[发明专利]一种基于涡旋集风式风力发电的热泵制热装置

说明书

本发明是一种基于涡旋集风式风力发电的热泵制热装置，包括:涡旋集风式风力发电机和热泵制热循环装置，其特征是，涡旋集风式风力发电机通过变频器与热泵制热循环装置连接，热泵制热循环装置包括制冷剂循环回路、低温水循环回路和高温水循环回路；制冷剂循环回路包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器依次连接；低温水循环回路包括蒸发器与低温侧循环水泵、低温水箱依次连接；高温水循环回路包括冷凝器与高温侧循环水泵、蓄热水箱依次连接。其结构合理，可靠性高，能够有效的利用风能，通过热泵制热循环实现充分换热。

技术领域

本发明涉及节能减排与清洁供暖领域，是一种基于涡旋集风式风力发电的热泵制热装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，世界范围内能源消耗量日益增加。与此同时，化石能源枯竭与环境污染问题日益受到世界各国的广泛关注。近年来，以太阳能、风能、地热能、海洋能为主的可再生新能源开发利用技术得到了快速的发展。对于寒冷地区，冬季利用风能制热的方式为远离供热管网覆盖区域的小工业园区及村庄提供热量，具有显著的社会效益及环境效益。

现有技术中，利用风能制热的装置尚存在如下不足：1、压缩空气制热，此种制热方法需要高压装在置，而且在获得热能的同时，也获得了压力能，降低了风能制热的效率；2、风力搅拌制热，该制热方法是利用摩擦生热原理通过搅拌工质达到制热的目的，制热效率低；3、磁涡流制热，风力机与磁涡流制热结构之间需要有传动机构进行连接，需要传动机构补偿风力机与制热装置的高度差，将会显著增大安装难度及系统复杂程度，且传动比为固定值，导致风力机启动风速多在较高，当自然环境中风速低于上述风速区间时，磁涡流制热装置无法启动，因此，风资源不能被有效的利用。而截止目前，尚未有文献记载克服上述不足、解决现存问题，以及采用涡旋集风式风力发电的热泵制热装置的报道和实际应用。

发明内容

针对现有的关于风能制热方法及装置存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种启动风速低、集成度高、运行安全可靠，能够实现清洁供暖的基于涡旋集风式风力发电的热泵制热装置。

本发明的构思基础是：

1.理论和实践已经证实，电子膨胀阀具有响应速度快，适用温度低，控制功能多样特点，在启停工况和负载变化工况下，电子膨胀阀通过预先设定的程序进行调节控制，因此，电子膨胀阀在控制功能方面更具有优越性；

2．基于涡旋集风式风力发电机无需对风，不存在偏航功率损失；叶片设计简单，完全可以自主设计；风力机的噪音比水平轴更小，噪声污染降低；此外，试验室研究表明其风能利用系数不低于水平轴。垂直轴风轮机不要迎风调节系统，可以接受360度方位中任何方向来风，主轴永远向设计方向转动；

3．发电机与制热部分通过导线连接，无需传动机构补偿风力机与制热装置的高度差，降低装置的安装难度及系统复杂程度。

本发明的实现原理是：

1．压缩机在驱动力作用下，由热力学逆循环原理，将热量从低温物体转移到高温物体。通过热力学第一定律可以知道，转移到高温物体的总热量是驱动热泵的能量与从低温物体吸收的热量的两部分之和。热泵从作为热源的低温环境中吸收部分热量，向需要被加热的高温对象放出热量，以达到加热供暖或维持被加热对象温度的目的；

2．风力发电机底部为风力收集装置。当风水平吹过风力发电机时，风进入风力涡旋结构中，改变风力方向，将传统风力发电机下半部分用不到的水平风收集，使用，给接收装置一个较大的初始风速，降低自启难度。同时上方设计成萨沃尼斯（savonius）风力发电机形状的扇叶，进一步提高风力的利用效率；

3．涡旋集风式风力发电的热泵制热装置采用变频器对输入功率进行控制模拟不同输入条件下制热系统的运行特性，通过电子膨胀阀对工质循环流量进行控制，通过电加热方式可以在实验室内模拟出不同室外环境低温温度条件下的制热装置运行特性；

4．通过监测得到自然风风速、涡旋集风式风力发电机输出功率，室内外环境温度等参数，利用增益调度控制，改变电子膨胀阀开度大小，从而实现制热装置的稳定运行。