一種帶有光伏電源的排氣扇的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有光伏電源的排氣扇，其包括外殼、直流無刷電機與風扇葉片，所述風扇葉片設置在所述外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上，所述直流無刷電機的動力輸出軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相連接，所述直流無刷電機與電機驅(qū)動器電路連接，所述電機驅(qū)動器與判斷控制器電路連接，所述判斷控制器與一太陽能變換器相連接，所述太陽能變換器分別與儲能電池、光伏組件線路連接。保留有市電接口，用戶不用拆掉原有的線路及開關，直接將排氣扇接入即可，允許用戶介入操作，直接強制開啟或關閉排氣扇，充分利用太陽能，提高能源利用率，并且節(jié)能環(huán)保，降低了用戶的生活成本，拓展了排風扇的應用空間。
【專利說明】一種帶有光伏電源的排氣扇
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶有光伏電源的排氣扇。
【背景技術】
[0002]排氣扇由電動機帶動風葉旋轉(zhuǎn)驅(qū)動氣流，使室內(nèi)外空氣交換的一類空氣調(diào)節(jié)電器，排氣的目的就是要除去室內(nèi)的污濁空氣，調(diào)節(jié)溫度、濕度和感覺效果，排氣扇被廣泛應用于家庭及公共場所。按照排氣口的分布排氣扇包括隔墻型、導管排氣型與導管進氣型，而按照氣流形成形式排氣扇包括離心式、軸流式和橫流式。排氣扇具有投資成本低、風量大、噪音低、耗能小、運行平穩(wěn)、壽命長、效率高等特點。但現(xiàn)有技術中的排風扇一般采用市電的方式，能耗較大，并且一般采用固定安裝方式，不能調(diào)節(jié)排風角度，而且排風扇外殼均采用相同口徑，排風效率較低。
[0003]因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。
實用新型內(nèi)容
[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種帶有光伏電源的排氣扇，以提高能源利用率，并且節(jié)能環(huán)保。
[0005]本實用新型的技術方案如下:
[0006]—種帶有光伏電源的排氣扇，其中，其包括外殼、直流無刷電機與風扇葉片，所述風扇葉片設置在所述外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上，所述直流無刷電機的動力輸出軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相連接，所述直流無刷電機與電機驅(qū)動器電路連接，所述電機驅(qū)動器與判斷控制器電路連接，所述判斷控制器與一太陽能變換器相連接，所述太陽能變換器分別與儲能電池、光伏組件線路連接，所述太陽能變換器用于將所述光伏組件獲得的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，輸送至所述儲能電池。
[0007]所述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述電機驅(qū)動器還與十二伏直流變換器電路連接，所述十二伏直流變換器與定時開關線路連接，所述定時開關與排氣扇開關線路連接，所述排氣扇開關與市電接口相連接。
[0008]述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述太陽能變換器與所述光伏組件之間接入一組件功率檢測器，所述組件功率檢測器與一指標判斷器相連接，所述指標判斷器分別與報警器、所述儲能電池線路連接。
[0009]所述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述判斷控制器與設置在排氣空間內(nèi)的室內(nèi)室外濕度差傳感器、絕對溫度差傳感器、智能定時開關電路連接。
[0010]所述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述直流無刷電機上設置有用于連接外部檢測設備的藍牙發(fā)射器。
[0011 ] 所述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述外殼設置在一安裝支架上，所述安裝支架相對的兩個邊上均設置有半圓形安裝孔，所述外殼在與所述安裝支架上半圓形安裝孔對應處均設置有安裝軸，安裝軸一側(cè)設置有用于限制安裝軸旋轉(zhuǎn)角度的限位塊。
