CN105275717A - 一种雨水管道集水发电系统及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨水管道集水发电系统，包括竖向设置的雨水管道和发电装置，发电装置包括可转动横向贯穿设置在雨水管道下部的转轴，转轴位于雨水管道内的一端竖向固定设置有叶轮，转轴位于雨水管道外的一端和发电机的动力输入端连接，其特征在于，所述雨水管道内位于叶轮上方靠底板隔断形成有用于蓄水的蓄水腔室，底板上具有一个正对叶轮一侧叶片设置的出水口，蓄水腔室内设置有浮子开关机构，浮子开关机构能够控制蓄水腔室蓄水后打开出水口出水。还公开了一种采用了该发电系统的发电方法。本发明具有能够更好地收集雨水，整理水流，提高发电效率，延长发电装置寿命等优点。

Description

一种雨水管道集水发电系统及其发电方法

技术领域

本发明涉及一种可对雨水排水管中雨水处理发电的装置，具体涉及一种雨水管道集水发电系统及其发电方法。

背景技术

目前，为了发展绿色能源，现有技术中，存在部分在雨水排水管道中，收集雨水动能进行发电的技术，能够提高降雨能源利用效率。

例如CN200910197567.1公开的一种雨水回收发电装置，包括雨水收集储存部分、雨水过滤部分、雨水流通管道、发电部分以及雨水回收存储部分；其中：雨水收集储存部分设置在屋顶，雨水收集储存部分的出口连接雨水流通管道，雨水流通管道的位置比雨水收集储存部分的位置低；在雨水收集储存部分和雨水流通管道连接处设置雨水过滤部分，雨水流通管道的正下方设置发电部分，发电部分的下方设置雨水回收存储部分。该发明结构简单，使用方便，收集利用自然界的雨水发电，并将发电后的雨水进一步用于日常的城市绿化等用水，充分利用了雨水资源，节省了水资源。

再例如CN201120276267.5公开的雨水管发电系统，包括蓄水池，蓄水池的下方垂直设置有立柱、主雨水管和副雨水管，蓄水池、主雨水管和副雨水管内设置有用于控制主雨水管和副雨水管工作的控制模块，主雨水管和副雨水管内从上至下依次设置有挡板及雨轮传动系统，雨轮传动系统通过链条与外部发电机相连接，挡板上和雨轮传动系统一扇雨轮位置对应开有下水孔。该实用新型雨水管发电系统，利用建筑物的高度及其占城市极大的面积作载体，利用降雨时，水由高的低流动所具有的能量发电，并将电能汇总，从而节约能源。

但上述现有的雨水管道发电技术，均仅仅是简单地利用雨水管道中水流的冲击力带动发电装置进行发电。但每次下雨雨量情况均不相同，水流大小不一，当雨水管道中水流过小时，难以带动发电装置高效工作，会导致发电效率低下，当雨水管道中水流过大时，又容易冲坏损毁发电装置。同时水流大小没有控制，时大时小会导致发电系统运转耗损较快，使用寿命较短。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够收集雨水，整理水流，提高发电效率，延长发电装置寿命的雨水管道集水发电系统及其发电方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种雨水管道集水发电系统，包括竖向设置的雨水管道和发电装置，发电装置包括可转动横向贯穿设置在雨水管道下部的转轴，转轴位于雨水管道内的一端竖向固定设置有叶轮，转轴位于雨水管道外的一端和发电机的动力输入端连接，其特征在于，所述雨水管道内位于叶轮上方靠底板隔断形成有用于蓄水的蓄水腔室，底板上具有一个正对叶轮一侧叶片设置的出水口，蓄水腔室内设置有浮子开关机构，浮子开关机构能够控制蓄水腔室蓄水后打开出水口出水。

这样，本发明中，设置了蓄水腔室进行蓄水，然后蓄水到一定程度时靠浮子开关打开出水口出水冲击叶轮进行发电，能够起到收集雨水整理水流的效果，提高发电效率。

作为优化，所述浮子开关机构，包括一个横向设置在雨水管道中的隔板，隔板上设置有过水孔，过水孔上匹配地承托设置有一个下浮球，下浮球上方的雨水管道中还横向固定设置有下浮球限位栏，下浮球上端通过向上穿过下浮球限位栏的拉线连接有上浮球，下浮球表面为光滑表面且能够和过水孔上端的光滑锥形面配合实现密封配合，且密封配合状态时下浮球浸没于水中受水整体压力和下浮球自重的合力为向下方向且该合力小于上浮球最大浮力，下浮球悬浮状态时受水浮力大于自重。

