CN106642569B - 一种基于热磁发电的空调系统及控制方法 - Google Patents

一种基于热磁发电的空调系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于热磁发电的空调系统及控制方法，空调系统包括空调模块、热磁发电模块、电源控制模块、监控模块；空调模块具有导热管，监控模块控制导热管向热磁发电模块输送热量，热磁发电模块根据热磁原理进行发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电。本发明的基于热磁发电的空调系统及控制方法，将空调模块的冷媒热输送至热磁发电模块进行热磁发电，为空调模块供电，节能环保，降低市电耗电量；补充了市电供电的不足，保证空调模块正常运转，即使市电突然断电，也可以利用热磁发电模块发出的电能，确保空调模块的各电气件平稳断电，缓解冲击，降低损耗，降低维护成本。

Description

一种基于热磁发电的空调系统及控制方法
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体地说，是涉及一种基于热磁发电的空调系统及控制方法。
背景技术
空调器的压缩机、风机等用电设备，在电压波动较大、尤其是电压较低的场合，无法在额定电压下正常运转，影响空调模块的制冷或制热效果，易引起客户投诉；当市电发生异常断电时，空调器的用电设备会瞬间失去电源输入，造成较大冲击，易造成电气件损坏，增加维护成本。
发明内容
本发明提供了一种基于热磁发电的空调系统，通过利用热磁发电模块发电，为空调模块供电，缓解外部电源突然断电时的冲击。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种基于热磁发电的空调系统，包括空调模块、热磁发电模块、电源控制模块、监控模块；所述空调模块具有导热管，所述监控模块控制导热管向热磁发电模块输送热量，所述热磁发电模块根据热磁原理进行发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电。
进一步的，所述导热管具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接压缩机排气管，另一个入口连接压缩机吸气管，所述出口连接压缩机吸气口；在每个入口处均布设有一个电磁阀，所述监控模块分别控制两个电磁阀的通断；所述热磁发电模块包括至少一个发电单元，所述发电单元放置在恒定磁场内，每个发电单元均包括铁磁材料和感应线圈，所述感应线圈缠绕在铁磁材料上，所述感应线圈的两端与电源控制模块连接；所述导热管与铁磁材料接触，进行热传递。
又进一步的，所述热磁发电模块还包括两个蓄电池，所述两个蓄电池并联，且正负极方向相反；在每个蓄电池的正极或负极处均设置有一个控制开关，所述监控模块分别控制两个控制开关的通断；所述感应线圈的一端连接两个蓄电池的一端，所述感应线圈的另一端连接两个蓄电池的另一端；两个蓄电池向电源控制模块输送电能。
更进一步的，在所述铁磁材料上设置有温度传感器，所述温度传感器检测铁磁材料的温度，并将检测到的温度信号发送至监控模块，所述监控模块根据接收到的温度信号控制两个电磁阀、两个控制开关的通断。
再进一步的，在所述铁磁材料的两端中心位置分别设置有所述的温度传感器。
优选的，所述电源控制模块包括电源控制单元、电源总控制开关、供电端口，所述电源控制单元将热磁发电模块输送的电源进行处理，经电源总控制开关输出至供电端口，经供电端口发送给空调模块，为空调模块供电。
进一步的，在空调模块的市电供电线上设置有电压监测器，监测供电线上的电压，并将监测到的电压信号发送至电源控制单元，所述电源控制单元控制电源总控制开关的开闭。
又进一步的，所述监控模块包括温度监控器和时间继电器，所述温度监控器接收温度传感器和电源控制单元发送的信号，并通过时间继电器控制所述导热管的电磁阀、热磁发电模块的控制开关的通断。
一种基于热磁发电的空调系统控制方法，所述空调系统包括空调模块、热磁发电模块、电源控制模块、监控模块，所述空调模块具有导热管，与热磁发电模块的铁磁材料接触；所述控制方法包括：
所述监控模块获取热磁发电模块的热磁材料的温度值；
根据所述温度值控制导热管的通断，为铁磁材料交替供热供冷；
所述热磁发电模块通过热磁原理发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电。
再进一步的，在所述获取热磁发电模块的热磁材料的温度值之前，所述控制方法还包括：
获取市电供电线上的电压；
判断所述电压是否小于设定电压；
