CN107061150A - 一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，包括风力机、垂直轴、转动转向装置、传送皮带、传动圆盘、偏心轮、第一机械联动装置、第二机械联动装置、活塞、多级节流装置、双向压缩气缸、冷水盘管、致热器和封闭半球囊；风力机采用达里厄式H型垂直轴风力机，解决了垂直轴风力机风能利用系数偏低的问题；致热元件采用多级节流孔结构，解决了单个节流孔前后压差过大的问题；双向压缩缸采用了真空绝热板作为保温层，解决了热量流失过大的问题；本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置启动风速低，制热效率高，产热利用率高，结构简单，材料强度要求低，生产成本低，经久耐用，适用于各种气候环境，具有较好的实用性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及风能制热装置技术领域，特别是一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置。
背景技术
风能是一种清洁的、取之不尽、用之不竭的可持续利用的再生资源，在当前化石能源面临枯竭和生态环境严重污染的情况下，风能的高效开发利用已成为我国乃至世界能源开发的一大热点，风能的转换利用形式多种多样，可转换为电能、机械能、热能等。目前，国内外研究主要集中在风能发电领域，事实上，在实际的生产、生活中，人们所需要的能量大部分最终以低品位热能的形式体现，若能够将不稳定的风能用于生产热能，则可有效缓解目前严峻的能源、环境问题，带来巨大的社会效益和环境效益。风能致热具有能量转换效率高、对风的品质要求低、适应风域宽、与风力机匹配较好、致热系统相对简单、造价较低等优点，因此风能致热技术具有较好的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，风力机通过垂直轴、传动圆盘和机械联动装置带动双向压缩缸里的活塞运动，启动风速低，制热效率高，产热利用率高，结构简单，材料强度要求低，生产成本低，安装方便，维护简单，运行稳定。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，包括风力机、垂直轴、转动转向装置、传送皮带、传动圆盘、偏心轮、第一机械联动装置、第二机械联动装置、活塞、多级节流装置、双向压缩气缸、冷水盘管、致热器和封闭半球囊；所述风力机设置在垂直轴的顶端，垂直轴的底端与转动转向装置相连接，转动转向装置通过传送皮带连接至传动圆盘；所述传动圆盘通过同心轴与偏心轮相连接，偏心轮通过第一机械联动装置与封闭半球囊相连接，封闭半球囊位于多级节流装置上；所述传动圆盘通过第二机械联动装置与活塞相连接，活塞位于双向压缩气缸内；所述致热器内部从上至下依次设置有冷水盘管、多级节流装置、双向压缩气缸；所述致热器内部充有油液，所述多级节流装置将致热器内部分成上下两部分。
优选地，所述第一机械联动装置包括第一传动杆、第二传动杆、换向杆和第五传动杆；所述偏心轮与第一传动杆的一端相连接，第一传动杆的另一端与换向杆的一端相连接，换向杆的另一端与第二传动杆的一端相连接，第二传动杆的另一端与第五传动杆的一端相连接，第五传动杆的另一端与封闭半球囊相连接。
优选地，所述第二机械联动装置包括第三传动杆和第四传动杆；所述传动圆盘与第三传动杆的一端相连接，第三传动杆的另一端与第四传动杆的一端相连接，第四传动杆的另一端与活塞相连接。
优选地，所述多级节流装置内设置有两个多级节流通道，两个多级节流通道左右对称分布，每个多级节流通道的一连接口位于多级节流装置顶面的中部，每个多级节流通道的另一连接口位于多级节流装置底面的端部。
优选地，所述致热器外侧设置有保温层，保温层采用真空聚热材料制成。
优选地，所述风力机采用达里厄式 H 型垂直轴风力机。
优选地，所述油液采用液压油或导热油。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置采用达里厄式 H 型垂直轴风力机，通过垂直轴、转动圆盘、和机械联动装置带动双向压缩缸里的活塞运动，启动风速更低；达里厄式 H 型垂直轴风力机的叶尖速比可以达到6，根本上解决了垂直轴风力机风能利用系数偏低的问题，使得 H 型垂直轴风力机在 2 m/s 的来流时即可启动，垂直轴风力机可适应任意方向的来流，无需复杂的转向和调速机构，结构较为简单，可靠性高，同时具有叶片受力特性相对稳定、机组寿命长等优点。
（2）本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置采用多级节流装置能够共同承担较大的压力降，能够有效解决节流孔前后压差过大，节流孔壁处可能产生汽蚀现象和较大的噪声等问题，使制热效率更高。
