CN104641104B - 带有导风件的建筑物风力热源化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有导风件的建筑物风力热源化装置，包括：导风件、转子、风力加热器、集热箱。导风件包括：上端部，其具有位于转子上部以彼此对向上升的形态设置并且一端接触结合的前部及后部；固定部，其使上端部支撑固定在建筑物上；调节驱动部，其能够对前部与后部的长度及上升角度进行调节，并且按照根据风的行进方向的前部及后部的长度方向比例对前部及后部的上升角度进行调节。转子位于上端部的下部。风力加热器随着转子的旋转对热媒介加热。集热箱中聚集通过风力加热器加热的热媒介。依据本发明的建筑物风力热源化装置利用导风件使风快速流入建筑物风力热源化装置的转子，从而提高风力热源化装置的发热效率。同时，可以根据设置导风件的环境使导风件的形状最优化，从而使用相同的风产生更多的热量。另外，在通过永久磁铁的旋转产生涡电流而而对热媒介加热的结构中，使排列在旋翼上的永久磁铁最优化，从而提高能量转换效率。

Description

带有导风件的建筑物风力热源化装置
技术领域
本发明涉及一种带有导风件的建筑物风力热源化装置。更具体地，涉及一种设置有导风件的建筑物风力热源化装置，该导风件根据在旋翼上部以彼此对向上升形态结合的前部与后部长度方向比例，对前部与后部的上升角度进行调节，从而提高风力热源化装置的发热效率。
背景技术
一般来说，所谓利用风的力量(风力)的风力发电系统，是指通过空气流动(风)将空气具有的动能转化为其它能量以利用普通空气的流动(风)使翼部(螺旋桨)旋转来驱动发电机从而获得电力的系统。
就这种风力发电系统而言，如果想要将风具有的动能用作暖气等热能时，就必须将风具有的动能转化为电能，再将电能转化为热能，因此在能量转化时会造成大量的热损失，同时还必须具备实施能量转化的系统(装置)，由此就需要大量的成本和系统(装置)的维护费用。
另外，在将风具有的动能转化为电能时，翼部的转数决定了产电的范围，这样就会导致效率降低。即，电具有50Hz或60Hz的频率，要想获得具有这种频带的电，就会受到翼部转数的影响。因此，当翼部的转数较低或较高时，就无法获得电能，由此就会导致能量转化的效率降低。
为了克服这一缺点，国内专利第0554218号公开了一种不产电但可获得热能的风力热源化装置，即，将风力的动能转化为机械性旋转能使永久磁铁旋转，通过旋转所述永久磁铁而生成的涡电流在发热体内转化为焦耳热，从而可以向发热体外部的热媒介提供能量的能量转化器等。
一般来说，风力热源化装置的转子设置在建筑物的屋顶。这么设置在建筑物屋顶的建筑物风力热源化装置在设置时没有考虑屋顶的形态，也没有设置为了将风聚集在建筑物风力热源化装置的转子的附加设备。因此会导致发热效率降低。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，利用导风件使风快速流入至建筑物风力热源化装置的转子，从而提高风力热源化装置的发热效率。
本发明的另一个目的在于，提供一种建筑物风力热源化装置，根据设置导风件的环境最优化导风件的形状，从而使用相同的风能够产生更多的热。
本发明的另一个目的在于，提供一种建筑物风力热源化装置，在通过永久磁铁的旋转产生涡流而对热媒介进行加热的结构中，最优化排列在旋翼上的永久磁铁，从而提高能量变换效率。
技术方案
为了实现上述目的，依据本发明的建筑物风力热源化装置包括：导风件、转子、风力加热器、集热箱。导风件包括：上端部，其具有在转子上部以彼此对向上升的形态设置并且一端接触结合的前部及后部；固定部，其将上端部支撑固定在建筑物上；调节驱动部，其能够对前部与后部的长度及上升角度进行调节，并且按照根据风的行进方向的前部及后部的长度方向比例来调节前部及后部的上升角度。转子位于上端部的下部，风力加热器随着转子的旋转对热媒介加热，集热箱中聚集有通过风力加热器加热的热媒介。
优选地，在风力加热器和集热箱之间设置有根据热媒介的温度对热媒介的流动进行控制的温度控制阀。
就导风件而言，其固定部的端面可以设计成椭圆形，当其前部及后部的长度方向比例为2：1时，前部的上升角度设置为25～35°，后部的上升角度可以设置为5～10°。当其前部及后部的长度方向比例为1：1时，前部的上升角度可设置成与后部的上升角度相同。导风件还包括：下端部，其上部面为平的，风流入的前端具有向上部面上升的倾斜面，该下端部与上端部隔开并位于转子下部且附着在建筑物上。
转子可以设置多个。多个转子分别通过多个固定部分离。并且，转子可以连接固定至导向件。
