[发明专利]垂直轴风力热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种风能利用装置，具体涉及一种直接将风能转化为热能的垂直轴风力热水器。

背景技术

北方冬天的风力较大，特别是在地形平坦的地区风力普遍大于6级（10.8~13.8m/s）。据计算，当风速达到10m/s时每平方米的能量密度可达1.2kW。最常见风力利用装置是水平轴风轮，但是水平轴风轮由于需要对风装置，其大直径的支撑轴承结构对，制造和运行的技术要求高，多用于专门的发电装置。

而垂直轴风轮不需要对风装置，任何方向的风力都可以驱动其旋转，结构简单，支撑方便，可以用立柱支撑，也可以用框架悬挂，运行和维护的技术要求低，更适合于民用。考虑到风力利用装置的效率上限（Betz极限）为16/27及机械效率等，若风速达到10m/s，一台垂直轴风轮装置的输出功率在150W/m²左右。

根据上面的计算，一台迎风面积为2.5m²的垂直轴风轮，输出效率为375W，若把水升温50℃，加热水的效率为70%，则一昼夜内可生产的热水量已超过100kg，足够一个家庭的日常洗用。但是由于目前风能的不稳定性，一般都采用转化为电能的方式，转换效率与设备成本距离家用还有一定距离。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种将不稳定的风能直接转换为热能的垂直轴风力热水器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的垂直轴风力热水器包括：支架、垂直轴、风轮、摩擦装置和水箱，所述支架包括一对立柱和连接于立柱间的上横梁与下横梁，所述垂直轴的顶部和中部分别通过轴承安装于上横梁和下横梁中；所述上横梁与下横梁之间的垂直轴上安装有风轮，所述风轮包括辐向均布于垂直轴上的固定杆和安装于固定杆末端的垂直叶片；所述垂直轴的底部与浸入水箱中的摩擦装置连接，所述摩擦装置包括水平轴、定摩擦片和动摩擦片，所述水平轴的中部与垂直轴的底部固定连接，所述定摩擦片固定安装于水平轴的两端，所述动摩擦片可滑动地安装于水平轴上。

作为优选，所述动摩擦片沿水平轴的滑动方向上安装有弹簧。

作为优选，所述风轮的数量是2～6片。

作为优选，所述垂直轴与支架上安装有制动装置。

作为优选，所述支架上安装有用于锁定风轮的锁死装置。

作为优选，所述水箱内安装有与出水口连通的集流罩。

有益效果：本发明的垂直轴风力热水器通过垂直轴风轮和摩擦装置的结构，可以将不稳定的风能直接转化成热能，而且结构简单、性能可靠、运行和维护方便，便于家庭使用。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图；

图2是本图1的俯视图；

图3是图1中摩擦装置的结构示意图；

图4是图1中集流罩的结构示意图；

图中：1立柱，2-1上横梁，2-2下横梁，3垂直轴，3-1上轴承，3-2下轴承，4固定杆，5垂直叶片，6制动装置，7摩擦装置，7-1水平轴，7-2定摩擦片，7-3动摩擦片，7-4弹簧，8水箱，8-1进水口，8-2出水口，9集流罩，10锁死装置。

具体实施方式

实施例：本实施例的垂直轴风力热水器如图1所示和图2所示，包括支架、垂直轴3、风轮、摩擦装置7和水箱8，支架包括一对立柱1和连接于立柱1间的上横梁2-1与下横梁2-2，垂直轴3的顶部通过上轴承3-1安装于上横梁2-1中，垂直轴3的中部通过下轴承3-2安装于下横梁2-2中。上横梁2-1与下横梁2-2之间的垂直轴3上安装有风轮，风轮包括辐向均布于垂直轴3上的五组固定杆4和安装于固定杆4末端的五片垂直叶片5。垂直轴3的底部与浸入水箱8中的摩擦装置7连接，水箱8具有进水口8-1和出水口8-2。水箱8还可以增设保温层实现对热能的有效储存。在垂直轴3与支架上安装有制动装置6，采用常见的盘状刹车结构；支架上还安装有用于锁定风轮的锁死装置10。

如图3所示，摩擦装置7包括水平轴7-1、定摩擦片7-2和动摩擦片7-3，水平轴7-1的中部与垂直轴3的底部固定连接，定摩擦7-2片固定安装于水平轴7-1的两端，动摩擦7-3片可滑动地安装于水平轴7-1上，动摩擦片7-3沿水平轴7-1的滑动方向上还安装有弹簧7-4。

如图4所示，在水箱8内安装有与出水口8-2连通的集流罩9，可以将水箱内的水流加速并引导进入出水口8-2。

使用时，将本实施例的垂直轴风力热水器假设在屋顶或空旷的地面上，无论什么方向吹来的自然风均可以驱动风轮转动，风的动能通过垂直轴3传递到摩擦装置7中，而摩擦装置的定摩擦片7-2和动摩擦片7-3以与风轮相同的角速度在水箱8中与水摩擦生热，定摩擦片7-2的旋转半径固定，运动轨迹固定，而动摩擦片7-3在旋转的同时还可沿着水平轴7-1在弹簧7-4的约束下移动，在离心力与弹簧7-4弹力的平衡作用下实现了不同角速度中不同的运动轨迹，起到了自动适应风速的作用，从而实现了对不稳定的风能的持续有效利用。最后被加热后的水流入集流罩9并通过出水口8-2进入用户的管道中。当需要对风力热水器进行检修或调整时，可以通过制动装置6使风轮停止转动；当风速特别大的时候，通过锁死装置10手动锁死风轮，使之保持停运状态，保证系统的安全。