本實(shí)用新型屬于空調(diào)領(lǐng)域，涉及一種風(fēng)力機(jī)以及制冷循環(huán)系統(tǒng)，具體涉及一種升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)以及含有該升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

面對(duì)煤炭、石油等不可再生燃料日益枯竭的威脅，以及日益嚴(yán)峻的能源困局，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源已在世界范圍內(nèi)受到重視。現(xiàn)有的制冷方式主要由電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)制冷、熱能直接利用式驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷。

電加熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷，在現(xiàn)有技術(shù)中，都大量耗費(fèi)電能，在能源緊缺或能源價(jià)格高的今天，電費(fèi)已經(jīng)成為家庭、工廠和公司的一大支出之一，大大增加了生產(chǎn)成本，直接降低了人民的生活水平。

現(xiàn)今大多數(shù)風(fēng)力驅(qū)動(dòng)制冷循環(huán)系統(tǒng)都是由水平軸風(fēng)力機(jī)組成，但是水平軸風(fēng)力機(jī)還需調(diào)節(jié)迎風(fēng)角和槳距角，而且水平軸風(fēng)力機(jī)因轉(zhuǎn)速過大從而造成噪聲較大，嚴(yán)重時(shí)將影響動(dòng)物睡眠和神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)人、對(duì)鳥類、對(duì)寵物將產(chǎn)生不可估量的后果，所以在人口較為密集的地區(qū)，不適宜使用水平軸風(fēng)力機(jī)。現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力機(jī)雖然噪聲相對(duì)小，但又需要比較大的啟動(dòng)力，自啟動(dòng)較為困難。

現(xiàn)今多數(shù)吸收式制冷循環(huán)皆是單效或雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)。單級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)因大量出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而逐漸被淘汰，而多級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)雖然效率較高，而且很少出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，但價(jià)格昂貴，不適宜大范圍應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案：

<結(jié)構(gòu)1>

一種升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于，具有：水平設(shè)置于地面的底座；轉(zhuǎn)動(dòng)軸，垂直設(shè)置在底座上并且轉(zhuǎn)動(dòng)軸的下端延伸至底座內(nèi)；多個(gè)風(fēng)葉片，該多個(gè)風(fēng)葉片的上端連接在一起，下端分別連接在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上端；以及自啟動(dòng)組件，設(shè)置于底座內(nèi)，自啟動(dòng)組件包括中部設(shè)置有豎直的安裝口并且水平兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口與出水口的三通管、套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸下端外并且固定在安裝口內(nèi)的軸承以及多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸底端部分上的水葉片，水葉片位于三通管內(nèi)部。

本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，還可以具有這樣的特征：其中，水葉片的數(shù)量最少為2片。

本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，還可以具有這樣的特征：其中，風(fēng)葉片呈半圓弧形。

本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，還可以具有這樣的特征：其中，風(fēng)葉片的數(shù)量最少為2片。

本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，還可以具有這樣的特征：

其中，安裝口的延伸方向和三通管內(nèi)的水流方向相垂直。

<結(jié)構(gòu)2>

一種吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)用于高樓樓頂，其特征在于，包括：多個(gè)升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)；以及單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，具有水泵和電加熱器，其中，升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)為如上所述的任一種升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，三通管的進(jìn)水口與水泵的出水口用水管連接，三通管的出水口與電加熱器用水管連接，當(dāng)水泵抽水時(shí)，水流動(dòng)推動(dòng)水葉片，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使風(fēng)力機(jī)得到自啟動(dòng)力。

實(shí)用新型作用與效果

根據(jù)本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)以及吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，由于采用了升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉尖速比相比一般水平軸風(fēng)力機(jī)的一半甚至更低，因此基本不會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲；升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在底座內(nèi)且風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)而不需要變速箱等因素，因此將產(chǎn)生相比水平軸風(fēng)力機(jī)小得多的噪聲，甚至可以達(dá)到無(wú)聲的效果；而且不存在高大的塔架安裝問題，擴(kuò)大了此類風(fēng)力機(jī)的城市適用范圍；使用的風(fēng)能是清潔能源，因此減少了二氧化碳的排放，環(huán)保性高；同時(shí)又能節(jié)省其他能源，經(jīng)濟(jì)性高。

