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一种新型风能制热系统

阅读：410发布：2021-02-25

IPRDB可以提供一种新型风能制热系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种新型风能制热系统，包转动轴括风能收集装置、空气动力加热炉、增速装置；风能收集装置包括第一转动轴、固定于第一转动轴周向的旋转叶片，旋转叶片在风能的作用下旋转，带动第一转动轴旋转；空气动力加热炉包括炉壁，设置于炉壁内的第二转动轴、若干个节流孔板、若干个固定于第二转动轴的轴流叶片；若干个轴流叶片的中心孔套设于第二转动轴，且沿第二转动轴的轴向布置；节流孔板设置于相邻轴流叶片之间；第一转动轴与第二转动轴之间连接有增速装置。本发明省去其他的如风能到电能再到热能的不必要浪费，提高能源利用率；可用于提高空气能利用设备的入口空气温度，提高空气能利用设备的能量转化效率，并拓展其适用范围。，下面是一种新型风能制热系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种新型风能制热系统，其特征在于，包括风能收集装置(1)、空气动力加热炉(5)、增速装置(4)、用以支撑和固定风能收集装置(1)和空气动力加热炉(5)的支架(3)；所述风能收集装置(1)包括第一转动轴(6)、固定于第一转动轴(6)周向的旋转叶片(2)，所述旋转叶片(2)在风能的作用下旋转，带动第一转动轴(6)旋转；所述空气动力加热炉(5)包括炉壁(10)，以及设置于炉壁(10)内的第二转动轴(7)、若干个节流孔板(9)、若干个固定于第二转动轴(7)的轴流叶片(8)，所述若干个轴流叶片(8)的中心孔套设于第二转动轴(7)，且沿第二转动轴(7)的轴向布置，所述节流孔板(9)设置于相邻轴流叶片(8)之间，所述第一转动轴(6)与第二转动轴(7)之间连接有增速装置(4)，所述增速装置(4)实现第一转动轴(6)和第二转动轴(7)之间的传动，并使第二转动轴(7)的转速高于第一转动轴(6)。

2.根据权利要求1所述的一种新型风能制热系统，其特征在于，所述旋转叶片(2)为H型垂直轴式升力型风力发电机叶片。

3.根据权利要求1所述的一种新型风能制热系统，其特征在于，所述增速装置(4)为增速器，所述增速器的输入轴连接第一转动轴(6)，输出轴连接第二转动轴(7)。

4.根据权利要求1所述的一种新型风能制热系统，其特征在于，所述节流孔板(9)的开口率与孔密度均为21.49％。

5.根据权利要求1所述的一种新型风能制热系统，其特征在于，所述节流孔板(9)由炉壁(10)内置卡槽(11)固定。

说明书全文

一种新型风能制热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及风能利用领域和空气能利用领域，具体涉及一种新型风能制热系统。

背景技术

[0002] 北方城市每年使用的大量的热量主要来源于热力发电厂供应的高温热水和高温蒸汽，还有一部分热量是通过消耗电能获得，所以北方城市在冬季对一次能源的消耗非常大。近年来，大量的空气能热水器、空气能热泵等空气能利用设备的出现为解决北方城市家庭用热水提供了新的途径。

[0003] 空气动力加热炉技术是空气能利用研究过程中诞生的一项关键性技术，是通过提高空气能产品所用空气温度来提高产品效率的一项技术，该技术发源于俄罗斯，对其他国家还属于新兴技术。欧美国家对于空气动力炉的研究还仅限于实验室阶段。2013年12月中国航天科技集团四院西安航天化学动力厂对空气动力炉展开研究，填补了国内空气摩擦发热应用研究的空白。

[0004] 目前国内在空气加热炉方面的最新研究主要是采用电机驱动叶轮旋转，叶轮与空气摩擦产生热量，使空气加热，同时叶轮的旋转使炉腔内的空气循环流动，从而使整个炉腔内的温度不断上升，实现加热。实际应用证明，空气动力炉的优点是：热效率高、能耗低，温控精度高，炉内温度场均匀；无须电热元件、无明火，设备安全性好。关于空气加热炉的相关专利有：空气能产生热能的方法(专利号200910021648.6)，空气动力加热炉(专利号201310560548.7)，但是这两项有关发明是以电机驱动作为加热炉的动力源，电能消耗大。

[0005] 考虑到空气动力加热炉用电机驱动，电能消耗大，且北方城市风能资源充沛的特点，可将风能作为空气加热炉的动力源，现有关于风能转换成热能的相关专利有：一种风力发电制热系统(专利号201520003492.X)，但是该发明是用风能转换成电能然后转换成热能。本项目基于目前成熟的风力发电技术中的叶轮装置，将风吹叶轮旋转的机械能通过齿轮传动增速后传递给空气动力加热炉，实现对空气的加热，产生高温空气，为空气能的利用系统提高初温，从而实现风能与热能的直接转化，减少能量的二次损失。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是：为了增加现如今的风能利用形式，本发明提供了一种由风能转化为热能的新型制热系统省去其他的如风能到电能再到热能的不必要浪费，提高能源利用率；可用于提高空气能利用设备的入口空气温度，进而提高空气能利用设备的能量转化效率，并拓宽其适用范围。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种新型风能制热系统，包括风能收集装置、空气动力加热炉、增速装置；所述风能收集装置包括第一转动轴、固定于第一转动轴周向的旋转叶片，所述旋转叶片在风能的作用下旋转，带动第一转动轴旋转；所述空气动力加热炉包括炉壁，以及设置于炉壁内的第二转动轴、若干个节流孔板、若干个固定于第二转动轴的轴流叶片；所述若干个轴流叶片的中心孔套设于第二转动轴，且沿第二转动轴的轴向布置；所述节流孔板设置于相邻轴流叶片之间；所述第一转动轴与第二转动轴之间连接有增速装置，所述增速装置实现第一转动轴和第二转动轴的传动，并使第二转动轴的转速高于第一转动轴。

