一种水族箱新型加热及温控装置

1.本实用新型涉及水族箱技术领域，尤其涉及一种水族箱新型加热及温控装置。


背景技术：

2.水族箱中的水生动植物对温度要求较高，尤其是鱼类是变温动物，但各种鱼都有其耐热耐冷的上下限最适温度，温度的控制即扮演了一个相当重要的角色。水族箱是专门饲养、观赏水生动植物的器具，有的水族箱为了保持恒温，需要加热器，传统水族箱加热器为电加热式，即将加热器直接放入水中后接通电源通过电热管加热，这种方法对能源的耗费较大且加热不均匀对水生动植物的生存环境不友好。
3.传统水族箱采用的温度开关是通常采用机械式温度开关，其是一种用双金属片作为感温元件的温度开关。电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合/断开状态，当温度升高至动作温度值时，双金属元件受热产生内应力而迅速动作，打开/闭合触点，切断/接通加热电路。当温度降到重定温度时触点自动闭合/断开，恢复正常工作状态。但是由于传统水族箱中温度开关的双金属片对于水温变化的敏感度较差，往往滞后于水温的变化，造成水族箱内的水温变化范围超出了合理范围，影响鱼类生长。在实现本创造的过程中，发明人发现如下技术问题：由于双金属片对于水温变化的敏感度较差，因此，往往滞后于水温的变化，造成水族箱内的水温变化范围超出了合理范围，影响鱼类生长。
4.中国专利公开号：cn213281186u公开了一种水族箱新型加热及温控装置。本实用新型是一种水族箱用控温装置，包括底座、竖直固设在底座顶部的安装箱，所述安装箱的横向截面呈u形，水族箱安置在所述底座顶部，且所述安装箱包围所述水族箱两侧及后侧，所述安装箱一侧内部分别固设有循环泵和温度传感器，且所述循环泵上的进水管穿进所述水族箱一侧底部，所述安装箱前侧固设有与所述温度传感器电连接的控制器，所述安装箱另一侧内部和后侧内部分别设有呈l形的制热腔和制冷腔，所述制热腔和所述制冷腔靠近所述循环泵一侧分别设有进水口，所述制热腔和所述制冷腔远离所述循环泵一侧分别固设有与所述水族箱连通的出水口。本实用新型水族箱制冷制热效果好，使用方便。由此可见，上述方案存在以下问题：该专利采用电加热棒装置，电加热棒功耗比较大，当系统进行温度恒定时，这时系统的功耗就会变大，不符合绿色节能的理念，本专利采用暖气系统与换热器的组合。可见现有技术中存在不能节约能源方面的问题。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型提供一种水族箱新型加热及温控装置，用以克服现有技术中存在不能节约能源方面的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种水族箱新型加热及温控装置，包括设置在水族箱内的温度传感器和液位计，还包括：
7.换热器，其与所述水族箱经进、出水管路连接，换热器用于通过进出水管路对所述水族箱进行水交换；
8.暖气系统，其与所述换热器经水管路连接，暖气系统用以向换热器提供热源；
9.控制系统，其分别与所述水族箱内的温度传感器、液位计、暖气系统和换热器连接，控制系统用以对所述水族箱与换热器之间进行进出水控制和对所述换热器与暖气系统之间进行进出水控制。
10.进一步地，所述控制系统包括与所述温度传感器和液位计连接的mcu，与所述换热器和暖气系统连接的继电器，以及与mcu和继电器连接用以向mcu和继电器提供电能的电源；
11.所述mcu用以实时获取所述温度传感器检测的温度值和液位计检测的液面高度，所述继电器用以控制暖气系统和换热器之间水体管路的通断，以及用以控制所述换热器与水族箱之间的进、出水管路的通断。
12.进一步地，所述暖气系统与所述换热器之间的进出水管上分别设置有第一进水控制电磁阀和第一出水控制电磁阀，所述换热器与所述水族箱之间的进出水管上分别设有第二进水控制电磁阀和第二出水控制电磁阀。
13.进一步地，所述继电器分别与第一进水控制电磁阀、第一出水控制电磁阀、第二进水控制电磁阀以及第二出水控制电磁阀连接，所述继电器用于对各所述控制电磁阀进行控制。
14.进一步地，所述电源包括两个直流24v电压和一个直流12v电压。
15.进一步地，其还包括与所述电源连接的控制电路，该控制电路的包括至少两个开关电压调节器、一个单片机、若干连接端子排和若干连接线。