由于采用了自啟動(dòng)組件，可以確保系統(tǒng)在風(fēng)力小的時(shí)候也能啟動(dòng)工作。

由于采用了單級(jí)氨水吸收式制冷，因此整個(gè)制冷循環(huán)壓力適中，發(fā)生泄漏的可能性較低，運(yùn)行較為可靠；由于氨水的結(jié)晶曲線遠(yuǎn)離氨水吸收式制冷循環(huán)的工作溫度，因此循環(huán)中不需要防結(jié)晶措施以免破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，達(dá)到系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)立體示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動(dòng)組件部分示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的三通管示意圖；

圖5是圖3的A-A剖面示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)葉片上的分力方向示意圖；

圖7是圖6的B-B剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

<實(shí)施例>

圖1是本實(shí)用新型的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖。

如圖1所示，本實(shí)用新型的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱制冷循環(huán)系統(tǒng))100由多個(gè)升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)1和單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)2組成，升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)1的數(shù)量根據(jù)單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)2的功率大小來(lái)確定，以適應(yīng)不同的使用需求。本實(shí)施例以1個(gè)升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)1和單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)2組合為例進(jìn)行說明。

圖2是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)立體示意圖，圖3是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的自啟動(dòng)組件部分示意圖，圖4是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的三通管示意圖。

如圖2、圖3以及圖4所示，升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)(以下簡(jiǎn)稱風(fēng)力機(jī))1包括：底座11、轉(zhuǎn)動(dòng)軸12、風(fēng)葉片13、連接軸14、自啟動(dòng)組件15。

如圖2所示，底座11水平設(shè)置于地面上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12垂直貫穿設(shè)置在底座11上，并且轉(zhuǎn)動(dòng)軸12的下端延伸至底座內(nèi)11。

兩個(gè)半圓弧形的風(fēng)葉片13相對(duì)設(shè)置組成圓弧，兩個(gè)風(fēng)葉片13的上端通過連接軸14連接，下端分別連接在轉(zhuǎn)動(dòng)軸12的上端。風(fēng)葉片13的過渡部分和底部均采用NACA0018翼型，增強(qiáng)風(fēng)力機(jī)1的結(jié)構(gòu)可靠性，風(fēng)葉片13的其他部分采用升阻比較高、氣動(dòng)性能較好的NACA0012翼型，增大風(fēng)力機(jī)1的效率。

如圖3、圖4所示，自啟動(dòng)組件15包括三通管151、軸承152、水葉片153。

三通管151設(shè)置于底座11內(nèi)，該三通管151的水平兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口151a和出水口151b，中部的內(nèi)徑加大并設(shè)置有豎直的安裝口151c，安裝口151c的延伸方向與三通管151內(nèi)的水流方向相垂直。

圖5是圖3的A-A剖面示意圖。

如圖3、圖5所示，軸承152套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸12的下端外并且固定在安裝口151c內(nèi)。

四個(gè)半圓形的水葉片153均勻第安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸12的底端部分上，并且四個(gè)水葉片153設(shè)置于三通管151內(nèi)部。

風(fēng)力機(jī)1采用多流管模型，功率計(jì)算如下:

風(fēng)力機(jī)1參數(shù)說明：

c——翼型弦長(zhǎng)

α——攻角，相對(duì)速度與弦線之間的夾角

a——速度干擾因子

a＝1-V/V∝

V∝——自由來(lái)流速度

V——流過流管后的風(fēng)速

ρ——空氣密度

As——流管微元截面積

As＝Δh*r*Δθ*sinθ

Δh——微元截面積的高

θ——方位角

r——法向?yàn)閆軸方向的圓的半徑r

R——葉尖處半徑R

N——風(fēng)葉片13數(shù)量

C_N——軸向力系數(shù)

C_T——切向力系數(shù)

W——相對(duì)速度

ω——角速度

C_L——升力系數(shù)

C_D——阻力系數(shù)

由動(dòng)量定理得：

由流管平均力為單個(gè)葉素流過流管的時(shí)間與合力的乘積得：

由上兩個(gè)式子得:

圖6是本實(shí)用新型的升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)葉片上的分力方向示意圖，圖7是圖6的B-B剖面示意圖。

如圖6、圖7所示：

C_N＝C_L*Cosα+C_D*Sinα

C_T＝C_L*Sinα+C_D*Cosα

Fx＝-(F_N*Sinθ*Sinδ+F_T*Cosθ)

