专利名称：一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风能制热器，尤其涉及一种利用风能压缩空气做功从而获得热能的风能制热器，属于节能设备技术领域。
背景技术：
目前，太阳能热水器的技术已相当成熟和普及，但太阳能存在能量密度低，随天气、昼夜、季节等因素影响较大的特点，难以得到持续稳定的热水。而同为清洁和可再生能源的风能日益受到关注，但现有的风能制热装置绝大部分是通过风力发电机将风能转化为电能，再由电能制热。在此类技术中，风电和电热两个转化过程很大地降低风能的整体利用效率，同时也大大增加系统的制造和运营成本，有的还对环境存在污染。
发明内容
本发明提供一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，利用风力驱动的风力传动轮将风能转化为机械能，机械能驱动双缸活塞式逆向斯特林压气机，使得机械能转化为热能，同时还能从空气中提取热量，用以获得全天候持续稳定的生活用热水。一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，包括动力装置、传动装置、能量转化装置和储热装置；其中动力装置包括风车叶片和风力传动轮，传动装置为传动轴，传动轴加工成凹形结构，凹形结构分为左端直线段AB、中部下凹段CD和右端直线段EF，其中BC段的长度大于DE段，当传动轴以右端直线段EF为中心旋转，左端直线段AB和中部下凹段CD 分别产生旋转半径不同的两个旋转面；储热装置为储热水箱；能量转化装置为具有左气缸和右气缸的双缸活塞式逆向斯特林压气机，左气缸和右气缸上部用左活塞和右活塞密封住缸内气体，左气缸和右气缸底部通过管路连通，管路中段设有一个单压控双通气阀；左气缸固定于储热水箱外部且高于储热水箱的位置，右气缸下部浸入储热水箱中；风车叶片与风力传动轮连接，传动轴的右端直线段连接风力传动轮，传动轴的左端直线段通过左连杆与左气缸上的左活塞铰接，传动轴的中段下凹段通过右连杆与右气缸上的右活塞铰接；传动轴的两个旋转面的旋转直径小于左气缸和右气缸的行程。其中单压控双通气阀由阀体、弹簧、左开阀门挡板和右开阀门挡板组成，弹簧与左开阀门挡板的左侧连接，非工作状态时弹簧张力使左开阀门挡板与阀体配合将阀门上部封闭，右开阀门挡板与阀体配合只能使气体在气阀内的下方由左向右单向流动。工作原理风力传动轮通过传动轴和连杆带动活塞式压气机运行，通过控制单压控双通气阀的导通压力，右活塞压缩单压控双通气阀导通前右气缸内的气体做功，单压控双通气阀导通后形成缸体内气体的闭合循环，最终将风能转化为热能，热能通过气缸壁传给水箱内的水，水得到加热后经过管网输送出去。有益效果本发明将由风能得到的机械能通过能量转化装置直接转化为热能，避免了经由电能的中间转化过程，有效提高了风能到热能的转化效率，同时热水可保证持续供应并不受天气、昼夜、季节等因素的影响。
图1是本发明的结构示意图；图2是右活塞由上止点开始向下运动示意图；图3是单压控双通气阀导通后左活塞和右活塞的运动方向示意图；图4是右活塞到达下止点后左活塞运动直至上止点位置示意图；图5是左活塞和右活塞分别达到下至点和上止点的位置示意图；图6是单压控双通气阀的结构示意图。其中1-风车叶片；2-风力传动轮；3-传动轴；4-右连杆；5-右活塞；6_右气缸； 7-单压控双通气阀；8-储热水箱；9-左气缸；10-左活塞；11-左连杆；12-左开阀门挡板、 13-阀体、14-右开阀门挡板、15-弹簧。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。如附图1所示，本发明的一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，包括动力装置、传动装置、能量转化装置和储热装置；其中动力装置包括风车叶片1和风力传动轮 2，传动装置为传动轴3，传动轴3加工成凹形结构，凹形结构分为左端直线段AB、中部下凹段CD和右端直线段EF，其中BC段的长度大于DE段，当传动轴以右端直线段EF为中心旋转，左端直线段AB和中部下凹段CD分别产生旋转半径不同的两个旋转面；储热装置为储热水箱8 ；能量转化装置为具有左气缸9和右气缸6的双缸活塞式逆向斯特林压气机，左气缸 9和右气缸6上部用左活塞10和右活塞5密封住缸内气体，左气缸9和右气缸6底部通过一个管路连通，管路中段设有一个单压控双通气阀7 ；左气缸9固定于储热水箱8外部且高于储热水箱8的位置，右气缸6下部浸入储热水箱8中；风车叶片1与风力传动轮2连接， 传动轴3的右端直线段连接风力传动轮2，传动轴3的左端直线段通过左连杆11与左气缸 9上的左活塞10铰接，传动轴3的中段下凹段通过右连杆4与右气缸6上的右活塞5铰接； 传动轴3的两个旋转面的旋转直径小于左气缸9和右气缸6的行程。