[0009] 进一步的，所述旋转叶片为H型垂直轴式升力型风力发电机叶片。

[0010] 进一步的，所述增速装置为增速器，所述增速器的输入轴连接第一转动轴，输出轴连接第二转动轴。

[0011] 进一步的，所述节流孔板的开口率与孔密度均为21.49％。

[0012] 进一步的，所述节流孔板由炉壁内置卡槽固定。

[0013] 有益效果：

[0014] 1.拓展了风能的利用形式；

[0015] 利用风能直接转化为热能，避免了风能转化为电能再转化为热能的中间能量消耗，提高了能源转化效率。

[0016] 2.可用于提高空气源利用设备的初温；

[0017] 首次通过风能收集装置带动的空气动力加热炉来提高空气源利用设备的入口空气温度，进而提高空气源利用设备的能量转化效率，并拓宽其适用范围。

[0018] 3.通过增速装置把原本低增速的机械能变为高增速的机械能；本发明的增速装置4实现第一转动轴6和第二转动轴7之间的传动，并将第二转动轴7的转速提升到空气动力加热炉5需要的速度。

附图说明

[0019] 图1为新型风能制热系统剖视图；

[0020] 图2为新型风能制热系统立体图；

[0021] 图3为新型风能制热系统节流孔板立体图；

[0022] 图4为新型风能制热系统加热炉剖面图。

[0023] 图中：1、风能收集装置，2、旋转叶片，3、支架，4、增速装置，5、空气动力加热炉，6、第一转动轴，7、第二转动轴，8、轴流叶片，9、节流孔板，10、炉壁，11、内置卡槽。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施实例对本发明做进一步的说明：

[0025] 该新型风能制热系统主体(如图1和图2所示)包括三大部分，分别为风能收集装置1、增速装置4、空气动力加热炉5。因为风能收集装置1的位置越高收集到的风能越充分，将本系统放置于城市建筑楼顶，借助建筑自身高度来缩短固定支架3高度，在为风机提供充足动力的同时大大减少风机的持续应力，增加系统使用寿命。选择好地点以后进行安装，安装时用膨胀螺栓将支架3底部固定，防止设备晃动和减少噪音。

[0026] 系统安装完毕就能开始运行，风力吹动风能收集装置1的旋转叶片2进行旋转，由于旋转叶片2为H型垂直轴式升力型风力发电机叶片，其本身就具有对环境的超强适应性及较小磨损性的特点，为空气动力加热炉5提供长期稳定的动能输出；增速装置4实现第一转动轴6和第二转动轴7之间的连接与增速，将风能收集装置1提供的低转速提升到空气动力加热炉5需要的转速，并通过转动轴7传递给空气动力加热炉5内的轴流叶片8，轴流叶片8高速旋转带动空气动力加热炉5内空气高速运动起来并通过空气动力加热炉5内的节流孔板9，在基于摩擦生热的原理下完成一级加热并被下一级的轴流叶片8捕捉开始下一级加热，如此多次以后使空气动力加热炉5内产生高温空气，以实现风能与热能的直接转化，减少能量的二次转化损失。本实施例中空气动力加热炉5内包含十级加热结构，每级由轴流叶片8和节流孔板9组成，相邻两级之间留有一定间距，构成逐级加热结构，同时炉壁10整体采用双层保温结构，防止热量损失。

[0027] 综上，该系统的工作原理是利用风能带动风能收集装置1产生的低转速动力，再进一步通过增速装置4的增速作用后,利用转动轴7为空气动力加热炉5内的空气的运动提供动力，在空气动力加热炉5内通过多级轴流叶片8和节流孔板9实现在空气动力加热炉5内产生较高温空气的目的，其操作简单、使用方便。动力加热炉5的输出端可直接与空气能利用设备进气端相连，将高温空气作为空气能利用设备的初始空气，以提高空气能利用设备进口空气温度，从而提高空气源利用设备的能量转化效率，并拓宽其适用范围。

[0028] 以本发明将空气温度从-20°提高到10°后供给一台5匹的空气源热泵为例，每小时可节省0.4度电，以燃烧煤炭的火力发电为参考，相当于节省0.16千克标准煤，同时减少污染物排放为：0.1千克碳粉尘、0.4千克二氧化碳、0.012千克二氧化硫、0.006千克氮氧化物。结合冬季一个季度的用热量，与传统热水器比共计可节省2598.976度电，相当于1039.346千克标准煤，同时减少污染物排放649.744千克碳粉尘、2598.976千克二氧化碳、77.969千克二氧化硫、38.985千克氮氧化物。

[0029] 以内蒙地区使用热水器为例，使用传统的空气源热泵热水器比电加热热水器节省了1.24×1010k W.h，使用提升初温后空气源热泵热水器比传统空气源热水泵节省了3.6×108kW·h，以电价每度0.5元计，该地区使用传统的空气源热泵热水器比电加热热水器可节省6.2亿元，使用提升初温后的空气源热泵热水器比传统热泵热水器可节省1.8亿元。

[0030] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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