CN101000184A - 联合聚风超大功率风力热泵机组 - Google Patents

Abstract

一种“联合聚风超大功率风力热泵机组”，属热泵机组全新动力类型开发技术领域；其是将拥有全面优势功效的“联合聚风超大功率风力机”创新技术装备与热泵压缩机以多种动力传递结构方式进行传动配合形成，可形成多种机型形态和规格，可适应多种不同应用需求形式；同时提出在风力热泵机组传动机构上附加电机，形成风力、电力两种驱动方式之间可方便转换的机组设计方案，以适用于用同一热泵系统在微风和无风的条件下完成全天候运行的理想目标；其尤其适用于在城镇、乡镇周边规模化集中建设超大功率风力热泵机组群(或称：风力热泵机站)，其出现可望形成以自然不竭生态风能供暖、供热的理想状态出现。

Description

联合聚风超大功率风力热泵机组

技术领域

本发明提出的“联合聚风超大功率风力热泵机组”属热泵机组全新动力类型开发技术领域。

背景技术

热泵技术是全世界近年来倍受关注的一项新型能源技术，其基本原理基于逆卡诺循环，采用消耗电能或其它类型能源产生机械动力驱动压缩机，实现由低温热源(如周围环境的自然空气、地下水与土层地热、河水、海水、污水等)中吸收热能，然后转换为较高温热源并使之释放至所需空间或区域内的机械装置。在标准工况下，系统消耗一个单位的能量，从低温热源中可提取二个单位的能量，合在一起输出三个单位的能量。这种装置即可用作供热采暖、洗浴设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的，当前在北方地区用以实现冬季供暖为主要需求目标。

在中国北方，每年冬季对供暖的能源需求数量十分巨大且长久必需，因此每年需大量消耗煤炭资源，同时造成北方城镇冬季空气污染与环境恶化，而直接用电力、燃油、燃气供暖，成本极高，花费巨大，来源短缺；如果大力推广采用热泵技术装置就可大量减少对煤炭的过度依赖与消耗，但在当前单一依靠拥有的电力热泵技术的情况下，如广泛采用对电能的消耗与需求也将十分巨大，这对电网电力供应能力的考验与相关大量补充投资也是不容忽视的另一新生问题。

在中国的北方与沿海的广大地区、海岛及世界许多国家和地区，秋、冬、春三季低温寒冷季节存有长期稳定的巨大风能资源，如能将丰富的风能转换用于直接驱动热泵压缩机，就可形成“以不竭天然生态能源供暖、供热”的持久理想状态，并可形成“夜间风力强大，天气寒冷越甚，风能热泵产热供暖能力愈加增强的与自然界和谐相辅”的完美状况产生。

用风力直接驱动热泵压缩机的方式比较花费巨额投资实现风力发电之后，再用其产生的电能驱动热泵压缩机电机的工程设计程序，前者可大幅度节省综合建设投资和设备运行成本及风能转换中的能量消耗(即：在相同风力机设备投资额度的情况下，前者的投入产出效能更高)。

然而，该理想完美状态在当前情况下还无法实现，原因是：现有的各种类型“风力机”的设计形态与运行方式均难实现直接驱动热泵压缩机，存在的主要困难因素有：①现有大型风力机叶片的运行范围十分庞大，并且需要随时对风，其难与热泵压缩机实现配合安装；②现有中小型风力机单机出力能力低下，多机又难于实现一体化联合连动出力；③现有风力机难于实现随风力强度变化的出力能力调控，而可调控机组的调控结构十分复杂，成本与故障率极高，且难于控制；④现有风力机齿轮箱传动系统十分复杂，其难于实现与热泵压缩机动力输入结构进行一体化配合连接。

由本发明技术专利申请人经多年、多次、多项发明专利创新完善后所形成的“联合聚风超大功率风力机”可一并全面解决上述诸多难题，该风力机是由多个“分风式风力机、风轮机”间隔并列联合设置构成，在相邻机组之间可产生相互聚风效果；其也可由单机形式构成，或形成X形机架聚风结构；由塔架高举(或建设在建筑物顶部)的“菱形分风机舱”的两侧斜面可天然形成各风力机之间的V形聚风通道，其聚集的加强风力可双向、切向冲击处于通道中的双桨轮风轮的外部半幅桨叶，从而形成最大出力能力转换，且无须旋转对风；其“伞式桨叶伸缩调控系统”可使风轮的各个桨叶同时进行简单灵活的幅面内外伸缩移动变化，从而可有效实现对风力机起动、变速、刹车和随风力强度变化的出力能力调控，并且结构十分简捷，控制方便；其风轮可通过联合传动齿轮同时连动2-6个副风轮形成联合出力态势，并且其每个桨轮均拥有直径和高长双向拓展设计能力，这可使联合风力机组拥有极大的单机大功率扩展空间，且其分风机舱设计形态可自然提供出方便配合安装其它设备的位置与空间；其传动结构简单，多数情况下采用一级传动即可，没有复杂的齿轮箱，且十分方便与其它动力输出结构进行多种方式的配合；与现有风力机比较，其建设与维护成本大幅下降，……。

