本實用新型涉及一種自動加熱的水管，屬于水管防凍技術領域。

背景技術：

自來水水管凍裂是生活中常遇到的問題。傳統(tǒng)的包裹法不能起到很好的保護作用。隨后發(fā)展起來的電加熱防凍技術有的是局部加熱，不能有效均勻制熱；有的是外貼加熱片，結構復雜；有的將管壁內設置加熱層，破壞了管子的整體結構性。所以有必要制作一種使用方便的新型防凍水管。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是：本實用新型提供一種自動加熱的水管，通過調節(jié)加在電阻絲上的電壓，使水管管路中靜止的水體溫保持在1℃至3℃。這樣，暴露在戶外的太陽能進水管和出水管在水流靜止時，也能保持不被凍裂。螺旋式電阻絲直徑小，既不影響管道的整體性，也不影響管道切割、熔接性能。

本實用新型技術方案是：一種自動加熱的水管，包括水管管體1、電阻絲2、接線柱3、電源4、溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10、電感線圈11、二極管12、電路保護電阻13、開關14；所述電阻絲2嵌在水管管體1的管壁中間，接線柱3間隔排列在水管管體1的一側，水管管體1一端的接線柱3與分別與二極管12的正極、電路保護電阻13的一端相連，二極管12的負極分別與光耦隔離開關10、電感線圈11的一端相連，電路保護電阻13的另一端依次接電源、開關14后再與光耦隔離開關10相連，電感線圈11的另一端與電路保護電阻13連接，電路保護電阻13再連接水管管體1另一端的接線柱3；溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10依次相連接。

所述電阻絲2螺旋式的嵌在水管管體1的管壁中間，通過控制光耦隔離開關10的占空比調節(jié)接線柱3上的通電時間，達到水管管體1內的水體熱至一恒定溫度的目的。

溫度傳感器6在感知大氣溫度后，通過A/D轉換器7將溫度的模擬信號轉換為數(shù)字信號，單片機8利用傳來的數(shù)字信號計算出占空比，D/A轉換器9將數(shù)字信號的占空比轉換為模擬信號后傳遞給光耦隔離開關10；光耦隔離開關10根據(jù)占空比控制電路的連通時間，調節(jié)一個周期內水管首尾的兩個接線柱3之間的通電時間，達到水管管體1內的水體熱至一恒定溫度的目的。

外界空氣溫度t_a，(℃)；控制水溫t_w，(℃)(建議取值1℃-3℃)；水管管體1外徑和內徑為D，(m)和d，(m)；電阻絲2的半徑r，(m)；螺旋電阻絲2間距S，(m)；電阻絲2的電阻率ρ，(Ωm)；水管管體1的管長l，(m)；水管管體1的傳熱系數(shù)K，(W/(m²·℃))；光耦隔離開關10的周期T，(s)；電源4的電壓U，(V)。

自來水水管溫度在t_w時，向外散熱的功率P＝K(πDl)²(t_w-t_a)，(W)

螺旋電阻絲的長度

螺旋電阻絲的電阻

光耦隔離開關10根據(jù)占空比

即

根據(jù)上述光耦隔離開關10的占空比與外界氣溫的關系，調節(jié)電路的導通時間即可使自來水管管內靜止的水體溫度保持一恒定值。

本實用新型的工作過程是：首先查詢水管管體1的傳熱系數(shù)K和電阻絲2的電阻率ρ；確定需加熱的水管管體1的長度l，水管管體1的外徑D，水管管體1的內徑d，電阻絲2的半徑r，電阻絲2的間距S；確定室外夜晚的最低溫度t_a(參考天氣預報)；將水管管體1管內水體的目標溫度t_w設為1℃至3℃之間的某一數(shù)值(建議取1.5℃)，工作電源4電壓220V，計算光耦隔離開關10的占空比α；根據(jù)占空比實時調控電路的導通時間即可確保自來水管管體1內的水體溫度不低于t_w，起到防止水管管體1結冰破裂的作用。

本實用新型的工作原理是：水管管體1內靜止水體的溫度升至t_w時的穩(wěn)態(tài)條件下滿足方程P_電阻T_on＝P_放熱T。P_電阻為可調電源4接通后電阻絲2的產熱功率；P_放熱為自來水管管體1內靜止水體達到目標溫度t_w穩(wěn)態(tài)時，向外界空氣散熱的功率，T為一個周期，T_on一周期內通電時間。在電源電壓一定的情況下，可以通過光耦隔離開關調節(jié)電阻絲2一個周期內的加熱時間T_on，使得P_電阻T_on＝P_放熱T。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型以電路自動控制光耦隔離開關的占空比的方式調節(jié)加熱功率，自動防止自來水管道內的水凍結?？捎糜谔柲艿仍O備的戶外進水管和出水管，有效防止結冰導致的水管破裂；

