CN102072606A

CN102072606A - 复合能源电冰箱

Info

Publication number: CN102072606A
Application number: CN2011100372462A
Authority: CN
Inventors: 赵杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种复合能源电冰箱。它在电冰箱外部安装太阳能电池板、风力人力发电的一种或多种自发电装置。自发电装置的输出端通过单向隔离电路与存储输出电路的输入端相并联。自动控制电路的输入端与存储输出电路的输入端相连，利用继电器控制自发电装置的电压过低时自动转接交流市电给电冰箱供电，等自发电装置充足电后又可自动转到自发电装置给电冰箱供电，日常消耗的市电极少。解决了单纯用太阳能等自发电电冰箱受气候影响，常发生的供电中断引起的电冰箱温度升高食品化冻现象的出现，使绿色能源电冰箱真正有了社会实用价值，它还可大幅度降低太阳能电冰箱的总成本。本发明用于生产绿色能源的家用电冰箱，还可为其他电器提供绿色电能。

Description

复合能源电冰箱

技术领域

本发明涉及一种电冰箱，尤其指一种复合能源电冰箱。

背景技术

各行各业节能环保、绿色低碳已经成为当今世界人们共同追求的目标。电冰箱是社会拥有量最多的一种电器，虽然电功率不很大，但因其常年接入市电，累积的耗电量还是很大的。目前人们家庭的电冰箱采用的电源是220V交流市电，还没有利用太阳能、风能等可再生能源作为能源。由于电冰箱所需输入功率不过一百多瓦，从其所需的功率来看，利用太阳能、风能作为能源可行。但太阳能和风能易受天气情况的影响，单独利用太阳能或风能作为电冰箱的能源，常会发生某些天的能源中断现象，这就限制了太阳能或风能电冰箱的实际应用，广东省开平港电电器有限公司的中国专利号201020191531.0的名称为“一种太阳能电冰箱”的中国专利，就公开了一种太阳能电冰箱，但该专利也没有克服上述缺陷，使其很难真正进入市场；利用人力发电作为电冰箱的补充能源具有锻炼身体和节能环保的双重优点，而且不受天气的影响，但尚没有人提出。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合能源电冰箱，它既可利用太阳能、风力或人力等自发电装置发电为电冰箱提供运行所需的电能，又可在自发电装置发电不足情况下自动转换到市电供电模式，并且等到自发电装置发电充足情况下又会自动转换到自发电装置的供电模式。它还可为其他小电器提供电能，兼做家用绿色复合能源供电中心。

为了实现上述目的，本发明包含电冰箱，自发电装置与单向隔离电路串联后再与存储输出电路的输入端并连，存储输出电路的输出端的一端与电冰箱的一条供电线和来自交流市电供电线路的一条相连，另一端与继电器常断触点相连，继电器的常通触点与来自交流市电供电线路的另一条相连，继电器中心接点与电冰箱的另一条供电线相连，自动控制电路的输入端与存储输出电路的输入端相并联，自动控制电路的输出端与继电器线圈相连。

为了利用太阳能、风能和人力发电，自发电装置可以包含太阳能电池板、风力发电机、人力发电机全部或部分。为了市电停电时利用自发电能源，继电器常断触点和继电器中心接点之间还并联有手动开关。自动控制电路的取样电阻的滑动端接三极管基极，继电器线圈与二极管并联后接在三极管的集电极和直流电源正极之间。

存储输出电路的输出端与多电压输出端子相连，以方便其他电器的用电需求，一机多用。存储输出电路由可充电电池与变换电路的输入端并联构成。为了方便观察可充电电池的电压状况，还将存储输出电路的输入端并联电量显示电路，以方便在太阳能及风能不足时及时利用人力给可充电电池补电。

