CN113432184A - 一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，涉及相变材料领域，该基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，包括：供电电源模块，用于供给220V交流电；错峰控制模块，用于在用电低谷期间电路导通，控制开关降压模块接火线的开关导通；延时控制模块，用于错峰控制模块导通后，延时后电路导通，控制开关降压模块接零线的开关闭合；开关降压模块，用于导通后将220V交流电转化为低于220V的交流电；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在用电低谷时段对相变储能材料进行储能，将电能转换为热能，在用电高峰时段通过相变储能材料根据室内温度进行放热，达到中央空调制热的效果，保证室内温度调节，同时可以有效的节省电力资源。

Description

一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统

技术领域

本发明涉及相变材料领域，具体是一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统。

背景技术

相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和利用能量的目的的材料。与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在众多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。

错峰用电降低了高峰用电负荷，保障电网在高峰时期的安全运行。错峰用电将高峰负荷部分转移到低谷时期，将周期性波动的电网负荷变得更为均衡、减少发供电设备的建设投人，优化电力资源配置。通过错峰用电提高电力供应整体的效率与效益，节约能源，最终将用电成本降低，且多个地区用电时段不同，电价不同，用电低谷时段（一般为24点至次日八点）电价低廉。

当前冬季取暖往往依旧是采用空调、暖气，其消耗的电能过多。如果可以在用电低谷期间存储产生的热能，在用电高峰放出热能，将有效节省电能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，包括：

供电电源模块，用于供给220V交流电；

错峰控制模块，用于在用电低谷期间电路导通，控制开关降压模块接火线的开关导通；

延时控制模块，用于错峰控制模块导通后，延时后电路导通，控制开关降压模块接零线的开关闭合；

开关降压模块，用于导通后将220V交流电转化为低于220V的交流电；

整流滤波模块，用于将低于220V的交流电转化为低于220V的直流电；

稳压导通模块，用于稳定输出的电压给相变材料储能模块；

反馈模块，用于将稳压导通模块输出的电压信号反馈给稳压导通模块；

相变材料储能模块，用于有电压输入时将电能转换为热能进行存储，没电压输入时根据室内的温度状况以及热传递基本原理来判断是否释放热能；

供电电源模块的第一输出端连接错峰控制模块的输入端，供电电源模块的第二输出端连接开关降压模块的第一输入端，错峰控制模块的第一输出端连接延时控制模块的输入端，错峰控制模块的第二输出端连接开关降压模块的第二输入端，延时控制模块的输出端连接开关降压模块的第三输入端，开关降压模块的输出端连接整流滤波模块的输入端，整流滤波模块的输出端连接稳压导通模块的第一输入端，稳压导通模块的输出端连接相变材料储能模块的输入端、反馈模块的输入端，反馈模块的输出端连接稳压导通模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：错峰控制模块包括第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、熔断器、第一开关、第二继电器、第三二极管，第一变压器的第一端连接火线、第一变压器的第二端连接零线，第一变压器的第三端连接第一二极管的正极，第一变压器的第四端连接第二二极管的正极，第一变压器的第五端连接第一电容，第一电容的另一端连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、熔断器，熔断器的另一端连接第一开关，第一开关的另一端第二继电器、第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第二继电器的另一端、延时控制模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：延时控制模块包括第三继电器、第四二极管、第一电阻、第二电容、第一三极管，第一电阻的一端连接错峰控制模块的第一输出端，第一电阻的另一端连接第二电容、第一三极管的基极，第二电容的另一端接地，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极连接第三继电器、第四二极管的正极，第三继电器的另一端连接第四二极管的负极、第一开关的另一端。

作为本发明再进一步的方案：开关降压模块包括第二开关、第三开关、第二变压器，第二开关的一端连接火线，第三开关的一端连接零线，第二开关的另一端连接第二变压器输入端的一端，第三开关的另一端连接第二变压器输入端的另一端，第二变压器的输出端连接整流滤波模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：整流滤波模块包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第三电容、第一电感、第二电阻，第六二极管的负极连接第五二极管的正极、第二变压器的输出端一端，第七二极管的正极连接第八二极管的负极、第二变压器的输出端另一端，第五二极管的负极连接第七二极管的负极、第一电感、第三电容，第六二极管的正极连接第八二极管的正极、第三电容的另一端、第二电阻，第二电阻的另一端连接第一电感的另一端、稳压导通模块的第一输入端。

