组合式风力发电及风力致热装置.pdf

本发明涉及一种组合式风力发电及风力致热装置，包含：垂直轴风力机；离合器，设置在垂直轴风力机的下方，并通过垂直轴风力机的中心轴与垂直轴风力机连接；变速箱，设置在离合器的下方，并通过变速箱的中心轴与离合器连接；切换组件，设置在变速箱内，且与变速箱的中心轴连接；发电机，设置在变速箱的下方，并通过发电机的中心轴与切换组件连接；致热器，设置在变速箱的下方，且位于发电机的一侧，并通过致热器的中心轴与切换组件连接；切换组件切换变速箱与发电机或致热器之间的连接。本发明结合风力发电和风力致热两种风能利用方式，解决目前采用单一的风力发电设备和风力致热设备而造成的能源浪费问题，增大风能利用率，扩大风能利用范围。

权利要求书
1.  一种组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，包含：
垂直轴风力机（1）；
离合器（2），设置在所述的垂直轴风力机（1）的下方，并通过垂直轴风力机（1）的中心轴（101）与垂直轴风力机（1）连接；
变速箱（3），设置在所述的离合器（2）的下方，并通过变速箱（3）的中心轴（301）与离合器（2）连接；
切换组件，设置在变速箱（3）内，且与变速箱（3）的中心轴（301）连接；
发电机（4），设置在所述的变速箱（3）的下方，并通过发电机（4）的中心轴（401）与变速箱（3）内的切换组件连接；
致热器（5），设置在所述的变速箱（3）的下方，且位于所述的发电机（4）的一侧，并通过致热器（5）的中心轴（501）与变速箱（3）内的切换组件连接；
其中，所述的切换组件切换变速箱（3）与发电机（4）或致热器（5）之间的连接。

2.  如权利要求1所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含变速箱控制器（8），分别与所述的离合器（2）以及切换组件电路连接，用于控制切换组件在发电机（4）与致热器（5）之间切换连接，且在切换过程中控制离合器（2）与变速箱（3）分离，在完成切换后控制离合器（2）与变速箱（3）结合。

3.  如权利要求1所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，所述的垂直轴风力机（1）是阻力型垂直轴风力机，或是升力型垂直轴风力机，或是升力-阻力组合型垂直轴风力机。

4.  如权利要求1所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，所述的发电机（4）是异步型发电机，或是同步型发电机。

5.  如权利要求1所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，所述的致热器（5）是搅拌液体致热器，或是油压阻尼孔致热器，或是固体摩擦致热器，或是涡电流致热器。

6.  如权利要求2所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，所述的切换组件包含：
第一齿轮（304），设置在所述的变速箱（3）的中心轴（301）上，且可沿该变速箱（3）的中心轴（301）上下移动；
发电机连接轴（302），与所述的发电机（4）的中心轴（401）连接；
第二齿轮（305），固定设置在所述的发电机连接轴（302）上；
致热器连接轴（303），与所述的致热器（5）的中心轴（501）连接；
第三齿轮（306），固定设置在所述的致热器连接轴（303）上，且与所述的第二齿轮（305）交错设置在不同高度。

7.  如权利要求6所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，当发电时，变速箱控制器（8）控制第一齿轮（304）沿着变速箱（3）的中心轴（301）移动至与第二齿轮（305）齐平，并使第一齿轮（304）与第二齿轮（305）啮合，以将变速箱（3）依次通过变速箱（3）的中心轴（301）、第一齿轮（304）、第二齿轮（305）、发电机连接轴（302）以及发电机（4）的中心轴（401）与发电机（4）连接。

8.  如权利要求6所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，当致热时，变速箱控制器（8）控制第一齿轮（304）沿着变速箱（3）的中心轴（301）移动至与第三齿轮（306）齐平，并使第一齿轮（304）与第三齿轮（306）啮合，以将变速箱（3）依次通过变速箱（3）的中心轴（301）、第一齿轮（304）、第三齿轮（306）、致热器连接轴（303）以及致热器（5）的中心轴（501）与致热器（5）连接。

9.  如权利要求1所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，还包含底座（7），所述的发电机（4）与致热器（5）均固定设置在该底座（7）上。