由于本发明采用了太阳能、交流市电等多种形式的复合能源为电冰箱提供电能，并且以太阳能为主，其他能源为辅的方式，再加上其中的自动控制电路，当非市电能源不足时可以自动转换到市电供电，可以避免单一形式的非市电能源不足引起的电冰箱常常长时间停机导致的电冰箱内温度升高冷冻食品化冻的缺陷，使太阳能电冰箱真正具有了社会实用价值，从而节约了大量市电能源。另外人力和风能的引入，进一步弥补了太阳能的不足，并且锻炼身体和节能一举两得，而且人力发电还不受天气的影响。各个隔离二极管的接入，使各自的发电支路只输出电能而不从其他回路反向吸收电能。多个电压输出端子还可为电冰箱以外的小电器提供电能，使其成为家用绿色复合能源供电中心，在社会广泛推广应用后将带来显著的节能减排效益。由于本发明用复合能源给电冰箱供电，可大幅度减小太阳能电池板的面积以及可充电电池的体积和数量而不必担心太阳能等非市电能源的续航时间，大幅度降低了太阳能电冰箱的成本，使利用太阳能的电冰箱真正具备了市场价值。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的原理图；

图2是本发明的第二个实施例的原理图；

图3是本发明的第三个实施例的原理图；

具体实施方式

在图1中，多个太阳能发电材料1(即那些小扁方块)相互正串联(即两个太阳能发电单元的不同极性相互连接)后构成输出电压高的太阳能电池板3，各个太阳能电池板之间再进行正串联和并联，以使太阳能电池板3总的输出电压及输出电流(或称电源内阻)符合后续电路---存储输出电路4对电压电流的要求。太阳能电池板3安装在室外附着物2上并固定。室外附着物2可以是屋顶或楼顶，也可以是阳台或院子内的支架，还可以是朝阳的阳台外侧或墙壁等。太阳能电池板3的输出端与二极管D₁₀串联后再与存储输出电路4的输入端X、Y并联，存储输出电路4的各个电压输出端与多电压输出端子A、B、C、F、G分别相连。

二极管D₁₀可以防止太阳能电池板3在太阳能发电电压过低的情况下，可充电电池E对太阳能电池板3的反向放电现象的发生。二极管D₁₀可以用半导体锗材料的二极管，耐压也要足够，这样做可以使它在充电时分得的电压最小(0.2V左右)，有利于提高太阳能发电的利用率，当然用硅材料的也行。

存储输出电路4由可充电电池E与变换电路5的输入端并联构成。可充电电池E的电压要与太阳能电池板3的输出电压相匹配，以高效地充电，它可以用普通蓄电池串联构成(比如组合成12V、18V、24V等电压的各种组合)。变换电路5内部由现有技术中的逆变器和稳压输出电路等组成。逆变器用现有技术中各种类型的均可，例如可参照国防工业出版社2003年4月出版的《实用电子控制电路》书中的152-153页的：“一种家用、船用逆变电源”一文。逆变器可将太阳能电池板3以及可充电电池E提供给的直流电变换成220V交流电，其220V引出端为A和B，还可以后接220V插座以给其他小功率电器(如音响器材、小风扇等100W以下的小电器)提供220V电能，一物多用；稳压输出电路可用现有技术中的开关或串联稳压电路就行。稳压输出电路将来自太阳能电池板3以及可充电电池E的电压稳压后从输出端子C、F、G分别输出，可以输出手机和MP4等低压小电器用的12V、5V等多路低压直流电。这是一种绿色发电模式，为电冰箱和各种小电器提供了绿色电能，符合低碳节能原则。

但是，多日阴天的情况下(或某一天用电量较大的晚上)，太阳能电池板3无法向存储输出电路4提供电能，可充电电池E存储的电能也不足以维持电冰箱的运转，因此电冰箱将停机，使冰箱内温度升高，冷冻室内冻结的食品融化而无法使用电冰箱，这就是单纯的太阳能电冰箱不能真正面世普及应用的根本原因。为此，本发明设计了由继电器、三极管T、电阻R₁、R₂、R₄等(也包含下述的自动控制电路的直流供电电路)构成的自动控制电路。电阻R₁、R₂串联后作为自动控制电路的输入端并联在存储输出电路4的输入端X、Y上)，电阻R₁、R₂为自动控制电路的取样电阻，调节电阻R₂的滑动端可调节自动控制电路的转换电压值。电阻R₂的滑动端通过限流电阻R₄接到三极管T的基极，继电器线圈J与二极管D₅并联后接在三极管T的集电极(相当于自动控制电路的输出端)和直流电源正极+E之间。继电器开关JK的常断触点a接输出端A，常通触点b接交流市电供电线路的另一条，中心接点接电冰箱6的一条供电线。存储输出电路4的输出端B与电冰箱6的另一条供电线和来自交流市电供电线路的一条同时相连。二极管D₅起防止继电器线圈J断电瞬间产生的高压电击穿三极管T的作用。