其具体工作流程是在自然风的推动下，风车叶片1带动风力传动轮2旋转，风力传动轮2牵引传动轴3转动；如附图2所示，传动轴3通过右连杆4带动右活塞5由上止点开始向下运动，左活塞10处于下至点位置不动，单压控双通气阀7处于关闭状态，右活塞5 对右气缸6内气体做功，气体内能增加温度升高，于是通过气缸壁向储热器8内的水放出热量Q ；如附图3所示，当缸内气体压缩至一定程度，单压控双通气阀7左右侧压差达到设定临界值时，单压控双通气阀7从右至左方向导通，气体经由管路从右气缸6进入左气缸9， 左活塞10和右活塞5以同样的速度分别上升和下降；如附图4所示，右活塞5到达下止点后保持不动，左活塞10受连杆的拉动继续向上运动直至上止点位置，此过程气体对左活塞 10做功，气体内能减小温度降低，从空气中吸收热量Q ；如附图5所示，左活塞10和右活塞 5以同样的速度分别下行和上行，气体经由单压控双通气阀7从左向右流通，在此方向上单压控双通气阀7不受压差控制始终处于导通状态，直至左、右活塞分别达到下至点和上止点；这样，气缸内气体回复到初始状态而完成闭合循环，此循环即为逆向斯特林循环。如附图6所示，单压控双通气阀7由阀体13、弹簧15、左开阀门挡板12和右开阀门挡板14组成，弹簧15与左开阀门挡板12的左侧连接，非工作状态时弹簧15张力使左开阀门挡板12与阀体13配合将阀门上部封闭，右开阀门挡板14与阀体13配合只能使气体在气阀内的下方由左向右单向流动。 此外，左气缸9和右气缸6之间还可以采用两个管路的双通道结构，在两个管路上分别安装右向单通阀和左向压控单通阀，同样可以实现压缩气体在一定压力下左向导通， 气体从左向右流通时始终处于导通状态。
权利要求
1.一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，包括动力装置、传动装置、能量转化装置和储热装置；其中动力装置包括风车叶片(1)和风力传动轮0)，传动装置为传动轴 (3)，储热装置为储热水箱(8)，能量转化装置为具有左气缸(9)和右气缸(6)的双缸活塞式逆向斯特林压气机；其特征在于所述传动轴(3)加工成凹形结构，凹形结构分为左端直线段AB、中部下凹段CD和右端直线段EF，其中BC段的长度大于DE段，当传动轴以右端直线段EF为中心旋转，左端直线段AB和中部下凹段CD分别产生旋转半径不同的两个旋转面； 左气缸(9)和右气缸(6)上部用左活塞(10)和右活塞( 密封住缸内气体，左气缸(9)和右气缸(6)底部通过管路连通，管路中段设有一个单压控双通气阀(7)；左气缸(9)固定于储热水箱(8)外部且高于储热水箱(8)的位置，右气缸(6)下部浸入储热水箱(8)中；风车叶片(1)与风力传动轮( 连接，传动轴(3)的右端直线段连接风力传动轮0)，传动轴 (3)的左端直线段通过左连杆(11)与左气缸(9)上的左活塞(10)铰接，传动轴C3)的中段下凹段通过右连杆(4)与右气缸(6)上的右活塞( 铰接。
2.如权利要求1所述的一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，其特征在于所述传动轴(3)的两个旋转面的旋转直径小于左气缸(9)和右气缸(6)的行程。
3.如权利要求1所述的一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，其特征在于所述单压控双通气阀(7)由阀体(13)、弹簧(15)、左开阀门挡板(12)和右开阀门挡板(14) 组成，弹簧(15)与左开阀门挡板(12)的左侧连接，非工作状态时弹簧(15)张力使左开阀门挡板(12)与阀体(13)配合将阀门上部封闭，右开阀门挡板(14)与阀体(13)配合只能使气体在气阀内的下方由左向右单向流动。
4.如权利要求1或2所述的一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，其特征在于左气缸(9)和右气缸(6)之间还可采用两个管路的双通道结构，在两个管路上分别安装右向单通阀和左向压控单通阀。
全文摘要
本发明涉及一种基于逆向斯特林循环的压气式风能制热器，包括动力装置、传动轴、能量转化装置和储热水箱；动力装置包括风车叶片和风力传动轮，传动轴加工成旋转后产生高低不同两个旋转面的异形结构；能量转化装置为具有左气缸和右气缸的双缸活塞式逆向斯特林压气机，左气缸固定于储热水箱外部且高于储热水箱，右气缸下部浸入储热水箱中；风车叶片与风力传动轮连接，传动轴的右端连接风力传动轮，传动轴上旋转后较高旋转面的一段通过左连杆与左活塞铰接，传动轴上旋转后较低旋转面的一段通过右连杆与右活塞铰接；本发明利用风力驱动的风力传动轮将风能转化为机械能，机械能转化为热能，同时从空气中提取热量，以获得全天候持续稳定的生活用热水。
文档编号F24H1/18GK102213487SQ201110092740
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者戴静, 赵勇, 郑宏飞, 陈志莉 申请人:北京理工大学, 柳州理工尚迪太阳能科技有限公司