风力加热器包括：旋翼，其带有随着转子旋转而产生涡电流的永久磁铁；发热体，其通过由旋翼旋转产生的涡电流转换为焦耳热而发热。热媒介向发热体内部移动的过程中被加热。永久磁铁在旋翼的外周面按照永久磁铁的大小进行间隔排列，沿旋翼的长度方向排成多列。
风力加热器既可以通过转子的旋转产生的摩擦热对热媒介加热，也可以通过随转子的旋转而转动的旋转体与热媒介之间产生的气穴现象(cavitation)对热媒介加热。
有益效果
本发明根据上端部的前部与后部的长度对上升角度进行调节，将风聚集在风力热源化装置的转子，当其经过转子时，使风的速度加快，由此可以提高风力热源化装置的发热效率。另外，本发明能够根据设置导风件的位置及风向对导风件的前部与后部长度及上升角度进行调节，从而可以提高风力热源化装置的发热效率。
本发明将导风件的固定部设计成端面呈椭圆形的柱状，这样不仅可以防止因固定部的设置导致的发热效率的降低，反而还能够提高发热效率。风力热源化装置的转子连接固定在导风件，这样就可以最小化转子旋转产生的震动及噪音对建筑物的影响。
本发明在通过永久磁铁旋转产生涡电流而对热媒介加热的结构中，最优化排列在旋翼上的永久磁铁，从而提高能量转换效率。
附图说明
图1是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的立体图。
图2是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的整体构成图。
图3是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件上端部的示意图。
图4及图5是概念性地示出将依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件设置在建筑物上的示意图。
图6是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件椭圆形固定部的示意图。
图7是概念性地示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件上端部的前部与后部对长度及上升角度进行调节的示意图。
图8是示出本发明中转子固定于导风件上端部实施例的建筑物风力热源化装置的示意图。
图9是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置风力加热器一个示例的立体图。
图10是图9的正剖面图。
图11是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置风力加热器另一示例的正剖面图。
图12是图11的平剖面图。
图13a至图13g是概念性示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置多种风力加热器的示意图。
图14是仅对依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件前部与后部及屋顶(或下端部)进行设定解析的形状示意图。
图15是示出为了掌握流动特性的检查体积与边界条件的示意图。
图16是示出针对解析形状生成网格的示意图。
图17是示出针对表3中记载的16种情况中导风件与屋顶之间的流动分布的示意图。
图18是示出利用望大特性对表3中记载的16种情况的解析结果的SN比进行分析的示意图。
图19是对情况1，情况9，情况12的导风件与屋顶之间的流动分布进行比较而显示的示意图。
图20是针对16种情况示出通过数学式1求出的导风件性能指数的图表。
图21是示出将前部与后部的长度方向比例设定为1：1，用于掌握随着前部上升角度变化的流速增加的解析形状的示意图。
图22是示出使前部上升角度变化时流动分布的示意图。
图23是示出为了了解随着固定部形状的导风件性能指数的实验条件的示意图。
图24和图25是示出为了了解随着固定部形状的导风件性能指数的实验条件所适用的边界条件与网格信息的示意图。
图26和图27是示出为了了解随着固定部形状的导风件性能指数的实验数值解析结果的示意图。
图28是示出随着固定部形状的导风件性能指数的示意图。
图29(a)至(d)是为了分析依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置风力加热器上的随着磁铁排列产生的扭矩的磁铁排列比较例及磁铁排列实施例的示意图。
图30是利用按图29的磁铁排列的风力加热器对扭矩及发热效率进行试验的试验装置的构成图。
图31(a)及(b)是按图29磁铁排列的磁力线的形成状态图。
