CN104712022A - 一种基于高楼层净化水的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：包括：连接各楼层住户厕所排水的排污单元（1），所述排污单元（1）通过垂直向的主排污管（4）将污物排入下水道（10）；连接高楼层住户厨房和洗漱用水的集水过滤单元（2）包括垂直向的发电用水管道（11），所述储水箱（21）的底端与输水管（25）的入口相连，所述输水管（25）的入口处安装有压力阀门（24），所述输水管（25）的出口与所述发电单元（3）的入口相连。本发明提供的一种基于高楼层净化水的发电装置，以生活污水为处理载体，实现变废为宝，高效环保，符合生态用水要求。

Description

一种基于高楼层净化水的发电装置

技术领域

本发明涉及一种基于高楼层净化水的发电装置，尤其涉及一种城市污水处理回收再利用的发电系统，属于节能减排工程技术领域。

背景技术

随着土地资源日益紧缺，高层建筑节能已成为当今生活的趋势。本方案可应用于高度为6 层以上的建筑物，尤其适合高度为 10 层以上的居民楼。将所发电能用于在夜间对小区的路灯供电，在一定程度上缓解小区耗能大的问题。后期推广时，建议与房地产开发商合作，在建筑初期就可将废水回收系统布置好，以节约成本。如果是改造现有建筑，则可将每户居民家中的厨房排水和洗漱排水汇合到一根管中，并将同楼层的排水集中到一根水管。这样可使水量集中，简化结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用高层排放的净化污水发电，储存在蓄电池内，供小区夜间路灯使用的发电装置；进一步地，本发明提供一种将部分高层生活用水直接用来作为下层卫生间用水，实现了在利用废水发电的同时，不会影响居民正常排水的基于高楼层净化水的发电装置；更进一步地，本发明提供一种将分散的高层排水加以收集并储存，将住宅中生活污水（厕所冲水）和生活废水（厨房及洗漱用水）这两条排水管道分开排放的基于高楼层净化水的发电装置；更进一步地，本发明在保证了发电水头的同时，又使得水位变化平缓，保证效率，实现变废为宝，高效环保，符合生态用水要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：包括：连接各楼层住户厕所排水的排污单元，所述排污单元通过垂直向的主排污管将污物排入下水道；连接高楼层住户厨房和洗漱用水的集水过滤单元包括垂直向的发电用水管道，所述发电用水管道的出口与废水沉淀容器的左侧入口连接，所述废水沉淀容器的右侧出口与废水排出管连接，所述废水沉淀容器的底部与第一排渣管的入口连接，所述第一排渣管的出口与所述主排污管连通，所述废水排出管的出口与储水箱的顶部相连通，所述储水箱的左侧底部通过第二排渣管与所述主排污管相连通，所述储水箱的底端与输水管的入口相连，所述输水管的入口处安装有压力阀门，所述输水管的出口与所述发电单元的入口相连。

所述高楼层为至少6层。

所述主排污管和发电用水管道为两条相平行的独立管道。

所述主排污管的排水及废渣不加以利用。

所述压力阀门为安装在储水箱下部的机械式压力控制阀，当水位达到一定高度时所述压力阀门开启，开始排水发电，水排尽后自行关闭；既保证了发电水头，又使得水位变化平缓，水轮机能尽量在设计工况下运行，以保证效率。

所述储水箱中还可接入管道用于下层卫生间用水。

所述发电单元包括水轮机，所述水轮机的入口与所述输水管的出口相连，所述水轮机与所述发电机电相连，所述水轮机的出口通过排水管与所述下水道相连，所述发电机与所述蓄电池电相连，所述蓄电池与小区路灯电相连。

所述水轮机设置于水轮机管道内，水轮机管道进口与导叶轮毂固定连接，所述导叶轮毂与轮转轮毂连接，所述轮转轮毂设置于水轮机管道出口处且在所述水轮机管道出口处转动，导叶设置于所述导叶轮毂上，轮转叶片设置于所述轮转轮毂上。

