同轴双通道旋转式风塔捕风器及捕风方法

技术领域

本发明涉及风能利用技术领域，尤其涉及同轴双通道旋转式风塔捕风器及捕风方法。

背景技术

捕风器作为被动式通风技术的其中一种，捕风器的原理与传统捕风塔类似，采用纵向的通风结构，利用风压和热压的综合作用加强通风效果，形成较强的对流，由于高处的风速一般比地面风速大，它可以捕获地面较高处的空气，并将它们引入室内，形成室内空气流动，为通风设施降温。

传统的捕风器通常与建造融为一体，四面开口便于捕捉不通过方向的风，开口设置成一定角度的防雨百叶，在捕风器内部，四个薄片状的隔板将捕风器等分为四个截面为等腰直角三角形的空间，每个空间即可以作为迎风面引入室外新鲜空气，也可以作为背风面排出室内的空气。由于进风口、出风口的数量和位置受风向影响动态变化，总进风面积与出风面积不相同导致局部位置空气流速快，系统阻力增加，通风量受风向影响大，不易提供稳定的风道和风量。

发明内容

本发明公开了一种同轴双通道旋转式风塔捕风器及捕风方法，以克服现有技术中固定式多向风塔通风量受风向影响大、不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种同轴双通道旋转式风塔捕风器，包括旋转捕风器和换热管道，所述换热管道包括同轴设置的内管和外管，所述内管和外管之间形成进风通道，该进风通道用于引入室外新鲜空气，所述内管用于排出室内的空气，所述内管的内腔作为出风通道；

所述旋转捕风器转动设置于换热管道的上方，所述旋转捕风器包括捕风框架和出风管以及尾翼，所述捕风框架的侧面开设有用于和进风通道连通的进风口，所述尾翼和进风口相对设置，所述尾翼用于推动旋转捕风器旋转，所述出风管轴线和内管轴线重合，所述出风管的上端延伸至捕风框架的外部、下端和内管连通。

进一步地，所述进风口的进风端设置有扩口，所述扩口的内径沿进风方向逐渐减小，所述扩口较小端的内径等于进风口的内径。

进一步地，所述出风管的出口端设置为斜口，所述斜口和所述进风口背向设置。

进一步地，所述扩口的打开角度为20-30°。

进一步地，所述斜口的倾斜角度为30-50°。

进一步地，所述旋转捕风器和换热管道通过轴承转动连接。

进一步地，还包括热管、喷雾装置、集热板或换热鳍片中的任意一种；

所述热管水平设置于换热管道，所述热管部分位于内管内部、部分位于进风通道内部；

所述喷雾装置能够对引入的空气进行降温，所述喷雾装置包括固设于进风通道进口处的喷雾管，所述喷雾管上均匀设置有若干喷雾头，所述喷雾管通过水管连接水源；

所述集热板用于对引入的空气进行加热；

所述换热鳍片部分位于出风通道内部、部分位于进风通道内部，所述换热鳍片用于将排出空气的热量传导至引入空气。

进一步地，所述换热鳍片为多个，多个所述换热鳍片首尾相接围成锯齿型的空间，该锯齿型的空间和内管连通，该锯齿型的空间的上端固设有上封板、下端固设有下封板。

进一步地，所述集热板布设于进风通道内，所述外管呈透明设置。

为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：使用所述的同轴双通道旋转式风塔捕风器的捕风方法，包括如下步骤：

S1：新鲜空气吹向捕风器，旋转捕风器转动从而使进风口停留在迎风风向，空气进入进风通道；

S2：进入进风通道的空气在通风设施内循环后由内管从顶部负压吸出，排出捕风器。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过同轴设置的内管和外管，使得进风通道和出风通道分开，固定的进风道和出风道，使得进风通道和内管内部空气流动和流量不受风向影响，可以为后续各种被动式技术的安装提供稳定的风道和风量。通过设置旋转捕风器，在风力的驱动下，使得进风口始终朝向迎风风向，保证在不稳定的环境下最大通风效率，保证稳定的进风量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1公开的同轴双通道旋转式风塔捕风器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1公开的换热管道的结构示意图；

图3为本发明实施例2公开的换热管道的正视图；

图4为图3中的A-A向剖视图；

图5为本发明实施例3公开的换热管道的结构示意图；

图6为本发明实施例4公开的换热管道的结构示意图；

图7为本发明实施例5公开的换热管道的仰视图；

图8为本发明实施例6公开的换热管道的局部剖视图；

图9为本发明实施例6公开的换热管道的仰视图。

图中：1、换热管道；11、内管；111、弧形板；112、直板；12、外管；2、旋转捕风器；21、捕风框架；211、进风口；212、通孔；213、扩口；22、出风管；221、斜口；23、尾翼；231、横板；232、竖板；3、进风通道；31、第一风道；32、第二风道；4、出风通道；41、出风道；5、轴承；6、堵块；7、热管；8、喷雾装置；9、集热板；10、连接板；20、换热鳍片；30、下封板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1和图2，一种同轴双通道旋转式风塔捕风器，包括旋转捕风器2和换热管道1，换热管道1和通风设施固定连接。换热管道1包括同轴设置的内管11和外管12，内管11和外管12之间形成进风通道3，该进风通道3用于引入通风设施外部新鲜空气，内管11的内腔形成出风通道4，该出风通道4用于排出通风设施内循环后的空气。