10.  如权利要求9所述的组合式风力发电及风力致热装置，其特征在于，还包含支架（6），其垂直固定设置在所述的底座（7）上；该支架（6）包含：
垂直固定设置在底座（7）两侧的两块竖直支撑板；以及由上至下依次连接设置在两块竖直支撑板之间的第一横向支撑板（601）、第二横向支撑板（602），第三横向支撑板（603）和第四横向支撑板（604）；
其中，所述的垂直轴风力机（1）设置在第一横向支撑板（601）和第二横向支撑板（602）之间；所述的离合器（2）设置在第二横向支撑板（602）和第三横向支撑板（603）之间；所述的变速箱（3）设置在第三横向支撑板（603）和第四横向支撑板（604）之间。

说明书组合式风力发电及风力致热装置
技术领域
本发明涉及一种组合式风力发电及风力致热装置，结合风力发电和风力致热的优点，属于风能利用领域。
背景技术
我国风能资源非常丰富。2006年国家气候中心研究结果表明，我国陆地10米高度层可开发和利用的风能储量，除青藏高原外总量约为25亿kW，海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计约32.5亿kW。
目前，将风能转化成电能和热能加以利用的方式最多。但现有技术中利用风能的设备都是单一的设备，不能满足人们对电能和热能等品位能源的需求。为了满足这种需求，更多的是将风能转化成电能再转化成热能，但是风能经过电能再转化成热能的效率比风能直接转化成热能的效率要低。
目前在我国北方地区已经采用风电清洁供暖方式，这种方式虽然解决了之前风电项目弃风限电的问题，但是这种风能转化设备复杂、费用比较高、效率极低，不具有经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合式风力发电及风力致热装置，结合风力发电和风力致热这两种风能利用方式，既利用风能发电又利用风能致热，解决目前采用单一的风力发电设备和风力致热设备而造成的能源浪费问题，增大风能利用率，扩大风能利用范围。
为实现上述目的，本发明提供一种组合式风力发电及风力致热装置，包含：垂直轴风力机；离合器，设置在所述的垂直轴风力机的下方，并通过垂直轴风力机的中心轴与垂直轴风力机连接；变速箱，设置在所述的离合器的下方，并通过变速箱的中心轴与离合器连接；切换组件，设置在变速箱内，且与变速箱的中心轴连接；发电机，设置在所述的变速箱的下方，并通过发电机的中心轴与变速箱内的切换组件连接；致热器，设置在所述的变速箱的下方，且位于所述的发电机的一侧，并通过致热器的中心轴与变速箱内的切换组件连接；所述的切换组件切换变速箱与发电机或致热器之间的连接。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含变速箱控制器，分别与所述的离合器以及切换组件电路连接，用于控制切换组件在发电机与致热器之间切换连接，且在切换过程中控制离合器与变速箱分离，在完成切换后控制离合器与变速箱结合。
所述的垂直轴风力机是阻力型垂直轴风力机，或是升力型垂直轴风力机，或是升力-阻力组合型垂直轴风力机。
所述的发电机是异步型发电机，或是同步型发电机。
所述的致热器是搅拌液体致热器，或是油压阻尼孔致热器，或是固体摩擦致热器，或是涡电流致热器。
所述的切换组件包含：第一齿轮，设置在所述的变速箱的中心轴上，且可沿该变速箱的中心轴上下移动；发电机连接轴，与所述的发电机的中心轴连接；第二齿轮，固定设置在所述的发电机连接轴上；致热器连接轴，与所述的致热器的中心轴连接；第三齿轮，固定设置在所述的致热器连接轴上，且与所述的第二齿轮交错设置在不同高度。
当所述的组合式风力发电及风力致热装置发电时，变速箱控制器控制第一齿轮沿着变速箱的中心轴移动至与第二齿轮齐平，并使第一齿轮与第二齿轮啮合，以将变速箱依次通过变速箱的中心轴、第一齿轮、第二齿轮、发电机连接轴以及发电机的中心轴与发电机连接。
当所述的组合式风力发电及风力致热装置致热时，变速箱控制器控制第一齿轮沿着变速箱的中心轴移动至与第三齿轮齐平，并使第一齿轮与第三齿轮啮合，以将变速箱依次通过变速箱的中心轴、第一齿轮、第三齿轮、致热器连接轴以及致热器的中心轴与致热器连接。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含底座，所述的发电机与致热器均固定设置在该底座上。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含支架，其垂直固定设置在所述的底座上。