（3）本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置中致热器保温层采用的真空绝热保温材料，真空绝热板采用真空绝热技术，使导热系数低至0.004W/(m•K) 以下，仅为普通保温材料的十分之一，所以其保温效果好，能够最大程度上减少产热的流失，使热能利用率更好；本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置具有结构简单，生产成本低，安装方便，运行稳定的特点。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置的结构示意图。
图2为本发明中活塞向右运动时致热器内油液的流动示意图。
图3为本发明中活塞向左运动时致热器内油液的流动示意图。
图4为本发明中多级节流通道的结构示意图。
图5为本发明中致热器外侧保温层的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，包括达里厄式 H 型垂直轴风力机1、垂直轴2、转动转向装置3、传送皮带4、传动圆盘5、偏心轮6、第一机械联动装置、第二机械联动装置、活塞10、多级节流装置12、双向压缩气缸13、冷水盘管15、致热器16和封闭半球囊19；所述风力机1套置在垂直轴2的顶端，垂直轴2的底端与转动转向装置3相连接，转动转向装置3通过传送皮带4连接至传动圆盘5；所述传动圆盘5通过同心轴与偏心轮6相连接，偏心轮6通过第一机械联动装置与封闭半球囊19相连接，封闭半球囊19位于多级节流装置12上；所述传动圆盘5通过第二机械联动装置与活塞10相连接，活塞10位于双向压缩气缸13内；所述致热器16内部从上至下依次设置有冷水盘管15、多级节流装置12、双向压缩气缸13；所述致热器16内部充有油液，油液可以通过多级节流装置12在双向压缩气缸13与冷水盘管15空间流动，所述油液采用液压油或导热油；所述致热器16外侧设置有保温层14，保温层14采用真空绝热板保温材料制成；所述多级节流装置12将致热器16内部分成上下两部分，所述多级节流装置12内设置有两个多级节流通道，两个多级节流通道左右对称分布，每个多级节流通道的一连接口a，b位于多级节流装置12顶面的中部，每个多级节流通道的另一连接口位于多级节流装置12底面的端部。
所述第一机械联动装置包括第一传动杆7、第二传动杆8、换向杆11和第五传动杆18；所述偏心轮6与第一传动杆7的一端相连接，第一传动杆7的另一端与换向杆11的一端相连接，换向杆11的另一端与第二传动杆8的一端相连接，第二传动杆8的另一端与第五传动杆18的一端相连接，第五传动杆18的另一端与封闭半球囊19相连接。
所述第二机械联动装置包括第三传动杆9和第四传动杆17；所述传动圆盘5与第三传动杆9的一端相连接，第三传动杆9的另一端与第四传动杆17的一端相连接，第四传动杆17的另一端与活塞10相连接。
本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置的工作原理：
发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置通过风的驱动，使达里厄式 H 型垂直轴风力机1转动，把风的动能转化为风力机的机械能，风力机带动垂直轴2转动，通过转动换向装置3带动传送皮带4转动，传送皮带4带动传动圆盘5转动，传动圆盘5通过第三传动杆9、第四传动杆17连接双向压缩气缸13里的活塞10，把传动圆盘5的圆周运动转换为活塞10的左右往复运动，传动圆盘5同时带动同轴的偏心轮6转动，偏心轮6带动第一传动杆7做呈一定角度的摇摆运动，第一传动杆7连接换向杆11，通过换向杆11带动第二传动杆8做左右往复运动，第二传动杆8通过第五传动杆18连接至封闭半球囊19，带动封闭半球囊19做左右往复运动。如图2和图4所示，在致热器16内部充有换热油液，在传动圆盘5通过第二机械传动装置带动活塞10向右运动时，油液被挤压，通过多级节流装置13右侧多级节流阀被节流后向上运动，油液压力急剧升高，与此同时，偏心轮6通过第一传动杆7、换向杆11、第二传动杆8、第五传动杆18带动封闭半球囊19向左运动打开连接口b，并且关闭连接口a，高压油液经由节流阀形成高速射流冲击致热器上部油箱内的油，油液分子相互碰撞、摩擦，使得挤压油液的动能最终转变为热能，从而提升油液温度。高温油液通过传热将热量传给冷水盘管15里的冷水，从而起到加热的目的。活塞10继续向右运动，与此同时，封闭半球囊19继续向左运动，当封闭半球囊19运动到连接口a左侧时，连接口a将被打开，油液由于压差的作用从致热器16的上部通过连接口a流回双向压缩气缸13的左侧空间。如图3所示，此后，活塞10向左侧运动，封闭半球囊向右侧运动将连接口a关闭，活塞左侧的油液被压缩形成高压，直到封闭半球囊19向右移动至把连接口a打开，连接口b关闭，则从多级节流装置左侧多级节流口喷出放热。随着风力机1的不断转动，致热器16内的活塞10和封闭半球囊19不断重复上述动作，热量就会不断地传给冷水盘管15中的冷水，起到加热的目的。
