本發(fā)明設(shè)置一種由低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電的鍋爐，由低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)為供熱系統(tǒng)中的鍋爐供電。

背景技術(shù)：

目前城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)包括大型熱電廠供熱系統(tǒng)和小型供熱鍋爐供熱系統(tǒng)，為取得最大的能源利用經(jīng)濟(jì)效益，大型熱電廠要求將熱電站同有關(guān)工廠和城鎮(zhèn)住宅集中布局在一定地段內(nèi)，供熱距離通常不超過(guò)5～8公里，而且規(guī)模大、投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)、污染環(huán)境，因此其開(kāi)發(fā)建設(shè)受到一定的影響。小型供熱鍋爐布置分散、熱效率低、除塵效率也低、缺乏脫硫設(shè)施、污染嚴(yán)重，因此更不適合其開(kāi)發(fā)建設(shè)。在這種背景下，考慮主要利用風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行城鎮(zhèn)供熱。

然而，風(fēng)電是不穩(wěn)定的能源，風(fēng)速較大或風(fēng)速較低時(shí)，發(fā)電裝置均不能為供熱系統(tǒng)鍋爐提供穩(wěn)定的工作電壓。鍋爐為重要負(fù)荷，當(dāng)其突然斷電時(shí)，容易發(fā)生過(guò)壓爆炸等事故，針對(duì)上述風(fēng)電裝置受自然風(fēng)速影響，導(dǎo)致供電不穩(wěn)定問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N用電成本較低、節(jié)能環(huán)保且具有高可靠性的供熱系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用電成本較低、節(jié)能環(huán)保且具有高可靠性的供熱系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種由低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電的鍋爐，該鍋爐包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、固體蓄熱式鍋爐、換熱裝置以及熱用戶；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為蓄熱式鍋爐供電，固體蓄熱式鍋爐與換熱裝置連接成循環(huán)回路，由固體蓄熱式鍋爐直接給熱用戶供熱。

該鍋爐包括具有熱量傳遞出口的蓄熱室、具有熱量傳遞入口的換熱室、加熱元件、蓄熱體以及用于控制熱量傳遞出口或熱量傳遞入口的熱量傳遞隔熱機(jī)構(gòu)，加熱元件和蓄熱體分別位于蓄熱室內(nèi)，蓄熱體的溫度高于換熱室內(nèi)的溫度，蓄熱體釋放的熱量依次經(jīng)熱量傳遞出口進(jìn)入換熱室。

蓄熱室的壁由內(nèi)至外依次為耐火層和保溫層，加熱元件為電加熱元件，隔熱機(jī)構(gòu)包括隔熱部件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)隔熱部件運(yùn)動(dòng)以使得熱量傳遞出口和熱量傳遞入口的熱量傳遞橫截面積增大獲減小。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器、風(fēng)速檢測(cè)裝置、整流裝置、逆變裝置、第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)、電容、功率變換單元、光伏電池、DC/DC變換器、第四開(kāi)關(guān)、電容剩余電量檢測(cè)裝置和日光強(qiáng)度采集裝置；控制器通過(guò)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)風(fēng)速，根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為三種運(yùn)行模式，并根據(jù)運(yùn)行模式控制第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷或閉合，并通過(guò)日光強(qiáng)度采集裝置檢測(cè)日光強(qiáng)度，由控制器控制第四開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷或閉合；整流裝置將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電變換為直流電給電容充電；逆變裝置將電容輸出的直流電變換為交流電給風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電；功率變換單元將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓轉(zhuǎn)化為鍋爐的額定工作電壓；DC/DC變換器將光伏電池輸出電壓升壓后為電容充電。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括風(fēng)葉、軸、轉(zhuǎn)子、第一定子、第二定子和風(fēng)速檢測(cè)裝置，其特征在于：第一定子、轉(zhuǎn)子、第二定子呈筒狀，且第一定子上設(shè)置有多個(gè)凸出部，各凸出部沿周向呈對(duì)稱(chēng)分布且凸出部上設(shè)有定子繞組，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個(gè)永磁體，永磁體分別向第一定子外側(cè)及第二定子內(nèi)側(cè)延伸，第二定子上設(shè)置有多個(gè)凸出部，各凸出部沿周向呈對(duì)稱(chēng)分布且凸出部上設(shè)有定子繞組，第二定子凸出部向轉(zhuǎn)子外側(cè)延伸；轉(zhuǎn)子直徑大于第一定子直徑，小于第二定子直徑；風(fēng)葉帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。