图32是依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的工作状态图。
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。此时，请留意附图中相同的构成要素尽可能地用同一符号标示。另外，对于有可能对本发明主旨产生混淆的公知功能及构成将省略详细说明。依据相同理由，附图中的一部分构成要素将会夸张、省略，或概略地显示。
图1是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的立体图(省略配管及集热箱)，图2是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的整体构成图。如图所示，建筑物风力热源化装置(1000)包括：导风件(1100)、转子(1200)、风力加热器(1300)、集热箱(1400)、配管线(1500)、泵(1600)以及温度控制阀(1700)。
导风件(1100)将风向转子(1200)聚集，当其经过转子(1200)时，使风的速度加快，该导风件(1100)包括：上端部(1110)、固定部(1120)以及调节驱动部。转子(1200)位于上端部(1110)的下部，借助风进行旋转。风力加热器(1300)随着转子(1200)的旋转对热媒介加热。集热箱(1400)中聚集通过风力加热器(1300)加热的热媒介。配管线(1500)和泵(1600)使热媒介在集热箱(1400)与风力加热器(1300)之间循环，并且配管线(1500)包括：热媒介供给管(1510)、热媒介回收管(1520)及返回管(1530)。温度控制阀(1700)根据热媒介的温度控制热媒介的流动。
图3是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件上端部的示意图，图4及图5是概念性地示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件设置在建筑物上的示意图，图6是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置导风件椭圆形固定部的示意图。如图3至图5所示，导风件(1100)包括：上端部(1110)和固定部(1120)。上端部(1110)包括：前部(1111)和后部(1112)。前部(1111)和后部(1112)一端接触并以彼此对向上升的形态结合。前部(1111)和后部(1112)可以设计成板状，但并非仅限定于此。前部(1111)和后部(1112)的末端可以处理成圆形，从而减小风的阻力，同时还可以减少乱流的产生。如图3(a)所示，上端部(1110)的上侧面作为前部(1111)与后部(1112)接触的部分呈现一定的倾斜，可以设计成v字形。在这种情况下，上端部(1110)的整体重量减少，从而减轻向固定部(1120)施加的负荷，可以节省材料，因此比较经济。在这里，也可以根据需要在接触的部分设置排水口。如图3(b)所示，上端部(1110)的上侧面也可以设计成平的。上端部(1110)的上侧面形状可以根据设置环境而变化。
上端部(1110)通过固定部(1120)支撑固定在建筑物的屋顶等基座(B)上。固定部(1120)可以设计成椭圆形。更准确地讲，固定部(1120)的与风的行进方向水平的端面可以是椭圆形。如果将固定部(1120)设计成椭圆形，就可以使风更加快速地通过位于固定部(1120)之间的转子(1200：如图1及图2所示)。
在上端部(1110)的下部设置有建筑物风力热源化装置的转子(1200：如图1及图2所示)。如图5及图6所示，根据上端部(1110)的宽度可以设置3个以上固定部(1120)，在多个固定部(1120)之间可以设置多个转子(1200)。通过多个固定部(1120)将各个转子(1200)分离，这样可以防止一个转子受到由其它转子的旋转引起的流动阻挠和干涉的影响。
多个固定部(1120)其各自的大小可以互不相同。特别是，对上端部(1110)侧面两个末端进行支撑的固定部(1120a、1120b)形成为比位于内侧的固定部更粗，从而可以稳定支撑上端部(1110)。
导风件(1100)设置成使风流入前部(1111)，并从后部(1112)排出。但是，风向是可变的，因此虽然向导风件(1100)流入的风向会改变，但还是考虑建筑物风力热源化装置导风件(1100)的安装位置上的主要风向而设置。