本實用新型在軸向和徑向上都能均勻制熱，能自動根據(jù)外界氣溫實時控制電阻絲在一周期內的加熱時間，既避免了局部加熱不到而凍裂的情況也節(jié)約了能源。

附圖說明

圖1是本實用新型結構示意圖；

圖2是本實用新型接入電路工作時的示意圖。

圖1-2中各標號：1-水管管體、2-電阻絲、3-接線柱、4-電源、5-導線、6-溫度傳感器、7-A/D轉換器、8-單片機、9-D/A轉換器、10-光耦隔離開關、11-電感線圈、12-二極管、13-電路保護電阻、14-開關。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。

實施例1：如圖1-2所示，一種自動加熱的水管，包括水管管體1、電阻絲2、接線柱3、電源4、導線5、溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10、電感線圈11、二極管12、電路保護電阻13、開關14；所述電阻絲2嵌在水管管體1的管壁中間，接線柱3間隔排列在水管管體1的一側，水管管體1一端的接線柱3與分別與二極管12的正極、電路保護電阻13的一端相連，二極管12的負極分別與光耦隔離開關10、電感線圈11的一端相連，電路保護電阻13的另一端依次接電源、開關14后再與光耦隔離開關10相連，電感線圈11的另一端與電路保護電阻13連接，電路保護電阻13再連接水管管體1另一端的接線柱3；溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10依次相連接。

所述電阻絲2螺旋式的嵌在水管管體1的管壁中間，通過控制光耦隔離開關10的占空比調節(jié)接線柱3上的通電時間，達到水管管體1內的水體熱至一恒定溫度的目的。

實施例2：如圖1-2所示，一種自動加熱的水管，包括水管管體1、電阻絲2、接線柱3、電源4、導線5、溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10、電感線圈11、二極管12、電路保護電阻13、開關14；所述電阻絲2采用鎢絲，電阻絲2螺旋式的嵌入在水管管體1的管壁中間，接線柱3按5cm間距布置，接線柱3的一側和半壁內的電阻絲2相連接，接線柱3的另一側伸出水管管體1的管壁；將上述水管裝配在太陽能水管戶外部分，測得進水管和出水管各5m長；外界空氣溫度t_a＝-4，(℃)；控制水溫t_w＝1.5，(℃)；水管管體1外徑和內徑為D＝25×10^-3，(m)和d＝19×10^-3，(m)；水管管體1的傳熱系數(shù)K＝5，(W/(m²·℃))；電阻絲2半徑r＝0.75×10^-3，(m)；螺旋電阻絲2間距S＝50×10^-3，(m)；電阻絲2的電阻率ρ＝48.9×10^-6，(Ωm)；水管管體1的管長l＝4，(m)；

所述光耦隔離開關10的占空比調至0.85即可防止水管凍裂。

實施例3：如圖1-2所示，一種自動加熱的水管，包括水管管體1、電阻絲2、接線柱3、電源4、導線5、溫度傳感器6、A/D轉換器7、單片機8、D/A轉換器9、光耦隔離開關10、電感線圈11、二極管12、電路保護電阻13、開關14；電阻絲2采用鐵鉻鋁(0Gr27Al7Mo2，電阻率為1.53(μΩm))；所述電阻絲2螺旋式的嵌入在水管管體1的管壁中間，接線柱3按2cm間距布置，接線柱3的一側和半壁內的電阻絲2相連接，接線柱3的另一側伸水管管體1的管壁；將上述水管裝配在太陽能水管戶外部分，測得進水管和出水管各4.5m長；外界空氣溫度t_a＝-5，(℃)；控制水溫t_w＝1.2，(℃)；水管管體1外徑和內徑為D＝32×10^-3，(m)和d＝24×10^-3，(m)；水管管體1的傳熱系數(shù)K＝5，(W/(m²·℃))；電阻絲2半徑r＝1.0×10^-3，(m)；螺旋電阻絲2間距S＝20×10^-3，(m)；電阻絲2的電阻率ρ＝1.53×10^-6，(Ωm)；水管管體1的管長l＝6，(m)；

所述光耦隔離開關10的占空比調至0.92即可防止水管凍裂。

上面結合附圖對本實用新型的具體實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。