内水体的目标温度t_w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t_w，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t_w时的稳态条件下满足方程P_电阻T_on＝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t_w稳态时，向外界空气散热的功率，T为一个周期，T_on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T_on，使得P_电阻T_on＝P_放热T。