在本实施例中，根据前部(1111)和后部(1112)的长度方向比例(Lf：Lr)对前部(1111)的上升角度(θ1)和后部(1112)的上升角度(θ2)进行调节。前部(1111)和后部(1112)的长度方向比例(Lf：Lr)是指将前部(1111)长度与后部(1112)长度投影到基准面上时的长度比例。前部(1111)和后部(1112)的上升角度(θ1、θ2)是指前部(1111)与后部(1112)和基准面构成的角度。在这里，所谓基准面是指与固定部(1120)垂直的面。
图7是概念性地示出依据本发明实施例的导风件上端部的前部与后部对长度及上升角度进行调节的示意图。当准备设置导风件(1100)的建筑物确定之后，就根据建筑物高度或周边环境等确定建筑物风力热源化装置导风件(1100)的前部(1111)与后部(1112)的长度方向比例，由此也可以确定前部(1111)与后部(1112)的上升角度(θ1、θ2)。即，前部(1111)与后部(1112)的长度及上升角度(θ1、θ2)可以在设置时固定。但是，也可以根据风向经常变换的位置或周边障碍物等将前部(1111)与后部(1112)的长度及上升角度设置成可变的。
对此，再详细介绍一下。如图7(a)所示，前部(1111)与后部(1112)的长度可以调节。为此，建筑物风力热源化装置的导风件(1100)可设置有调节驱动部(未图示)。前部(1111)与后部(1112)可以是分别具有两个矩形板的形状。两个矩形板可滑动地结合，两个矩形板中的一个可以借助调节驱动部移动。由此，可以将前部(1111)和后部(1112)的长度拉长或缩短。
如图7(b)所示，调节驱动部可以通过改变前部(1111)与后部(1112)的倾斜而调节上升角度(θ1、θ2)。因此，随着前部(1111)与后部(1112)的长度变化就可以对前部(1111)与后部(1112)的上升角度(θ1、θ2)进行调节。为此，前部(1111)与后部(1112)能够以中心轴(1130)为中心可旋转地结合。
采用上述结构就可以根据情况变化前部(1111)与后部(1112)的长度及上升角度。例如：如果将导风件(1100)设置在位于海边的住宅时，因白天海风较强，所以在前部(1111)与后部(1112)中以海风流入的一侧为基准确定前部(1111)与后部(1112)的长度及上升角度。夜晚陆风较强，因此在前部(1111)与后部(1112)中以陆风流入的一侧为基准确定前部(1111)与后部(1112)的长度及上升角度。
转子(1200)是借助风进行旋转的部分，包括：旋转轴(1210)；支撑部(1220)，其与风力加热器(1300)的将在下文描述的旋翼连接并对转子(1200)进行支撑；以及旋转翼部(1230)，其依靠从旋转轴(1210)向半径方向延长的辐条支撑。并且转子(1200)位于上端部(1110)的下部。在本实施例中，虽然以垂直轴风力热源化装置为例进行说明，但是本发明也适用于水平轴风力热源化装置。
图8是示出本发明中转子固定于导风件上端部实施例的建筑物风力热源化装置的示意图。如图8所示，转子(1200)的旋转轴(1210)两个末端依靠支撑部(1220)固定在导风件(1100)上。风力发电机(1000)的转子(1200)与导风件(1100)连接固定，从而最小化由转子(1200)旋转产生的震动及噪音对建筑物造成的影响。同时，转子(1200)还得到了稳定的支撑，由此可以增强其耐久性。
风力加热器(1300)随着转子(1200)的旋转对热媒介加热。风力加热器(1300)设置在基座(B)内部，但也可以设置在基座(B)外部，也可以在没有基座(B)的情况下设置。
图9是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置风力加热器一个示例的立体图，图10是图9的正剖面图。如图所示，风力加热器(1300)包括：永久磁铁(1311)，其随转子(1200)旋转而产生涡电流；旋翼(1310)，其与支撑部(1220)连接；发热体(1320)，其通过旋翼(1310)旋转产生的涡电流转换为焦耳热而发热。热媒介在向发热体(1320)内部的流动空间(S)移动的过程中被加热。热媒介通过热媒介供给管(1510)流入流动空间(S)内，被加热后再通过热媒介回收管(1520)流出。
永久磁铁(1311)沿旋翼(1310)的外周面按永久磁铁的大小隔开并一个个排列，沿旋翼(1310)的长度方向排成多列。发热体(1320)在永久磁铁(1311)周围具有间隙以隔开设置，呈内部形成有流动空间(S)的双重管状。发热体(1320)通常采用铝(Al)、铜(Cu)等传导性材料制作。热媒介采用水或油类等普通的液体。