所述的支架包含：垂直固定设置在底座两侧的两块竖直支撑板；以及由上至下依次连接设置在两块竖直支撑板之间的第一横向支撑板、第二横向支撑板，第三横向支撑板和第四横向支撑板；其中，所述的垂直轴风力机设置在第一横向支撑板和第二横向支撑板之间；所述的离合器设置在第二横向支撑板和第三横向支撑板之间；所述的变速箱设置在第三横向支撑板和第四横向支撑板之间。
综上所述，本发明所提供的组合式风力发电及风力致热装置，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明采用变速箱组合风力发电和风力致热这两种风能利用方式，因此可以根据需要既利用风能来发电又利用风能来致热，解决目前采用单一的风力发电设备和风力致热设备而造成的能源浪费问题，真正起到节能减排的作用，并且增大风能利用率，扩大风能利用范围；
2、本发明不仅可以小型化使用，而且也可以大型化使用；可以在不同风能等级地区使用，特别是在风能资源丰富的地区，既可以产生电能又可以产生热能，从而解决风电就地消纳问题，具有持久的经济效益；
3、本发明维护简单、运行稳定安全，可以解决海上孤岛、驻军岛屿、海上作业平台和山区供电供暖等问题。
附图说明
图1为本发明中的组合式风力发电及风力致热装置在发电时的示意图；
图2为本发明中的组合式风力发电及风力致热装置在致热时的示意图；
图3为本发明中的组合式风力发电及风力致热装置的系统原理框图。
具体实施方式
以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选实施例。
如图1和图2所示，为本发明提供的组合式风力发电及风力致热装置，包含：垂直轴风力机1；离合器2，设置在所述的垂直轴风力机1的下方，并通过垂直轴风力机1的中心轴101与垂直轴风力机1连接；变速箱3，设置在所述的离合器2的下方，并通过变速箱3的中心轴301与离合器2连接；切换组件，设置在变速箱3内，且与变速箱3的中心轴301连接；发电机4，设置在所述的变速箱3的下方，并通过发电机4的中心轴401与变速箱3内的切换组件连接；致热器5，设置在所述的变速箱3的下方，且位于所述的发电机4的一侧，并通过致热器5的中心轴501与变速箱3内的切换组件连接；所述的切换组件切换变速箱3与发电机4或致热器5之间的连接。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含变速箱控制器8，分别与所述的离合器2以及切换组件电路连接，用于控制切换组件在发电机4与致热器5之间切换连接，且在切换过程中控制离合器2与变速箱3分离，在完成切换后控制离合器2与变速箱3结合。
所述的垂直轴风力机1是阻力型垂直轴风力机，或是升力型垂直轴风力机，或是升力-阻力组合型垂直轴风力机。根据风能资源的不同，可以选择上述不同类型的风力机。在风能资源丰富的地区，可以使用升力型垂直轴风力机或者升力-阻力组合型垂直轴风力机；在风能资源相对匮乏的地区，则可以使用阻力型垂直轴风力机。
所述的离合器2为可控离合器。
所述的发电机4是异步型发电机，或是同步型发电机。
所述的致热器5是搅拌液体致热器，或是油压阻尼孔致热器，或是固体摩擦致热器，或是涡电流致热器。
所述的切换组件包含：第一齿轮304，设置在所述的变速箱3的中心轴301上，且可沿该变速箱3的中心轴301上下移动；发电机连接轴302，与所述的发电机4的中心轴401连接；第二齿轮305，固定设置在所述的发电机连接轴302上；致热器连接轴303，与所述的致热器5的中心轴501连接；第三齿轮306，固定设置在所述的致热器连接轴303上，且与所述的第二齿轮305交错设置在不同高度。
如图1所示，当所述的组合式风力发电及风力致热装置发电时，变速箱控制器8控制第一齿轮304沿着变速箱3的中心轴301移动至与第二齿轮305齐平，并使第一齿轮304与第二齿轮305啮合，以将变速箱3依次通过变速箱3的中心轴301、第一齿轮304、第二齿轮305、发电机连接轴302以及发电机4的中心轴401与发电机4连接。