自动控制电路的直流供电电路由变压器B_Y、整流二极管D1、D2、D3、D4、滤波电容C1、C2、C3、C4和三端稳压器IC1连接而成。因三极管T工作于开关状态，对集电极电压稳定性没有较高要求，该电路也可用不带稳压的。由于自动控制电路耗电功率很小(可小于2W)，对电冰箱6耗电功率130多瓦而言可忽略，可持续接入市电。为防止交流市电停电后导致自动控制电路不工作使继电器复位，继电器开关JK的常断触点a断开而中断电冰箱6的供电现象的发生，可将手动开关K并联在继电器常断触点a和继电器中心接点之间，市电停电后，将手动开关K接通，可维持给电冰箱6的供电，但来市电后一定要断开手动开关K。

发光二极管D₆、电阻R₃、稳压二极管D₇串联后并联在存储输出电路4的输入端X、Y上，构成可充电电池E的电量显示电路。当可充电电池E的电压高于设定值时，稳压二极管D₇击穿导通，使发光二极管D₆发光；当可充电电池E的电压低于设定值时，稳压二极管D₇截止，发光二极管D₆不发光，表示电不足，在太阳能及风能不足时可及时提醒用户利用人力给可充电电池补电。由于发光二极管D₆的发光电流只需要几个毫安，故耗电极小，不影响供电效率。

风力发电机F₁、人力发电机F₂分别与二极管D₉、D₈串联后并联在存储输出电路4的输入端X、Y上，虽然这两种发电方式通常是不连续和短暂的，但仍可分别利用风力发电或人力发电给可充电电池E充电，二极管D₉、D₈的接入使两个发电机永不会从可充电电池E或其他电路吸收电能，只出不进。所以，本发明把二极管D₉、D₈、D₁₀都称为单向隔离电路，这种单向隔离电路保证了太阳能、风能、人力发电可以相互独立或同时为存储输出电路4提供电能并互不相互放电。为了使人力发电更吸引人，可在人力发电机F₂支路再串联一个低内阻的机械电流表(不额外耗电的)，发电者可看到自己发的电能输入可充电电池的电流值，趣味性更强。本发明还把太阳能电池板3、风力发电机F₁、人力发电机F₂之一或任意组合都称为自发电装置。驱动风力发电机F₁、人力发电机F₂的机械机构用已有技术的结构就行，但人力发电机构最好和脚踏自行车等简易健身器材结构结合起来，以吸引人们投入人力发电的乐趣中，既锻炼了身体，又节约了能源。风力发电机和风叶是机械一体的，要安装在楼顶或屋顶上，具体结构采用已有技术的风力发电装置就行。

本实施例的工作过程如下：插上220V市电插头7，自动控制电路得电而准备工作。当太阳能电池板3或风力、人力发电机F₁、F₂发出的电能给可充电电池E充满电后，自动控制电路的取样电阻R₂上的电压升高使三极管T导通(调节电阻R₂可改变自动控制电路的起始动作电压)，继电器线圈J得电而使继电器开关JK的中心接点接常断触点a，电冰箱6得电而开始工作。此时稳压二极管D₇导通，使发光二极管D₆发光，显示可充电电池E充满电了。当可充电电池E电压不足，取样电阻R₂上的电压降低使三极管T截止，继电器线圈J断电复位而使继电器开关JK的中心接点接常通触点b，电冰箱6得市电的电能而恢复工作。此时稳压二极管D₇截止，使发光二极管D₆不亮，显示可充电电池E电不足，提示用户可用人力发电。当可充电电池E电压恢复正常后，重复前述过程，恢复可充电电池E输出电能的供电模式，并自动断开交流市电向电冰箱6的供电线路。上述实施例优点是利用现有流行的电冰箱就行。

