[科普中国]-风力制热

风力制热途径及方式

风力制热的途径有三种：经过电能再转换为热能；利用热泵产生热能；直接热转换。直接热转换在转换次数和能量流向上比其他两种方式更具优势。从基本原理上看，实现风与热直换转换的有四种，分别是固体摩擦、液体搅拌、液体挤压和涡电流方式。

(1)固体摩擦制热。利用离心力的原理，使风力机动力输出轴驱动一组摩擦元件在固体表面摩擦生热，来加热液体制热。

(2)搅拌液体制热。风力机动力输出轴带动搅拌器的转子旋转，转子与定子上均装有叶片。当转子叶片转动，搅动液体产生涡流运动并冲击定子叶片时，液体的动能转换为热能。

(3)液体挤压制热。风力机动力输出轴带动液压泵，将工作液体(如机油等)加压，从而把机械能转换为液体的压力能，随后使受压液体从狭小的阻尼孔中高速喷出，把液体压力能在极短时间内转换成液体动能。阻尼孔尾流管中充满了液体，高速液体冲击低速液体时，液体的动能通过液体分子间的冲击和摩擦转换为热能，此时液体流速下降而温度升高。

(4)涡电流制热。风力机动力输出轴驱动一个转子，在转子外缘与定子间装有磁化线圈，当来自电池的微弱电流通过线圈时产生了磁力线，此时转子旋转切割磁力线而产生了涡电流，此涡电流使定子和转子外缘附近发热。定子外层是环形冷却液套，冷却液吸收热能转变为高温液体，从而制热。1

风力制热设备搅拌液体制热器

搅拌液体制热器是通过传动机构带动制热桶中搅拌器转子旋转的，转子上有多个叶片；在制热桶的内壁上，对应转子的叶片间也有多个叶片(定子)。将冷水(也可用油作介质)注入制热桶中，热水箱与制热桶由管道连接。当转子旋转时，水被搅动形成涡流，流动的水与诸叶片、桶内壁以及水流质点间发生摩擦、撞击，产出热量，水的温度逐渐升高。当桶中的水达到需要的温度时，用冷水将热水顶人热水箱中储存起来，需要热水时，开阀放出即可。 2

油压阻尼孔制热

油压阻尼孔制热也称挤压液体式制热，这是一种利用液压泵和阻尼孔相配合获得能量的方式。风力机的动力由传动机构输至液压泵，向工作液体(如机油)加压，把机械能转换为油的压力能，随后使受压的油从狭细的阻尼孔高速喷出。液体的压力能I在瞬问转换为液体动能。由于阻尼孔的尾流管中也充满着油，高速喷出的油与尾流管中的低速的油相冲击，高速的油和低速的油混合后，恢复到管内的正常流速。在这个过程中，液体的动能通过液体之间的冲击和摩擦转换成热能，使油的温度升高。2

固体摩擦制热器

图中所示为固体摩擦制热器的基本结构。当风力机驱动传动轴旋转时，在离心力及弹簧压力的作用下．摩擦块4压靠在摩擦缸体5的内壁上，并沿圆周方向旋转。摩擦块与缸体因摩擦而生热，发热的缸体将热量传导给水套3中的水。控制需要的温度，适时注入冷水和放出热水。 2

压缩空气制热

压缩空气制热电是一种比较成熟的制热技术，可用风力机带动空气压缩机压缩空气而产生热量。压缩空气可以获得较高的温度(有的试验达170℃)，由于工作介质是空气，更适用于采暖及干燥等用途。在压缩空气制热系统中，主要设备是空气压缩机。市场上常见的空气压缩机有离心式和活塞式两种。活塞式空气压缩机适应压力范围广，可以达到较高压力，其功率消耗也较其他类型空气压缩机小，常用的有双缸水冷活塞式空气压缩机等。2

风力制热应用目前，在美国、英国、日本等国家，风力制热技术已经进入实用阶段，主要用于浴池供热水、住宅取暖、温室供暖、水产养殖池水保温、野外作业防冻等。在我国的许多地区，把较寒冷的风能转换成热能，供给住户、禽畜舍、蔬菜棚等，可谓风能优势与采暖需求的最佳匹配。3