[0012]所述的帶有光伏電源的排氣扇，其中，所述外殼在面向所述風扇葉片的一側(cè)設置有橢圓形護罩，所述外殼在背向所述風扇葉片的一側(cè)設置有圓形護罩，所述橢圓形護罩與所述圓形護罩形成一下窄上寬的排風通道。
[0013]本實用新型提供的一種帶有光伏電源的排氣扇，采用市電與太陽能相結(jié)合的方式，保留有市電接口，用戶不用拆掉原有的線路及開關，直接將本實用新型可拆卸的更換原有排氣扇，具體的是將原有的浴室窗固定窗頭玻璃整體拆下來，包括原來安裝的交流220V排氣扇，當然在該過程中需要劃開玻璃膠、部分的可能需要用螺絲刀拆一些檔條等即可，然后將按照窗頭尺寸定制好的本實用新型整體安裝上去以替換原有的即可完成升級；允許用戶介入操作，直接強制開啟或關閉排氣扇，并可依據(jù)用戶開啟手法的不同在打開排氣扇的同時自動預置不同的關閉時長，并且本實用新型直接將太陽能存儲到儲能電池內(nèi)使用，充分利用太陽能，提高能源利用率，并且節(jié)能環(huán)保，降低了用戶的生活成本，拓展了排風扇的應用空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型中供電的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實用新型中排氣扇另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本實用新型中排氣扇外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為本實用新型中可預置定時器的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本實用新型提供了一種帶有光伏電源的排氣扇，可以看作是對排氣扇性能的進一步提升。對排氣扇而言，本實用新型的排氣扇體積小、重量輕、性能可靠，直接利用光伏電源的PV組件發(fā)電，然后將電量給排氣扇供電，用戶不用拆掉原有的線路及開關，直接將本實用新型可拆卸的更換原有排氣扇，安裝方便，可以主動吸收太陽能存儲用電，當太陽能沒有電時，則排風扇轉(zhuǎn)為使用市電進行工作，節(jié)能環(huán)保，保證了排氣扇的穩(wěn)定運行。
[0019]為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0020]請參閱圖1與圖3所示的，其包括外殼1、直流無刷電機2與風扇葉片，所述風扇葉片設置在所述外殼I內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上，所述直流無刷電機2的動力輸出軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相連接，其中，所述直流無刷電機2與電機驅(qū)動器3電路連接，所述電機驅(qū)動器3與判斷控制器4電路連接，所述判斷控制器4可以采用現(xiàn)有技術中成熟的技術手段，所述判斷控制器4與一太陽能變換器9相連接，所述太陽能變換器9分別與儲能電池10、光伏組件11線路連接，所述太陽能變換器9用于將所述光伏組件11獲得的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，輸送至所述儲能電池10。所述光伏組件11接收太陽光中的光輻射能量并轉(zhuǎn)化為電能，通過所述太陽能變換器9安全地存儲到所述儲能電池池10中。然后所述儲能電池10上的電能可以通過所述太陽能變換器9、所述判斷控制器4、所述電機驅(qū)動器3提供給所述直流無刷電機2運轉(zhuǎn)所用，然后所述直流無刷電機2驅(qū)動風扇葉片轉(zhuǎn)動。通常情況下，排氣扇將會全自動運行，無需市電接入、無需人手操作，用戶也可以介入操作，直接強制開啟或關閉排氣扇，并可依據(jù)用戶開啟手法的不同在打開排氣扇的同時自動預置不同的關閉時長，提高了能源利用率，并且節(jié)能環(huán)保，降低了用戶的生活成本，拓展了排風扇的應用空間。
[0021]在本實用新型的另一較佳實施例中，如圖2所示的，所述電機驅(qū)動器3還與十二伏直流變換器5電路連接，所述十二伏直流變換器5與定時開關6線路連接，所述定時開關6與排氣扇開關7線路連接，所述排氣扇開關7與市電接口 8相連接。本實用新型保留有所述市電接口 8，改造或安裝時只需將原來接入傳統(tǒng)排氣扇的市電電源輸入火線零線兩根電線接入到所述排氣扇開關7即可。用戶介入操作時，按下所述排氣扇開關7，市電電能將立即經(jīng)過所述定時開關6輸入排氣扇使之強制開啟，且在所述定時開關6延時一定時間后自動徹底關閉與市電的連接。用戶還可以在所述定時開關6延時到達之前手動斷開所述排氣扇開關7使排氣扇直接斷電關閉。顯然的，當太陽能供電過程出現(xiàn)故障時，用戶也可以通過所述市電接口 8保持排風扇的正常工作，增加了排風扇運行的靈活性，拓展了排風扇的應用空間。