作为本发明再进一步的方案：稳压导通模块包括第三电阻、第四电阻、第六电阻、第二三极管、第三三极管，第三电阻的一端连接整流滤波模块的输出端，第三电阻的另一端连接第四电阻、第二三极管的集电极、第三三极管的集电极，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极、反馈模块的输出端，第二三极管的发射极连接第三三极管的基极、第六电阻，第三三极管的发射极连接第六电阻的另一端、反馈模块的输入端、相变材料储能模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：反馈模块包括第五电阻、可控精密稳压源、第四电容、第七电阻、第一电位器，第一电位器的一端连接稳压导通模块的输出端，第一电位器的另一端连接第七电阻、可调精密稳压源的参考极、第四电容，第七电阻的另一端接地、第四电容的另一端接地、可调精密稳压源的正极接地，可调精密稳压源的负极连接第五电阻，第五电阻的另一端连接稳压导通模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：相变材料储能模块包括第五电容、第一相变材料，第五电容的一端连接稳压导通模块的输出端、第一相变材料，第五电容的另一端接地，第一相变材料的另一端接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在用电低谷时段对相变储能材料进行储能，将电能转换为热能，在用电高峰时段通过相变储能材料根据室内温度进行放热，达到中央空调制热的效果，保证室内温度调节，同时可以有效的节省电力资源。

附图说明

图1为一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统的原理图。

图2为一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统的电路图。

图3为时间继电器JS14A的常开电路接线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1，一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，包括：

供电电源模块1，用于供给220V交流电；

错峰控制模块2，用于在用电低谷期间电路导通，控制开关降压模块4接火线L的开关导通；

延时控制模块3，用于错峰控制模块2导通后，延时后电路导通，控制开关降压模块4接零线N的开关闭合；

开关降压模块4，用于导通后将220V交流电转化为低于220V的交流电；

整流滤波模块5，用于将低于220V的交流电转化为低于220V的直流电；

稳压导通模块6，用于稳定输出电压给相变材料储能模块8；

反馈模块7，用于将稳压导通模块6输出的电压信号反馈给稳压导通模块6；

相变材料储能模块8，用于有电压输入时将电能转换为热能进行存储，没电压输入时根据室内的温度状况以及热传递基本原理来判断是否释放热能；

供电电源模块1的第一输出端连接错峰控制模块2的输入端，供电电源模块1的第二输出端连接开关降压模块4的第一输入端，错峰控制模块2的第一输出端连接延时控制模块3的输入端，错峰控制模块2的第二输出端连接开关降压模块4的第二输入端，延时控制模块3的输出端连接开关降压模块4的第三输入端，开关降压模块4的输出端连接整流滤波模块5的输入端，整流滤波模块5的输出端连接稳压导通模块6的第一输入端，稳压导通模块6的输出端连接相变材料储能模块8的输入端、反馈模块7的输入端，反馈模块7的输出端连接稳压导通模块6的第二输入端。

在具体实施例中：储能第一相变材料X，用于地暖或室内墙体，利用其相变蓄热或隔热的特性，夜间用电低谷时，通电加热，将电能转换成热能，贮存在墙体或地板保温层中。在用电高峰时段，电热板停止工作，若此时室内温度低于设定温度（假使其为26℃）时，根据热传递基本原理，第一相变材料X自动释放热量，保持室内温度不会急骤下降；当室内温度高于设定温度（假使其为26℃）时第一相变材料X停止释放热量，仍然把热量贮存下来。通过错峰供电可节省30%以上采暖费用，达到中央空调取暖目的的同时节约电能。

