风力直驱式单一制热供热系统的制作方法

本实用新型涉及一种供热采暖系统，特别涉及一种风力直驱式单一制热供热系统。

背景技术：

能源是人类生存、发展的基础，但随着经济的快速发展，化石能源消耗量持续增加，人类正面临着日益严重的能源短缺和环境破坏问题，全球气候变暖已成为国际关注的热点。基于此背景下，发展清洁能源对于保障能源安全、促进环境保护、减少温室气体排放、实现国民经济可持续发展具有重要意义。

随着我国经济社会的快速发展，我国社会能源消耗保持了快速增长的势头。根据《中国统计年鉴 2015》显示，2014 年我国能源消费总量折合标准煤数量已达到 42.60 亿吨，较 2000 年增长近 2 倍。庞大的能源消耗既给我国能源供给和经济稳定发展带来了巨大压力， 同时也间接造成了环境污染加剧等严重的社会问题。

建筑能耗是社会能源消费的重要组成部分。根据统计，2014 年我国建筑的总能耗约为 8.19 亿吨标准煤，约占我国社会能源消费总量的 20%，减少建筑能耗对于国家的节能减排战略具有重大意义。我国城镇化的高速推进使得北方城镇建筑面积不断增长，北方城镇集中供热面积亦随之快速增长。根据国家统计局统计年鉴披露的数据，2011 年至 2014 年全国经营性集中供热面积分别为47.38 亿平方米、51.84 亿平方米、57.17亿平方米、61.12 亿平方米，年均复合增长率为 8.86%。

我国集中供热覆盖率仍处于较低水平，目前仅在北方各省的主要城镇建有集中供热系统，且平均覆盖率不到50%;南方城镇和我国广大的农村地区则基本没有集中供暖设施，仅能依靠天然气炉、空调、电炉和蜂窝煤等独立供热方式取暖。而芬兰和丹麦等发达国家的城市集中供热覆盖率达90%，其全国平均水平也在60%以上。我国城市供热行业大多以燃煤为主要原料，虽然近年来逐渐推广天然气燃料，但能源紧张的形势日趋逼近。因而太阳能、风能以及其他清洁能源将逐渐成为冬季供暖的新生力量。我国风能资源丰富，具有大规模开发利用的前景。风能供热一方面可以解决燃料燃烧所来的污染问题，另一方面可以缓解能源的紧张。采用风能直接驱动热泵供热，可以有效的减少中间转换过程的能量损失，提高了风能利用效率。在偏远山区，经济不发达地区，利用风能比使用传统供热方式大量降低成本。

经检索，利用风能驱动地源、水源供热制冷的文献均有报道，文献中公开的技术方案均为制热制冷的双系统，如中国专利CN206113187U公开了 “一种风能直接驱动地源热泵空调系统”，该系统通过四通阀可以使热泵系统处于制冷和制热两种状态，系统结构复杂，四通换向阀的转换过程能量损失较大，尤其制冷系统不太适合北方使用，不能满足单一制热供暖的需求。制热制冷系统需求的风能量大，我国北方的夏季刮风的次数少，单一用风力驱动风机做功制热制冷需要有较高的技术支撑，而且我国北方尤其是山区半山区地域，冬季气候干冷，夏季比较凉爽，对供热需求大，北方冬季取暖大多以干柴和煤炭为主要燃料，柴草及煤炭的浓烟污染环境。为此急需既节能又环保的单一供热供暖的设备。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种可以有效地减少中间转换过程的能量损失，结构简单的风力直驱式单一制热供热系统。

解决上述技术问题，采用以下技术方案：

一种风力直驱式单一制热供热系统，包括风力机、压缩机、冷凝器、换热装置，所述的压缩机的排气口通过第一连接软管与冷凝器连接，所述冷凝器的排热口与输热管道连接，输热管道的另一端与采暖设备相连通，输热管道的出热口处设置有往采暖设备处吹风的风扇；冷凝器的制冷剂出口与制冷剂出口管的一端连接，制冷剂出口管上连接有节流阀，制冷剂出口管的另一端与换热装置连通，换热装置的排气口通过第二连接软管与压缩机的吸气口连接；当所述系统制热时，所述压缩机排出的高压制冷剂气体进入冷凝器并进入用户采暖设备，放热液化后经过节流阀进入换热装置，与换热装置换热后变为气体返回压缩机吸气口。

