阅读说明：本技术 一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统 (Vertical shaft type wind turbine heat supply and storage system based on stirring heating ) 是由 王兴 王伟锋 韩爽 赵杰 薛志恒 于 2021-02-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统,通过动力传动装置将垂直轴风力机的机械能传递给搅拌制热器,带动搅拌制热器旋转搅拌,将机械能转换成搅拌制热工质的内能,热网循环水冷水与搅拌制热工质热交换后温度升高用于供热。在此基础上加装了蓄热水罐,能够有效提高系统的灵活性：当用户热需求较低时,过剩的热水存放于蓄热水罐,减少能量损失；当用户热需求提高时,在正常供热的同时释放蓄热水罐中热水,增强峰值供热能力。本发明基于各式垂直轴风力机和搅拌制热器,具有广泛适用性,能够大范围推广使用,系统灵活性高,供、蓄热兼备,进一步提高了能源利用率。(The invention discloses a stirring heating-based vertical shaft type wind turbine heat supply and storage system, which transfers mechanical energy of a vertical shaft type wind turbine to a stirring heater through a power transmission device, drives the stirring heater to rotate and stir, converts the mechanical energy into internal energy of a stirring heating working medium, and increases the temperature of circulating water cold water of a heat supply network after heat exchange with the stirring heating working medium for heat supply. Install the heat accumulation water pitcher additional on this basis, can effectively improve the flexibility of system: when the heat demand of a user is low, the surplus hot water is stored in the heat storage water tank, so that the energy loss is reduced; when the heat demand of a user is increased, hot water in the heat storage water tank is released while normal heat supply is carried out, and peak heat supply capacity is enhanced. The invention is based on various vertical axis wind turbines and stirring heaters, has wide applicability, can be popularized and used in a large range, has high system flexibility, has both heat supply and heat storage, and further improves the energy utilization rate.)

一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统

技术领域

本发明属于新能源供热技术领域，具体涉及一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统。

背景技术

近年来我国大力发展风电产业，截至2020年底我国风电装机总量已超过2.2亿千瓦。与之相对应的是，部分地区已电力产能过剩，大量弃风导致能源浪费严重。同时，我国环境污染现状严峻，去除雾霾、净化空气已经刻不容缓。因此，本发明提出一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统，一方面可以充分利用弃风资源，节约可再生能源；另一方面，采用风能供热代替燃煤供热，有效降低空气污染，有利于绿色可持续发展。

目前也有个别通过风能进行供热的设计方案，如申请公布日为2019年1月22日，申请公布号为CN109253493A的中国专利中，公开了基于风电、储热和燃气协同供热的供暖系统。该发明主要核心部分是两路供热：一路采用风力机为电锅炉供电，再通过电锅炉的加热提供热水；另一路采用燃气锅炉直接加热提供热水。这种设计的缺陷主要有：首先，风能先转换成电能，再转换成热能，二次转换降低了能源利用率；其次，使用燃气锅炉加热提供热水，产生的燃气尾气会引起环境污染，并且供暖期间普遍存在燃气供应紧张问题，气源难以保证；再者，该系统设计过于复杂，新增设备较多，成本增加明显，投资回收期将大大延长。综上所述，对于风力供热而言，其设计应充分利用弃风能源，在保证能源转换效率的基础上尽可能结构简单，成本低廉，环境友好。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述问题，提供一种充分利用弃风资源、结构简单、成本不高的基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统，包括垂直轴风力机、动力传动装置、搅拌制热器、蓄热水罐和热网循环水管道；

垂直轴风力机的转轴自底部通过动力传动装置连接至搅拌制热器的搅拌轴；热网循环水管道包括热网循环水冷水管道和热网循环水热水管道，热网循环水冷水管道与换热区保温外壳的进水口相连，热网循环水热水管道与换热区保温外壳的出水口相连接。

本发明进一步的改进在于，动力传动装置包括依次连接的自动变速箱和转向传动装置。

本发明进一步的改进在于，自动变速箱安装在垂直轴风力机的底部，能够根据风力机转轴转速的大小，切换不同的速比，用于维持转向传动装置和搅拌制热器匀速平稳运行。

本发明进一步的改进在于，转向传动装置一端与搅拌制热器在水平方向连接，另一端与自动变速器、在竖直方向连接。

本发明进一步的改进在于，热网循环水冷水管道上依次设置有循环水泵前阀门、循环水泵和循环水泵后阀门。

本发明进一步的改进在于，热网循环水热水管道上设置有第一出水阀门，第一出水阀门的出口分为两路，一路为换热出水主管道，另一路连接至蓄热水罐的进口，换热出水主管道的出口和蓄热水罐的出口合为一路。

