專利名稱：一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能制熱器，尤其涉及一種利用風(fēng)能壓縮空氣做功從而獲得熱能的風(fēng)能制熱器，屬于節(jié)能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，太陽能熱水器的技術(shù)已相當(dāng)成熟和普及，但太陽能存在能量密度低，隨天氣、晝夜、季節(jié)等因素影響較大的特點(diǎn)，難以得到持續(xù)穩(wěn)定的熱水。而同為清潔和可再生能源的風(fēng)能日益受到關(guān)注，但現(xiàn)有的風(fēng)能制熱裝置絕大部分是通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，再由電能制熱。在此類技術(shù)中，風(fēng)電和電熱兩個轉(zhuǎn)化過程很大地降低風(fēng)能的整體利用效率，同時也大大增加系統(tǒng)的制造和運(yùn)營成本，有的還對環(huán)境存在污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，利用風(fēng)力驅(qū)動的風(fēng)力傳動輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能驅(qū)動雙缸活塞式逆向斯特林壓氣機(jī)，使得機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，同時還能從空氣中提取熱量，用以獲得全天候持續(xù)穩(wěn)定的生活用熱水。一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，包括動力裝置、傳動裝置、能量轉(zhuǎn)化裝置和儲熱裝置；其中動力裝置包括風(fēng)車葉片和風(fēng)力傳動輪，傳動裝置為傳動軸，傳動軸加工成凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)分為左端直線段AB、中部下凹段CD和右端直線段EF，其中BC段的長度大于DE段，當(dāng)傳動軸以右端直線段EF為中心旋轉(zhuǎn)，左端直線段AB和中部下凹段CD 分別產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)半徑不同的兩個旋轉(zhuǎn)面；儲熱裝置為儲熱水箱；能量轉(zhuǎn)化裝置為具有左氣缸和右氣缸的雙缸活塞式逆向斯特林壓氣機(jī)，左氣缸和右氣缸上部用左活塞和右活塞密封住缸內(nèi)氣體，左氣缸和右氣缸底部通過管路連通，管路中段設(shè)有一個單壓控雙通氣閥；左氣缸固定于儲熱水箱外部且高于儲熱水箱的位置，右氣缸下部浸入儲熱水箱中；風(fēng)車葉片與風(fēng)力傳動輪連接，傳動軸的右端直線段連接風(fēng)力傳動輪，傳動軸的左端直線段通過左連桿與左氣缸上的左活塞鉸接，傳動軸的中段下凹段通過右連桿與右氣缸上的右活塞鉸接；傳動軸的兩個旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)直徑小于左氣缸和右氣缸的行程。其中單壓控雙通氣閥由閥體、彈簧、左開閥門擋板和右開閥門擋板組成，彈簧與左開閥門擋板的左側(cè)連接，非工作狀態(tài)時彈簧張力使左開閥門擋板與閥體配合將閥門上部封閉，右開閥門擋板與閥體配合只能使氣體在氣閥內(nèi)的下方由左向右單向流動。工作原理風(fēng)力傳動輪通過傳動軸和連桿帶動活塞式壓氣機(jī)運(yùn)行，通過控制單壓控雙通氣閥的導(dǎo)通壓力，右活塞壓縮單壓控雙通氣閥導(dǎo)通前右氣缸內(nèi)的氣體做功，單壓控雙通氣閥導(dǎo)通后形成缸體內(nèi)氣體的閉合循環(huán)，最終將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能通過氣缸壁傳給水箱內(nèi)的水，水得到加熱后經(jīng)過管網(wǎng)輸送出去。有益效果本發(fā)明將由風(fēng)能得到的機(jī)械能通過能量轉(zhuǎn)化裝置直接轉(zhuǎn)化為熱能，避免了經(jīng)由電能的中間轉(zhuǎn)化過程，有效提高了風(fēng)能到熱能的轉(zhuǎn)化效率，同時熱水可保證持續(xù)供應(yīng)并不受天氣、晝夜、季節(jié)等因素的影響。