作为优选方案：

所述风力机的输出轴与齿轮变速器连接，齿轮变速器的输出轴与压缩机之间用联轴器连接。

所述压缩机为开启式压缩机，其输入轴伸出压缩机体外，通过联轴器与齿轮增速器的输出轴相连，其输入轴上设置有轴封装置。

所述第一连接软管、第二连接软管分别是金属软管。

所述的采暖设备为多个，多个采暖设备为用户的采暖装置，多个采暖装置相并联分别与输热管道相连通。

所述的换热装置是水井换热装置或者是空气换热器或者是地埋管换热器。

所述水井换热装置置于地下水井之中，水井换热装置的一端与节流阀连通，水井换热装置的排气口通过第二连接软管与压缩机的吸气口连接。

所述空气换热器的进口与节流阀连通，空气换热器的气体出口与压缩机的吸气口通过第二连接软管连接。

所述地埋管换热器的一端与节流阀连通，地埋管换热器的气体出口与压缩机的吸气口通过第二连接软管连接，地埋管换热器埋在土壤之中。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的风力机省去了发电环节，减少了中间过程能量转换损失。本实用新型将齿轮箱为齿轮增速器，使风轮轴的转速通过增速器增速，使其达到压缩机的额定转速，以保证压缩机的高效运行。

本实用新型采用风力机直接驱动压缩机工作，压缩机排出的高压制冷剂气体进入冷凝器并进入用户采暖设备，放热液化后进经过节流阀进入换热装置，换热后变为气体返回压缩机吸气口。冷凝器与用户采暖设备直接连通，有效的减少了中间转换过程中的热能损失，提高了热能利用率，在压缩机的进出口采用软管连接，解决了风力机偏航时的压缩机与冷凝器、换热装置之间的相互位移问题。换热装置与从节流阀出来的冷媒换热后，气体返回压缩机继续工作，制热结构简单，可靠性高，经济成本低，没有燃烧产生，非常适用北方地区使用。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图，也是本实用新型的工况原理图。

图2是本实用新型的换热装置采用水井换热装置的结构示意图。

图3是本实用新型的换热装置采用空气换热器的结构示意图。

图4是本实用新型的换热装置采用地埋管换热器的结构示意图。

图中标记：风力机1、齿轮增速器2、联轴器3、压缩机4、第一连接软管5、冷凝器6、制冷剂出口管7、输热管道8、节流阀9、换热装置10、风扇11、采暖设备12（12-1,12-2……12-N）、第二连接软管13、水井换热装置14、水井出水口15、水井回水口16、空气换热器17、地埋管换热器18。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对的重要性。

一种风力直驱式单一制热供热系统，包括风力机1、压缩机4、冷凝器6、节流阀9、换热装置10。

具体结构参见附图1，本实用新型分为三个部分，第一部分是驱动，第二是制热采暖，第三部分是换热装置。

第一部分驱动

本实用新型的驱动源采用风力机1，该风力机1采用水平轴式风力机，包括风轮、齿轮增速器2、偏航系统、变桨系统，风轮的输出轴与齿轮增速器2连接，齿轮增速器2的输出轴与压缩机4之间用联轴器3连接，联轴器3与压缩机4连接。偏航系统安装在风力机的回转体上，偏航系统能使风力机做回转运动，以保证叶轮和风向保持最佳迎风角度。变桨系统安装在风力机的轮毂内，变桨系统能调整桨叶的角度，使不同风速时风力机有稳定的输出转速。

第二部分制热采暖

本实用新型的压缩机4采用开启式压缩机，输入轴伸出压缩机体外，通过联轴器与齿轮增速器的输出轴相连，压缩机输入轴上设置轴封装置。压缩机4的排气口与冷凝器6的入口连接，冷凝器6的排热口与输热管道8连接，输热管道8的另一端与用户采暖设备12相连通，用户采暖设备12为多个12-1,12-2……12-N，12-1,12-2……12-N并联连接。为了确保热能损失小，在输热管道8内的出热口处安装有往采暖设备处吹风的风扇11。冷凝器6的制冷剂出口与制冷剂出口管7连接，冷凝器6的制冷剂出口管7上连接节流阀9，节流阀9的另一端与换热装置10的入口连通。