所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)共有三種運(yùn)行方式，當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)切換為第一種運(yùn)行方式工作，此時(shí)，第二定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)為電容充電，同時(shí)，第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)為鍋爐供電；當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)切換為第二種運(yùn)行方式工作，此時(shí)，第二定子由電容供電和轉(zhuǎn)子組成電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，提升轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)為鍋爐供電；當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)切換為第三種運(yùn)行方式工作，此時(shí)，僅由第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)為鍋爐供電。DC/DC變換器采用Boost升壓變換器。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子包括兩對(duì)永磁體，第一定子上包含四個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的定子繞組，每個(gè)定子繞組纏繞在第一定子上的凸出部上，第二定子上包含四個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的定子繞組，每個(gè)定子繞組纏繞在第二定子上的凸出部上。

光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)DC/DC變換器將電能轉(zhuǎn)化為適合電容充電的電壓，電容剩余電量檢測(cè)裝置時(shí)刻監(jiān)控電容的剩余電量，并將剩余電量信息發(fā)送至控制器，日光強(qiáng)度采集裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)日光強(qiáng)度發(fā)送至控制器，控制器根據(jù)電容剩余電量檢測(cè)裝置和日光強(qiáng)度采集裝置發(fā)送的信息，選擇在日光強(qiáng)度超過(guò)允許發(fā)電的最低日光強(qiáng)度閾值，且電容剩余電量低于其額定容量的90％時(shí)，控制器發(fā)出指令閉合第四開(kāi)關(guān)，否則，第四開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)均采用三極開(kāi)關(guān)，采用連鎖控制方式，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)閉合時(shí)，第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)閉合時(shí)，第一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，保證轉(zhuǎn)子和第二定子僅工作在一種狀態(tài)，或作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

第一開(kāi)關(guān)與控制器相連，根據(jù)控制器的指令斷開(kāi)或閉合，第一開(kāi)關(guān)的U相第一端與第二定子繞組的U相輸出端相連，第一開(kāi)關(guān)的V相第一端與第二定子繞組的V相輸出端相連，第一開(kāi)關(guān)的W相第一端與第二定子繞組的W相輸出端相連，第一開(kāi)關(guān)的U相第二端、V相第二端和W相第二端分別與整流裝置對(duì)應(yīng)相的輸入端相連。

第二開(kāi)關(guān)與控制器相連，根據(jù)控制器的指令斷開(kāi)或閉合，第二開(kāi)關(guān)的U相第一端與第二定子繞組的U相輸出端相連，第二開(kāi)關(guān)的V相第一端與第二定子繞組的V相輸出端相連，第二開(kāi)關(guān)的W相第一端與第二定子繞組的W相輸出端相連，第二開(kāi)關(guān)的U相第二端、V相第二端和W相第二端分別與逆變裝置對(duì)應(yīng)相的輸入端相連。

實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果，當(dāng)風(fēng)力較大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)過(guò)發(fā)電時(shí)，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的第二定子繞組將多余的電能存儲(chǔ)下來(lái)，提高了風(fēng)能利用率，同時(shí)，利用第二定子由于發(fā)電運(yùn)行產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抑制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速避免了飛車(chē)事故的發(fā)生，當(dāng)風(fēng)力較小，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在欠發(fā)電時(shí)，第二定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成電動(dòng)機(jī)，利用第二定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定，同時(shí)采用光伏電池作為電容的備用電源，進(jìn)一步提升風(fēng)力發(fā)電作為供熱系統(tǒng)鍋爐電源的供電可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的系統(tǒng)圖；