[0022]在另一較佳實施例中，所述太陽能變換器9與所述光伏組件11之間接入一組件功率檢測器17，所述組件功率檢測器17與一指標判斷器18相連接，所述指標判斷器18分別與報警器19、所述儲能電池10線路連接。所述太陽能變換器9輸出功率檢測可通過所述組件功率檢測器17抽樣間隔一定時間測算出實際的最大輸出功率，所述指標判斷器18將所述太陽能變換器9的最大輸出功率與所述儲能電池10的剩余電量進行比較，當所述儲能電池10的剩余電量為排風扇提一段時間(比如I個小時)的供電時，則所述指標控制器18激活所述報警器19，提醒用戶將市電接入排風扇。而且還可以在所述儲能電池10上連接一照明燈或者指示燈22，更進一步利用所述儲能電池10。
[0023]在本實用新型的另一實施例中，所述直流無刷電機2上設置有用于連接外部檢測設備的藍牙發(fā)射器20，比如將所述藍牙發(fā)射器9與手機相連接，使用戶可以手機等對排氣扇現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測，可以設定或隨時調(diào)整排氣扇的運行狀態(tài)，方便了用戶操作。所述判斷控制器4上連接有對應的傳感器16與智能定時開關21，比如所述傳感器16可以為室內(nèi)室外濕度差傳感器、絕對溫度差傳感器，能夠智能的控制排氣扇的運行狀態(tài)，方便了用戶使用?？梢罁?jù)傳感器信息綜合對排風空間的使用狀態(tài)進行判斷，較好地自動開啟和關閉排氣扇。室內(nèi)外濕度差是指室內(nèi)和室外相對濕度的差值，絕對溫度差是指室內(nèi)溫度比室外溫度高出的絕對值。智能定時開關21主要是綜合分析各種相關因素以設定排氣扇的實際工作時長。
[0024]智能定時開關21中的可預置定時器能以采用現(xiàn)有技術中的相關手段，本實用新型對此不作限制。但本實用新型采用的具體電路如圖4所示，圖4中的左上角部分為主定時器控制電路，右下角部分為排氣扇開關動作檢測與信號處理的控制電路。
[0025]在本實用新型中主定時器控制電路的具體過程如下:
[0026]市電橋式整流后輸出，正極直流電在繼電器RL2接通的情況下將通過R9、D4、Q3等組成的恒流電路對電容Cl充電，Cl電壓逐漸上升到設定時間后(比如10秒)達到最大值。此時RL2在右下角部分即排氣扇開關動作檢測與信號處理的控制電路，控制下自動斷開，電容Cl通過Q6、U5等組成的恒流源電路對Q2的偏置部分電路(偏置部分電路為:D1、D2、R5、Q1)放電，開關管Ql飽和導通，繼電器RLl線圈上電氣觸點接通。設定時間到達后(如I小時)當電容Cl放電電壓下降到不足以維持Q2的導通，RLl將斷電，圖4中的LI (實為直流排氣扇的市電適配器)立即斷電，排氣扇切斷了與市電的連接。
[0027]當然，上述分析僅為市電能源的部分。由于系統(tǒng)還有光伏供電的第二套能源，此時若判斷控制器4的分析結(jié)果(如室內(nèi)濕度比室外的高一定的閾值)為排氣扇需要開啟，則將會把儲能電池10的能量接入排氣扇的直流無刷電機2上，直到判斷控制器4認為適宜關斷了才自動關閉，實現(xiàn)全自動的運行。
[0028]若排氣扇開關K在一開始時只手動接通一個小于預設(如小于10秒)的時間，關斷后再重新接通，則由于排氣扇開關動作檢測與信號處理的控制電路會監(jiān)控第一次接通的時間并維持電容Cl的充電，當排氣扇開關K斷開后繼電器RL2將立即斷開停止對電容Cl充電，而且，在預設的時間內(nèi)(如10秒)繼電器RL2將不再對排氣扇開關K的關閉或接通動作有任何新的響應而保持在原來的斷開狀態(tài)。因此，在手動第一次接通排氣扇開關K對電容Cl所充入的電荷量會決定電容的放電時間長度，當電容Cl電壓不足以維持三極管Q2的導通時，繼電器RLl線圈斷電觸點斷開，排氣扇將自動切斷與市電的連接。
[0029]在本實用新型中排氣扇開關動作檢測與信號處理的控制電路的具體過程如下:
[0030]主要由電壓比較器LM393 (U4)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器NE555 (U1)、與門4081 (U2)和三極管推動電路Q5組成。
[0031]當排氣扇開關K接通，市電由橋式整流器BRl整流后、經(jīng)電阻R3，將輸入一個連續(xù)高電平到電壓比較器U4的3腳，其輸出為高電平經(jīng)C4 (因電容兩端電壓不能突變)加到4081輸入端，這時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因沒有觸發(fā)信號輸出為0，經(jīng)非門反相后輸出為1，同時加到4081輸入端，則與門輸出為1，三極管Q5導通。有電流通過繼電器RL2，觸點閉合。之后電容C4充電(比較器輸出一C4一R16)到最大值(約1S可調(diào)，由R16和C4決定)，電容開路，4081輸入由I變?yōu)?，則4081輸出為0，三極管Q5截止，RL2的線圈斷電其常開觸點切斷，左上角(主體定時器控制部分)中的Cl停止充電，完成控制作用。