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是右活塞由上止點(diǎn)開始向下運(yùn)動示意圖；圖3是單壓控雙通氣閥導(dǎo)通后左活塞和右活塞的運(yùn)動方向示意圖；圖4是右活塞到達(dá)下止點(diǎn)后左活塞運(yùn)動直至上止點(diǎn)位置示意圖；圖5是左活塞和右活塞分別達(dá)到下至點(diǎn)和上止點(diǎn)的位置示意圖；圖6是單壓控雙通氣閥的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-風(fēng)車葉片；2-風(fēng)力傳動輪；3-傳動軸；4-右連桿；5-右活塞；6_右氣缸； 7-單壓控雙通氣閥；8-儲熱水箱；9-左氣缸；10-左活塞；11-左連桿；12-左開閥門擋板、 13-閥體、14-右開閥門擋板、15-彈簧。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如附圖1所示，本發(fā)明的一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，包括動力裝置、傳動裝置、能量轉(zhuǎn)化裝置和儲熱裝置；其中動力裝置包括風(fēng)車葉片1和風(fēng)力傳動輪 2，傳動裝置為傳動軸3，傳動軸3加工成凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)分為左端直線段AB、中部下凹段CD和右端直線段EF，其中BC段的長度大于DE段，當(dāng)傳動軸以右端直線段EF為中心旋轉(zhuǎn)，左端直線段AB和中部下凹段CD分別產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)半徑不同的兩個旋轉(zhuǎn)面；儲熱裝置為儲熱水箱8 ；能量轉(zhuǎn)化裝置為具有左氣缸9和右氣缸6的雙缸活塞式逆向斯特林壓氣機(jī)，左氣缸 9和右氣缸6上部用左活塞10和右活塞5密封住缸內(nèi)氣體，左氣缸9和右氣缸6底部通過一個管路連通，管路中段設(shè)有一個單壓控雙通氣閥7 ；左氣缸9固定于儲熱水箱8外部且高于儲熱水箱8的位置，右氣缸6下部浸入儲熱水箱8中；風(fēng)車葉片1與風(fēng)力傳動輪2連接， 傳動軸3的右端直線段連接風(fēng)力傳動輪2，傳動軸3的左端直線段通過左連桿11與左氣缸 9上的左活塞10鉸接，傳動軸3的中段下凹段通過右連桿4與右氣缸6上的右活塞5鉸接； 傳動軸3的兩個旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)直徑小于左氣缸9和右氣缸6的行程。其具體工作流程是在自然風(fēng)的推動下，風(fēng)車葉片1帶動風(fēng)力傳動輪2旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力傳動輪2牽引傳動軸3轉(zhuǎn)動；如附圖2所示，傳動軸3通過右連桿4帶動右活塞5由上止點(diǎn)開始向下運(yùn)動，左活塞10處于下至點(diǎn)位置不動，單壓控雙通氣閥7處于關(guān)閉狀態(tài)，右活塞5 對右氣缸6內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增加溫度升高，于是通過氣缸壁向儲熱器8內(nèi)的水放出熱量Q ；如附圖3所示，當(dāng)缸內(nèi)氣體壓縮至一定程度，單壓控雙通氣閥7左右側(cè)壓差達(dá)到設(shè)定臨界值時，單壓控雙通氣閥7從右至左方向?qū)?，氣體經(jīng)由管路從右氣缸6進(jìn)入左氣缸9， 左活塞10和右活塞5以同樣的速度分別上升和下降；如附圖4所示，右活塞5到達(dá)下止點(diǎn)后保持不動，左活塞10受連桿的拉動繼續(xù)向上運(yùn)動直至上止點(diǎn)位置，此過程氣體對左活塞 10做功，氣體內(nèi)能減小溫度降低，從空氣中吸收熱量Q ；如附圖5所示，左活塞10和右活塞 5以同樣的速度分別下行和上行，氣體經(jīng)由單壓控雙通氣閥7從左向右流通，在此方向上單壓控雙通氣閥7不受壓差控制始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，直至左、右活塞分別達(dá)到下至點(diǎn)和上止點(diǎn)；這樣，氣缸內(nèi)氣體回復(fù)到初始狀態(tài)而完成閉合循環(huán)，此循環(huán)即為逆向斯特林循環(huán)。如附圖6所示，單壓控雙通氣閥7由閥體13、彈簧15、左開閥門擋板12和右開閥門擋板14組成，彈簧15與左開閥門擋板12的左側(cè)連接，非工作狀態(tài)時彈簧15張力使左開閥門擋板12與閥體13配合將閥門上部封閉，右開閥門擋板14與閥體13配合只能使氣體在氣閥內(nèi)的下方由左向右單向流動。 