若是，则执行获取热磁发电模块的热磁材料的温度值。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的基于热磁发电的空调系统及控制方法，将空调模块的冷媒热输送至热磁发电模块进行热磁发电，为空调模块供电，节能环保，降低市电耗电量；补充了市电供电的不足，保证空调模块正常运转，即使市电突然断电，也可以利用热磁发电模块发出的电能，确保空调模块的各电气件平稳断电，缓解冲击，降低损耗，降低维护成本。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的基于热磁发电的空调系统的一个实施例的结构图；
图2是图1中空调模块的结构示意图；
图3是图1中热磁发电模块的结构示意图；
图4是图1中电源控制模块的结构示意图；
图5是图1中监控模块的结构示意图；
图6是本发明所提出的基于热磁发电的空调系统控制方法的一个实施例的流程图。
附图标记：
1、空调模块；1-1、室内机；1-2、室外机；1-3、冷媒管路；1-4、室内机配线；1-5、室外机配线；1-6、高温导热管；1-7、低温导热管；1-8、第一电磁阀；1-9、第二电磁阀；1-10、导热主管；1-11、通讯线路；
2、热磁发电模块；2-1、铁磁材料；2-2、感应线圈；2-3、温度传感器；2-4、总控制开关；2-5、第一控制开关；2-6、第二控制开关；2-7、第一蓄电池；2-8、第二蓄电池；2-9、恒定磁场；
3、电源控制模块；3-1、室内机供电端口；3-2、室外机供电端口；3-3、第一电压监测器；3-4、第二电压监测器；3-5、第一电源控制开关；3-6、第二电源控制开关；3-7、电源总控制开关；3-8、电源控制单元；
4、监控模块；4-1、温度监控器；4-2、时间继电器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本实施例的基于热磁发电的空调系统，主要包括空调模块1、热磁发电模块2、电源控制模块3、监控模块4等，参见图1所示，空调模块1具有导热管，监控模块4控制导热管向热磁发电模块2输送热量，热磁发电模块2根据热磁原理进行发电，并将产生的电能输出至电源控制模块3，经电源控制模块3为空调模块1供电。
本实施例的基于热磁发电的空调系统，通过导热管将空调模块1的冷媒热或余热输送至热磁发电模块2发电，发出的电能输送至空调模块1，为空调模块1供电，补充了市电供电的不足，保证空调模块1正常运转，即使市电突然断电，也可以利用热磁发电模块2发出的电能，确保空调模块1的各电气件平稳断电，缓解突然断电的冲击，降低损耗，降低维护成本；而且利于空调模块1冷媒热或余热发电，节能环保，降低了市电的耗电量。
空调模块1主要包括室内机1-1、室外机1-2以及导热管，室内机1-1与室外机1-2通过冷媒管路1-3连接，实现冷媒的循环，实现空调的制冷制热功能；室内机1-1与室外机1-2通过通讯线路1-11实现信号的传输，参见图2所示。
在本实施例中，导热管将空调模块1的冷媒热输送给热磁发电模块2。导热管具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接压缩机排气管，另一个入口连接压缩机吸气管，出口连接压缩机吸气口；在每个入口处均布设有一个电磁阀，监控模块分别控制两个电磁阀的通断。压缩机排气管的压力要大于压缩机吸气口的压力；压缩机吸气管的压力大于压缩机吸气口的压力。
为了便于导热管的“两入口、一出口”的结构设计，导热管包括高温导热管1-6、低温导热管1-7和导热主管1-10；高温导热管1-6的一端连接压缩机排气管（排气管与压缩机排气口连接），高温导热管1-6的另一端连接导热主管1-10的一端；低温导热管1-7的一端连接压缩机吸气管（吸气管与压缩机吸气口连接），低温导热管1-7的另一端连接导热主管1-10的一端，导热主管1-10的另一端连接压缩机吸气口；在高温导热管1-6上布设有第一电磁阀1-8，在低温导热管1-7上布设有第二电磁阀1-9，监控模块分别控制第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9的通断。
当第一电磁阀1-8导通、第二电磁阀1-9关断时，高温导热管1-6导通、低温导热管1-7关断，高温冷媒从压缩机排气管流出，经过高温导热管1-6、导热主管1-10、压缩机吸气口，流回压缩机；由于压缩机排气管的压力大于压缩机吸气口的压力，因此高温冷媒可在高温导热管1-6、导热主管1-10内流动。
当第一电磁阀1-8关断、第二电磁阀1-9导通时，高温导热管1-6关断、低温导热管1-7导通，低温冷媒从压缩机吸气管流出，经过低温导热管1-7、导热主管1-10、压缩机吸气口，流回压缩机；由于压缩机吸气管的压力大于压缩机吸气口的压力，因此低温冷媒可在低温导热管1-7、导热主管1-10内流动。