16.进一步地，其两个所述开关电压调节器并联连接，各所述开关电压调节器分别具有四个接线端子，所述直流24v电压经过第一开关电压调节器降压后与接线端子排连接，所述直流24v电压经过第二开关电压调节器降压成后与mcu连接，所述直流12v电压经过所述接线端子排与所述继电器连接，其中降压后的所述电压为5v。
17.进一步地，所述继电器包括至少4个单控单开的开关，所述mcu经连接线与所述继电器连接，所述mcu用以向所述继电器发送控制指令。
18.进一步地，其还包括排水槽，该排水槽与所述水族箱经出水管路连接，且在该出水管路上设置有第三出水控制电磁阀，所述继电器还与该第三出水控制电磁阀连接，所述继电器还用于对控制该第三出水控制电磁阀的通断。
19.进一步地，所述mcu为stm32单片机，所述开关电压调节器为lm2596调节器，所述温度传感器为ds18b20温度传感器。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，一是通过换热器将暖气系统的热量带入到水族箱中实现水族箱水温的升高这与传统电加热方法相比具有能耗低、加热过程不易产生过大温度梯度的优点。二是通过单片机搭配数字型温度传感器控制电路通断这与传统的机械式温度开关相比具有控温更精确动作更灵敏的优点。通过使用本装置，在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
21.进一步地，本发明通过对装置里面的电器以及由电器构成的系统之间相互作用关系，实现低能耗、加热过程不易产生过大温度梯度，比传统的机械式温度开关相比具有控温更精确动作更灵敏。
22.进一步地，所述控制系统与各电器以及系统连接，达到了智能化全局控制，在节约
能源与精准控制方面产生了较积极效果。
23.进一步地，通过电磁阀与各系统以及器件的连接，达到对换热的精准控制，在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
24.进一步地，所述继电器分别与第一进水控制电磁阀、第一出水控制电磁阀、第二进水控制电磁阀以及第二出水控制电磁阀连接，所述继电器用于对各所述控制电磁阀进行控制。所述继电器用以控制所述换热器与水族箱之间的进、出水管路的通断。进一步地达到节能低耗，在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
25.进一步地，分别为电器以及各系统提供相应的电压，其输入开关电压调节器的电压为直流24v。保障了电器以及各系统能够正常稳定的工作，为节约能源与精准控制方面提供了前提条件。
26.进一步地，简单的一些电路元件，极大的节省了本装置的成本，更易于被广大群众接受，同时进一步的做到低能耗。
27.进一步地，两个所述开关电压调节器并联连接，各所述开关电压调节器分别具有四个接线端子，所述直流24v电压经过第一开关电压调节器降压后与接线端子排连接，所述直流24v电压经过第二开关电压调节器降压成后与mcu连接，所述直流12v电压经过所述接线端子排与所述继电器连接，其中降压后的所述电压为5v。保障了个电子元件在相应的工作电压下工作，为节约能源与精准控制方面提供了前提条件。
28.进一步地，所述继电器包括至少个单控单开的开关，所述mcu经连接线与所述继电器连接，所述mcu用以向所述继电器发送控制指令。所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s1a对应的开关，所述mcu与第一进水控制电磁阀u1成为闭合回路，控制第一进水控制电磁阀开启向所述换热器注水，控制第一进水控制电磁阀关闭停止向所述换热器注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s2b对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u2成为闭合回路，控制第一出水控制电磁阀开启向所述暖气系统注水，控制第一出水控制电磁阀关闭停止向所述暖气系统注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s3c对应的开关，所述mcu与第二进水控制电磁阀u3成为闭合回路，控制第二进水控制电磁阀开启向所述换热器注水，控制第二进水控制电磁阀关闭停止向所述换热器注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s4d对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u4成为闭合回路，控制第二出水控制电磁阀开启向所述水族箱注水，控制第二出水控制电磁阀关闭停止向所述水族箱注水。在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