此外，左氣缸9和右氣缸6之間還可以采用兩個管路的雙通道結(jié)構(gòu)，在兩個管路上分別安裝右向單通閥和左向壓控單通閥，同樣可以實(shí)現(xiàn)壓縮氣體在一定壓力下左向?qū)ǎ?氣體從左向右流通時始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，包括動力裝置、傳動裝置、能量轉(zhuǎn)化裝置和儲熱裝置；其中動力裝置包括風(fēng)車葉片(1)和風(fēng)力傳動輪0)，傳動裝置為傳動軸 (3)，儲熱裝置為儲熱水箱(8)，能量轉(zhuǎn)化裝置為具有左氣缸(9)和右氣缸(6)的雙缸活塞式逆向斯特林壓氣機(jī)；其特征在于所述傳動軸(3)加工成凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)分為左端直線段AB、中部下凹段CD和右端直線段EF，其中BC段的長度大于DE段，當(dāng)傳動軸以右端直線段EF為中心旋轉(zhuǎn)，左端直線段AB和中部下凹段CD分別產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)半徑不同的兩個旋轉(zhuǎn)面； 左氣缸(9)和右氣缸(6)上部用左活塞(10)和右活塞( 密封住缸內(nèi)氣體，左氣缸(9)和右氣缸(6)底部通過管路連通，管路中段設(shè)有一個單壓控雙通氣閥(7)；左氣缸(9)固定于儲熱水箱(8)外部且高于儲熱水箱(8)的位置，右氣缸(6)下部浸入儲熱水箱(8)中；風(fēng)車葉片(1)與風(fēng)力傳動輪( 連接，傳動軸(3)的右端直線段連接風(fēng)力傳動輪0)，傳動軸 (3)的左端直線段通過左連桿(11)與左氣缸(9)上的左活塞(10)鉸接，傳動軸C3)的中段下凹段通過右連桿(4)與右氣缸(6)上的右活塞( 鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，其特征在于所述傳動軸(3)的兩個旋轉(zhuǎn)面的旋轉(zhuǎn)直徑小于左氣缸(9)和右氣缸(6)的行程。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，其特征在于所述單壓控雙通氣閥(7)由閥體(13)、彈簧(15)、左開閥門擋板(12)和右開閥門擋板(14) 組成，彈簧(15)與左開閥門擋板(12)的左側(cè)連接，非工作狀態(tài)時彈簧(15)張力使左開閥門擋板(12)與閥體(13)配合將閥門上部封閉，右開閥門擋板(14)與閥體(13)配合只能使氣體在氣閥內(nèi)的下方由左向右單向流動。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，其特征在于左氣缸(9)和右氣缸(6)之間還可采用兩個管路的雙通道結(jié)構(gòu)，在兩個管路上分別安裝右向單通閥和左向壓控單通閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于逆向斯特林循環(huán)的壓氣式風(fēng)能制熱器，包括動力裝置、傳動軸、能量轉(zhuǎn)化裝置和儲熱水箱；動力裝置包括風(fēng)車葉片和風(fēng)力傳動輪，傳動軸加工成旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生高低不同兩個旋轉(zhuǎn)面的異形結(jié)構(gòu)；能量轉(zhuǎn)化裝置為具有左氣缸和右氣缸的雙缸活塞式逆向斯特林壓氣機(jī)，左氣缸固定于儲熱水箱外部且高于儲熱水箱，右氣缸下部浸入儲熱水箱中；風(fēng)車葉片與風(fēng)力傳動輪連接，傳動軸的右端連接風(fēng)力傳動輪，傳動軸上旋轉(zhuǎn)后較高旋轉(zhuǎn)面的一段通過左連桿與左活塞鉸接，傳動軸上旋轉(zhuǎn)后較低旋轉(zhuǎn)面的一段通過右連桿與右活塞鉸接；本發(fā)明利用風(fēng)力驅(qū)動的風(fēng)力傳動輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，同時從空氣中提取熱量，以獲得全天候持續(xù)穩(wěn)定的生活用熱水。
文檔編號F24H1/18GK102213487SQ201110092740
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者戴靜, 趙勇, 鄭宏飛, 陳志莉 申請人:北京理工大學(xué), 柳州理工尚迪太陽能科技有限公司