第三部分制热、换热

换热装置10的排气口通过第二连接软管13与压缩机的吸气口连接。系统制热时，所述压缩机4排出的高压制冷剂气体进入冷凝器6并进入用户采暖设备12，放热液化后经过节流阀9进入换热装置10，与换热装置10换热后变为气体返回压缩机吸气口。

第一连接软管5、第二连接软管13分别是金属软管。

所述地埋管换热器的一端与节流阀连通，地埋管换热器的气体出口与压缩机的吸气口通过第二连接软管连接，地埋管换热器埋在土壤之中。

具体实施例

以下实施例中的第一、第二部分的连接结构与前述相同，第三部分换热装置不同。

实施例1 换热装置采用水井换热装置

参见附图2，第一、第二部分的连接结构与前述相同，第三部分制热、换热的换热装置采用水井换热装置14，水井换热装置14的一端与节流阀9连通，水井换热装置14的气体出口与压缩机的吸气口通过第二连接软管13连接，水井换热装置14通过管路与地下水井出水口15、水井回水口16连通，由地下水井为其提供热交换的水源。水井换热装置14的出水口15与第二连接软管13连接，第二连接软管13的另一端与压缩机4的吸气口连接。水井换热装置14从水井中抽取地下水，温度较高的地下水与从节流阀9出来的制冷剂换热后，热气由第二连接软管13进入压缩机4，水通过水井回水口16流入地下水井。

系统制热时，风力机驱动压缩机工作，压缩机排出的高压制冷剂气体压进冷凝器，因为冷凝器管尾有节流阀，汽态制冷剂便不能顺畅地流出冷凝器，于是冷凝器中汽态制冷剂压力增大，温度升高，高温的气态制冷剂从管头流到管尾时，热量由输热管输出至用户的采暖设备。高温的气态制冷剂凝结成低温的液态制冷剂由制冷剂出口管输出至水井换热装置，与水换热后变为气体返回压缩机的吸气口如此往复。

实施例2换热装置采用空气换热器

参见附图3，第一、第二部分的连接结构与前述相同。第三部分制热、换热的换热装置采用空气换热器17。

空气换热器17的进口与节流阀9连通，空气换热器17的气体出口与压缩机4的吸气口通过第二连接软管13连接。

压缩机4排出的高压制冷剂气体进入冷凝器6并进入用户采暖设备12，放热液化后经过节流阀9进入空气换热器17，与空气换热后变为气体返回压缩机吸气口。

工作过程：风力机输出的风力通过齿轮变速器增速，驱动压缩机工作，压缩机排出的高压制冷剂气体进入冷凝器，在冷凝器内交换放热，所放热量通过输热管道由风扇助力进入用户采暖装置。放热液化后的制冷剂由制冷剂出口进入节流阀，经过节流阀进入空气换热器，在空气换热器内与空气交换后形成的气体由空气换热器排出到第二软管，返回压缩机的吸气口，如此往复完成制热供热取暖。

实施例3 换热装置采用地埋管换热器

参见附图4，第一、第二部分的连接结构与前述相同。第三部分制热、换热的换热装置采地埋管换热器18。

节流阀9的一端与地埋管换热器18连通，地埋管换热器18埋在土壤之中。地埋管换热器18的气体出口与压缩机4的吸气口通过第二连接软管13连接。

工作过程：风力机的输出的风力通过齿轮变速器增速，驱动压缩机工作，压缩机排出的高压制冷剂气体进入冷凝器，在冷凝器内交换放热，所放热量通过输热管道进入用户采暖装置。放热液化后的制冷剂由制冷剂出口进入节流阀，经过节流阀进入地埋管换热器，在地埋管换热器内与土壤交换后形成的气体由地埋管换热器排出到第二连接软管，返回压缩机的吸气口，如此往复完成制热供热取暖。

以上公开是本实用新型的具体实施例，虽然本实用新型以较佳的实施例揭示如上，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，在不脱离本实用新型的设计思想和范围内，对本实用新型进行各种改动和润饰，都应落在本实用新型的保护范围之内。