29.进一步地，还包括排水槽，该排水槽与所述水族箱经出水管路连接，且在该出水管路上设置有第三出水控制电磁阀，所述继电器还与该第三出水控制电磁阀连接，所述继电器还用于控制该第三出水控制电磁阀的通断。所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s2b对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u5成为闭合回路，控制第三出水控制电磁阀开启向所述排水槽注水，控制第三出水控制电磁阀关闭停止向所述排水槽注水。进一步在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
30.进一步地，所述mcu为stm32单片机，所述开关电压调节器为lm2596调节器，所述温度传感器为ds18b20温度传感器。通过单片机搭配数字型温度传感器控制电路通断这与传统的机械式温度开关相比具有控温更精确动作更灵敏的优点，减少了不能对液体温度准确
把控而消耗多余的电量，更进一步在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
附图说明
31.图1为本实用新型所述一种水族箱新型加热及温控装置的结构示意图；
32.图2为本实用新型所述一种水族箱新型加热及温控装置的电路示意图；
33.图3为本实用新型所述一种水族箱新型加热及温控装置的实验装置示意图。
34.图中：1为换热器、2为暖气系统、3为温度传感器、4为液位计、5为水族箱、6为控制系统、7为第一进水控制电磁阀、8为第一出水控制电磁阀、9第二进水控制电磁阀、10第二出水控制电磁阀、11为第三出水控制电磁阀、12为stm32单片机、13为电源、14为继电器、15为排水槽。
具体实施方式
35.为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
36.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。
37.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.请参阅图1所示，其为本实用新型所述水族箱新型加热及温控装置的结构示意图。
40.本实用新型所述一种水族箱新型加热及温控装置，包括：
41.设置在水族箱5内的温度传感器3和液位计4；
42.换热器1，其与所述水族箱5经进、出水管路连接，换热器1用于通过进出水管路对所述水族箱5进行水交换；
43.暖气系统2，其与所述换热器1经水管路连接，暖气系统2用以向换热器1提供热源；
44.控制系统6，其分别与所述水族箱5内的温度传感器3、液位计4、暖气系统2和换热器1连接，控制系统6用以对水族箱5与换热器1进行进出水控制和对所述换热器与暖气系统之间进行进出水控制。
45.具体而言，本实用新型通过装置里面的电器以及由电器构成的系统之间相互作用关系，实现低能耗、加热过程不易产生过大温度梯度，比传统的机械式温度开关相比具有控温更精确动作更灵敏。
46.具体而言，所述控制系统6包括与所述温度传感器3和液位计4连接的mcu12，与所述换热器1和暖气系统2连接的继电器14，以及与mcu和继电器14连接用以向mcu和继电器14提供电能的电源13；所述mcu用以实时获取所述温度传感器3检测的温度值和液位计4检测的液面高度，所述继电器14用以控制暖气系统2和换热器1之间水体管路的通断，以及用以控制所述换热器1与水族箱5之间的进、出水管路的通断。
47.具体而言，本实用新型通过所述控制系统与各电器以及系统连接，达到了智能化全局控制，在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