由该风力机的上述诸多优势性能演化生成的风力动力机械装备的发明专利技术已有：

(1)联合聚风超大功率风力发电机组[发明专利号：200510084278.2](联合聚风超大功率风力机的诸多优势性能说明还可通过该专利文件进一步全面了解)；(2)联合聚风超大功率风力提水机组[200510085366.X]。因此，联合聚风超大功率风力机的全面完美性能优势也将在直接驱动热泵压缩机，演化生成全新风力热泵机组的技术创新上发挥作用。

发明内容

本发明的目的是：(1)将“联合聚风超大功率风力机”与热泵系统压缩机实现多种动力传递方式与传动结构的配合，从而完成全新动力类型热泵机组——联合聚风超大功率风力热泵机组的技术发明；且该风力热泵机组可形成不同规格、形态，可适应多种不同应用需求形式(如：建设在楼房顶部)，其尤其适用于规模化集中建设超大功率风力热泵机组群(或称为：风力热泵机站，这与将其直接分散建设在城市楼房建筑物顶部的方式相比较，可避免设备产生的噪音扰民，又可有效利用荒野风力，并发挥机组联合联动的聚风作用，使其在城镇周边形成集中供热[冷]源)；(2)同时提出在风力热泵机组传动结构上附加电机，形成电力动力辅助驱动，并且实现风力、电力两种动力方式之间可方便转换的机组设计方案，以适用于“用同一热泵系统在微风和无风的条件下完成全天候运行”的理想目标；(3)也可选择将风力热泵系统与城市现有的锅炉供暖系统管网连接运行的方式，从而实现锅炉与风力热泵供暖方式之间的互补(以上(2)、(3)两种设计方式可由用户自己选择采用)。

本发明提出的“联合聚风超大功率风力热泵机组”是由：(一)联合聚风超大功率风力机装置部分、(二)与风力机配合的热泵压缩机及其一体化连接的热泵其它组成系统部分和(三)由风力机动力输出机构与1台或多台热泵压缩机的动力输入机构之间实现多种传动方式的配合部分实现，下面分别对以上三个功能结构部分进行具体描述：

(一)联合聚风超大功率风力机装置部分

名称解释：

1、在本发明提出的风力机中，将只与其它风轮齿轮实现相互传动配合的风轮齿轮称为“副风轮齿轮”，将与“副风轮齿轮”配合，同时又在其下设置同轴细齿传动齿轮或曲轴或皮带轮或链轮等，并通过其最终与压缩机动力输入部件配合传动的风轮齿轮称为“主风轮齿轮”(示意图10所示)。

2、本发明提出的“分风式风力机”(可简称为：风力机)上设有双桨轮风轮及其桨叶伸缩调控系统、风力机驱动压缩机的传动系统及与其配合的压缩机与热泵系统其它装置等一套完整的风力热泵系统装置(除压缩机以外的热泵其它部件装置也可不全设置在风力机机舱内)。

而提出的“分风式风轮机”(可简称为：风轮机)上只设有与“分风式风力机”规格相同的双桨轮风轮及其风轮桨叶的伸缩调控系统，而没有其它传动系统和压缩机的安装设置，“风轮机”的出力是由各个“副风轮齿轮”通过连续传动将动力传递到与其相邻的“主风轮齿轮”上，再经“主风轮齿轮”的下部传动轮或曲轴连杆最终与压缩机配合连接，完成其出力输出任务；

即：“风轮机”可助使与之相邻的“风力机”形成“多组桨轮风轮一体化联合连动出力”的态势，而由单一风力机设计形态构成的机组，其两侧则没有风轮机助力；

3、本发明提出的“超大功率”是指：与现有的风力机比较，在相同投资的情况下可实现“同比”意义上的超大能力出力，而非指绝对的大尺寸巨型机组设计形态，其也包括小、中、大、巨各种不同规格系列的风力机形态设计，因此在下面的功能结构描述中，含盖了对其各种规格机组适用的不同功能结构形态的描述。

本发明提出的“联合聚风超大功率风力机”的主要功能结构包括：

(1)多种形态的分风机舱设计及其系列化规格；(2)设有桨叶伸缩调控系统的立式双桨轮风轮；(3)可形成多种动力传动输出方式，可与不同类型、规格、数量的热泵压缩机配合的结构；(4)风力机塔架、基础与互连横梁(如直接建设在建筑物顶部无需塔架)；(5)将上述(1)-(4)部分结合构成的“分风式风力机”和将上述(1)、(2)、(4)部分结合构成的“分风式风轮机”相同规格进行间隔并列联合设置，从而形成“联合聚风超大功率风力热泵机组”形态；(6)其还包括“变桨式X形聚风大功率风力机形成的热泵机组”形态。