图11是示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置风力加热器另一示例的正剖面图，图12是图11的平剖面图。如图所示，本实施例的风力加热器(2300)具有以下形态，即用发热体(2320)与永久磁铁(2311)具有间隙的将管子隔开包裹。热媒介通过热媒介供给管(1510)流入发热体(2320)即管子的流动空间(S1)内，被加热后再通过热媒介回收管(1520)流出。旋翼(2310)与永久磁铁(2311)的配置形态等与图9及图10的构成相同，这里省略详细说明。
对于这种风力加热器(1300)(2300)来说，当旋翼(1310)(2310)随着转子(1200：如图1及图2所示)的旋转而旋转后，永久磁铁(1311)(2311)周围产生的瞬时且持续的磁场变化。通过永久磁铁(1311)(2311)周围的磁场变化发热体(1320)(2320)就会产生涡电流(eddy current)。然后，通过所产生的涡电流变换为焦耳热的诱导加热的加热方式对发热体(1320)(2320)内形成的流动空间(S)(S1)内的热媒介进行加热。
图13a至图13g是概念性示出依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置多种风力加热器的示意图。如图所示，风力加热器既可以通过转子旋转产生的摩擦热对热媒介加热(图13a至图13f)，也可以通过随转子旋转而旋转的旋转体与热媒介之间产生的气穴现象(cavitation)对热媒介加热(图13g)。下面，将对多种风力加热器进行详细说明。
图13a利用固体摩擦，是一种将闸瓦向由风车驱动的制动鼓或制动盘挤压触碰并用水等流体吸收摩擦面产生的摩擦热并加以利用的方式。图13b和图13c利用固体与液体的摩擦。图13b采用的是将贴有障碍物板的轴在液体中旋转的流体搅拌方式。图13c显示了通过风车的旋转力使离心泵旋转并通过出口管路的管摩擦使水温上升的方式。图13d是利用气体与固体摩擦的方式，其显示的是鼓风式热转换装置。图13e是将油压泵与孔板进行组合而利用液体之间摩擦的方式。风车直接驱动固定容量型的油压泵，通过风车将风能转换为机械能，机械能再通过油压泵转换为压力能，然后，它再通过孔板转换为动能，最后在出口流路转换为热能。图13f是利用涡电流的方式，使旋翼在通过流动励磁线圈的微电流进行励磁的磁场之间旋转，引起磁束的脉动并产生涡电流，涡电流对旋翼施加旋转阻力，并吸收动力。这时，可通过电力实施负荷控制或转数控制，所以应答性较好，并能够提高旋转控制能力。
图13g是通过随转子旋转而在旋转体与热媒介之间产生的气穴作用(cavitation)对热媒介加热的方式。就这种方法而言，在流体中高速移动的物体表面的流压降低，因此向彼此沿相反方向旋转的旋转构件内侧流入的流体之间就会产生气穴作用，由此可以获得高温的流体。这种方法热效率高，解决了环境问题，方便对热力机械进行维护管理，提高了使用的方便性，消除了危险因素，节省了费用。
通过风力加热器(1300)加热的热媒介聚集在集热箱(1400)中。聚集在集热箱(1400)中的热媒介通过未图示的热交换器等用于冷暖两用系统。集热箱(1400)通过配管线(1500)与风力加热器(1300)连接。
配管线(1500)包括：热媒介供给管(1510)，其从集热箱(1400)向风力加热器(1300)供给热媒介；热媒介回收管(1520)，对经风力加热器(1300)加热的热媒介进行回收。在带有多个转子(1200)及多个风力加热器(1300)的建筑物风力热源化装置中，从热媒介供给管(1510)向各个风力加热器(1300)分岔设置配管，同时从各个风力加热器(1300)向热媒介回收管(1520)分岔设置配管。
在配管线(1500)上设置有使热媒介循环的泵(1600)。另外，在风力加热器(1300)与集热箱(1400)之间设置根据热媒介的温度对热媒介的流动进行控制的温度控制阀(1700)。配管线(1500)带有随温度控制阀(1700)的开闭将热媒介回收管(1520)的热媒介返回至热媒介供给管(1510)的返回管(1530)。泵(1600)设置在热媒介供给管(1510)上，温度控制阀(1700)设置在热媒介回收管(1520)上。温度控制阀(1700)随着未图示的温度传感器的温度感应通过控制部进行控制。在配管线(1500)上还可以设置有对流路的流动进行控制的多个阀门。
根据建筑物风力热源化装置导风件前部与后部的上升角度及屋顶(或下端部)前端的倾斜度变化，对流入建筑物风力发电机转子的流动特性进行了分析。为此，使用了普通CFD代码，即Sc/Tetra。