旋转捕风器2转动设置于换热管道1的上端开口处，旋转捕风器2包括捕风框架21和出风管22以及尾翼23。

捕风框架21的侧面开设有一个进风口211、底面开设有一个通孔212，该通孔212连通捕风框架21和进风通道3，进风口211连通捕风框架21的内部和外部。进风口211为矩形口，进风口211于其进风端一体成型有扩口213，沿空气的流动方向扩口213的内径逐渐减小，扩口213较小端的内径等于进风口211的直径，扩口213的深度与进风口211的深度比值为1:10。扩口213的打开角度为20-30°，扩口213部分打开可以有效提高进风量。

出风管22和捕风框架21一体成型设置，出风管22的轴线和内管11轴线重合，出风管22的上端贯穿于捕风框架21的顶壁并延伸至捕风框架21的外部，出风口和内管11连通，出风管22的直径等于内管11的直径，且出风管22和内管11以及捕风框架21和外管12均通过轴承5连接。

出风管22的出口端设置为斜口221，斜口221所在斜面与水平面之间的夹角为30°时可有效提高排风量，夹角为50°时即可达到最佳效果。斜口221和进风口211背向设置，便于保持出风管22出口处始终处于背风面，背风面的空气流速小于迎风面的空气流速，使得出风管22出口处呈负压的状态。

尾翼23和进风口211相对设置，尾翼23包括横板231和竖板232，横板231和竖板232一体成型构成凸型，横板231和捕风框架21焊接在一起。尾翼23受风力作用推动旋转捕风器2旋转，从而使进风口211停留在迎风风向，保证在不稳定的环境风下最大化通风效率。

使用本实施例的同轴双通道旋转式风塔捕风器的捕风方法，包括如下步骤：

S1：新鲜空气吹向捕风器，尾翼23受风力作用推动旋转捕风器2旋转，从而使进风口211停留在迎风风向，出风管22的出风口停留在背风风向，空气进入进风通道3；

S2：进入进风通道3的空气在通风设施内循环后经过内管11从顶部负压吸出，排出捕风器。

本捕风器通风量约为传统同尺寸传统固定式八向捕风器通风量的170％。通风量不受风向影响。

实施例2

与实施例1的区别仅在于，结合图3和图4，内管11由两个相对设置的弧形板111和两个相对设置的直板112组成，弧形板111和直板112首尾相接围成封闭的区域。

进风通道3内设置有两个相对设置的堵块6，堵块6设置有弧面和直面，其中弧面和外管12的内壁贴合且固定连接，直面和内管11的直板112贴合且固定连接，在两个堵块6的作用下，将进风通道3内部分隔为热管7区域和非热管7区域，热管7区域内安装有若干热管7，热管7的放热段位于进风通道3的热管7区域内，热管7的吸热段延伸至内管11内。

热管7和直板112平行布设，若干热管7均匀且水平固定在换热管道1内部，气体在换热管道1内的流动方向和热管7的布设方向垂直，使得相邻风道内的冷热空气在热管7处进行热交换。

需要说明的是，热管7热回收效率取决于热管7数量和排布密集程度，本申请中以80根热管7为例，80根热管7可以回收超过30％的温度差，既冷热空气温度差的40％可以被回收到新风中用于加热冬季冷空气和降温夏季热空气。20℃室内空气和0°室外空气进行热交换可以提供超过6°的新风进入室内。增加热管7数量可将热回收效率提升至90％，但会降低空气流量。应用与室内外温差大的情况时，节省能源多，可酌情增加热管7数量。

使用本实施例的同轴双通道旋转式风塔捕风器的捕风方法，包括如下步骤：

S1：新鲜空气吹向捕风器，尾翼23受风力作用推动旋转捕风器2旋转，从而使进风口211停留在迎风风向，出风管22的出风口停留在背风风向，空气进入进风通道3；

S2：进入进风通道3的空气经过热管7作用后进入通风设施内循环，然后经过内管11和内管11内部的热管7作用从顶部负压吸出，排出捕风器。

由于进风通道3和内管11内的气体存在一定的温差，冬季时，室外冷空气经进风口211流入后进入外侧的进风通道3，室内热空气经室内出风口进入内侧的内管11。冷热空气在热管7处进行热交换，冷空气和热空气在相邻风道内以相反方向流动，换热效率高。热管7热交换能力强，对流体压强损失小，可以在维持足够通风量的同时保证热交换效率。在保证新风供给的同时降低制热能源需求。夏季时相反，室内冷空气排出时与室外热空气进行交换，从而降低制冷能源需求。