当然，为了避免影响室内机和室外机之间正常的冷媒循环，避免影响制冷制热效果，高温导热管1-6、低温导热管1-7和导热主管1-10均为毛细管，因此流入到导热管内的冷媒量很少，不会对空调模块的制冷制热功能造成影响。
导热管的导热主管1-10为热磁发电模块输送热量，供其发电。
热磁发电模块2主要包括至少一个发电单元，发电单元放置在恒定磁场2-9内，每个发电单元均包括铁磁材料2-1和感应线圈2-2，感应线圈2-2缠绕在铁磁材料2-1上，导热主管1-10与铁磁材料2-1接触，进行热量传递，参见图3所示。
铁磁材料2-1的材质可以选用金属钆，优选设计为圆柱形，在恒定磁场2-9内被磁化，即有一定的磁通量通过感应线圈2-2。恒定磁场2-9是极性确定、磁场强度稳定可调的磁场。感应线圈2-2优选铜导线，电阻小，导电性能好；感应线圈2-2均匀缠绕在铁磁材料2-1外表面，可使产生的电流稳定。
在本实施例中，为了产生足够多的电流，保证发电能力，发电单元设置有三个，且三个发电单元的感应线圈并联。
当第一电磁阀1-8导通时，高温冷媒在高温导热管1-6、导热主管1-10内流动，导热主管1-10温度升高，导热主管1-10为铁磁材料2-1加热，铁磁材料2-1的磁化率随着温度的升高而下降，磁通量减少，根据电磁感应原理，感应线圈2-2产生感应电流，感应线圈2-2的两端与电源控制模块3连接，向电源控制模块输送电能。
当第二电磁阀1-9导通时，低温冷媒在低温导热管1-7、导热主管1-10内流动，导热主管1-10温度下降，导热主管1-10为铁磁材料2-1降温，铁磁材料2-1的磁化率随着温度的下降而升高，磁通量增多，根据电磁感应原理，感应线圈2-2产生与上述方向相反的感应电流，感应线圈2-2的两端与电源控制模块连接，向电源控制模块3输送电能。
为了便于储存感应线圈2-2产生的电能，在热磁发电模块2中还设置有两个蓄电池：第一蓄电池2-7和第二蓄电池2-8，两个蓄电池并联，且正负极方向相反；在每个蓄电池的正极或负极处均设置有一个控制开关，在本实施例中，在第一蓄电池2-7的负极处设置有第一控制开关2-5，在第二蓄电池2-8的正极处设置有第二控制开关2-6，监控模块4分别控制两个控制开关的通断。感应线圈2-2的一端连接两个蓄电池的一端，感应线圈2-2的另一端连接两个蓄电池的另一端；感应线圈2-2为两个蓄电池充电，两个蓄电池储存电能，且向电源控制模块3输送电能。
当第一电磁阀1-8导通、第一控制开关2-5闭合导通时，感应线圈2-2产生感应电流，为第一蓄电池2-7供电，第一蓄电池2-7储存电能。
当第二电磁阀1-9导通、第二控制开关2-6闭合导通时，感应线圈2-2产生感应电流，为第二蓄电池2-8供电，第二蓄电池2-8储存电能。
为了便于控制感应线圈2-2的电流输出，在感应线圈2-2的一端设置有总控制开关2-4，监控模块4控制总控制开关2-4的通断。只有当总控制开关2-4闭合时，感应线圈2-2才会产生电流，并向蓄电池供电。
在所述铁磁材料2-1上设置有温度传感器2-3，温度传感器2-3检测铁磁材料2-1的温度，并将检测到的温度信号发送至监控模块4，监控模块4根据接收到的温度信号控制第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9、总控制开关2-4、第一控制开关2-5、第二控制开关2-6的通断。
监控模块根据铁磁材料2-1的温度，控制第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9的交替通断以及第一控制开关2-5、第二控制开关2-6的交替通断，从而实现为铁磁材料2-1周期性的交替供热供冷，使得铁磁材料2-1的温度上下周期性变化，磁通量周期性减少增多，实现感应线圈2-2交替产生方向相反的感应电流，为第一蓄电池2-7、第二蓄电池2-8交替充电。
为了获得准确的铁磁材料2-1的温度，在铁磁材料2-1的两端中心位置分别设置有一个温度传感器2-3。
电源控制模块3主要包括电源控制单元3-8、电源总控制开关3-7、供电端口，电源控制单元3-8将热磁发电模块2输送的电源进行逆变处理，经电源总控制开关3-7输出至供电端口，经供电端口发送给空调模块1，为空调模块1供电，参见图4所示。
在本实施例中，为了分别给室内机和室外机供电，供电端口设置有两个：室内机供电端口3-1、室外机供电端口3-2，在室内机供电端口3-1和电源总控制开关3-7之间连接有第一电源控制开关3-5，在室外机供电端口3-2和电源总控制开关3-7之间连接有第二电源控制开关3-6，电源控制单元3-8控制第一电源控制开关3-5、第二电源控制开关3-6、电源总控制开关3-7的通断。
在空调模块的市电供电线上设置有电压监测器，监测供电线上的电压，并将监测到的电压信号发送至电源控制单元3-8，电源控制单元3-8控制电源总控制开关3-7的开闭。