所述导叶轮毂为静止不动的静导轮，所述轮转轮毂为可转动的动导轮，所述导叶轮毂内固定设置有轴承，所述轮转轮毂内部固定设置有可穿过所述轴承且带动所述轮转轮毂转动的轴。

所述导叶和所述轮转叶片均为弯扭叶片，所述导叶和轮转叶片为相对时针向设置，所述导叶的个数大于所述轮转叶片的个数。即当所述导叶的弯扭方向为顺时针时，所述轮转叶片的弯扭方向则为逆时针；当所述导叶的弯扭方向为逆时针时，所述轮转叶片的弯扭方向则为顺时针。

所述水轮机管道的内径大于所述输水管的内径，所述导叶轮毂和所述轮转轮毂的直径均为所述水轮机管道进口管道内径的2/3。

所述导叶轮毂和轮转轮毂均为半个胶囊壳形状，所述述导叶轮毂和轮转轮毂组合后的形状为整个胶囊壳型。

所述发电用水管道分别与高楼层的用于收集厨房污水的第一排水管和用于收集洗漱污水的第二排水管相连，所述第一排水管和第二排水管上均设置有过滤网。

所述储水箱的左侧顶部与水箱溢流管的入口相连，所述水箱溢流管的出口与所述主排污管相连通。

所述废水沉淀容器左侧入口低于右侧出口，所述左侧入口和右侧出口之间设置有栅格。

所述格栅可拆卸式地安装于所述左侧入口和右侧出口之间的废水沉淀容器的内壁上。

所述废水沉淀容器为一个密闭的箱体。

所述废水沉淀容器和储水箱的底端均为倾斜设置，即所述废水沉淀容器和储水箱的左侧底端距所述下水道的垂直距离大于右侧底端距离所述下水道的垂直距离，所述废水沉淀容器和储水箱的左侧底端分别与所述第一排渣管和第二排渣管相连通，所述第一排渣管和第二排渣管也为倾斜设置后与所述主排污管相连通。

所述倾斜设置的方向为便于所述第一排渣管和第二排渣管内的污渣进入主排污管的方向。

所述第一排渣管和第二排渣管上均设置有阀门。

所述阀门可打开后进行污渣的人工排出。

流入所述发电用水管道的为较清洁的厨房和洗漱用水，排水在所述第一排水管和所述第二排水管进行一次过滤，再在所述废水沉淀容器进行二次过滤，最后在所述第二排渣管进行三次过滤，最后流入所述水轮机的发电用水所含渣滓较少。

所述储水箱采用在楼房墙壁外挂的方式进行放置，所述储水箱的体积不宜过大也不宜过小，可将所述储水箱的尺寸设计为长×宽×高为1.2m×0.5m×1.0m，在保证了支撑强度的同时，也不会占据住户的居住面积。

本发明的工作原理如下：将一定高度以上居民生活排水（除厕所排水外的部分）收集，并在该高度处安装外挂储水箱，对高层排水加以储存，以保证一定水头；通过管道、废水沉淀容器和储水箱的合理布置来使杂质在重力作用下自沉淀并定期排出沉淀杂物，且在储水箱中装有压力控制阀，待水位达到一定高度时才排水发电。水箱上部装有与主排污管直接相通的水箱溢流管，使得在压力阀出现故障时也不至影响高层居民的正常排水。而该高度以下用户排水由于位能较低，故不加以利用。 合理设计下部管道，加装自行设计的水轮机及导流固定装置，水冲击水轮机做功，带动发电机发电。

本发明的净化水过程：

（1）一次过滤：由于本发明取用的是较清洁的厨房和洗漱用水，这部分排水经位于第一排水管和所述第二排水管上的过滤网初步过滤后进入废水沉淀容器；

（2）二次过滤：考虑到这部分残渣密度多大于水的密度，本发明设计了在进入储水箱之前的废水沉淀容器进行二次过滤，废渣经格栅的拦截后进入第一排渣管；

（3）三次过滤：本发明将储水箱底部设计成倾斜状，在低处引出第二排渣管，进行第三次排渣。第一排渣管和第二排渣管上装有普通球阀的阀门，每天由物业部门定时手动开启数分钟后关闭——省去了安装滤网的费用，克服了滤网清洗的困难，而且降低了成本。