[0032]當排氣扇開關K斷開，在由高電平跳到低電平時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā)，輸出高電平I (暫穩(wěn)態(tài)，可持續(xù)1S可調(diào)，由R4、RV1和C5決定)，經(jīng)反相器4069后為低電平O對與門電路實現(xiàn)自鎖定作用。此時與門輸出為0，三極管斷開。預設時間(如10S)內(nèi)即使輸入信號電壓發(fā)生跳變，如由低到高或由高到低，因與門自鎖則三極管保持斷開狀態(tài)，直到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)時間過后才接受再觸發(fā)，滿足主定時器控制電路控制部分的控制要求。
[0033]本實用新型的最佳實施例中，如圖3所示的，所述外殼I設置在一安裝支架12上，所述安裝支架12相對的兩個邊上均設置有半圓形安裝孔，所述外殼I在與所述安裝支架12上半圓形安裝孔對應處均設置有安裝軸13，安裝軸13 —側(cè)設置有用于限制安裝軸旋轉(zhuǎn)角度的限位塊14?？梢栽谝欢ń嵌葍?nèi)轉(zhuǎn)動排氣扇，一般控制在15° -30°左右。
[0034]更進一步的，所述外殼I在面向所述風扇葉片的一側(cè)設置有橢圓形護罩，所述外殼在背向所述風扇葉片的一側(cè)設置有圓形護罩15，所述橢圓形護罩與所述圓形護罩15形成一下窄上寬的排風通道，由于所述圓形護罩15的面積要大于所述橢圓形護罩，顯然的所述圓形護罩15—側(cè)的空氣流通要大于所述橢圓形護罩，從而形成負壓，增加了空氣流通性，提聞了排風效率。
[0035]光伏組件11可用BIPV光伏建筑一體化組件并優(yōu)選銅銦鎵硒薄膜電池設計，以目前商業(yè)化的優(yōu)選效率15.7%計算，裝機容量20Wp需要的光伏組件面積為0.128m2。這一面積對于我國家庭的浴室窗窗頭而言是極其輕松就可以達到的，更為常見的固定窗頭面積(去除排氣扇部分的面積后)一般均可在0.26 m2以上，比上述所需的面積值要大一倍。也就是說，最為保守的估計，浴室窗的固定窗頭排除排氣扇占用的面積外，剩余部分全部設計為優(yōu)選的銅銦鎵硒薄膜太陽電池，則組件功率可以肯定能在20Wp以上。
[0036]所述直流無刷電機2可優(yōu)選12V功率為18W的電機，由于其擁有比交流220V電機更高的能量轉(zhuǎn)換效率，使用該電機已可達到或超過市面上家庭浴室中常見主流電機的每分鐘排氣量。
[0037]所述光伏組件11裝機容量按保守的20Wp計算，以年均每天獲得0.5小時以上的峰值日照小時數(shù)估算，這一值相當于安裝在地面固定的光伏電站全國太陽輻射資源平均值的1/6以下，再考慮系統(tǒng)充放電等的綜合效率損失，依靠光伏發(fā)電的能量平均每天可供排氣扇工作的時間剛好在0.5小時以上。一般而言，排氣扇的這一工作時長與典型三口之家的家庭成員每天洗澡的總時長相比已經(jīng)基本上是可以相對應的，可見采用本實用新型能大幅度降低了能耗。
[0038]若用戶有更多的用電需求或用戶浴室窗陽光資源被遮擋相對較多時，也可考慮除固定窗頭外，把浴室窗的兩扇平推窗部分也同樣安裝所述光伏組件11，則發(fā)電量可以做到相當?shù)某湓?。但此設計需重點考慮解決組件輸出的電氣連接需做到牢固且盡量不過多破壞原有外觀。另外，若可以選用類似淡乳白色材料的所述光伏組件11，視覺上可以更為接近傳統(tǒng)的玻璃磨砂效果，則總體效果上可以更優(yōu)些。
[0039]關于本實用新型中所述儲能電池10的選型，目前市場技術上最為合適的當首推鋰聚合物電池。這其中至少有兩種可選的設計方案:常規(guī)設計為，三個同規(guī)格的鋰聚合物電池串聯(lián)使用，可較輕松地將電池組做成長條形封裝在邊框旁。方案相對成熟且成本較好控制，而技術的關鍵在于三個電池之間的充放電均衡。另一種設計方案，則是僅用單個相對高容量的鋰聚合物電池，配合DC/DC模塊實施，此方案一般需找廠家定做長條形的鋰聚合物電池，成本相對稍高，但可延長電池壽命，且儲能電池的早期失效概率相比三個電池串聯(lián)的組合會有較明顯下降。至于所述儲能電池10的容量，一般建議可按光伏組件年均每天發(fā)電量的2?4.5倍，可依據(jù)最終用戶實際用電量的評估、配合太陽輻射資源的主要規(guī)律、適當考慮儲能電池的成本等做一定范圍內(nèi)的合理調(diào)整。
