专利名称：一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及金属防腐技术领域，特别涉及一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统及其使用方法。
背景技术：
将大量的单套太阳能集热器组合起来，组成一个大型的太阳能热水系统，为酒店、医院、学校、宾馆、高档小区等提供集体供应热水。太阳能热水储罐用于存储集热器出来的热水和补充的低温自来水或地下水，是该系统的一个重要组成部分。尽管常规淡水环境中钢结构腐蚀较轻，但储罐水介质高温时达到80 90°C，上水时低温O 10°C，罐内长期高低温交替，加速了罐体的腐蚀；加上地下水的含盐量高,腐蚀性强,罐壁腐蚀穿孔时有发生。热水储罐的腐蚀防护技术包括牺牲阳极和外加电流法。由于罐内介质温度高，常规铝阳极和镁阳极消耗快，保护时间短，尤其是对于几十吨的大型储罐，需要安装大量的牺牲阳极，工程造价高。另外，长期饮用含有铝离子的水容易导致老年痴呆；而调查发现使用镁阳极溶解产物呈絮状，容易堵塞莲花喷头，在某些地区，水中含有大量S042-、S2-，这些离子和镁等金属发生反应，形成H2S气体，产生臭鸡蛋味。外加电流法可分为恒电位法和恒电流法。恒电位法需要一个稳定的电极作为参比，通过施加一定的保护电流，使储罐内壁的钢结构极化到保护电位区间，但是到目前为止未发现能在此高温环境中长期使用的电位稳定的参比电极。恒电流法是通过向罐体提供一定的保护电流，使其极化到保护电位区间，关键技术是必须首先确定保护电流的大小。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，使用方便，造价低，控制方便，能根据热水储罐内腐蚀介质的温度和液面高度自动调节输出电流的太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统及其 使用方法。为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，它包括发生电流组件1、辅助阳极8和电缆线10，其中，该热水储罐3的外壁设置有阴极罐体电连接端子9，热水储罐3的内壁设置有辅助阳极8，阴极罐体电连接端子9和辅助阳极8分别与发生电流组件I电连接；所述发生电流组件I的一侧设置有与之电连接的积分控制电路2 ;所述热水储罐的内壁还设置有与积分控制电路2电连接的液面高度传感器4和温度传感器7。所述辅助阳极8数目为两个，一个固定设置在热水储罐3内壁的中上部，一个固定设置在热水储罐3内壁的中下部，两个辅助阳极8对向设置。所述阴极罐体电连接端子9与所述发生电流组件I的负极通过电缆线10电连接；所述辅助阳极8通过电缆线10与发生电流组件I的正极电连接。所述液面高度传感器4位于热水储罐3的出水口 5的上方，液面高度传感器4的数目为多个，多个液面高度传感器4等距的固定安装在热水储罐3的内壁。
所述温度传感器7位于热水储罐3的进水口 6的上方，固定安装在热水储罐3内壁中下部的辅助阳极8的上方。为更好的实现本发明目的，本发明又提供了一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，其中，包括如下步骤 a.热水储罐3存储有一定温度的介质，接通外电源，打开发生电流组件I和积分控制电路2 ;b.温度传感器7自动感应介质温度，以测试热水储罐3在不同温度下的介质温度中的保护电流密度；c.液面高度传感器4自动感应介质液面高度，以测试不同液面高度时，热水储罐3内壁与介质接触的总面积；d.将b和c步骤中所得的两组测试结果信号传递给积分控制电路2 ；e.积分控制电路2根据介质液面高度和介质温度自动换算成保护电流，将其反馈给发生电流组件发生电流组件I;f.发生电流组件I根据指令在阴极罐体电连接端子9与辅助阳极8之间施加某一电流。其中，步骤b中测试热水储罐(3)在存储介质中不同温度下的单位面积所需的保护电流密度，温度与单位面积保护电流近似等效函数关系为山=%+1^，0彡t ( 85°C;其中，t为罐内水的温度，单位为。C ;B1为常数，B1大小等`于t为零摄氏度时单位材料所需的保护电流密度；bi为比例常数，反映保护电流密度随温度变化的关系；It为单位面积储罐罐壁金属材料在不同温度下达到完全保护所需要的电流，单位mA/cm2。步骤c中，测试不同液面高度时，热水储罐(3)内壁与介质接触的总面积；液面高度与接触总面积近似等效函数关系为Sh=a2+b2h，0 ( h ;其中，h为液面高度，单位为cm ；a2为常数，a2大小等于h为零时的储底面积；b2为比例常数，反映储罐内壁与水接触面积随液面高度的变化关系；Sh为不同液面高度下的储罐内壁与介质接触的总面积，单位为cm2。步骤e中，积分控制电流换算公式为Ip=It X Sh= (afbit) X (Sh = a2+b2h)其中Ip为不同温度不同液面高度下储罐内壁达到完全保护所需的保护电流。本发明的优点为结构简单，使用方便，造价低，控制方便，能根据热水储罐内腐蚀介质的温度和液面高度自动调节输出电流，使储罐内壁一直处于全面腐蚀控制状态。
