CN206487588U - 升力型无支柱垂直轴风力机以及吸收式制冷循环系统 - Google Patents

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李春
丁勤卫
郝文星
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

本实用新型提供一种升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于，具有：水平设置于地面的底座；转动轴，垂直设置在底座上并且转动轴的下端延伸至底座内；多个风叶片，该多个风叶片的上端连接在一起，下端分别连接在转动轴的上端；以及自启动组件，设置于底座内，自启动组件包括中部设置有竖直的安装口并且水平两端分别设置有进水口与出水口的三通管、套在转动轴下端外并且固定在安装口内的轴承以及多个设置在转动轴底端部分上的水叶片，水叶片位于三通管内部。本实用新型还提供了含有该升力型无支柱垂直轴风力机驱动的单级氨水吸收式制冷循环系统。

Description

升力型无支柱垂直轴风力机以及吸收式制冷循环系统
技术领域
本实用新型属于空调领域，涉及一种风力机以及制冷循环系统，具体涉及一种升力型无支柱垂直轴风力机以及含有该升力型无支柱垂直轴风力机的吸收式制冷循环系统。
背景技术
面对煤炭、石油等不可再生燃料日益枯竭的威胁，以及日益严峻的能源困局，风能、太阳能等可再生能源已在世界范围内受到重视。现有的制冷方式主要由电驱动压缩机制冷、热能直接利用式驱动吸收式制冷机制冷。
电加热驱动吸收式制冷机制冷，在现有技术中，都大量耗费电能，在能源紧缺或能源价格高的今天，电费已经成为家庭、工厂和公司的一大支出之一，大大增加了生产成本，直接降低了人民的生活水平。
现今大多数风力驱动制冷循环系统都是由水平轴风力机组成，但是水平轴风力机还需调节迎风角和桨距角，而且水平轴风力机因转速过大从而造成噪声较大，严重时将影响动物睡眠和神经系统，对人、对鸟类、对宠物将产生不可估量的后果，所以在人口较为密集的地区，不适宜使用水平轴风力机。现有的垂直轴风力机虽然噪声相对小，但又需要比较大的启动力，自启动较为困难。
现今多数吸收式制冷循环皆是单效或双效溴化锂吸收式制冷循环。单级溴化锂吸收式制冷循环因大量出现结晶现象破坏系统结构而逐渐被淘汰，而多级溴化锂吸收式制冷循环虽然效率较高，而且很少出现结晶现象，但价格昂贵，不适宜大范围应用。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型采用了如下技术方案：
<结构1>
一种升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于，具有：水平设置于地面的底座；转动轴，垂直设置在底座上并且转动轴的下端延伸至底座内；多个风叶片，该多个风叶片的上端连接在一起，下端分别连接在转动轴的上端；以及自启动组件，设置于底座内，自启动组件包括中部设置有竖直的安装口并且水平两端分别设置有进水口与出水口的三通管、套在转动轴下端外并且固定在安装口内的轴承以及多个设置在转动轴底端部分上的水叶片，水叶片位于三通管内部。
本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机，还可以具有这样的特征：其中，水叶片的数量最少为2片。
本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机，还可以具有这样的特征：其中，风叶片呈半圆弧形。
本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机，还可以具有这样的特征：其中，风叶片的数量最少为2片。
本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机，还可以具有这样的特征：
其中，安装口的延伸方向和三通管内的水流方向相垂直。
<结构2>
一种吸收式制冷循环系统，应用于高楼楼顶，其特征在于，包括：多个升力型无支柱垂直轴风力机；以及单级氨水吸收式制冷循环系统，具有水泵和电加热器，其中，升力型无支柱垂直轴风力机为如上所述的任一种升力型无支柱垂直轴风力机，三通管的进水口与水泵的出水口用水管连接，三通管的出水口与电加热器用水管连接，当水泵抽水时，水流动推动水叶片，从而驱动转动轴转动，进而使风力机得到自启动力。
实用新型作用与效果
根据本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机以及吸收式制冷循环系统，由于采用了升力型无支柱垂直轴风力机，叶尖速比相比一般水平轴风力机的一半甚至更低，因此基本不会产生气动噪声；升力型无支柱垂直轴风力机的发电系统设置在底座内且风轮直接驱动发电机而不需要变速箱等因素，因此将产生相比水平轴风力机小得多的噪声，甚至可以达到无声的效果；而且不存在高大的塔架安装问题，扩大了此类风力机的城市适用范围；使用的风能是清洁能源，因此减少了二氧化碳的排放，环保性高；同时又能节省其他能源，经济性高。
由于采用了自启动组件，可以确保系统在风力小的时候也能启动工作。
由于采用了单级氨水吸收式制冷，因此整个制冷循环压力适中，发生泄漏的可能性较低，运行较为可靠；由于氨水的结晶曲线远离氨水吸收式制冷循环的工作温度，因此循环中不需要防结晶措施以免破坏系统结构，达到系统工作稳定。
附图说明
图1是本实用新型的吸收式制冷循环系统示意图；
图2是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机立体示意图；
图3是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机的自启动组件部分示意图；
图4是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机的三通管示意图；
图5是图3的A-A剖面示意图；
图6是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机风叶片上的分力方向示意图；
图7是图6的B-B剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。