解析形状如图14所示，仅对导风件的前部与后部及屋顶(或下端部)进行了设定。变量为前部的上升角度(A)、后部的上升角度(B)、屋顶前端的倾斜度(C)。有关解析形状的具体诸元如表1所示，前部与后部的宽度设定为1m。
表1
内容 长度(m)
l 3
l_f 2
l_r 1
h_w 1.5
h_r 1
在这里，如表2所示，将前部的上升角度(A)、后部的上升角度(B)、下端部前端的倾斜度(C)作为变量，并以4个标准进行变化，就会获得总共81个解析情况。如果对81个情况进行数值解析，就需要耗费大量的时间与费用，因此采用实验设计法之一的田口方法，如表3所示，将解析次数减少为16次。
表2
表3
情况 A(程度) B(程度) C(程度)
1 10 10 15
2 10 20 20
3 10 30 25
4 10 40 30
5 20 10 20
6 20 20 15
7 20 30 30
8 20 40 25
9 30 10 25
10 30 20 30
11 30 30 15
12 30 40 20
13 40 10 30
14 40 20 25
15 40 30 30
16 40 40 15
为了掌握解析对象的流动特性，1)解析内部的空气为非压缩性气体；2)忽略重力的影响；3)假定保持正常状态。检查体积与边界条件如图15所示。关于检测体积，将前部设定为导风件大小的10倍，后部设定为20倍，上部设定为10倍。边界条件在表4中有详细记载。在这里，实壁(Stationery wall)是适用实际壁条件的壁，自由壁(Free slip wall)是虚拟的壁，并不体现流体的粘性效果。
表4
内容 边界条件
入口 5m/s
出口 静压(0pa)
上 自然流入/流出
屋顶 实壁
导风件 实壁
自由壁 自由壁
湍流模型 标准k-ε
格子的生成如图16所示。为了提高解析准确度，在解析形状周边放入边界层(prism layer)，其厚度设定为5mm。同时，提高解析形状周边的格子密集度。格子最大尺寸为2m，最小尺寸为0.03m，格子数约为19万个。
图17是显示表3中记载的16种情况中导风件与屋顶之间的流动分布的示意图。将流速的增加量定为导风件的性能指数，并通过数学式1计算出来。在这里，Vm为平均速度，V∞为入口速度。在这种情况下，流动分布平均值在将设置风力热源化装置转子的面积中计算出来。
数学式1
为了分析设计因素，即前部的上升角度(A)、后部的上升角度(B)、屋顶前端的倾斜度(C)对流速增加量产生的影响，将导风件与屋顶之间的流动分布平均值输入至minitab14.1中。在这里，利用SN比求出不同设计因素的解析影响。流动分布的平均值越高越好，因此通过望大特性进行分析。
图18是示出利用望大特性对表3中记载的16种情况的解析结果的SN比进行分析的示意图。通过对不同因素进行分析发现，当前部的上升角度(A)为3号，后部的上升角度(B)为1号、屋顶前端的倾斜度(C)为4号时，可以获得最佳的结果。即，前部的上升角度(A)为30°、后部的上升角度(B)为10°、屋顶前端的倾斜度(C)为30°时获得的结果最佳。虽然解析情况中没有这个情形，但是情况9是与此最接近的形状。在实际制造时，考虑到制造误差，可以将前部的上升角度(A)设定为10～35°，将后部的上升角度(B)设定为5～10°。
图19是对情况1，情况9，情况12的导风件与屋顶之间的流动分布进行比较并示出的示意图。
如果将情况9与情况1进行比较，可以确认风力热源化装置转子部分风速增加更为明显。这是因为随着导风件前部的上升角度(A)增加，从而形成了可以聚集更多的流动的结构。
从情况12中可以确认，在风力发电机转子部分流速下降非常明显。这可以判断为，是后部的上升角度(B)从10°增加到40°，从而不能维持通过前部的上升角度(A)增加而聚集的流动，强风区域被向后推而产生的现象。
图20是针对16种情况通过数学式1求出的导风件性能指数的图表。情况9为1.54，情况13为1.56，都显示了良好的值。这表明，前部的上升角度(A)变大，从而更多的聚集从前面过来的流动，后部的上升角度(B)变小，从而维持前方已聚集的流动。因此，为了提高导风件的性能指数，就必须将风吹来一侧的角度增大，并将其后侧的角度缩小，这样才能加快在将设置风力发电机的地点上的流速。
图21是示出将前部与后部的长度方向比例设定为1：1，并用于掌握随着前部上升角度变化的流速增加的解析形状的示意图，图22是示出将前部的上升角度变化时流动分布的示意图。
有关解析形状的具体诸元如表5所示。
表5
内容 长度(m)
L 3
L_f 1.5
L_r 1.5
II 1.5
II_r 1.2
为了掌握随前部的上升角度(A)变化的流动分布，在表6所示条件下做了实验。
表6