图1为本发明的全自动腐蚀控制系统的安装状态示意图。主要组件符号说明I 发生电流组件
2积分控制电路3热水储罐4液面高度传感器5出水口6进水口7温度传感器8辅助阳极9阴极罐体电连接端子10电缆线
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
做进一步说明。本发明的太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统包括发生电流组件1、辅助阳极8和电缆线10，其中，热水储罐3的外壁设置有阴极罐体电连接端子9，热水储罐3的内壁设置有辅助阳极8，阴极罐体电连接端子9与发生电流组件I的负极通过电缆线10电连接；辅助阳极8通过电缆线10与发生电流组件I的正极电连接；所述发生电流组件I的一侧进一步设置有积分控制电路2，发生电流组件I与积分控制电路2通过电缆线10电连接。本实施例中，所述辅助阳极8数目为两个，一个固定设置在热水储罐3内壁的中上部，一个固定设置在热水储罐3内壁的中下部，两个辅助阳极8对向设置。所述热水储罐的内壁还设置有液面高度传感器4和温度传感器7，其中，液面高度传感器4位于热水储罐3的出水口 5的上方，液面高度传感器4的数目为多个，多个液面高度传感器4等距的固定安装在热水储罐3的内壁，多个液面高度传感器4与积分控制电路2之间通过电缆线10电连接；温度传感器7位于热水储罐3的进水口 6的上方，固定安装在热水储罐3内壁中下部的辅助阳极8的上方，温度传感器7与积分控制电路2之间通过电缆线10电连接。其中，所述发生电流组件I是将220V家用交流电变压整流器转换为低压直流电并可调节输出电流。发生电流组件I的输入端为家用220V交流电(必要时也可采用低压直流电源替代)，输出正极接辅助阳极8 (通常为金属氧化物阳极，为了使罐体电流分布均匀，可在罐体内部同时安装多个辅助阳极)，负极接罐体。所述积分控制电路2主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合。本发明的太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的工作原理是实验室内测试并确定储罐钢在存储的自来水(亦可能其他水源，本申请中假定为自来水)中不同温度下的单位面积所需的保护电流密度，将温度与单位面积保护电流近似等效成一函数关系；计算不同液面高度时储罐内壁与自来水接触的总面积，该液面高度与接水面积亦可近似为一函数关系。将上述两个近似函数式编程并存储到积分控制电路2中，至此只需知道罐内介质温度和液面高度，积分控制电路2将会根据水温和液面高度自动计算出所需的保护电流，同时反馈给发生电流组件I ;具体为温度和液面传高度传感器将储罐内自来水的温度和液面高度参数传递给积分控制电路，积分控制电路通过内部逻辑运算计算出需要施加的保护电流信号，并将该信号传递给发生电流组件，发生电流组件通过辅助阳极向罐体施加一定的保护电流使其极化到保护电位区间。因此，本发明的太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，包括如下步骤a.热水储罐3存储有一定温度的介质，接通外电源，打开发生电流组件I和积分控制电路2 ;b.温度传感器7自动感应介质温度，以测试热水储罐3在不同温度下的介质温度中的保护电流密度；c.液面高度传感器4自动感应介质液面高度，以测试不同液面高度时，热水储罐3内壁与介质接触的总面积；d.将b和c步骤中所得的两组测试结果信号传递给积分控制电路2 ；e.积分控制电路2根据介质液面高度和介质温度自动换算成保护电流，将其反馈给发生电流组件发生电流组件I;f.发生电流组件I根据指令在阴极罐体电连接端子9与辅助阳极8之间施加某一电流。上述步骤b中热水储罐在存储的自来水中不同温度下的单位面积所需的保护电流密度，将温度与单位面积保护电流近似等效成一函数关系，具体函数为山=%+1^，
O^ t ^ 85 °C .