对上述六部分功能结构的具体描述如下：

(1)不同的分风机舱设计形态与其规格的多样化变化

分风机舱规格形态的多样化变化是形成本发明风力机技术方案的核心之一。

“分风式风力机”和“分风式风轮机”是通过菱形或长菱形分风机舱实现前后双方向的分风与机舱两侧相邻相互影响形成的聚风效果，在风力机中分风机舱在实现上述功效的同时又天然构成机组前后两个设备安装间，在其内可安装与风力机配合的热泵压缩机与热泵的其它机械装置。

小型联合聚风机组采用的分风机舱可将其建成菱形形态(见图示1)，中、大、巨型机组及采用较大直径的桨轮风轮机组则宜采用长菱形分风机舱设计形态(见图示15)。

“分风式风力机”的机舱底板构成热泵机组其它设备的安装基础面，在放置压缩机的部位可进行机舱底板结构的加强；分风机舱的顶部设有机舱顶板(或设置顶梁)，其可一同起到固定双桨轮风轮上部轴端、封闭分风机舱、遮风挡雨和使各个机舱聚风斜面顶部连接固定等多重作用。

从俯视角度看菱形分风机舱的顶板(见图示1)，其如同一个个菱形体，其左右两侧各有两个聚风斜面，左右两侧聚风斜面的实际交汇点构成分风机舱前后两端的分风角，两侧聚风斜面延伸虚拟交差点附近的机舱底板和顶板之间是桨轮风轮轴的上下安装处，图示的双桨轮风轮是以完全横向排列的方式安装的。

相同方式观察长菱形分风机舱的顶板和底板，其如同在菱形分风机舱的中间加设了一个长方形的结构体(见图示15)，因而称为“长菱形分风机舱”，其安装桨轮风轮轴的位置还可通过在两机组之间设置的“互连横梁”进行加固加强，“互连横梁”同时可将相邻两机组及将全部联合并联机组进行横向连接加固。

长菱形分风机舱的双桨轮风轮是采用错位的布置方式，这可大幅减少大直径风轮对机舱俯视建设面积的需求，其联合排列后可使在各个分风机舱外部悬空的两个桨轮风轮相邻并列，形成“连动机组”的形态可将相邻风轮齿轮之间实现相互咬合。

(图示1)和(图示15)为两个极端的分风机舱与桨轮风轮的设置结构举例，即：将桨轮风轮完全进行横向排列和完全进行纵向排列；此外，其还可采用中间的形态，即：将(图示15)的分风机舱宽度加大，将双桨轮风轮的排列形态加横向一些。

在桨轮风轮与下部传动机构安装空间之间可设置隔离板，形成单独的设备间。

(2)设有伞式桨叶伸缩调控系统的立式双桨轮风轮

在“风力机”和“风轮机”分风机舱中部的底板与顶板之间并联设置齿轮联动的立式双桨轮风轮，并使分风机舱的聚风斜面或直面遮挡住桨轮风轮半部分旋转弧面体，悬空在分风机舱以外的双桨轮风轮桨叶可承接各个分风机舱联合并列设置后形成的聚风通道内的聚集气流，可使其按照不同季节的风向变化回来双向冲击桨轮风轮的外部悬空桨叶，形成最大转换出力能力；其小、中、大、巨型桨轮风轮可有不同的设计结构与伸缩方式，以适应不同的出力能力调控和不同的桨轮风轮的规格设计需求。

桨轮风轮可分为中心大辊筒型(见示意图3所示)、中心中辊筒型和中心小辊筒型(见示意图4所示)等不同的结构设计形态。中心大辊筒型桨轮风轮的中部为大直径圆柱体辊面结构设计，中为中；小为小，后者一般在中小机型上采用。所谓中心大、中、小辊筒型是指其中心辊筒直径相对于桨轮风轮整体直径的比例而言，不同的比例关系决定其采用不同的缩桨结构与缩桨方式。

在小、中、大、巨中心辊筒的周边均匀分布设有3-6个、大直径风轮可设置6-8个、更大直径可设置8-10个乃至更多个以同等间距沿直径方向设置的桨叶，在双桨轮风轮上采用的中心辊筒直径、高度、桨叶设置数量与设计规格应该完全相同，为了加强各个桨叶的乘风支撑强度和方便对桨叶进行伸缩调控，在桨轮风轮的纵向(上、中、下)间隔均布设置1-多层支撑圆环(或板)，支撑圆环可形成同轴心多环网状设计形态。

大功率风力机必须拥有一套控制风轮出力能力的调控系统，用来限制与调控风轮的乘风出力能力和实现对机组转速变化的调整，桨轮风轮实现该功效的操作过程叫“缩桨”，即：将各个方向的桨轮风轮上的桨叶同时、同速、同位地向中心方向收缩移动，使桨轮风轮上的各个桨叶乘风幅面减小到实现全无；或相同方式进行反方向的伸桨移动调控与位置随时固定。