这样是因为一般的浮球开关为单浮球结构，其特性使得用于控制出水时会造成出水在开和闭之间来回跳动，造成间隔式出水，不利于稳定发电。故优化为上述双浮子开关后，使用时隔板上方进水后下浮球会先处于受水压压住在过水孔上的状态，直到水位涨至上浮球后，借上浮球浮力将下浮球拉起再实现过水孔出水，出水完毕后下浮球才落回到过水孔上，这样能够更好地形成一段蓄水过程且使得出水能够维持较长的时间段内出水，保证稳定出水以利于发电。

作为优化，所述浮子开关机构中，隔板和底板各自为单独构件（两者为同一构件时过水孔即为所述出水口），隔板位于底板上方且二者之间形成有过水空间，所述出水口为尖端向下的锥台形且出水口上配合有一个锥体形的出水塞，出水塞上竖向设置有出水孔，出水孔小于过水孔，出水塞上端设置有连接线和下浮球相连，连接线长度大于出水口到过水孔距离同时大于过水孔到下浮球限位栏距离但小于出水口到下浮球限位栏距离，出水塞和下浮球二者自重之和大于二者最大浮力之和，出水塞和下浮球以及上浮球三者自重之和小于三者最大浮力之和。

这样，使得使用时，雨水进入雨水管道后，先积蓄于隔板上方，逐渐将下浮球淹没并靠水压将下浮球压住在隔板的过水孔上，雨水逐渐累积上涨，水位超过下浮球限位栏后逐渐淹没上浮球，上浮球浮起后拉动下浮球，使得下浮球脱离过水孔浮到水中，此时水从过水孔流入到过水空间中并从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时过水空间内开始逐渐蓄水；此时如果进入雨水管道的进水流量大于出水孔流量，则蓄水腔室中继续蓄水，水位上涨一段距离后带动上浮球和下浮球将出水塞拉起，此时通过出水口出水加大了出水量；此时如果进水流量仍然大于出水口流量，则蓄水腔室内水位继续上涨蓄水；当进水流量小于出水口流量后，蓄水腔室内水位逐渐降低，水位下降一段距离后出水塞落回到出水口；当进水流量小于出水塞上的出水孔流量时，水位继续下降使得下浮球落回到过水孔并将其堵住，蓄水腔室中隔板下方的过水空间内的水继续从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时隔板上方继续蓄水到上浮球浮起后拉动下浮球使得隔板上方蓄水再次进入到隔板下方并从出水孔流出实现发电，以此循环直至进水截止。从上述过程可以看出，本浮子开关机构可以更好地实现蓄水和保持稳定出水。特别是出水塞和出水口的锥台形设计，能够使得当雨水管道的进水流量恰好处于出水口流量和出水孔流量之间的大小时，此时出水塞会自动调整落入一定程度到出水口中，使得从出水塞中间的出水孔出水流量和出水塞外面间隙的出水流量之和与进水流量匹配，就恰好能够保证整体出水恰好和整体进水一致的稳定状态，不会出现间隔性波动，并且保证了冲击叶轮发电的水量能够稳定控制在出水孔流量和出水口流量之间的范围，极大地提高了出水的稳定性。故极大地保证了发电过程的稳定性，提供了发电效率并提高对发电装置保护效果。实施时，更好的选择是出水口也小于过水孔，使得上述过程能够更加顺畅进行。

作为优化，所述过水孔和出水口正对设置且两者之间设置有整体呈竖向橄榄球形的出水塞保持架，出水塞保持架用于退水时引导出水塞落入出水口内。这样能够保证退水时出水塞落入出水口，利于下次循环出水的正常进行。

作为优化，所述雨水管道为多段管道可拆卸式对接得到。这样，可以方便安装，以及利于雨水管道内部检修维护。

作为优化，所述浮子开关机构上方的雨水管道中还设置有过滤网。这样，对雨水进行过滤，避免渣滓进入而损坏浮子开关以及发电装置。

作为优化，所述雨水管道上正对叶轮位置开设有检修门。这样方便对叶轮的安装维护检修。

作为优化，发电装置中，转轴外套设有一个保护套筒，保护套筒横向贯穿固定在雨水管道壁上，保护套筒内设置有轴承和转轴配合安装，保护套筒两端设置有密封圈和转轴形成动密封。这样，方便转轴的安装和密封防水。