本实施例各元器件参考值：可充电电池E采用额定电压12V的电动自行车上用的那种就行，也可用容量更大的蓄电池。太阳能电池板3可用市面上常见的单晶硅或多晶硅太阳能电池板，输出电压要与可充电电池E匹配。风力、人力发电机F₁、F₂要用输出电压大于12V的直流发电机，风力发电机F₁的输出功率要在几十瓦以上，以保证快速充电和及时利用风能。电阻R₁、R₃、R₄的阻值分别为10K、0.68K、1K，R₄也可为零。电阻R₂用阻值4.7K的电位器(用来调节自动控制电路的转换电压值)。稳压二极管D₇用稳压值11-12V的，发光二极管D₆用发光电压1.7-2V的。三极管用C9013。二极管D1、D2、D3、D4、D₅、D₈、D₉、D₁₀全用1N4007，二极管D₈、D₉、D₁₀用耐压20V以上、额定电流2A以上的锗材料的二极管更好。继电器选用电磁铁线圈工作电压12V或9V的，继电器开关的额定电流还要大于5A。变压器B_Y用2W单绕组15V输出的小功率变压器，初级绕组额定电压220V。三端稳压器IC1用7812。滤波电容C1、C2、C3、C4电容值分别为220、0.1、220、0.1微法。手动开关K可用额定电流大于5A的按键或钮子开关。电冰箱6用市面流行的普通的压缩式制冷电冰箱就行。

本发明的第二个实施例请见图2。它是将存储输出电路4内的变换电路5中的逆变器去掉，其输出端A、B直接与可充电电池E相并联，此时输出端子C和A都是可充电电池E的直流电压，三端稳压器IC2(其两侧还可并联滤波电容)将该直流电压稳压降压后从输出端子F输出较低的直流电压，输出端子G为各直流电源的公共地。继电器开关JK的常通触点b改接三端稳压器IC1的输入端，变压器B_Y也要换成大功率的(150W左右)，整流二极管D1、D2、D3、D4也要换成额定电流大于5A的。不过此情况下电冰箱6的压缩机和箱内的照明灯等都要改成用低压直流电的，比如用12V的直流电机制造压缩机。该实施例的优点是电冰箱利用太阳能、风能、人力发电的效率最高，免去了逆变器带来的损耗。缺点是失去了220V电压输出端子，不能为一些用220V的小电器提供电能，另外，电冰箱也要改造才行，变压器B_Y自身消耗的功率(自身的铁损和铜损)也增加了。

本发明的第三个实施例请见图3。它是在图2的基础上去掉三端稳压器IC2和输出端子C、F、G，对其他小电器供电直接从输出端子A、B引出。

本发明的第四个实施例是将存储输出电路4改成类似于已有技术中的太阳能发电充放电电路结构(即太阳能充电控制器)，也可带有220V交流逆变器，以方便各种常见电器的通用。

本发明不限于上述实施例，比如：自动控制电路也可用其他类型的电路结构代替；自发电装置还可增加其他方式；单向隔离电路也可用防止可充电电池E向太阳电池板3以及风力发电机F₁和人力发电机F₂反向放电的其他电路代替；也可取消人力发电、风力发电、太阳能发电之中的一种或两种，构成太阳能---市电能复合能源电冰箱、风能---市电能复合能源电冰箱、风能和人力能---市电能复合能源电冰箱等多种组合，但不管那种组合，交流市电最好保留，因这是一种最为稳定和持久可靠的能源，可保证电冰箱的常年每天连续使用，并且消耗的交流市电能在电冰箱日常的应用中占的比例很小，电冰箱消耗的主要还是非市电的绿色能源。

Claims

1.一种复合能源电冰箱，包含电冰箱，其特征是自发电装置与单向隔离电路串联后再与存储输出电路的输入端并连，存储输出电路的输出端的一端与电冰箱的一条供电线和来自交流市电供电线路的一条相连，另一端与继电器常断触点相连，继电器常通触点与来自交流市电供电线路的另一条相连，继电器中心接点与电冰箱的另一条供电线相连，自动控制电路的输入端与存储输出电路的输入端相并联，自动控制电路的输出端与继电器线圈相连。

2.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是自动控制电路的取样电阻的滑动端接三极管基极，继电器线圈与二极管并联后接在三极管的集电极和直流电源正极之间。

3.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是继电器常断触点和继电器中心接点之间还并联有手动开关。

4.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是存储输出电路的输出端与多电压输出端子相连。

5.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是存储输出电路由可充电电池与变换电路的输入端并联构成。

6.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是存储输出电路的输入端并联有电量显示电路。

7.按权利要求1所述的复合能源电冰箱，其特征是单向隔离电路由二极管构成。