在本实施例中：请参阅图2和图3，错峰控制模块2包括第一变压器W1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、熔断器FU1、第一开关S1、第二继电器J2、第三二极管D3，第一变压器W1的第一端连接火线L、第一变压器W1的第二端连接零线N，第一变压器W1的第三端连接第一二极管D1的正极，第一变压器W1的第四端连接第二二极管D2的正极，第一变压器W1的第五端连接第一电容C1，第一电容C1的另一端连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、熔断器FU1，熔断器FU1的另一端连接第一开关S1，第一开关S1的另一端第二继电器J2、第三二极管D3的负极，第三二极管D3的正极连接第二继电器J2的另一端、延时控制模块3的输入端。

通过第一变压器W1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1将220V交流电转化为低于24V的直流电压（时间继电器JS14A的工作电压为24V以下），第一继电器选用时间继电器JS14A，采用常开电路接法，在电压输入一段时间以后其内部开关闭合，时间继电器工作，工作一段时间以后，时间继电器背部开关又会弹开，往复如此，闭合和弹开的时间可通过调节JS14A上的旋钮就行调节，使得第一继电器在用电低谷时段（一般为24点至次日八点）闭合。

在另一个实施例中，时间继电器也可选用常闭电路接法，电压输入时，时间继电器立刻闭合，一段时间后弹开，再过一段时间后再次闭合，往复如此。

在本实施例中：请参阅图2，延时控制模块3包括第三继电器J3、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电容C2、第一三极管V1，第一电阻R1的一端连接错峰控制模块2的第一输出端，第一电阻R1的另一端连接第二电容C2、第一三极管V1的基极，第二电容C2的另一端接地，第一三极管V1的发射极接地，第一三极管V1的集电极连接第三继电器J3、第四二极管D4的正极，第三继电器J3的另一端连接第四二极管D4的负极、第一开关S1的另一端。

第二继电器J2导通后，通过第一电阻R1为第二电容C2充电，使得第二电容C2上的电压一直增大，进而使得第一三极管V1导通，第三继电器J3得电工作，第三继电器J3为普通继电器。第二电容C2上给的电压由0增加到可以使第一三极管V1导通的电压时间为延时时间，由于存在延时时间，使得开关降压模块4输出电压时间延后（第二继电器J2、第三继电器J3都导通时，开关降压模块4得电工作），保证了电网电压波动时，熔断器FU1断开，延时时间后第三继电器J3、第二继电器J2不得电工作，使得电网波动时开关降压模块4处不会得电工作，保证后续电路不受到损坏。

在本实施例中：请参阅图2，开关降压模块4包括第二开关S2、第三开关S3、第二变压器W2，第二开关S2的一端连接火线L，第三开关S3的一端连接零线N，第二开关S2的另一端连接第二变压器W2输入端的一端，第三开关S3的另一端连接第二变压器W2输入端的另一端，第二变压器W2的输出端连接整流滤波模块5的输入端。

第二继电器J2工作时，第二开关S2闭合，第二继电器J2不工作时，第二开关S2弹开；第三继电器J3工作时，第三开关S3闭合，第三继电器J3不工作时，第三开关S3弹开；因此，需要第二继电器J2、第三继电器J3同时工作，开关降压模块4才会工作，通过第二变压器W2进行降压，降压的电压大小可选择60V（根据不同的相变材料X可以选择不同的工作电压）。

在另一个实施例中，第二变压器W2可以选用电容式降压进行代替，但是电容式降压在电压转换过程中损坏过多的电能。

在本实施例中：请参阅图2，整流滤波模块5包括第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三电容C3、第一电感L1、第二电阻R2，第六二极管D6的负极连接第五二极管D5的正极、第二变压器W2的输出端一端，第七二极管D7的正极连接第八二极管D8的负极、第二变压器W2的输出端另一端，第五二极管D5的负极连接第七二极管D7的负极、第一电感L1、第三电容C3，第六二极管D6的正极连接第八二极管D8的正极、第三电容C3的另一端、第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接第一电感L1的另一端、稳压导通模块6的第一输入端。

第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8组成桥式整流电路，将交流电转化为直流电，在通过第三电容C3、第二电阻R2、第一电感L1组成的滤波电路进行滤波。

在另一个实施例中，可以选择半桥整流电路来代替桥式整流电路，桥式整流电路是对半波整流电路的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉；而桥式整流电路正弦波负半部分的不会损失掉。