本发明在各种类型双桨轮风轮上均设有伞式桨叶伸缩调控系统结构，其可简单、准确、快速、同步地调控桨轮风轮各个桨叶的伸展幅面的大小变化，在机组故障、风力过大，速度过快(慢)、的情况下，可通过风轮桨叶伸缩桨减力(加力)或附加配合的简单机械制动，实现机组在大风下的减力刹车控制，并可消除自然风力强度变化对机组稳定运行产生的影响，或在压缩机起动时实现机组出力能力的变化调整；

中心大辊筒型结构可实现“辊内缩桨”操作(见示意图5、7)，即：将各方面的桨叶宽幅的绝大部分或是全部收缩进入中心大辊筒内；中心小辊筒型结构可实现“重叠缩桨”操作(见示意图4、6)，即：将各个桨叶分为两幅(或三幅)，并进行“双叠缩桨”(1/2缩减)等；中心中辊筒型结构可实现“双叠-辊内缩桨”或“辊内-双叠缩桨”操作，“双叠-辊内缩桨”是使其先实现桨叶的双重叠，如果机组控制系统需要其继续进行缩桨，再将已经双重叠的桨叶一同进行辊内缩桨操作；

其也可采用相反的“辊内-双叠缩桨”方式，即：先使其部分幅面实现辊内缩桨，如果控制系统或实际效果需要其继续缩桨，再将外露的桨叶进行辊内双重叠缩桨。上述几种缩桨方式与形态可适应任何桨轮风轮规格与中心辊筒直径规格的伸缩配合，而其中前两种更多与更方便采用，后两种也可只设置采用前面一种控制动作与结构，并与刹车系统配合实现减力刹车目标。

如需要与桨轮风轮缩桨减力配合制动，可在风轮齿轮下部的同轴齿轮上、或在风轮齿轮上设置制动器装置，实现机械制动与桨叶收缩减力配合的机组刹车控制，其刹车制动装置与方法可采用气动、液压、电磁、手动等方式，有些还可不设。

本发明实现上述各种“缩桨”调控操作的系统装置统称为“伞式桨叶伸缩控制系统”(可简称为：伸缩桨系统；(见示意图4、5、6、7、8)，其是由与各个桨叶一体化安装设置的桨叶推拉滑杆、和与各个桨叶推拉滑杆连接的伞式推拉杆、和与各个伞式推拉杆共同汇集连接于桨轮轴上的“伞式滑圈”、以及可使伞式滑圈实现上下可控制式移动与位置随时固定操作的伞式滑圈调控装置联合构成。

伞式滑圈如同安装在伞杆上的上下推移滑圈，其一般依附在桨轮风轮轴的外部，通过伞式滑圈的上下位置移动与固定控制，实现“伞式桨叶伸缩控制系统”的功效，因此其上下移动与制动的结构方式是实现系统功效目标的重要组成，可采用以下几种方式实现：1.由齿轮条、驱动装置和制动器配合构成移动与制动控制机构；2.采用驱动装置与蜗轮蜗杆(齿轮条)配合的上下移动与制动控制机构，其可实现随时自动锁定移动位置；3.采用液压驱动装置实现的上下移动与制动机构方式；4.采用统一驱动装置配合链轮链条装置实现的上下拉动伞式滑圈的移动与固定机构方式，其可方便地实现对多桨轮风轮共同实现一体化的调控，并且设备价格低廉；

各种调控方法各有优势，可选择一、两种采用。

伞式桨叶伸缩调控系统的驱动装置与制动装置可设置在桨轮风轮中心辊筒的内部，如设置在风轮齿轮盘面上(见示意图7所示)，也可设置在分风机舱的顶板上，也可将同一组群共同设置，一同进行同步控制。此外，还可采用自动化控制的方式，通过传感器实现自动控制，可设置风速、转速仪表，根据测量的数据进行伸缩桨叶程度的操作(其为一般性技术，有成熟的测量产品和控制系统装置，可直接购买)；

在桨叶推拉滑杆上一般设置滑辊或滑块与支撑圆环上设置的推拉杆滑道配合，在一个设计高度较高或很高的桨轮风轮上，其桨叶推拉滑杆与伞式推拉杆的联动结构可设置多层，以实现对体高桨轮风轮各个桨叶上、中、下多推拉点共同出力的伸缩控制操作。“三叠缩桨”、“双叠-辊内缩桨”与“辊内-双叠缩桨”可通过两个伞式桨叶伸缩调控系统配合实现控制。

各个桨叶推拉杆均是与推拉杆滑道配合完成推拉作用的，推拉杆滑道又与支撑圆环(圆环架)形成一体化结构体，从而实现通过支撑圆环架固定桨叶位置、辅助桨叶推拉的双重作用；长高桨轮风轮上设置的各层支撑圆环架可实现上下连接，形成一体化固定结构。