A(程度) B(程度) C(程度)
(a) 10 10 15
(b) 30 10 15
如图22所示，当前部与后部的长度方向比例为1：1时，随前部的上升角度(A)的变化的流动变化不大。因此优选，即使将前部的上升角度(A)与后部的上升角度(B)设置为相同，并且风发生变化使风朝后部吹入的情况下，也设置成能够获得相同的效果。特别是，从图18中可以看出，后部的上升角度(B)越小效果越好，因此，当前部与后部的长度方向比例为1：1时，优选将前部的上升角度(A)与后部的上升角度(B)在较低的数值中设置成相同。
为了掌握随固定部形状的导风件的性能指数，如图23所示，分别针对没有固定部、固定部为四边形柱子及椭圆形柱子这几种情况进行了实验。适用在实验的边界条件与网格信息如图24和图25所示。
数值解析结果显示在图26和图27中。从图26和图27中可以看出，当固定部为四边形柱子时，风的平均速度比没有固定部时更慢。因此，固定部会使风力热源化装置的发热效率降低。但是，当固定部为椭圆形柱子时，风的平均速度比没有固定部时更快。因此，设置固定部反而能够提高风力热源化装置的发热效率。
如果通过性能指数对其进行比较，就如图28所示。性能指数如数学式1中所定义。没有固定部时的性能指数为1.47，当固定部为四边形柱子时的性能指数为1.28，当固定部为椭圆形柱子时的性能指数为1.58。这表明，当固定部为四边形柱子时，性能指数相对于没有固定部时减少了12.92％。当固定部为椭圆形柱子时，性能指数相对于没有固定部时增加了7.48％。
通过上述实验可以看出，发热效率可以随固定部形状而改变，相比于四边形柱子固定部形状为椭圆形柱子是优选的。
图29(a)至图29(d)是为了分析扭矩的磁铁排列比较例及磁铁排列实施例的示意图，该扭矩是如图9及图10所示依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的风力加热器(1300)的旋翼(1310)上排列的永久磁铁(1311)产生的。图29(a)示出了将永久磁铁(1311)在旋翼(1310)整个外周面进行无缝排列的磁铁排列比较例1，图29(b)示出了将永久磁铁(1311)沿旋翼(1310)外周面按永久磁铁大小(宽度)进行间隔排列的磁铁排列比较例2，图29(c)示出了在图29(a)中沿旋翼(1310)的长度方向隔1行排列的磁铁排列比较例3，图29(d)示出了在图29(c)中沿旋翼(1310)的长度方向隔1行排列的本发明的磁铁排列实施例。
表7记载了通过内置图29的磁铁排列比较例1至3及磁铁排列实施例的旋翼(1310)的风力加热器(1300)使用水对扭矩及发热效率进行试验的结果。试验装置如图30所示，试验按照如下步骤实施。
使泵工作约30分钟从而将入口温度与出口温度达到一致，然后在2小时期间通过计测器(MV2000)获取数据，并利用已稳定的最后30分钟内的数据整理出结果，记录初始的扭矩(T)、转数、流量等数值之后，从各个数据的平均值中减去后进行补正。效率就是按输入能量(P)与输出能量(Q)的比例计算出的值。
表7
试验例 磁铁数 转数(RPM) 扭矩(N.m) 效率(％)
比较例1 168 100 1.68 90
比较例2 89 100 29.09 90
比较例3 96 100 0.67 91
发明实施例 48 100 13.00 90
如表7所示，其在效率上并没有太大的差异，但是比较例1及比较例3的扭矩显著减小，比较例2及发明实施例的扭矩显著增大。
上述结果如图31(a)所示，比较例1及比较例3可判断为，从N极到S极的磁力线因相互重叠而抵消，由此磁力较弱，扭矩较小。如图31(b)所示，在比较例2及发明实施例可判断为，从N极到S极的磁力线没有相互重叠，由此磁力较强，扭矩较大。另外，在比较例2中，因超负荷而导致了电机停止的结果。
如表7所示，如果同时考虑磁铁的数量和扭矩及效率等因素，可以看出，磁铁数量少，并且扭矩及效率高，而且不会导致电机超负荷的依据本发明实施例的永久磁铁排列方式是最优选的。
图32是依据本发明实施例的建筑物风力热源化装置的工作状态图。如图所示，风通过导风件(1100)聚集后再经过转子(1200)，使旋转翼部(1230)快速旋转，并由此运转风力加热器(1300)。与此同时，随着泵(1600)的运转，集热箱(1400)内的热媒介沿箭头(实线)经由风力加热器(1300)进行循环。热媒介在通过风力加热器(1300)的过程中被加热并循环，如果感应到通过热媒介回收管(1520)回收的热媒介的温度未达到设定温度，温度控制阀(1700)就运转，向返回管(1530)改变流路，使热媒介不被集热箱(1400)回收，而是沿箭头(虚线)返回至热媒介供给管(1510)。通过这种控制，可使集热箱(1400)内始终存储有一定的温度的热媒介。聚集在集热箱(1400)内的热媒介可通过未图示的热交换器等用于冷暖两用系统。