在本实施例中：请参阅图2，稳压导通模块6包括第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6、第二三极管V2、第三三极管V3，第三电阻R3的一端连接整流滤波模块5的输出端，第三电阻R3的另一端连接第四电阻R4、第二三极管V2的集电极、第三三极管V3的集电极，第四电阻R4的另一端连接第二三极管V2的基极、反馈模块7的输出端，第二三极管V2的发射极连接第三三极管V3的基极、第六电阻R6，第三三极管V3的发射极连接第六电阻R6的另一端、反馈模块7的输入端、相变材料储能模块8的输入端。

通过第四电阻R4为第二三极管V2基极供电，第二三极管V2导通，第二三极管V2的发射极为第三三极管V3基极供电，第三三极管V3导通，同时由于第二三极管V2、第三三极管V3得到导通，使得通过第四电阻R4为第二三极管V2基极供应的电压减小，进而影响第三三极管V3的导通程度，以此达到稳压目的，第三三极管V3输出电压为反馈模块7、相变材料储能模块8供电。

在另一个实施例中，可以选择稳压器来代替稳压导通模块6，但是稳压器不足以供给较高的直流电压。

在本实施例中：请参阅图2，反馈模块7包括第五电阻、可控精密稳压源、第四电容C4、第七电阻R7、第一电位器RP1，第一电位器RP1的一端连接稳压导通模块6的输出端，第一电位器RP1的另一端连接第七电阻R7、可调精密稳压源Z1的参考极、第四电容C4，第七电阻R7的另一端接地、第四电容C4的另一端接地、可调精密稳压源Z1的正极接地，可调精密稳压源Z1的负极连接第五电阻，第五电阻的另一端连接稳压导通模块6的第二输入端。

稳压导通模块6输出的电压即为第一电位器RP1、第七电阻R7上的电压和，第七电阻R7上的电压反馈给可调精密稳压源Z1参考极，可调精密稳压源Z1参考极上的电压增大，可调精密稳压源Z1负极上的电压减小，可调精密稳压源Z1参考极上的电压减小，可调精密稳压源Z1负极上的电压增大；可调精密稳压源Z1负极电压会促进第二三极管V2的导通，进而影响第三三极管V3的导通，达到反馈电压信号的目的。

在本实施例中：请参阅图2，相变材料储能模块8包括第五电容C5、第一相变材料X，第五电容C5的一端连接稳压导通模块6的输出端、第一相变材料X，第五电容C5的另一端接地，第一相变材料X的另一端接地。

稳压导通模块6输入电压（用电低谷时段），第一相变材料X得电将电能转换为热能，得电期间一直转换，稳压导通模块6不在供电时（不再为用电低谷时段），第一相变材料X感知室内的温度状况，通过热传递基本原理，若此时室内温度低于设定温度时，第一相变材料X自动释放热量，保持室内温度不会急骤下降；当室内温度高于设定温度肘，第一相变材料X停止释放热量，仍然把热量贮存下来。

本发明的工作原理是：供电电源模块1供给220V交流电，错峰控制模块2在用电低谷时导通，经过一段时间的延时后，延时控制模块3导通，错峰控制模块2和延时控制模块3都工作时开关降压模块4导通，开关降压模块4同样接入220V交流电，220V交流电经过开关降压模块4、整流滤波模块5、稳压导通模块6输出稳定的直流电为相变材料储能模块8供电，同时反馈模块7接收稳压导通模块6的输入电压，并将该电压反馈给稳压导通模块6，进一步保持其输出电压稳定，相变材料储能模块8有电压输入时（即用电低谷时段），将电能转换为热能存储，在没有电压输入还是（即非用电低谷时段），感知室内的温度状况，对室内温度进行调节，以此达到中央空调制热作用。大大节省了电能消耗。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于：