具体来说，在室内机的市电供电线上设置有第一电压监测器3-3，在室外机的市电供电线上设置有第二电压监测器3-4，两个电压监测器监测市电供电线上的电压，并将监测到的电压信号发送至电源控制单元3-8。
当室内机的市电供电线上的电压小于设定电压时，电源控制单元3-8控制电源总控制开关3-7、第一电源控制开关3-5闭合，电源控制单元3-8将热磁发电模块输送的电能进行处理后传输至室内机供电端口3-1，室内机供电端口3-1与室内机配线1-4连接，为室内机供电。
当室外机的市电供电线上的电压小于设定电压时，电源控制单元3-8控制电源总控制开关3-7、第二电源控制开关3-6闭合，电源控制单元3-8将热磁发电模块输送的电能进行处理后传输至室外机供电端口3-2，室外机供电端口3-2为室外机配线1-5连接，为室外机供电。
在本实施例中，监控模块4主要包括温度监控器4-1和时间继电器4-2，参见图5所示，温度监控器4-1接收温度传感器2-3和电源控制单元3-8发送的信号，并通过时间继电器4-2控制导热管上的第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9、热磁发电模块的控制开关的通断。
电源控制单元3-8向温度监控器4-1发送电压数据，当市电供电线上的电压小于设定电压时，温度监控器4-1将接收到的温度传感器2-3发送的温度值与设定磁化温度值进行比较，生成控制信号，控制总控制开关2-4导通，并控制第一电磁阀1-8、第一控制开关2-5导通或者第二电磁阀1-9、第二控制开关2-6导通，实现第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9的交替通断以及第一控制开关2-5、第二控制开关2-6的交替通断，从而实现为铁磁材料2-1交替供热供冷，使得铁磁材料2-1的温度值在设定磁化温度值处上下浮动，实现感应线圈2-2交替产生方向相反的感应电流，为第一蓄电池2-7、第二蓄电池2-8交替充电，并向电源控制模块输送电能，为室内机、室外机供电。
当然，在市电供电线上的电压不小于设定电压时，温度监控器4-1也可以控制热磁发电模块发电，为两个蓄电池充电，提前储存电能，在市电电压小于设定电压时，将蓄电池储能的电能输出至电源控制模块，避免热磁发电模块临时发电导致的电量不足。
当然，在市电供电线上的电压不小于设定电压时，温度监控器4-1也可以在设定时间后控制热磁发电模块发电，为两个蓄电池充电，提前储存电能。具体来说，温度监控器4-1生成设定时间信号，发送给时间继电器4-1，时间继电器4-1在设定时间达到后，将动作指令发送至第一电磁阀1-8、总控制开关2-4、第一控制开关2-5，或将动作指令发送至第二电磁阀1-9、总控制开关2-4、第二控制开关2-6，实现第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9的交替通断以及第一控制开关2-5、第二控制开关2-6的交替通断，从而实现为铁磁材料2-1交替供热供冷，使得铁磁材料2-1的温度值在设定磁化温度值处上下浮动，实现感应线圈2-2交替产生方向相反的感应电流，为第一蓄电池2-7、第二蓄电池2-8交替充电。
通过时间继电器4-2的设计，可以控制热磁发电模块2在设定时间后开始发电，满足实际需求。
基于上述空调系统的设计，本实施例还提出了一种基于热磁发电的空调系统控制方法，所述方法具体包括下述步骤，参见图6所示。
步骤S1：获取热磁发电模块的热磁材料的温度值。
温度传感器2-3采集铁磁材料2-1的温度信号，并将采集到的温度信号发送至监控模块4中的温度监控器4-1。
步骤S2：根据所述温度值控制导热管的通断，为铁磁材料交替供热供冷。
监控模块4中的温度监控器4-1控制导热管上的第一电磁阀1-8、第二电磁阀1-9的通断，实现导热管的通断，为铁磁材料交替供热供冷。
步骤S3：热磁发电模块通过热磁原理发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电。
由于导热管为铁磁材料2-1交替供热供冷，使得铁磁材料2-1的温度上下周期性变化，磁通量周期性减少增多，感应线圈2-2交替产生方向相反的感应电流，并输出至电源控制模块，为空调模块供电。同时，温度监控器4-1控制第一控制开关2-5、第二控制开关2-6的交替通断，实现为第一蓄电池2-7、第二蓄电池2-8交替充电。
为了避免热磁发电模块产生的电能过多造成浪费，在步骤S1之前，所述控制方法还包括：电源控制模块获取市电供电线上的电压，并判断所述电压是否小于设定电压；如果小于，则执行步骤S1～S3。
在本实施例中，电源控制模块3对空调模块1的市电电压进行监测，并将电压数据反馈至监控模块4，监控模块4对反馈的电压数据和温度数据进行分析处理，生成控制信号，反馈至热磁发电模块2和空调模块1，使得热磁发电模块产生电能，为空调模块1供电。