依据本发明的建筑物风力热源化装置，可根据导风件上端部的前部与后部长度对上升角度进行调节，使风聚集至风力热源化装置的转子，当经过转子时使风速加快，从而可以提高风力热源化装置的发热效率。另外，本发明还可以根据设置导风件的位置及风向对导风件前部与后部的长度及上升角度进行调节，从而提高风力热源化装置的发热效率。另外，本发明将导风件固定部设计成端面呈椭圆形的柱子，这样不仅能够防止因设置固定部而导致发热效率降低，反而还能够提高发热效率。同时，风力热源化装置的转子与导风件连接固定，这样可以最小化通过转子旋转产生的震动及噪音对建筑物造成的影响。
另外，本发明在通过永久磁铁的旋转产生涡电流而对热媒介进行加热的结构中，使排列在旋翼上的永久磁铁最优化，从而在减少永久磁铁数量的同时提高能量转换效率。
另外，本说明书和附图中公开的本发明实施例是为了容易地说明本发明的技术内容，并帮助读者理解本发明的内容而列举的特定示例，它并不限定本发明的范围。对于具有本发明所属领域通常知识的人来说显而易见的是，在本文中公开的实施例以外，将本发明的技术思想作为要点的其他变形例也是可实施的。
工业实用性
本发明可用于发电系统、冷暖两用系统、空调设备及普通工业机械等多种领域。

Claims (11)

1.一种建筑物风力热源化装置，其特征在于：
包括：导风件，该导风件包括：上端部，其具有位于转子上部并以彼此对向上升的形态一端接触且以中心轴为中心能够旋转地结合的前部及后部；固定部，其使所述上端部支撑固定在建筑物上；调节驱动部，其对所述前部与所述后部的长度及上升角度进行调节，并按照根据风的行进方向的前部及后部的长度方向比例对前部及后部的上升角度进行调节，当所述前部及后部的长度方向比例为2：1时，所述前部的上升角度为25~35°，所述后部的上升角度为5~10°；当所述前部及后部的长度方向比例为1：1时，将所述前部的上升角度与所述后部的上升角度设置成相同，
转子，其位于所述上端部的下部；
风力加热器，其随着转子的旋转对热媒介加热；
集热箱，其中聚集通过风力加热器加热的热媒介。
2.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
在所述风力加热器与所述集热箱之间设置有根据热媒介的温度对热媒介的流动进行控制的温度控制阀。
3.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述固定部将端面设计成椭圆形。
4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
还包括：下端部，其上部面为平的，其中，风流入的前端具有向上部面上升的倾斜面，该下端部与上端部隔开并位于转子下部，且附着在建筑物上。
5.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述转子设置有多个，所述多个转子分别通过多个固定部分离。
6.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述转子与所述导风件连接固定。
7.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述风力加热器包括：旋翼，其带有随着转子旋转而产生涡电流的永久磁铁；发热体，其通过由所述旋翼旋转产生的涡电流转换为焦耳热而发热，
热媒介在向所述发热体内部移动的过程中被加热。
8.根据权利要求7所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述永久磁铁在所述旋翼的外周面按照永久磁铁的大小隔开并一个个排列。
9.根据权利要求8所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述永久磁铁沿所述旋翼的长度方向排成多列。
10.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述风力加热器通过所述转子旋转产生的摩擦热对热媒介加热。
11.根据权利要求1所述的建筑物风力热源化装置，其特征在于：
所述风力加热器通过随所述转子的旋转而转动的旋转体与热媒介之间产生的气穴作用对热媒介加热。
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