经过三次过滤排渣之后，剩下的渣滓（绝大部分只是细小的悬浮物）已不足以对水轮机的运转构成威胁。

本发明提供的一种基于高楼层净化水的发电装置，以生活污水为处理载体，实现变废为宝，高效环保，符合生态用水要求；同时本发明结构简单紧凑、经济适用、简易可行；本发明化零为整，将分散的高层排水加以收集并储存，并分两条排水管道——生活污水（厕所冲水）和生活废水（厨房及洗漱用水）分开排放，利用用量大且较洁净的生活废水的势能转换，冲击下部输水管处的水轮机做功来发电；水箱溢流管的设计，使得在利用废水发电的同时，不会影响居民正常排水；安装外挂储水箱，并在储水箱下部装有机械式的压力阀门，当水位达到一定高度时压力阀门开启，开始排水发电，水排尽后自行关闭；既保证了发电水头，又使得水位变化平缓，水轮机能尽量在设计工况下运行，保证效率；巧妙地利用管道（即第一排渣管和第二排渣管）来代替滤网，使得渣滓自行沉淀，且避免了过滤网需定期更换，过滤速度慢等问题。本发明推广时，建议与房地产开发商合作，在建筑初期就可将废水回收系统布置好，以节约成本。综上所述，本发明具有良好的推广价值和应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中水轮机的结构示意图；

图3为本发明中导叶轮毂的结构示意图；

图4为本发明中轮转轮毂的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1~4所示，一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：包括：连接各楼层住户厕所排水的排污单元1，所述排污单元1通过垂直向的主排污管4将污物排入下水道10；连接高楼层住户厨房和洗漱用水的集水过滤单元2包括垂直向的发电用水管道11，所述发电用水管道11的出口与废水沉淀容器16的左侧入口连接，所述废水沉淀容器16的右侧出口与废水排出管17连接，所述废水沉淀容器16的底部与第一排渣管18的入口连接，所述第一排渣管18的出口与所述主排污管4连通，所述废水排出管17的出口与储水箱21的顶部相连通，所述储水箱21的左侧底部通过第二排渣管22与所述主排污管4相连通，所述储水箱21的底端与输水管25的入口相连，所述输水管25的入口处安装有压力阀门24，所述输水管25的出口与所述发电单元3的入口相连。

所述发电单元3包括水轮机26，所述水轮机26的入口与所述输水管25的出口相连，所述水轮机26与所述发电机28电相连，所述水轮机26的出口通过排水管27与所述下水道10相连，所述发电机28与所述蓄电池29电相连，所述蓄电池29与小区路灯电相连。

所述水轮机26设置于水轮机管道内，水轮机管道进口261与导叶轮毂262固定连接，所述导叶轮毂262与轮转轮毂263连接，所述轮转轮毂263设置于水轮机管道出口264处且在所述水轮机管道出口264处转动，导叶265设置于所述导叶轮毂262上，轮转叶片266设置于所述轮转轮毂263上。

所述导叶265和所述轮转叶片266均为弯扭叶片，所述导叶265和轮转叶片266为相对时针向设置，所述导叶265的个数大于所述轮转叶片266的个数。

所述水轮机管道的内径大于所述输水管25的内径，所述导叶轮毂262和所述轮转轮毂263的直径均为所述水轮机管道进口261管道内径的2/3。

所述水轮机管道进口261管道内径为110mm，导叶轮毂262和轮转轮毂263直径均为约为70mm，所述导叶轮毂262上连接有6片导叶265，所述轮转轮毂263上连接有5片轮转叶片266，所述轮转轮毂263上还设置有静导叶，所述导叶265和所述轮转叶片266均为弯扭叶片。

为提高转轮效率，轮转轮毂263前设置为静导叶的导叶轮毂262。

以欧拉方程为基础进行转轮的设计：水轮机管道内径D为110mm，取导叶轮毂262和轮转轮毂263的直径d=2D/3≈70mm；导叶265数目为6片，转轮叶片266数为5片。

导叶265和转轮叶片266均为具有一定弧度的板型。

所述发电用水管道11分别与高楼层的用于收集厨房污水的第一排水管12和用于收集洗漱污水的第二排水管14相连，所述第一排水管12和第二排水管14上均设置有过滤网13。