其中，It为单位面积储罐罐壁金属材料在不同温度下达到完全保护所需要的电流，单位为mA/cm2.B1和Id1为常数，&1大小等于t为零时的单位材料所需的保护电流密度。h为比例常数，反映保护电流密度随温度变化关系。t为罐内水的温度，单位为。C .步骤c中，计算不同液面高度下储罐内壁与水接触面积,该液面高度与接触总面积近似等效为一函数关系，具体函数为Sh=a2+b2h,0 ( h.其中，Sh为不同液面高度下的储罐内壁与水接触面积，单位为cm2，&2和132为常数，&2大小等于h为零时的储罐罐底面积。b2为比例常数，反映储罐内壁与水接触面积随液面高度的变化关系。h为液面高度，单位为cm.步骤e中,积分控制电流换算公式为Ip=It X Sh = (a^b^) X (Sh=a2+b2h)其中Ip为不同温度不同液面高度下储罐内壁达到完全保护所需的保护电流。本发明的太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的工作时首先，接通外电源，打开发生电流组件I和积分控制电路2，热水储罐3存储有一定温度的介质，温度传感器7和液面高度传感器4自动感应水温和液面高度，并将信号指令传递给积分控制电路2，积分控制电路2换算后反馈信号给发生电流组件1，发生电流组件I根据指令在阴极罐体电连接端子9与辅助阳极8施加某一电流，使热水储罐罐体电位极化到保护电位区间，达到腐蚀控制效果O
权利要求
1.一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，它包括发生电流组件(I)、辅助阳极(8)和电缆线(10)，其特征在于 该热水储罐(3)的外壁设置有阴极罐体电连接端子(9)，热水储罐(3)的内壁设置有辅助阳极⑶，阴极罐体电连接端子(9)和辅助阳极⑶分别与发生电流组件⑴电连接；所述发生电流组件(I)的一侧设置有与之电连接的积分控制电路(2);所述热水储罐的内壁还设置有与积分控制电路(2)电连接的液面高度传感器(4)和温度传感器(7)。
2.如权利要求1所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，其特征在于所述辅助阳极(8)数目为两个，一个固定设置在热水储罐(3)内壁的中上部，一个固定设置在热水储罐(3)内壁的中下部，两个辅助阳极⑶对向设置。
3.如权利要求1所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，其特征在于所述阴极罐体电连接端子(9)与所述发生电流组件⑴的负极通过电缆线(10)电连接；所述辅助阳极(8)通过电缆线(10)与发生电流组件(I)的正极电连接。
4.如权利要求1所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，其特征在于所述液面高度传感器⑷位于热水储罐⑶的出水口(5)的上方，液面高度传感器⑷的数目为多个，多个液面高度传感器(4)等距的固定安装在热水储罐(3)的内壁。
5.如权利要求1所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统，其特征在于所述温度传感器(7)位于热水储罐(3)的进水口(6)的上方，固定安装在热水储罐(3)内壁中下部的辅助阳极(8)的上方。
6.一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤 a.热水储罐(3)存储有一定温度的介质，接通外电源，打开发生电流组件(I)和积分控制电路⑵； b.温度传感器(7)自动感应介质温度，以测试热水储罐(3)在不同温度下的介质温度中的保护电流密度； c.液面高度传感器(4)自动感应介质液面高度，以测试不同液面高度时，热水储罐(3)内壁与介质接触的总面积； d.将b和c步骤中所得的两组测试结果信号传递给积分控制电路(2)； e.积分控制电路(2)根据介质液面高度和介质温度自动换算成保护电流，将其反馈给发生电流组件发生电流组件(I)； f.发生电流组件(I)根据指令在阴极罐体电连接端子(9)与辅助阳极(8)之间施加某一电流。
7.如权利要求6所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，其特征在于 步骤b中测试热水储罐(3)在存储介质中不同温度下的单位面积所需的保护电流密度，温度与单位面积保护电流近似等效函数关系为dfai+bit，。( t ( 85°C ;其中， t为罐内水的温度，单位为。C ； B1为常数，B1大小等于t为零摄氏度时单位材料所需的保护电流密度； bi为比例常数，反映保护电流密度随温度变化的关系； It为单位面积储罐罐壁金属材料在不同温度下达到完全保护所需要的电流，单位mA/2cm ο
8.根据权利要求6所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，其特征在于 步骤c中，测试不同液面高度时，热水储罐(3)内壁与介质接触的总面积；液面高度与接触总面积近似等效函数关系为Sh=a2+b2h，0 ( h ;其中，h为液面高度，单位为cm ；a2为常数，a2大小等于h为零时的储罐罐底面积；b2为比例常数，反映储罐内壁与水接触面积随液面高度的变化关系； Sh为不同液面高度下的储罐内壁与介质接触的总面积，单位为cm2。
9.根据权利要求6所述太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统的使用方法，其特征在于 步骤e中，积分控制电流换算公式为
全文摘要
本发明涉及金属防腐技术领域，特别涉及一种太阳能热水储罐全自动腐蚀控制系统及其使用方法。该系统包括发生电流组件(1)、辅助阳极(8)和电缆线(10)，其中，热水储罐(3)的外壁设置有阴极罐体电连接端子(9)，内壁设置有辅助阳极(8)，阴极罐体电连接端子(9)和辅助阳极(8)分别与发生电流组件(1)电连接；所述发生电流组件(1)的一侧设置有与之电连接的积分控制电路(2)；所述热水储罐的内壁还设置有与积分控制电路(2)电连接的液面高度传感器(4)和温度传感器(7)。本发明结构简单，使用方便，造价低，控制方便，能根据热水储罐内腐蚀介质的温度和液面高度自动调节输出电流，使热水储罐随时处于被保护状态。
文档编号C23F13/04GK103060818SQ20121056757
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者张伟, 尹鹏飞, 许征凯 申请人:钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所, 青岛钢研纳克检测防护技术有限公司