本发明进一步的改进在于，蓄热水罐的进出口处分别设置有蓄热罐进水阀门和蓄热罐出水阀门。

本发明进一步的改进在于，蓄热水罐为立式罐，罐顶部为进水口，底部为出水口，罐体外壳附有保温层。

本发明进一步的改进在于，搅拌制热器内部充满搅拌制热工质并安装有叶片组。

本发明进一步的改进在于，搅拌制热器外壳和换热区附有强化换热设计，用于提高换热区热网循环水冷水和搅拌制热工质的换热效率。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供了一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统，通过动力传动装置将垂直轴风力机的机械能传递给搅拌制热器，带动搅拌制热器旋转搅拌，将机械能转换成搅拌制热工质的内能，热网循环水冷水与搅拌制热工质换热后温度升高用于供热。在此基础上加装了蓄热水罐，能够有效提高系统的灵活性，当用户热需求较低时，过剩的热水存放于蓄热水罐，减少能量损失；当用户热需求提高时，在正常供热的同时释放蓄热水罐中热水，增强峰值供热能力。该系统采用弃风资源，绿色环保，一方面大大提高了能源利用率，对维持电网的安全稳定也有一定作用；另一方面，该系统结构简单，设备成本较低，投资回收期较短。本发明基于各式垂直轴风力机和搅拌制热器，具有广泛适用性，能够大范围推广使用，系统灵活性高，供、蓄热兼备，进一步提高了能源利用率。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、垂直轴风力机，2、自动变速箱，3、转向传动装置，4、搅拌制热器，5、保温外壳，6、循环水泵前阀门，7、循环水泵，8、循环水泵后阀门，9、第一出水阀门，10、蓄热罐进水阀门，11、蓄热水罐，12、蓄热罐出水阀门，13、换热出水主管道。

具体实施方式

下文将以附图所示为例，对本发明一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统进行进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统，包括垂直轴风力机1、自动变速箱2、转向传动装置3、搅拌制热器4、保温外壳5、循环水泵前阀门6、循环水泵7、循环水泵后阀门8、第一出水阀门9、蓄热罐进水阀门10、蓄热水罐11、蓄热罐出水阀门12和换热出水主管道13。

如图1所示，自动变速箱2安装在垂直轴风力机1的底部，能够根据风力机转轴转速的大小，切换不同的速比，用于维持转向传动装置3和搅拌制热器4匀速平稳运行，型式包括但不限于齿轮式等。

如图1所示，转向传动装置3一端与搅拌制热器4在水平方向连接，另一端与自动变速器2在竖直方向连接，型式包括但不限于齿轮式等。

如图1所示，自动变速箱2配合转向传动装置3使用，作用是将垂直轴风力机1转轴沿竖直方向的旋转转换成搅拌制热器4转轴沿水平方向的旋转。

如图1所示，搅拌制热器4内部充满搅拌制热工质并安装有叶片组，作用是将旋转的机械能转换为搅拌制热工质的内能，所用搅拌制热工质应具有耐高温、比热容大的特性，常为液态或气态。

如图1所示，搅拌制热器4外壳和换热区可附有强化换热设计，用于提高热网循环水冷水和搅拌制热工质的换热效率，方式包括但不限于加装翅片、设计凹槽、增设换热管道等。

如图1所示，蓄热水罐11为立式罐，相比于卧式罐，能够有效减少罐内斜温层产生的热损失，罐顶部为进水口，底部为出水口，罐体外壳附有保温层。

所述各设备之间由金属连杆或金属管道连接。

如图1所示，本发明提供的一种基于搅拌制热的垂直轴式风力机供蓄热系统，工作流程具体说明如下：

利用风力带动垂直轴风力机1转轴沿竖直方向转动，转动向下传递，经由自动变速箱2和转向传动装置3后转换成稳定的沿水平方向的转动，并带动搅拌制热器4旋转搅拌，在此过程中搅拌制热工质逐渐吸热升温。该部分能量传递为风能——机械能——搅拌制热工质内能。

正常供热时，打开循环水泵前阀门6、循环水泵后阀门8、第一出水阀门9，关闭蓄热罐进水阀门10、蓄热罐出水阀门12，热网循环水冷水在循环水泵的作用下沿管道流入，流经换热区时，与搅拌制热工质隔着搅拌制热器4外壳进行热交换，热网循环水冷水不断被加热升温成为热网循环水热水，最后沿换热出水主管道13流出，在外部供热；

供热低谷时，打开循环水泵前阀门6、循环水泵后阀门8、第一出水阀门9、蓄热罐进水阀门10，关闭蓄热罐出水阀门12，热网循环水冷水在循环水泵的作用下沿管道流入，流经换热区时，与搅拌制热工质隔着搅拌制热器4外壳对流换热，热网循环水冷水不断被加热升温成为热网循环水热水，之后分为两路，一路经蓄热罐进水阀门10流入蓄热水罐11，待充满热水后完成蓄热，另一部分沿换热出水主管道13流出，在外部供热；

供热高峰时，打开循环水泵前阀门6、循环水泵后阀门8、第一出水阀门9、蓄热罐出水阀门12，关闭蓄热罐进水阀门10，热网循环水冷水在循环水泵的作用下沿管道流入，流经换热区时，与搅拌制热工质隔着搅拌制热器4外壳对流换热，热网循环水冷水不断被加热升温成为热网循环水热水，最后沿换热出水主管道13流出，在外部供热；同时，蓄热水罐11中的热水，经蓄热罐出水阀门12流出，作为补充热源在外部供热。