如图5所示，致热器16外部的保温材料采用真空绝热板，真空绝热板是一种良好的绝热材料，其导热系数可维持在0.002-0.004W/(m•K)，仅为普通保温材料的十分之一。在保温技术要求相同时有保温层厚度薄、体积小、重量轻的优点，因此具有环保和高效节能的特性，是目前世界上最先进的高效保温材料，从而保证了产出的热量能够充分得到利用。
综上所述，本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，由于采用了达里厄式 H 型垂直轴风力机，通过垂直轴、转动圆盘、和机械联动装置带动双向压缩缸里的活塞运动，启动风速更低；由于采用多级节流孔结构，解决了单个节流孔前后压差过大的问题，使制热效率更高；由于双向压缩缸采用了真空绝热板作为保温层，解决了热量流失过大的问题，使热能利用率更好。本发明基于多级节流的液体挤压式风能制热装置具有结构简单，生产成本低，安装方便，运行稳定的特点。
Claims (7)
1.一种基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，包括风力机（1）、垂直轴（2）、转动转向装置（3）、传送皮带（4）、传动圆盘（5）、偏心轮（6）、第一机械联动装置、第二机械联动装置、活塞（10）、多级节流装置（12）、双向压缩气缸（13）、冷水盘管（15）、致热器（16）和封闭半球囊（19）；所述风力机（1）设置在垂直轴（2）的顶端，垂直轴（2）的底端与转动转向装置（3）相连接，转动转向装置（3）通过传送皮带（4）连接至传动圆盘（5）；所述传动圆盘（5）通过同心轴与偏心轮（6）相连接，偏心轮（6）通过第一机械联动装置与封闭半球囊（19）相连接，封闭半球囊（19）位于多级节流装置（12）上；所述传动圆盘（5）通过第二机械联动装置与活塞（10）相连接，活塞（10）位于双向压缩气缸（13）内；所述致热器（16）内部从上至下依次设置有冷水盘管（15）、多级节流装置（12）、双向压缩气缸（13）；所述致热器（16）内部充有油液，所述多级节流装置（12）将致热器（16）内部分成上下两部分。
2.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述第一机械联动装置包括第一传动杆（7）、第二传动杆（8）、换向杆（11）和第五传动杆（18）；所述偏心轮（6）与第一传动杆（7）的一端相连接，第一传动杆（7）的另一端与换向杆（11）的一端相连接，换向杆（11）的另一端与第二传动杆（8）的一端相连接，第二传动杆（8）的另一端与第五传动杆（18）的一端相连接，第五传动杆（18）的另一端与封闭半球囊（19）相连接。
3.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述第二机械联动装置包括第三传动杆（9）和第四传动杆（17）；所述传动圆盘（5）与第三传动杆（9）的一端相连接，第三传动杆（9）的另一端与第四传动杆（17）的一端相连接，第四传动杆（17）的另一端与活塞（10）相连接。
4.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述多级节流装置（12）内设置有两个多级节流通道，两个多级节流通道左右对称分布，每个多级节流通道的一连接口（a，b）位于多级节流装置（12）顶面的中部，每个多级节流通道的另一连接口位于多级节流装置（12）底面的端部。
5.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述致热器（16）外侧设置有保温层（14），保温层（14）采用真空聚热材料制成。
6.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述风力机（1）采用达里厄式 H 型垂直轴风力机。
7.根据权利要求1所述的基于多级节流的液体挤压式风能制热装置，其特征在于，所述油液采用液压油或导热油。
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2017
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