尖速比：

λ＝r*ω/V

相對(duì)速度與V之間的關(guān)系：

W*sinα＝V*Sinθ*Sinδ

*迭代方程*:

a＝Fx^*+a²(右邊的a已知，左邊為未知，F(xiàn)為①等式左邊)

引用《Wind Turbine Design With Emphasis on Darrieus Concept》中P70頁(yè)多流管模型中關(guān)于達(dá)里厄風(fēng)力機(jī)功率的計(jì)算公式，求得誤差系數(shù)小于1％的a,將最終a值帶入下式求得功率系數(shù)

設(shè)結(jié)構(gòu)損耗率ε為0.95,假設(shè)水流速度為V_水，質(zhì)量流量為G_水，四個(gè)水葉片153半徑為R_水，重心位置在0.442*R_水處，則自啟動(dòng)組件15力矩大小為：

T_水＝G_水*V_水*0.442*R_水

所以水動(dòng)力所提供的效率也要算進(jìn)去：

P＝T_水*ω+ε*Cp*E*Ad

該公式由P＝Mgω所得，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械功率基礎(chǔ)公式，引用霍斯特·黑爾編著的《工程力學(xué)》中P217頁(yè)所闡述的旋轉(zhuǎn)功率，其中Ad由風(fēng)葉片的實(shí)際面積所得,E為風(fēng)能密度＝0.5*ρ*Vα³。

單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)的COP(制冷系數(shù))值約為0.3-0.4.取0.35。

例，若一個(gè)房間空間大小為300立方米,我需要利用空調(diào)降溫10℃，Q＝1.005*1.297*300*10＝3910kJ，假設(shè)空調(diào)每秒換氣量2.55*10^-4立方米，則所需耗費(fèi)的電量為2.8KW。風(fēng)力機(jī)1功率P的設(shè)計(jì)大于2.8KW就能達(dá)到一間房間的制冷需求。

如圖1所示，單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)2包括：水泵21、電加熱器22、控制器23、儲(chǔ)水箱24、精餾器25、輔助加熱器26、溶液熱交換器27、吸收器28、冷凝器29、冷卻塔31、回?zé)崞?2、節(jié)流閥33、蒸發(fā)器34、溶液泵35以及發(fā)生器36。

三通管151的進(jìn)水口151a通過水管與水泵21的出水口(圖中未示)連接，三通管151的出水口151b通過水管與電加熱器22的進(jìn)水口(圖中未示)連接。

以下結(jié)合附圖說明本實(shí)施例的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)100的工作過程。

如圖1所示，當(dāng)水泵21抽水時(shí)，水流動(dòng)推動(dòng)水葉片153，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸12帶動(dòng)風(fēng)葉片13轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使風(fēng)力機(jī)1得到自啟動(dòng)力開始啟動(dòng)發(fā)電，最終驅(qū)動(dòng)單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)2工作。

實(shí)施例作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，由于采用了升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉尖速比相比一般水平軸風(fēng)力機(jī)的一半甚至更低，因此基本不會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲；升力型無(wú)支柱垂直軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置在底座內(nèi)且風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)而不需要變速箱等因素，因此將產(chǎn)生相比水平軸風(fēng)力機(jī)小得多的噪聲，甚至可以達(dá)到無(wú)聲的效果；而且不存在高大的塔架安裝問題，擴(kuò)大了此類風(fēng)力機(jī)的城市適用范圍；使用的風(fēng)能是清潔能源，因此減少了二氧化碳的排放，環(huán)保性高；同時(shí)又能節(jié)省其他能源，經(jīng)濟(jì)性高。

由于采用了自啟動(dòng)組件，可以確保系統(tǒng)在風(fēng)力小的時(shí)候也能啟動(dòng)工作。

由于采用了單級(jí)氨水吸收式制冷，因此整個(gè)制冷循環(huán)壓力適中，發(fā)生泄漏的可能性較低，運(yùn)行較為可靠；由于氨水的結(jié)晶曲線遠(yuǎn)離氨水吸收式制冷循環(huán)的工作溫度，因此循環(huán)中不需要防結(jié)晶措施以免破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，達(dá)到系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

總之，本實(shí)施例的吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比高，又能環(huán)保，系統(tǒng)工作無(wú)噪音，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，技術(shù)成熟，可以在城市里廣泛應(yīng)用。