桨轮风轮桨叶的双侧表面可形成非光滑平面形态(如形成凹凸网格设计形态等)更加有利于风力在其上的出力作用。

桨轮风轮一般采用玻璃钢材料制造或采用玻璃钢与其他金属材料混合形成。

(3)可形成多种动力传动输出方式与结构，可与不同类型、规格、数量的热泵压缩机配合风力机的动力输出方式与结构在后面的{(3)由风力机动力输出机构与1台或多台热泵压缩机的动力输入机构之间实现多种传动方式的配合部分}部分一同说明。

(4)互连横梁、塔架与基础

通过塔架与基础实现分风机舱的高举空中安装(建设在建筑物顶部不需要)。

对一个分风机舱的支撑最经济的方法是采用2个塔架(见示意图2)，机组设备重量过大或机舱面积设计过大的，还可采用在两支撑点间增加加强横梁，或加宽支撑处面积(采用伞式支撑结构等)；但是对于更高大与更宽大的分风机舱来讲，两点一线式支撑有侧倾的危险，因此一般采用将整个联合排列的各个机组机舱底板用1-2个“互连横梁”进行相邻机组之间的串联固定(见示意图15、16)，使其形成横向一体化相互依靠的稳定结构体；互连横梁可与分风机舱低部的加强横梁形成“十字形”一体化结构体，其同时可对桨轮风轮轴端安装位置的横向加固。

对于分风机舱设计高度很高，且设计相对很窄的联合机组，在其机舱底板上一般需要设置“顶互连横梁”。

(5)将“分风式风力机、风轮机组”进行间隔并列联合设置

“分风式风力机”和“分风式风轮机”可形成小、中、大、巨多种系列规格，将相同规格“风力机”和“风轮机”进行间隔并列联合设置，使两个并列设置的桨轮风轮齿轮的粗大轮齿相互咬合配合，形成双桨轮风轮一体化联动的运行形态，通过其相互作用可使立式双桨轮风轮或多桨轮风轮实现同速、同步逆向连动。

即：还可采用将“主风轮齿轮”同时与左右若干个“风轮机”上的“副风轮齿轮”咬合配合实现其一体化联合传动的“连动热泵机组”形态。

(6)“变桨式X形聚风大功率风力机形成的热泵机组”形态。

本发明提出的风力热泵机组如果建设在楼房的顶部，并且要求以单机形式安装，其还可选择采用“变桨式X形聚风大功率风力机形成的热泵机组”形态(如示意图17所示)，形成机架聚风结构，其上的双桨轮及其调控系统结构与上述联合聚风机组相同。

(二)热泵压缩机及其一体化连接的热泵其它组成系统部分

热泵系统是利用压缩机驱动管道内的制冷剂循环流动，不断的蒸发冷凝，通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，把外界的热量源源不断的聚集到热泵主机上的加热盘管上，再经过高科技的导热材料使储水器中的水温迅速上升。热水经循环管路送入终端用户室内以供洗浴和采暖。

一台压缩式热泵装置主要由：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成。本发明提出的风力热泵可以是空气热源热泵、水源热泵及热源热泵等，由于各种热泵技术产品已经拥有十分成熟的销售商品，在此对热泵其它组成部分的结构性能不进行具体描述。

但是，因为本发明风力机有来回风力方向变化的特点，况且其更加适用于较大功率与规模的热泵系统采用，因此本发明机组更加倾向于采用往复式压缩机，往复式压缩机对于转动方向的改变没有影响(而旋转式压缩机需要进行方向变化的适应性调节)。为了适应与本发明风力机进行更好的传动结构配合，配合的压缩机的连杆等结构可依照传动系统规格要求特制。

(三)由风力机动力输出机构与1台或多台热泵压缩机的动力输入机构之间实现多种传动方式的配合部分

本发明最终发明目的是将上述风力机形成的动力能量进行输出，并且以尽可能多的方式与结构与压缩机进行多种动力传输方式的配合；同时可形成不同的出力能力的梯级巨大差距变化和及时方便的适应调控，这对于风力热泵机组、尤其是对于大功率风力热泵机组具有特别重要的效益形成作用，其可充分利用微风，又可在强风时间大幅度提高机组出力能力，而这一目标的实现只是增加了1-几个压缩机(或热泵系统装置)。

本发明提出的风力机动力输出机构与热泵压缩机的动力输入机构配合方式可以采用：

①风力热泵机组可采用在同一传动齿轮、轮盘上再一同并列设置一个或若干个热泵压缩机进行出力能力的多梯级大幅度调整变化；

②采用曲轴与1—多个压缩机活塞连杆进行配合的结构与动力输出方式(示意图11所示)；

③采用由1个大齿轮轮盘输出动力，同时使其配合带动1—多个小齿轮轮盘及其配合的活塞连杆的传动的方式(如示意图9、13所示)，其配合的小齿轮轮盘可与大齿轮轮盘实现滑动分离与咬合；