<实施例>
图1是本实用新型的吸收式制冷循环系统示意图。
如图1所示，本实用新型的吸收式制冷循环系统(以下简称制冷循环系统)100由多个升力型无支柱垂直轴风力机1和单级氨水吸收式制冷循环系统2组成，升力型无支柱垂直轴风力机1的数量根据单级氨水吸收式制冷循环系统2的功率大小来确定，以适应不同的使用需求。本实施例以1个升力型无支柱垂直轴风力机1和单级氨水吸收式制冷循环系统2组合为例进行说明。
图2是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机立体示意图，图3是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机的自启动组件部分示意图，图4是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机的三通管示意图。
如图2、图3以及图4所示，升力型无支柱垂直轴风力机(以下简称风力机)1包括：底座11、转动轴12、风叶片13、连接轴14、自启动组件15。
如图2所示，底座11水平设置于地面上，转动轴12垂直贯穿设置在底座11上，并且转动轴12的下端延伸至底座内11。
两个半圆弧形的风叶片13相对设置组成圆弧，两个风叶片13的上端通过连接轴14连接，下端分别连接在转动轴12的上端。风叶片13的过渡部分和底部均采用NACA0018翼型，增强风力机1的结构可靠性，风叶片13的其他部分采用升阻比较高、气动性能较好的NACA0012翼型，增大风力机1的效率。
如图3、图4所示，自启动组件15包括三通管151、轴承152、水叶片153。
三通管151设置于底座11内，该三通管151的水平两端分别设置有进水口151a和出水口151b，中部的内径加大并设置有竖直的安装口151c，安装口151c的延伸方向与三通管151内的水流方向相垂直。
图5是图3的A-A剖面示意图。
如图3、图5所示，轴承152套在转动轴12的下端外并且固定在安装口151c内。
四个半圆形的水叶片153均匀第安装在转动轴12的底端部分上，并且四个水叶片153设置于三通管151内部。
风力机1采用多流管模型，功率计算如下:
风力机1参数说明：
c——翼型弦长
α——攻角，相对速度与弦线之间的夹角
a——速度干扰因子
a＝1-V/V∝
V∝——自由来流速度
V——流过流管后的风速
ρ——空气密度
As——流管微元截面积
As＝Δh*r*Δθ*sinθ
Δh——微元截面积的高
θ——方位角
r——法向为Z轴方向的圆的半径r
R——叶尖处半径R
N——风叶片13数量
CN——轴向力系数
CT——切向力系数
W——相对速度
ω——角速度
CL——升力系数
CD——阻力系数
由动量定理得：
由流管平均力为单个叶素流过流管的时间与合力的乘积得：
由上两个式子得:
图6是本实用新型的升力型无支柱垂直轴风力机风叶片上的分力方向示意图，图7是图6的B-B剖面示意图。
如图6、图7所示：
CN＝CL*Cosα+CD*Sinα
CT＝CL*Sinα+CD*Cosα
Fx＝-(FN*Sinθ*Sinδ+FT*Cosθ)
尖速比：
λ＝r*ω/V
相对速度与V之间的关系：
W*sinα＝V*Sinθ*Sinδ
*迭代方程*:
a＝Fx*+a2(右边的a已知，左边为未知，F为①等式左边)
引用《Wind Turbine Design With Emphasis on Darrieus Concept》中P70页多流管模型中关于达里厄风力机功率的计算公式，求得误差系数小于1％的a,将最终a值带入下式求得功率系数
设结构损耗率ε为0.95,假设水流速度为V水，质量流量为G水，四个水叶片153半径为R水，重心位置在0.442*R水处，则自启动组件15力矩大小为：
T水＝G水*V水*0.442*R水
所以水动力所提供的效率也要算进去：
P＝T水*ω+ε*Cp*E*Ad
该公式由P＝Mgω所得，为旋转机械功率基础公式，引用霍斯特·黑尔编著的《工程力学》中P217页所阐述的旋转功率，其中Ad由风叶片的实际面积所得,E为风能密度＝0.5*ρ*Vα3。
单级氨水吸收式制冷循环的COP(制冷系数)值约为0.3-0.4.取0.35。
例，若一个房间空间大小为300立方米,我需要利用空调降温10℃，Q＝1.005*1.297*300*10＝3910kJ，假设空调每秒换气量2.55*10-4立方米，则所需耗费的电量为2.8KW。风力机1功率P的设计大于2.8KW就能达到一间房间的制冷需求。
如图1所示，单级氨水吸收式制冷循环系统2包括：水泵21、电加热器22、控制器23、储水箱24、精馏器25、辅助加热器26、溶液热交换器27、吸收器28、冷凝器29、冷却塔31、回热器32、节流阀33、蒸发器34、溶液泵35以及发生器36。
三通管151的进水口151a通过水管与水泵21的出水口(图中未示)连接，三通管151的出水口151b通过水管与电加热器22的进水口(图中未示)连接。
以下结合附图说明本实施例的吸收式制冷循环系统100的工作过程。
如图1所示，当水泵21抽水时，水流动推动水叶片153，从而驱动转动轴12带动风叶片13转动，进而使风力机1得到自启动力开始启动发电，最终驱动单级氨水吸收式制冷循环系统2工作。
实施例作用与效果
根据本实施例的吸收式制冷循环系统，由于采用了升力型无支柱垂直轴风力机，叶尖速比相比一般水平轴风力机的一半甚至更低，因此基本不会产生气动噪声；升力型无支柱垂直轴风力机的发电系统设置在底座内且风轮直接驱动发电机而不需要变速箱等因素，因此将产生相比水平轴风力机小得多的噪声，甚至可以达到无声的效果；而且不存在高大的塔架安装问题，扩大了此类风力机的城市适用范围；使用的风能是清洁能源，因此减少了二氧化碳的排放，环保性高；同时又能节省其他能源，经济性高。
由于采用了自启动组件，可以确保系统在风力小的时候也能启动工作。
由于采用了单级氨水吸收式制冷，因此整个制冷循环压力适中，发生泄漏的可能性较低，运行较为可靠；由于氨水的结晶曲线远离氨水吸收式制冷循环的工作温度，因此循环中不需要防结晶措施以免破坏系统结构，达到系统工作稳定。
总之，本实施例的吸收式制冷循环系统，经济性价比高，又能环保，系统工作无噪音，结构稳定，技术成熟，可以在城市里广泛应用。