如图2所示，当所述的组合式风力发电及风力致热装置致热时，变速箱控制器8控制第一齿轮304沿着变速箱3的中心轴301移动至与第三齿轮306齐平，并使第一齿轮304与第三齿轮306啮合，以将变速箱3依次通过变速箱3的中心轴301、第一齿轮304、第三齿轮306、致热器连接轴303以及致热器5的中心轴501与致热器5连接。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含底座7，所述的发电机4与致热器5均固定设置在该底座7上。
所述的组合式风力发电及风力致热装置还包含支架6，其垂直固定设置在所述的底座7上。
所述的支架6包含：垂直固定设置在底座7两侧的两块竖直支撑板；以及由上至下依次连接设置在两块竖直支撑板之间的第一横向支撑板601、第二横向支撑板602，第三横向支撑板603和第四横向支撑板604；其中，所述的垂直轴风力机1设置在第一横向支撑板601和第二横向支撑板602之间；所述的离合器2设置在第二横向支撑板602和第三横向支撑板603之间；所述的变速箱3设置在第三横向支撑板603和第四横向支撑板604之间。
以下详细描述本发明提供的组合式风力发电及风力致热装置的工作原理。如图1和图3所示，当组合式风力发电及风力致热装置发电时，变速箱控制器8控制第一齿轮304沿着变速箱3的中心轴301移动至与第二齿轮305齐平，并使第一齿轮304与第二齿轮305啮合。在该切换过程中，变速箱控制器8同时控制离合器2与变速箱3分离，在完成切换后，也就是在第一齿轮304与第二齿轮305啮合之后，变速箱控制器8再次控制离合器2与变速箱3结合。在风力的作用下，垂直轴风力机1通过其中心轴101带动离合器2转动，离合器2带动变速箱3的中心轴301转动，因此一起带动设置在其上的第一齿轮304旋转，由于第一齿轮304与第二齿轮305啮合，从而使得变速箱3的中心轴301能够依次通过第一齿轮304、第二齿轮305、发电机连接轴302以及发电机4的中心轴401，带动发电机4工作发电。由该发电机4产生的电能首先通过整流器9进行整流。随后由控制器10控制其传输至蓄电池11进行存储，以备需要时使用；或者由控制器10控制其直接以直流电供给用户14使用；或者由控制器10控制其传输至逆变器12，将直流电转换为交流电后，再供给用户14使用。
如图2和图3所示，当组合式风力发电及风力致热装置致热时，变速箱控制器8控制第一齿轮304沿着变速箱3的中心轴301移动至与第三齿轮306齐平，并使第一齿轮304与第三齿轮306啮合。在该切换过程中，变速箱控制器8同时控制离合器2与变速箱3分离，在完成切换后，也就是在第一齿轮304与第三齿轮306啮合之后，变速箱控制器8再次控制离合器2与变速箱3结合。在风力的作用下，垂直轴风力机1通过其中心轴101带动离合器2转动，离合器2带动变速箱3的中心轴301转动，因此一起带动设置在其上的第一齿轮304旋转，由于第一齿轮304与第三齿轮306啮合，从而使得变速箱3的中心轴301能够依次通过第一齿轮304、第三齿轮306、致热器连接轴303以及致热器5的中心轴501，带动致热器5工作致热。由该致热器5产生的电能通过储热器13进行存储，以在需要时供给用户14使用。
综上所述，本发明所提供的组合式风力发电及风力致热装置，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明采用变速箱组合风力发电和风力致热这两种风能利用方式，因此可以根据需要既利用风能来发电又利用风能来致热，解决目前采用单一的风力发电设备和风力致热设备而造成的能源浪费问题，真正起到节能减排的作用，并且增大风能利用率，扩大风能利用范围；
2、本发明不仅可以小型化使用，而且也可以大型化使用；可以在不同风能等级地区使用，特别是在风能资源丰富的地区，既可以产生电能又可以产生热能，从而解决风电就地消纳问题，具有持久的经济效益；
3、本发明维护简单、运行稳定安全，可以解决海上孤岛、驻军岛屿、海上作业平台和山区供电供暖等问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。