④采用由1—多层大直径皮带轮盘输出动力，配合带动1—多个小皮带轮盘及活塞连杆的传动的方式，其也可带动多种类型旋转式压缩机(如示意图12所示)；

⑤采用由1—多层大直径链条轮盘输出动力，配合带动1—多个小链条轮盘及活塞连杆的传动的方式(如示意图14所示)；

⑥本发明提出的“风力热泵机组”也可由单机形式构成，或形成X机架聚风结构(如示意图17所示)；

⑦本发明同时提出：由风力热泵机组与电机动力方式共同驱动和完全由电机驱动的方式，及其之间的方便转换的结构方案设计(示意图13所示)；即：在上述2的动力输出轮盘结构上，配合设置与其配合的，由电动机驱动的齿轮轮盘，并且可使风力机动力输出轴与下面的大齿轮轮盘实现方便操作的动力一体化联动与方便分离，如采用套筒与插销配合的动力连接与分离方式与结构等(轴与轴之间的传动连接与分离为一般机械结构设计，在此不详细列举)。与其配合的电机可采用滑轨固定及方便进退移动，实现并合与分离的配合(如示意图13所示，滑轨固定及方便进退移动为一般机械结构设计，在此不细述)。

风力热泵辅助电力推动电机必需要在风力机桨轮轮下设置，因此其还可采用仰式传动的方式安装，并在机舱底板上设置电动机井，使仰式电动机进入其内(如示意图13所示)。

⑧也可选择与城市现有的锅炉供暖系统管网进行一体化连接运行的方式，从而实现锅炉与风力热泵供暖方式的互补，包括在风力不大，风力热泵供热温度不高情况下的锅炉补充加温方式，

因①可见，本发明热泵机组实现多出力能力功能目标方法是采用在同一传动齿轮、轮盘上再一同并列设置一个或若干个热泵压缩机进行出力能力的多梯级大幅度调整变化。

在分风式风力热泵机组的中型以上机组中，均建议采用再另外设置1个可控制实现分离、合并式的压缩机，在更大型机组中还可继续增加压缩机的设置数量；分风机组一同设置1个以上压缩机的理由有四：

1.联合机组可简单轻松地实现单机大、超大功率水平，因此如果而只设置一个更大功率的压缩机有时不方便进行高空设置与设备安装安排；

2.由风力特性决定，设置一个更大的压缩机(包括热泵机组)不如设置1个以上合计功率相同的压缩机进行组合安装，后者可通过1个以上压缩机的设置方式，简单方便地形成机组出力能力调控的梯级巨大变化，方便扩大机组的用风强度范围和用风的季节时间范围；

3.可使联合机组实现出力能力的梯级调控与桨叶伸缩操作系统出力能力调控的组合配合；

即：在热泵机组设置数量形成的梯级出力能力范围内进行桨叶伸缩的微调，当处于梯级交汇处时，风力再大机组不一定要进行缩桨操作，而是要提高压缩机的设置数量，并同时进行伸桨操作增加热量提供；反之，风力再小，伸桨已到尽头没有作用，可减少压缩机的设置数量。

4.分风式风电机组的总体设计结构和传动机构的设计形态可以十分简单、方便、灵活、廉价地实现设置1个以上拥有可分合、撤并功能压缩机或热泵机组的独特优势。

因此，上述传动结构控制方式可采用传感器自动控制，实现完全自动化控制及手动控制等。

综上所述，本发明提出的各项发明目的可以通过各种创新功能结构完美实现。

附图说明

下面结合示意图说明“联合聚风超大功率风力热泵机组”的功能结构。

图1是“联合聚风超大功率风力热泵机组”菱形分风机舱与桨轮风轮配合结构的中部横剖面俯视示意图，表示该机组是由若干个“风力机、风轮机”联合并列构成，其“}”符号确定的范围是表示在一组“连动热泵机组”，其中“主风轮齿轮”通常情况下可同时并联1-5个“副桨轮风轮”。