Claims (6)

1.一种升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于，具有：
水平设置于地面的底座；
转动轴，垂直设置在所述底座上并且所述转动轴的下端延伸至所述底座内；
多个风叶片，该多个风叶片的上端连接在一起，下端分别连接在所述转动轴的上端；以及
自启动组件，设置于所述底座内，所述自启动组件包括中部设置有竖直的安装口并且水平两端分别设置有进水口与出水口的三通管、套在所述转动轴下端外并且固定在所述安装口内的轴承以及多个设置在转动轴底端部分上的水叶片，
所述水叶片位于所述三通管内部。
2.根据权利要求1所述的升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于：
其中，所述水叶片的数量最少为2片。
3.根据权利要求1所述的升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于：
其中，所述风叶片呈半圆弧形。
4.根据权利要求1所述的升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于：
其中，所述风叶片的数量最少为2片。
5.根据权利要求1所述的升力型无支柱垂直轴风力机，其特征在于：
其中，所述安装口的延伸方向和所述三通管内的水流方向相垂直。
6.一种吸收式制冷循环系统，应用于高楼楼顶，其特征在于，包括：
多个升力型无支柱垂直轴风力机；以及
单级氨水吸收式制冷循环系统，具有水泵和电加热器，
其中，所述升力型无支柱垂直轴风力机为权利要求1～5中任一项所述的升力型无支柱垂直轴风力机，
所述三通管的进水口与所述水泵的出水口用水管连接，所述三通管的出水口与所述电加热器用水管连接，
当所述水泵抽水时，水流动推动所述水叶片，从而驱动所述转动轴带着所述风叶片转动，进而使所述风力机得到自启动力开始启动发电，最终驱动所述单级氨水吸收式制冷循环系统工作。
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