基于空气动力的热能利用系统的制作方法

本实用新型属于风能利用技术领域，具体涉及一种基于空气动力的热能利用系统。

背景技术：

风力发电机是将风能转换为机械能，再把机械能转换为电能的电力设备。风能属于清洁能源，在将风能转换为电能的过程中对自然环境没有污染，因此，随着我国节能环保要求的逐步提高，风力发电得到了越来越广泛的应用，尤其在我国的北方和高海拔地区，风力资源较为丰富，风力发电在这些地区得到了大力的推广和应用。

可是风力发电也存在着明显的缺点，其中，最为突出的是风速不稳定，带来电能产生量的不稳定，这与电网要求的稳定性显然存在着不匹配，尤其是当夜晚电网用电量处于谷值时，而风能往往处于峰值，当白天电网用电量处于峰值时，而风能往往处于谷值。因此，风力发电机特别需要配置一套储能机构，以同电网的需求匹配，平稳地输出电能。有的风力发电机配有蓄电池储电，但是，蓄电池通常充放电效率低下，衰减快，使用寿命短，而且对蓄电池的存放调节要求较为严苛，导致成本高昂，并且，废旧蓄电池的处理对环境污染较大。除此之外，在风力发电机发电的过程中会产生热能，这些热能目前并未被回收利用。解决以上问题成为当务之急。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于空气动力的热能利用系统，不但能够快速高效地将风能转换为压缩空气能，并在需要时释放空气能进行发电，而且能够回收发螺杆压缩机工作过程中产生的热能。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种基于空气动力的热能利用系统，其要点在于：包括塔架、风轮、风机舱、螺杆压缩机、热能回收机构、高压储气装置、透平膨胀机和转子发电机，其中，所述风机舱固定安装在塔架的上端，所述风轮可转动地安装在风机舱的前端，该风轮的风轮轴穿入风机舱的内部，所述螺杆压缩机、透平膨胀机和转子发电机安装在风机舱的内部；所述螺杆压缩机受风轮轴驱动，同时向高压储气装置输送压缩空气，所述热能回收机构其用于收集和储存螺杆压缩机工作时产生的热能，所述透平膨胀机受压缩空气驱动，同时带动转子发电机工作。

采用以上结构，通过风轮的风轮轴带动螺杆压缩机工作，将螺杆压缩机生产的压缩空气储放于高压储气装置中，在需要发电时高压储气装置向透平膨胀机输出压缩空气，进而透平膨胀机带动转子发电机工作，实现发电；螺杆压缩机压缩空气的同时，会释放出较多的热能，通过热能回收机构能够收集和储存热能；高压储气装置的大小和数量能够根据实际需求灵活地增加或减少，其储能量巨大；转子发电机发出的电能能够平稳地输出，不受风速大小拨动的影响，便于并入电网；整体结构简单、紧凑，易于维护，使用寿命长，成本低廉，环保无污染。

作为优选：所述风机舱包括固定在塔架上端的机座和盖合在机座上的外壳体，所述机座和外壳体合围形成容置空间，所述螺杆压缩机、转子发电机和透平膨胀机均位于容置空间内。采用以上结构，稳定可靠，易于维护保养。

作为优选：所述高压储气装置包括至少一个高压储气罐。采用以上结构，能够根据实际需求增加或减少高压储气罐的数量，并且，储气罐技术成熟，可靠性高，成本低廉。

作为优选：所述高压储气罐均安装在塔架旁。采用以上结构，便于增加或减少高压储气罐的数量或更换大小型号，其能够储放大量压缩空气，满足压缩空气实际储存需求，灵活性高。

作为优选：所述高压储气罐各通过一副安装支架并排设置在塔架旁。采用以上结构，便于高压储气罐的安放，使高压储气罐摆放整齐，高效利用场地空间。

作为优选：所述高压储气罐均安装在塔架的内部。采用以上结构，一体化的设计使整体外观更加紧凑，并且，塔架内部空间较大，能够安装较大型号的高压储气装置，以储存更多的压缩空气。

作为优选：所述高压储气罐均安装在风机舱的内部。采用以上结构，核心部件均位于风机舱内，便于维护保养。

作为优选：所述热能回收机构包括蓄热箱，该蓄热箱和螺杆压缩机之间设置有热能收集管路，该热能收集管路内具有冷却水，在所述热能收集管路中安装有用于循环冷却水的水泵。采用以上结构，通过水泵能够使冷却水在热能收集管路内实现循环，再利用冷却水快速吸收螺杆压缩机工作时产生的热能，并将热能在蓄热箱内快速释放，以此循环。

作为优选：所述蓄热箱包括箱体，该箱体内具有采用相变材料制成的内芯，在该内芯上开设有流道，在所述箱体上设有可拆卸的箱门，该箱门大小大于内芯在箱门上的投影面积。采用以上结构，相变材料能够快速吸收冷却水中的热能，并且蓄热量大，通过箱门的设计更便于内芯的取拿与更换。