该基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，包括：

供电电源模块，用于供给220V交流电；

错峰控制模块，用于在用电低谷期间电路导通，控制开关降压模块接火线的开关导通；

延时控制模块，用于错峰控制模块导通后，延时后电路导通，控制开关降压模块接零线的开关闭合；

开关降压模块，用于导通后将220V交流电转化为低于220V的交流电；

整流滤波模块，用于将低于220V的交流电转化为低于220V的直流电；

稳压导通模块，用于稳定输出的电压给相变材料储能模块；

反馈模块，用于将稳压导通模块输出的电压信号反馈给稳压导通模块；

相变材料储能模块，用于有电压输入时将电能转换为热能进行存储，没电压输入时根据室内的温度状况以及热传递基本原理来判断是否释放热能；

供电电源模块的第一输出端连接错峰控制模块的输入端，供电电源模块的第二输出端连接开关降压模块的第一输入端，错峰控制模块的第一输出端连接延时控制模块的输入端，错峰控制模块的第二输出端连接开关降压模块的第二输入端，延时控制模块的输出端连接开关降压模块的第三输入端，开关降压模块的输出端连接整流滤波模块的输入端，整流滤波模块的输出端连接稳压导通模块的第一输入端，稳压导通模块的输出端连接相变材料储能模块的输入端、反馈模块的输入端，反馈模块的输出端连接稳压导通模块的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，错峰控制模块包括第一变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、熔断器、第一开关、第二继电器、第三二极管，第一变压器的第一端连接火线、第一变压器的第二端连接零线，第一变压器的第三端连接第一二极管的正极，第一变压器的第四端连接第二二极管的正极，第一变压器的第五端连接第一电容，第一电容的另一端连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、熔断器，熔断器的另一端连接第一开关，第一开关的另一端第二继电器、第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第二继电器的另一端、延时控制模块的输入端。

3.根据权利要求2所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，延时控制模块包括第三继电器、第四二极管、第一电阻、第二电容、第一三极管，第一电阻的一端连接错峰控制模块的第一输出端，第一电阻的另一端连接第二电容、第一三极管的基极，第二电容的另一端接地，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极连接第三继电器、第四二极管的正极，第三继电器的另一端连接第四二极管的负极、第一开关的另一端。

4.根据权利要求1所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，开关降压模块包括第二开关、第三开关、第二变压器，第二开关的一端连接火线，第三开关的一端连接零线，第二开关的另一端连接第二变压器输入端的一端，第三开关的另一端连接第二变压器输入端的另一端，第二变压器的输出端连接整流滤波模块的输入端。

5.根据权利要求1所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，整流滤波模块包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第三电容、第一电感、第二电阻，第六二极管的负极连接第五二极管的正极、第二变压器的输出端一端，第七二极管的正极连接第八二极管的负极、第二变压器的输出端另一端，第五二极管的负极连接第七二极管的负极、第一电感、第三电容，第六二极管的正极连接第八二极管的正极、第三电容的另一端、第二电阻，第二电阻的另一端连接第一电感的另一端、稳压导通模块的第一输入端。

6.根据权利要求1所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，稳压导通模块包括第三电阻、第四电阻、第六电阻、第二三极管、第三三极管，第三电阻的一端连接整流滤波模块的输出端，第三电阻的另一端连接第四电阻、第二三极管的集电极、第三三极管的集电极，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极、反馈模块的输出端，第二三极管的发射极连接第三三极管的基极、第六电阻，第三三极管的发射极连接第六电阻的另一端、反馈模块的输入端、相变材料储能模块的输入端。

7.根据权利要求6所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，反馈模块包括第五电阻、可控精密稳压源、第四电容、第七电阻、第一电位器，第一电位器的一端连接稳压导通模块的输出端，第一电位器的另一端连接第七电阻、可调精密稳压源的参考极、第四电容，第七电阻的另一端接地、第四电容的另一端接地、可调精密稳压源的正极接地，可调精密稳压源的负极连接第五电阻，第五电阻的另一端连接稳压导通模块的第二输入端。

8.根据权利要求1所述的基于相变材料储能中央空调错峰运行节能系统，其特征在于，相变材料储能模块包括第五电容、第一相变材料，第五电容的一端连接稳压导通模块的输出端、第一相变材料，第五电容的另一端接地，第一相变材料的另一端接地。

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