圖2為本發(fā)明低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3為低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電的鍋爐。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例系統(tǒng)圖：圖1中一種供熱系統(tǒng)鍋爐電源裝置，它包括風(fēng)葉21，軸22、轉(zhuǎn)子23、第一定子24、第二定子25、控制器26、風(fēng)速檢測(cè)裝置27、整流裝置28、逆變裝置29、第一開(kāi)關(guān)30、第二開(kāi)關(guān)31、第三開(kāi)關(guān)32、電容33、功率變換單元34、光伏電池35、DC/DC變換器36和第四開(kāi)關(guān)37、電容剩余電量檢測(cè)裝置38和日光強(qiáng)度采集裝置39。

風(fēng)葉由自然風(fēng)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)切割第一定子和第二定子產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制器根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)，發(fā)出控制指令使第一開(kāi)關(guān)閉合，第二定子上繞組與電容構(gòu)成閉合回路，第二定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)為電容充電；同時(shí)，第二定子繞組上產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)抑制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)通過(guò)功率變換單元向供熱系統(tǒng)鍋爐提供電能。當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制器根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)，發(fā)出控制指令使第二開(kāi)關(guān)閉合， 第一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二定子上繞組與電容構(gòu)成閉合回路，第二定子上的繞組與電容構(gòu)成閉合回路，第二定子和轉(zhuǎn)子組成電動(dòng)機(jī)，電容放電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向與電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相同，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，提升轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)通過(guò)功率變換單元向供熱系統(tǒng)鍋爐提供電能。當(dāng)風(fēng)速檢測(cè)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制器根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)，發(fā)出控制指令使第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)，僅有第一定子和轉(zhuǎn)子工作，第一定子和轉(zhuǎn)子組成發(fā)電機(jī)通過(guò)功率變換單元向供熱系統(tǒng)鍋爐提供電能。

為防止電容電量較低，導(dǎo)致沒(méi)有足夠的電力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的情況發(fā)生，增加設(shè)置輔助充電裝置為電容充電，輔助充電裝置包括光伏電池、DC/DC變換器和第四開(kāi)關(guān)、電容剩余電量檢測(cè)裝置和日光強(qiáng)度采集裝置。其中光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)DC/DC變換器將電能轉(zhuǎn)化為適合電容充電的電壓，電容剩余電量檢測(cè)裝置時(shí)刻監(jiān)控電容的剩余電量，并將剩余電量信息發(fā)送至控制器，日光強(qiáng)度采集裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)日光強(qiáng)度發(fā)送至控制器，控制器根據(jù)電容剩余電量檢測(cè)裝置和日光強(qiáng)度采集裝置發(fā)送的信息，選擇在日光強(qiáng)度超過(guò)允許發(fā)電的最低日光強(qiáng)度閾值，且電容剩余電量低于其額定容量的90％時(shí)，控制器發(fā)出指令閉合第四開(kāi)關(guān)，否則，第四開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

圖2為本發(fā)明低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中第一定子、轉(zhuǎn)子、第二定子呈筒狀，且第一定子上設(shè)置有多個(gè)凸出部，各凸出部沿周向呈對(duì)稱(chēng)分布且凸出部上設(shè)有定子繞組，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個(gè)永磁體，永磁體分別向第一定子外側(cè)及第二定子內(nèi)側(cè)延伸，第二定子上設(shè)置有多個(gè)凸出部，各凸出部沿周向呈對(duì)稱(chēng)分布且凸出部上設(shè)有定子繞組，第二定子凸出部向轉(zhuǎn)子外側(cè)延伸。轉(zhuǎn)子直徑大于第一定子直徑，小于第二定子直徑。風(fēng)葉帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。

圖3為低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電的鍋爐，包括具有熱量傳遞口的蓄熱室、換熱室、加熱元件、蓄熱體以及控制熱量傳遞口的熱量傳遞橫截面積大小的隔熱機(jī)構(gòu)，加熱元件和蓄熱體分別位于蓄熱室內(nèi)，蓄熱體的溫度高于換熱室的溫度，蓄熱體釋放的熱量經(jīng)熱量傳遞口進(jìn)入換熱室內(nèi)，換熱室 位于蓄熱室上方，加熱元件為電加熱元件，蓄熱室和換熱室的壁由內(nèi)至外依次為耐熱層和保溫層。