48.具体而言，所述暖气系统2与所述换热器1之间的进出水管上分别设置有第一进水控制电磁阀7和第一出水控制电磁阀8，所述换热器1与所述水族箱5之间的进出水管上分别设有第二进水控制电磁阀9和第二出水控制电磁阀10。
49.具体而言，本实用新型通过通过电磁阀与各系统以及器件的连接，达到对交换水、排水、换热的精准控制，在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
50.具体而言，所述继电器14分别与第一进水控制电磁阀7、第一出水控制电磁阀8、第二进水控制电磁阀9以及第二出水控制电磁阀10连接，所述继电器用于对各所述控制电磁阀进行控制。
51.请参阅图2所示，其为本实用新型所述水族箱新型加热及温控装置的电路示意图。
52.具体而言，所述电源包括两个直流24v电压和一个直流12v电压。
53.具体而言，本实用新型通过分别为电器以及各系统提供相应的电压，其输入开关电压调节器的电压为直流24v。保障了电器以及各系统能够正常稳定的工作，为节约能源与精准控制方面提供了前提条件。
54.具体而言，所述水族箱新型加热及温控装置还包括与所述电源连接的控制电路，该控制电路的包括至少两个开关电压调节器、一个单片机、若干连接端子排和若干连接线。
55.具体而言，本实用新型通过简单的一些电路元件，极大的节省了本装置的成本，更易于被广大群众接受，同时进一步的做到低能耗。
56.具体而言，两个所述开关电压调节器并联连接，各所述开关电压调节器分别具有四个接线端子，所述直流24v电压经过第一开关电压调节器降压后与接线端子排连接，所述直流24v电压经过第二开关电压调节器降压成后与mcu连接，所述直流12v电压经过所述接线端子排与所述继电器连接，其中降压后的所述电压为5v。
57.具体而言，两个所述开关电压调节器并联连接，各所述开关电压调节器分别具有四个接线端子，所述直流24v电压经过第一开关电压调节器降压后与接线端子排连接，所述直流24v电压经过第二开关电压调节器降压成后与mcu连接，所述直流12v电压经过所述接线端子排与所述继电器连接，其中降压后的所述电压为5v。保障了个电子元件在相应的工作电压下工作，为节约能源与精准控制方面提供了前提条件。
58.具体而言，所述继电器包括至少4个单控单开的开关，所述mcu经连接线与所述继电器连接，所述mcu用以向所述继电器发送控制指令。
59.具体而言，所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s1a对应的开关，所述mcu与第一进水控制电磁阀u1成为闭合回路，控制第一进水控制电磁阀u1开启向所述换热器注水，控制第一进水控制电磁阀u1关闭停止向所述换热器注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s2b对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u2成为闭合
回路，控制第一出水控制电磁阀u2开启向所述暖气系统注水，控制第一出水控制电磁阀u2关闭停止向所述暖气系统注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s3c对应的开关，所述mcu与第二进水控制电磁阀u3成为闭合回路，控制第二进水控制电磁阀开启向所述换热器注水，控制第二进水控制电磁阀关闭停止向所述换热器注水；所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s4d对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u4成为闭合回路，控制第二出水控制电磁阀开启向所述水族箱注水，控制第二出水控制电磁阀关闭停止向所述水族箱注水。在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
60.具体而言，所述水族箱新型加热及温控装置还包括排水槽15，该排水槽15与所述水族箱5经出水管路连接，且在该出水管路上设置有第三出水控制电磁阀11，所述继电器还与该第三出水控制电磁阀11连接，所述继电器还用于控制该第三出水控制电磁阀的通断。