实施例3

与实施例1的区别仅在于，参照图5，同轴双通道旋转式风塔捕风器还包括喷雾装置8，喷雾装置8设置于捕风框架21和进风通道3的连通处。喷雾装置8包括贴附于外管12内壁一周设置的喷雾管，喷雾管上均匀设置有若干喷雾头，所述喷雾管通过水管连接水源，该水源可以为市政管路供水水源，也可以为水泵供水水源，具体的可根据实际的情况进行选择。喷雾管固设于外管12上端的开口处，使得喷雾头喷出喷雾的面积覆盖捕获新风的进风面积，便于喷雾装置8实现对捕获新风的制冷。新鲜空气经进风口211流入后进入外侧进风通道3，外侧进风道内喷出水雾快速蒸发，液态水快速蒸发后吸热，对新风进行降温后降冷空气送入室内，经过循环后排出室内。

实施例4

与实施例1的区别仅在于，参照图6，同轴双通道旋转式风塔捕风器还包括集热板9，集热板9采用0.1mm厚的薄金属板制成，集热板9设置为环形，集热板9和外管12内壁之间形成第一风道31，集热板9和内管11外壁之间形成第二风道32，实现将进风通道3内的空气均分为两路，两路空气均能够进入通风设施内部。外管12采用透明材质制成，外管12罩设于集热板9的外部，太阳光可以透过外管12直接照射在集热板9上。

集热板9上均匀设置有若干连接板10，连接板10采用和集热板9相同的材质制成，若干连接板10的板面延长面能够相交于一条直线，该直线和内管11的轴线重合，连接板10的一侧和内管11外壁固定连接、另一侧贯穿于集热板9后和外管12内壁固定连接，集热板9通过连接板10固定在进风通道3的内部。

集热板9和连接板10的板面上均涂覆有吸热层，能够加强对太阳管的吸附能力，提高对太阳能的利用效率。

新鲜空气经进风口211流入后进入外侧进风通道3，太阳辐射透过透明外管12照射在涂有吸热层的集热板9上，集热板9温度升高通过对流换热的形式将热量释放至进气通道中，使得进气通道内的两路空气受热升温，加热新鲜空气。新鲜空气经加热后送入室内，经过循环后排出室内。

实施例5

与实施例1的区别仅在于，参照图7，同轴双通道旋转式风塔捕风器还包括多个换热鳍片20，换热鳍片20为矩形金属板，换热鳍片20竖向设置于换热管道1内部，多个换热鳍片20的一侧相交于一条直线，该直线和内管11的轴线重合，换热鳍片20的另一侧贯穿于内管11延伸至进风通道3内部并和外管12内壁固定连接。相邻换热鳍片20之间围成等腰直角三角形的空间，该等腰三角形的顶点与内管11的圆心重合，使得换热鳍片20的设置不妨碍空气在进风通道3和内管11中的流动。

将该捕风器安装在火炉上，冬季时，室外的冷空气经进风口211流入后进入外侧进风通道3，火炉产生热空气经浮力作用向上流入内侧的内管11，具有高温差的冷热空气在换热鳍片20处进行热交换，冷空气和热空气在相邻风道内以相反方向流动，换热效率高。可以在维持足够通风量的同时保证加热进风，在保证烧炉时新风供给的同时有效利用废热提高室内温度。可以在避免废气回流的同时，保证新风输送，且回收高温废气中的热量加热进风，提高室内舒适度。

实施例6

和实施例5的区别在于，结合图8和图9，以两个换热鳍片20为一组，设置有多组换热鳍片20，多组换热鳍片20首尾相接围成环形，每组的两个换热鳍片20围成V型的出风道41，多个V型出风道41相互连通构成锯齿型出风通道4。锯齿型出风通道4和内管11连通构成出风通道4整体。换热鳍片20和外管12之间形成进风通道3，该进风通道3用于引入通风设施外部的新鲜空气。

内管11由两部分组成，其中一部分位于锯齿型出风通道4的上方、另一部分位于锯齿型出风通道4的下方，锯齿型出风通道4的上端固设有上封板，上封板的中心处开设有上过孔，上部分内管11的下端插接于该上过孔；锯齿型出风通道4的下端固设有下封板30，下封板30的中心处开设有下过孔，下部分内管11的上端插接于该下过孔，在上封板和下封板30的作用下，使得冷空气和热空气在相邻风道内以相反方向流动互不干涉。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。