本实施例的基于热磁发电的空调系统及控制方法，将空调模块的冷媒热输送至热磁发电模块进行热磁发电，为空调模块供电，节能环保，降低市电耗电量；补充了市电供电的不足，保证空调模块正常运转，即使市电突然断电，也可以利用热磁发电模块发出的电能，确保空调模块的各电气件平稳断电，缓解冲击，降低损耗，降低维护成本。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于热磁发电的空调系统，其特征在于：包括空调模块、热磁发电模块、电源控制模块、监控模块；
所述空调模块具有导热管，所述监控模块控制导热管向热磁发电模块输送热量，所述热磁发电模块根据热磁原理进行发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电；
所述导热管具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接压缩机排气管，另一个入口连接压缩机吸气管，所述出口连接压缩机吸气口；在每个入口处均布设有一个电磁阀，所述监控模块分别控制两个电磁阀的通断；
所述热磁发电模块包括至少一个发电单元，所述发电单元放置在恒定磁场内，每个发电单元均包括铁磁材料和感应线圈，所述感应线圈缠绕在铁磁材料上，所述感应线圈的两端与电源控制模块连接；所述导热管与铁磁材料接触，进行热传递。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述热磁发电模块还包括两个蓄电池，所述两个蓄电池并联，且正负极方向相反；在每个蓄电池的正极或负极处均设置有一个控制开关，所述监控模块分别控制两个控制开关的通断；
所述感应线圈的一端连接两个蓄电池的一端，所述感应线圈的另一端连接两个蓄电池的另一端；两个蓄电池向电源控制模块输送电能。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于：在所述铁磁材料上设置有温度传感器，所述温度传感器检测铁磁材料的温度，并将检测到的温度信号发送至监控模块，所述监控模块根据接收到的温度信号控制两个电磁阀、两个控制开关的通断。
4.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于：在所述铁磁材料的两端中心位置分别设置有所述的温度传感器。
5.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于：所述电源控制模块包括电源控制单元、电源总控制开关、供电端口，所述电源控制单元将热磁发电模块输送的电源进行处理，经电源总控制开关输出至供电端口，经供电端口发送给空调模块，为空调模块供电。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于：在空调模块的市电供电线上设置有电压监测器，监测供电线上的电压，并将监测到的电压信号发送至电源控制单元，所述电源控制单元控制电源总控制开关的开闭。
7.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于：所述监控模块包括温度监控器和时间继电器，所述温度监控器接收温度传感器和电源控制单元发送的信号，并通过时间继电器控制所述导热管的电磁阀、热磁发电模块的控制开关的通断。
8.一种基于热磁发电的空调系统控制方法，其特征在于：所述空调系统包括空调模块、热磁发电模块、电源控制模块、监控模块，所述空调模块具有导热管，所述导热管具有两个入口和一个出口，其中一个入口连接压缩机排气管，另一个入口连接压缩机吸气管，所述出口连接压缩机吸气口；在每个入口处均布设有一个电磁阀，所述监控模块分别控制两个电磁阀的通断；
所述热磁发电模块包括至少一个发电单元，所述发电单元放置在恒定磁场内，每个发电单元均包括铁磁材料和感应线圈，所述感应线圈缠绕在铁磁材料上，所述感应线圈的两端与电源控制模块连接；所述导热管与铁磁材料接触，进行热传递；
所述控制方法包括：
所述监控模块获取热磁发电模块的铁磁材料的温度值；
根据所述温度值控制导热管的通断，为铁磁材料交替供热供冷；
所述热磁发电模块通过热磁原理发电，并将产生的电能输出至电源控制模块，经电源控制模块为空调模块供电。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：在所述获取热磁发电模块的铁磁材料的温度值之前，所述控制方法还包括：
获取市电供电线上的电压；
判断所述电压是否小于设定电压；
若是，则执行获取热磁发电模块的铁磁材料的温度值。
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