所述储水箱21的左侧顶部与水箱溢流管20的入口相连，所述水箱溢流管20的出口与所述主排污管4相连通。

所述废水沉淀容器16左侧入口低于右侧出口，所述左侧入口和右侧出口之间设置有栅格。

所述废水沉淀容器16和储水箱21的底端均为倾斜设置，即所述废水沉淀容器16和储水箱21的左侧底端距所述下水道10的垂直距离大于右侧底端距离所述下水道10的垂直距离，所述废水沉淀容器16和储水箱21的左侧底端分别与所述第一排渣管18和第二排渣管22相连通，所述第一排渣管18和第二排渣管22也为倾斜设置后与所述主排污管4相连通。

所述第一排渣管18和第二排渣管22上均设置有阀门。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：包括：连接各楼层住户厕所排水的排污单元（1），所述排污单元（1）通过垂直向的主排污管（4）将污物排入下水道（10）；连接高楼层住户厨房和洗漱用水的集水过滤单元（2）包括垂直向的发电用水管道（11），所述发电用水管道（11）的出口与废水沉淀容器（16）的左侧入口连接，所述废水沉淀容器（16）的右侧出口与废水排出管（17）连接，所述废水沉淀容器（16）的底部与第一排渣管（18）的入口连接，所述第一排渣管（18）的出口与所述主排污管（4）连通，所述废水排出管（17）的出口与储水箱（21）的顶部相连通，所述储水箱（21）的左侧底部通过第二排渣管（22）与所述主排污管（4）相连通，所述储水箱（21）的底端与输水管（25）的入口相连，所述输水管（25）的入口处安装有压力阀门（24），所述输水管（25）的出口与所述发电单元（3）的入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述发电单元（3）包括水轮机（26），所述水轮机（26）的入口与所述输水管（25）的出口相连，所述水轮机（26）与所述发电机（28）电相连，所述水轮机（26）的出口通过排水管（27）与所述下水道（10）相连，所述发电机（28）与所述蓄电池（29）电相连，所述蓄电池（29）与小区路灯电相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述水轮机（26）设置于水轮机管道内，水轮机管道进口（261）与导叶轮毂（262）固定连接，所述导叶轮毂（262）与轮转轮毂（263）连接，所述轮转轮毂（263）设置于水轮机管道出口（264）处且在所述水轮机管道出口（264）处转动，导叶（265）设置于所述导叶轮毂（262）上，轮转叶片（266）设置于所述轮转轮毂（263）上。

4.根据权利要求3所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述导叶（265）和所述轮转叶片（266）均为弯扭叶片，所述导叶（265）和轮转叶片（266）为相对时针向设置，所述导叶（265）的个数大于所述轮转叶片（266）的个数。

5.根据权利要求3所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述水轮机管道的内径大于所述输水管（25）的内径，所述导叶轮毂（262）和所述轮转轮毂（263）的直径均为所述水轮机管道进口（261）管道内径的2/3。

6.根据权利要求1所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述发电用水管道（11）分别与高楼层的用于收集厨房污水的第一排水管（12）和用于收集洗漱污水的第二排水管（14）相连，所述第一排水管（12）和第二排水管（14）上均设置有过滤网（13）。

7.根据权利要求1所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述储水箱（21）的左侧顶部与水箱溢流管（20）的入口相连，所述水箱溢流管（20）的出口与所述主排污管（4）相连通。

8.根据权利要求1所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述废水沉淀容器（16）左侧入口低于右侧出口，所述左侧入口和右侧出口之间设置有栅格。

9.根据权利要求1所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述废水沉淀容器（16）和储水箱（21）的底端均为倾斜设置，即所述废水沉淀容器（16）和储水箱（21）的左侧底端距所述下水道（10）的垂直距离大于右侧底端距离所述下水道（10）的垂直距离，所述废水沉淀容器（16）和储水箱（21）的左侧底端分别与所述第一排渣管（18）和第二排渣管（22）相连通，所述第一排渣管（18）和第二排渣管（22）也为倾斜设置后与所述主排污管（4）相连通。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于高楼层净化水的发电装置，其特征在于：所述第一排渣管（18）和第二排渣管（22）上均设置有阀门。