[0040]人手介入操作時，按下排氣扇開關，市電電能將立即經(jīng)過所述定時開關6輸入排氣扇使之強制開啟，且在所述定時開關6延時的時長后自動徹底關閉與市電的連接。用戶在延時時間到之前也可手動斷開所述排氣扇開關7使排氣扇直接斷電關閉。
[0041]比如當所述排氣扇開關7首次接通的時長多于3秒時，生成的所述定時開關6的延時值將在30分鐘到60分鐘之間，具體為所述排氣扇開關7首次接通時長的600倍。舉例如所述排氣扇開關7首次接通4.5秒，則所述定時開關6的延時值將為45分鐘。因延時值的上限設為60分鐘，因此多于6秒的首次接通時長對所述定時開關6的延時值將不再有影響因素。由此也可得出，傳統(tǒng)的排氣扇開關操作習慣由于沒有短暫切斷的過程，相當于首次接通時間大于6秒，已為上限值，因此同樣是60分鐘后所述定時開關6自動斷開。當所述定時開關6的延時值時間一到，即使所述排氣扇開關7仍處于開啟狀態(tài)，由于所述定時開關6延時值的自動切斷，排氣扇也將與市電完全斷開。此時若需再次通過市電開啟排氣扇，把所述排氣扇開關7關掉后再重新開啟即可。
[0042]對所述判斷控制器4所連接的智能定時開關21的定時長度，則是可依據(jù)濕度差值、絕對溫度差及儲能電池的剩余電量等綜合因素給出包括總時長的值，及定時時間段內(nèi)的功率時間優(yōu)化曲線等。如室內(nèi)外濕度差值較小，但又未達到停機條件時，將排氣扇功率調(diào)小，可在自然對流換氣的同時輔以一定的主動排氣。且智能定時開關21的定時長度的值還可在排氣扇的運行工作過程中，依據(jù)傳感數(shù)據(jù)的變化不斷動態(tài)地做出進一步的精細調(diào)整。
[0043]應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，其包括外殼、直流無刷電機與風扇葉片，所述風扇葉片設置在所述外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上，所述直流無刷電機的動力輸出軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相連接，所述直流無刷電機與電機驅(qū)動器電路連接，所述電機驅(qū)動器與判斷控制器電路連接，所述判斷控制器與一太陽能變換器相連接，所述太陽能變換器分別與儲能電池、光伏組件線路連接，所述太陽能變換器用于將所述光伏組件獲得的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，輸送至所述儲能電池。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述電機驅(qū)動器還與十二伏直流變換器電路連接，所述十二伏直流變換器與定時開關線路連接，所述定時開關與排氣扇開關線路連接，所述排氣扇開關與市電接口相連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述太陽能變換器與所述光伏組件之間接入一組件功率檢測器，所述組件功率檢測器與一指標判斷器相連接，所述指標判斷器分別與報警器、所述儲能電池線路連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述判斷控制器與設置在排氣空間內(nèi)的室內(nèi)室外濕度差傳感器、絕對溫度差傳感器、智能定時開關電路連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述直流無刷電機上設置有用于連接外部檢測設備的藍牙發(fā)射器。
6.根據(jù)權利要求1所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述外殼設置在一安裝支架上，所述安裝支架相對的兩個邊上均設置有半圓形安裝孔，所述外殼在與所述安裝支架上半圓形安裝孔對應處均設置有安裝軸，安裝軸一側(cè)設置有用于限制安裝軸旋轉(zhuǎn)角度的限位塊。
7.根據(jù)權利要求6所述的帶有光伏電源的排氣扇，其特征在于，所述外殼在面向所述風扇葉片的一側(cè)設置有橢圓形護罩，所述外殼在背向所述風扇葉片的一側(cè)設置有圓形護罩，所述橢圓形護罩與所述圓形護罩形成一下窄上寬的排風通道。
【文檔編號】F04D27/00GK203978879SQ201420377301
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權日:2014年7月9日
【發(fā)明者】屈柏耿, 沈輝, 李榮學, 王帥, 朱貞彬, 李志豪, 林振欽 申請人:佛山職業(yè)技術學院