图2是菱形分风式风力机宏观侧视示意图。

图3是一个中心大辊筒型立式桨轮风轮的俯视结构示意图。

图4是立式桨轮风轮中心小辊筒型采用的双叠缩桨式结构俯视示意图。

图5是立式桨轮风轮辊内缩桨式形式缩桨过程的俯视结构示意图。

图6是伞式桨叶伸缩调控系统伸桨与缩桨机构的形态变化示意图。

图7是伞式桨叶伸缩调控系统实现“辊内缩桨”形态的风轮径向剖面结构示意图。

图8是(图7所示)的伞式桨叶伸缩调控系统“伸桨”形态的风轮径向剖面示意图。

图9是菱形分风式风力热泵机组大齿轮盘传动方式的内部装置基本布置剖面侧视示意图。

图10是分风机舱内部两个并列风轮齿轮之间相互咬合实现一体化联动形态的示意图。

图11双桨轮风轮采用曲轴与连杆配合实现传动方式的结构示意图。

图12双桨轮风轮采用皮带轮实现配合传动方式的结构示意图。

图13桨轮风轮大齿轮盘传动结构与配合的助力电动机配合的结构俯视、侧视示意图。

图14桨轮风轮下面采用大链轮配合链条传动方式的结构俯视示意图。

图15是大直径桨轮采用的长菱形分风式风力机的俯视示意图。

图16是各个风力机、风轮机并列联合设置形成的“联合聚风超大功率热泵机组”的迎风方向主视的宏观示意图。

图17变桨式X形聚风大功率风力机形成的热泵机组”形态俯视示意图。

图1中：1.桨轮风轮；2.分风机舱聚风斜面；3.主风轮齿轮配合的热泵压缩机和热泵其它装置设置位置；4.分风机舱底板；5.分风角；6.聚风斜面遮挡半幅桨轮风轮处；7.风向与风轮转动方向。

图2中：8.桨轮风轮中心辊筒；9.风轮桨叶；10.机舱聚风斜面；11.机舱底板横粱；12.机舱互连横梁；13.自然界冲击风力；14.机组塔架与基础。

图3中：15.支撑圆环或圆环架；16.风轮桨叶；17.中心大辊筒；18.风轮动力输出轴。

图4中：19.双叠式缩桨的外桨叶；20.双叠式缩桨滑道；21.双叠式缩桨内固定桨；22.风轮动力输出轴；23.中心小辊筒；24.支撑圆环(圆环架)。

图5中：25.桨叶推拉杆滑道；26.缩桨过程中的桨叶；27.中心辊筒。

图6中：28.桨叶推拉滑杆；29.伞式推拉杆；30.双叠式活动外桨叶；31.中心小辊筒；32.双叠缩桨滑道；33.伞式滑圈。

图7中：34.中心大辊筒(剖面)；35.桨叶推拉杆滑道；36.缩入的桨叶；37.伞式推拉杆；38.伞式系统驱动装置与制动装置；39.驱动器与制动器支撑体(或称伞式滑圈行程定位架；40.与桨轮风轮连接的主风轮齿轮；41.桨叶推拉滑杆及推拉杆滑道；42.伞式滑圈(其为一体化设计形态)。

图8中：43.桨叶推拉滑杆；44.完全伸出后桨叶；45.中心大辊筒(剖面)；46.伞式滑圈；47.风轮动力输出轴；48.中心大辊筒内壁；49.伞式推拉杆。

图9中：50.风轮桨叶；51.机舱隔板；52.桨轮辊筒；53.热泵系统其它设备；54.热泵往复式压缩机；55.往复式压缩机传动连杆；56.小传动齿轮；57.风轮动力输出轴；58.细齿大传动齿轮；59.塔架与基础。

图10中：60.主风轮齿轮轴；61.副风轮齿轮粗轮齿；62.风轮齿轮连接条；63.主风轮动力输出细齿齿轮；64.主、副风轮齿轮咬合；

图11中：65.分风机舱分风斜面；66.桨轮桨叶；67.曲轴；68.连杆；69.往复式压缩机；70.分风机舱底面。

图12中：71.大直径皮带轮；72.传动皮带；73.压缩机。

图13中：；74.可移动式助力电动机；75.曲轴轮盘；76.压缩机；77.风力机动力输出大轮盘；78.电动机井。

图14中：79.风力机动力输出大链轮；80.压缩机动力输入小链轮；81.传动链条。

图15中：82.分风机舱分风角；83.桨轮风轮；84.风力方向；85.互联横粱；86.分风机舱地面。

图16中：87.分风机舱分风角；88.桨轮桨叶；89.分风斜面；90.风轮中心辊筒；91.机舱顶的互连横梁；92.底部互连横梁；93.主、副风轮齿轮；94.桨叶伸缩滑道(滑轨)；95.分风风力；96.风力通道；97.塔架与基础。

图16中：98.聚风加强的气流；99.聚风机架；100.桨轮与桨叶；101.桨轮辊；102.桨轮轴；103桨轮动力输出细齿齿轮。

具体应用方式

本发明对“联合聚风超大功率风力热泵机组”风力动力运行方法的描述是：

自然风力通过分风机舱分风角的分解作用使风力向机舱两侧运动，在各个相邻分风机舱之间产生出相互聚风效果；聚集加强的风力在各个联合并列分风机舱形成的狭窄通道内切向作用于桨轮风轮的最大力矩处使其顺风向转动，通过机组内部1个及1个以热泵压缩机的梯级出力能力调控及配合伞式桨叶伸缩系统的调控，实现对桨轮风轮出力能力与风力变化的适应性调控及梯级大幅度调节控制，实现机组在大风力条件下产生更多热能，在更小风力条件下持续运行的发明设计目标，实行热泵压缩机频率要求的随时适应性调控；