61.具体而言，所述继电器接收到所述mcu的控制指令时，控制闭合s2b对应的开关，所述mcu与第一出水控制电磁阀u5成为闭合回路，控制第三出水控制电磁阀开启向所述排水槽注水，控制第三出水控制电磁阀关闭停止向所述排水槽注水。进一步在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
62.具体而言，所述mcu为stm32单片机，所述开关电压调节器为lm2596调节器，所述温度传感器为ds18b20温度传感器。通过单片机搭配数字型温度传感器控制电路通断这与传统的机械式温度开关相比具有控温更精确动作更灵敏的优点，减少了不能对液体温度准确把控而消耗多余的电量，更进一步在节约能源与精准控制方面产生了较积极效果。
63.请参阅图3所示，其为本实用新型所述水族箱新型加热及温控装置的实施例示意图。
64.为证明装置的实用性采用两个塑料箱体模拟水族箱和暖气系统(模拟时保持水温恒定)，测试平台上装订水泵与电磁阀，采用软管导通。全部箱体及其连接如图3所示，模拟20℃的环境，测试整个装置是否正常工作,设定温度℃，分别设定温度为20、25、18，换热效果℃分别为19.4、23.8、16.6，计算完成率分别为3％、4.8％、7.8％。
65.根据实际操作结果，我们的实验初步验证装置性能接近预期目标，我们采用的是塑料箱体，塑料软管道，使用便捷操作方便，导热性好，热量散失快，完全达到了设计要求。
66.理论设计计算
67.热传导定律：
68.比热容公式：q＝cmδt
69.热平衡方程式：q＝m1·
(h
′
1-h
″1)＝m2·
(h
′
2-h
″2)
70.得出：
71.其中：q＝单位时间、单位面积传导的热量
72.k＝热传导系数(实验所用的铝制热交换器的k值约为237w/(m
·
k))
73.s＝热交换器的表面积
74.δt＝温差
75.d＝材料厚度
76.水的比热容c≈4.1kj/(kg℃)
77.m＝流体的质量流量m1为被加热的水的质量流m2为暖气中的水的质量流量单位
kg/s
78.h＝流体的焓，单位为j/kg
79.t1为出水温度
80.t0为进水温度
81.t2为暖气内水温d为冷排的厚度
82.具体而言，在保证生态水族箱生态系统正常运行的前提下，设计的生态水族箱节能效果显著。以容量为6m的生态水族箱为例，若不进行热循环而是直接供电以维持水族箱恒温，热带鱼属高温鱼类多数可在18到32度的环境中生存，当水温达到30度左右时加热棒就停止工作。300瓦的加热棒持续工作约3小时20分就用一度电。每小时加热棒的工作时间
×
24
×
300
÷
1000就是智能水族箱以度为单位时每天的耗电量，假设每小时加热棒的工作时间为30分钟，则每天的耗电量为0.5
×
24
×
300
÷
1000＝3.6(度)。但如果采用本技术的水族箱，利用热传导原理，通过传导暖气系统中的热量对水族箱进行恒温控制，同样是计算一天的数据，若采用本技术的技术方法，则在无内热源，导热系数λ为常数且两侧均为第一类边界的前提下，根据通过圆筒壁一维稳态导热相关公式，可以计算出节省的热量大约为62.5w，转换成一天的耗电量为1.5度。那么一共可以节省原来将近60％的电量，一个月就是64.8度电，一年下来累计节省将近400度电，而一度电可以让一台66瓦的冰箱运转15小时，可以在夏天支持空调提供1.5小时的清凉，可以在黑夜里时9w的节能灯照明100个小时以上，可见我们的智能水族箱节能效果十分显著。以上计算仅是针对相对耗电量较大的秋冬季节，一年累计节约电量将不止于此。若本项目开发的装置得到大规模应用，对于节约能源，减少耗电量的效果得到认可与推广，其产生的经济效益以及节能减排效益将不可估量。
83.本设计充分利用暖气热量，在单片机的控制下通过换热器实时向水族箱传递热量，实现水族箱恒温及升温。设计包括电子模块和机械模块两部分，其中电子模块主要包括，ds18b20，继电器，液位计，电磁阀等组成，实时测控水族箱水槽温度，液面高度变化，并随时控制排水。机械模块主要包括水族箱，暖气系统，通过电磁阀控制水路通断，进而控制热量是否传递及是否给排水。例如：若水族箱内液面过高则打开排水电磁阀以降低液面高度，若水族箱内温度过低则打开换热器1的电磁阀以提升水族箱内温。
84.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
85.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。