作为优选：所述蓄热箱可拆卸地安装在拖挂板车上，该拖挂板车能够被拖车拖动。采用以上结构，使蓄热箱能够运输到需要的地方再释放热量，大大提高了灵活性和实用性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型提供的基于空气动力的热能利用系统，不但能够快速高效地将风能转换为压缩空气能，并在需要时释放空气能进行发电，而且能够回收压缩空气时产生的热能，结构简单、紧凑，易于维护，使用寿命长，成本低廉，环保无污染。

附图说明

图1为风机舱的内部结构示意图；

图2为本实用新型的外部结构示意图；

图3为蓄冷箱的内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

请参见图1和图2，一种基于空气动力的热能利用系统，包括塔架1、风轮3、风机舱2、螺杆压缩机4、热能回收机构8、高压储气装置5、透平膨胀机7和转子发电机6，其中，所述风机舱2固定安装在塔架1的上端，所述风轮3可转动地安装在风机舱2的前端，该风轮3的风轮轴31穿入风机舱2的内部，所述螺杆压缩机4、透平膨胀机7和转子发电机6安装在风机舱2的内部。风轮轴31在风轮3的带动下转动，螺杆压缩机4在风轮轴31带动下而进行压缩空气作业，并将产生的压缩空气输送至高压储气装置5，当需要进行发电时，高压储气装置5向透平膨胀机7释放压缩空气，透平膨胀机7带动转子发电机6转动，实现发电。需要特别指出的是，螺杆压缩机4在压缩空气时会产生较多的热能，热能回收机构8能够将这些热能进行回收和存储。

请参见图1，所述风机舱2包括机座21和外壳体22，其中，机座21固定安装在塔架1上端，外壳体22盖合在机座21上，使机座21和外壳体22合围形成容置空间，所述螺杆压缩机4、转子发电机6和透平膨胀机7均位于容置空间内。

请参见图1，所述风轮3的风轮轴31从风机舱2的前端穿入风机舱2的内部，风轮轴31通过联轴器与螺杆压缩机4的驱动轴连接，当风轮3转动时，风轮轴31与风轮3同步转动，风轮轴31通过联轴器带动螺杆压缩机4的驱动轴转动，使螺杆压缩机4做功，进行压缩空气作业。同时，由于所述螺杆压缩机4的排气口通过管道与高压储气装置5相连，螺杆压缩机4产生的高压空气最终存储于高压储气装置5中，即完成了将风能转换为机械能，再转换为空气能的过程。其中，所述螺杆压缩机4为双螺杆压缩机，双螺杆压缩机克服了单螺杆压缩机平衡性差、轴承易损的缺点，具有寿命长、噪音低、能耗小等优点。在需要发电时高压储气装置5向空气动力发电机输出压缩空气，进行发电，整套设备易于维护，使用寿命长，成本低廉，环保无污染。

请参见图2，所述高压储气装置5优选为多个高压储气罐51，各个高压储气罐51均位于塔架1旁。需要指出的是，每个高压储气罐51均通过一副安装支架52并排安装在塔架1旁，高压储气罐51的大小和数量能够根据实际需求灵活地增加或减少，总体储能量巨大，高压储气罐51输出压缩空气时，其流量受电磁阀的控制，即在高压储气装置5的出口处设有电磁阀，通过电磁阀不但能够控制开闭，而且能够使发电时压缩空气平稳地输出，不受风速大小拨动的影响，便于并入电网。

请参见图1～图3，所述热能回收机构8包括蓄热箱81，该蓄热箱81和螺杆压缩机4之间设置有热能收集管路82，该热能收集管路82内具有冷却水，在所述热能收集管路82中安装有用于循环冷却水的水泵83，通过水泵83能够使冷却水在热能收集管路82内实现循环，再利用冷却水快速吸收螺杆压缩机4压缩空气时产生的热量，并螺杆压缩机4起到冷却的作用，冷却水将热能带到蓄热箱81内释放，以此循环。并且，所述蓄热箱81可拆卸地安装在拖挂板车84上，该拖挂板车84能够被拖车85拖动，使蓄热箱81能够运输到需要的地方再释放热能，大大提高了灵活性和实用性。

请参见图3，需要特别指出的是，所述蓄热箱81包括箱体811，该箱体811内具有采用相变材料制成的内芯812，在该内芯812上开设有流道813，在所述箱体811上设有可拆卸的箱门814，该箱门814大小大于内芯812在箱门814上的投影面积，相变材料制成的内芯812能够快速吸收冷却水中的热能，并且蓄热量大，通过箱门814的设计更便于内芯812的取拿与更换。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。