在绝大多数地区或是在绝大多数地区全年的绝大多数时刻，自然界的风向基本上是以相对固定的、采用来回∠180°±不超过∠20°范围的相对直线方式运动；桨轮风轮出力方式对风向没有要求，但因对其附加了聚风结构，虽然聚风结构赋予了其风向的要求，但也同时赋予了其理顺风向的能力，即：通过聚风作用可将左右变化不大的风向顺入聚风机构的狭窄通道内，形成完全一致的风力方向；桨轮风轮对风向的微小变化不会产生任何影响，因此可以说：联合聚风机组可在完全固定不动的情况下适应绝大多数地区在任何时间产生的任何风向常规变化；机组安装的往复式压缩机对于桨轮风轮的转动方向没有要求，因此可适应自然界来回风向的随时变化。

在微风的情况下，机组出力能力减低，当达不到要求的出力时，可将机组配合的电机与风力机动力输出齿轮进行配合操作，并且同时开启电机助力，在无任何风力的情况下可以开起1个以上数量的电机共同助力，并且将风力机桨轮轴与其动力输出轴实现传动分离，从而使用户在拥有一个风力热泵系统的情况下实现全天候运行。

工程用户也可选择与城市现有的锅炉供暖系统管网进行一体化连接运行的方式，从而实现锅炉与风力热泵供暖方式的互补，包括在风力不大，风力热泵供热温度不高情况下的锅炉补充加温方式，采用该方式可不设置上述电机助力结构(以上两种设计方式可由用户自己选择采用)；在无需供暖的季节，风力热泵产生的热量可以用于洗浴，或在夏季进行制冷。

Claims (1)

1、一种联合聚风超大功率风力热泵机组，其特征在于：其是由：(一)联合聚风超大功率风力机装置部分、(二)与风力机配合的热泵压缩机及其一体化连接的热泵其它组成系统部分和(三)由风力机动力输出机构与1台或多台热泵压缩机的动力输入机构之间实现多种传动方式的配合部分实现，对以上三个功能结构部分的具体描述是：

(一)联合聚风超大功率风力机装置

其主要功能结构包括：(1)多种形态的分风机舱设计及其系列化规格；(2)设有桨叶伸缩调控系统的立式双桨轮风轮；(3)可形成多种动力传动输出方式，可与不同类型、规格、数量的热泵压缩机配合的结构；(4)风力机塔架、基础与互连横梁(直接建设在建筑物顶部无需塔架)；(5)将上述(1)-(4)部分结合构成的“分风式风力机”和将上述(1)、(2)、(4)部分结合构成的“分风式风轮机”相同规格进行间隔并列联合设置，从而形成“联合聚风超大功率风力热泵机组”形态；(6)其还包括“变桨式X形聚风大功率风力机形成的热泵机组”形态；

(二)热泵压缩机及其一体化连接的热泵其它组成系统

一台压缩式热泵装置主要由：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成；本发明更倾向于采用往复式压缩机，配合的压缩机的连杆等结构可依照规格要求特制；本发明提出的风力热泵可以为空气热源热泵、水热源热泵及地热热源热泵等形式；

(三)由风力机动力输出机构与1台或多台热泵压缩机的动力输入机构之间实现多种传动方式的配合，风力机动力输出机构与热泵压缩机的动力输入机构配合方式可以采用：

①风力热泵机组可采用在同一传动齿轮、轮盘上再一同并列设置一个或若干个热泵压缩机进行出力能力的多梯级大幅度调整变化；

②采用曲轴与1-多个压缩机活塞连杆进行配合的结构与动力输出方式；

③采用由1个大齿轮轮盘输出动力，同时使其配合带动1-多个小齿轮轮盘及其配合的活塞连杆的传动的方式，其配合的小齿轮轮盘可与大齿轮轮盘实现滑动分离与咬合；

④采用由1-多层大直径皮带轮盘输出动力，配合带动1-多个小皮带轮盘及活塞连杆的传动的方式，其也可带动多种类型旋转式压缩机；

⑤采用由1-多层大直径链条轮盘输出动力，配合带动1-多个小链条轮盘及活塞连杆的传动的方式；

⑥采用由单机形式构成，或形成X机架聚风结构；

⑦采用由风力热泵机组与电机动力方式共同驱动和完全由电机驱动的方式及其之间的方便转换的结构方案设计；其还可采用仰式传动的方式安装，并在机舱底板上设置电动机井；

⑧用户也可选择与城市现有的锅炉供暖系统管网进行一体化连接运行的方式，从而实现锅炉与风力热泵供暖方式的互补，包括在风力不大，风力热泵供热温度不高情况下的补充加温。

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