作为优化，发电机电力输出端和一蓄电池相连。这样，方便将电能存储收集后进行利用。

作为优化，隔板上表面为凹形设置且过水孔位于凹形最低处，以利于下浮球复位。

作为优化，所述雨水管道上端还设置有一个弹簧式引流挡板。这样，可以更加方便引流进入雨水管道，避免雨水直接冲击而损坏浮子开关，且使得没有雨水时能够实现雨水管道关闭以避免老鼠等小动物进入管道产生破坏。

进一步地雨水管道一侧还设置有旁通泄水管，旁通泄水管一端连接于浮子开关机构上方的雨水管道上，另一端连接于发电装置下方的雨水管道上。这样，当雨水进水流量过大时，可以通过旁通泄水管泄水，以避免冲坏浮子开关和发电装置。

综上所述，本发明具有能够更好地收集雨水，整理水流，提高发电效率，延长发电装置寿命等优点。

附图说明

图1为本发明发电系统最优实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合最优实施方式及附图对本发明作进一步的详细说明。

最优实施方式：如图1所示，一种雨水管道集水发电系统，包括竖向设置的雨水管道1和发电装置，发电装置包括可转动横向贯穿设置在雨水管道下部的转轴2，转轴2位于雨水管道1内的一端竖向固定设置有叶轮3，转轴2位于雨水管道外的一端和发电机4的动力输入端连接，其中，所述雨水管道1内位于叶轮上方靠底板5隔断形成有用于蓄水的蓄水腔室，底板5上具有一个正对叶轮一侧叶片设置的出水口，蓄水腔室内设置有浮子开关机构，浮子开关机构能够控制蓄水腔室蓄水后打开出水口出水。

这样，设置了蓄水腔室进行蓄水，然后蓄水到一定程度时靠浮子开关打开出水口出水冲击叶轮进行发电，能够起到收集雨水整理水流的效果，提高发电效率。

本实施方式中，所述浮子开关机构，包括一个横向设置在雨水管道中的隔板6，隔板6上设置有过水孔，过水孔上匹配地承托设置有一个下浮球7，下浮球7上方的雨水管道中还横向固定设置有下浮球限位栏8，下浮球7上端通过向上穿过下浮球限位栏8的拉线连接有上浮球9，下浮球7表面为光滑表面且能够和过水孔上端的光滑锥形面配合实现密封配合，且密封配合状态时下浮球7浸没于水中受水整体压力和下浮球7自重的合力为向下方向且该合力小于上浮球9最大浮力，下浮球7悬浮状态时受水浮力大于自重。

这样是因为一般的浮球开关为单浮球结构，其特性使得用于控制出水时会造成出水在开和闭之间来回跳动，造成间隔式出水，不利于稳定发电。故优化为上述双浮子开关后，使用时隔板上方进水后下浮球会先处于受水压压住在过水孔上的状态，直到水位涨至上浮球后，借上浮球浮力将下浮球拉起再实现过水孔出水，出水完毕后下浮球才落回到过水孔上，这样能够更好地形成一段蓄水过程且使得出水能够维持较长的时间段内出水，保证稳定出水以利于发电。

本实施方式中，所述浮子开关机构中，隔板6和底板5各自为单独构件（实施时，如果两者为同一构件时过水孔即为所述出水口），隔板6位于底板5上方且二者之间形成有过水空间，所述出水口为尖端向下的锥台形且出水口上配合有一个锥体形的出水塞10，出水塞10上竖向设置有出水孔，出水孔小于隔板6上的过水孔，出水塞10上端设置有连接线和下浮球7相连，连接线长度大于出水口到过水孔距离同时大于过水孔到下浮球限位栏距离但小于出水口到下浮球限位栏距离，出水塞10和下浮球7二者自重之和大于二者最大浮力之和，出水塞10和下浮球7以及上浮球9三者自重之和小于三者最大浮力之和。

这样，使得使用时，雨水进入雨水管道后，先积蓄于隔板上方，逐渐将下浮球淹没并靠水压将下浮球压住在隔板的过水孔上，雨水逐渐累积上涨，水位超过下浮球限位栏后逐渐淹没上浮球，上浮球浮起后拉动下浮球，使得下浮球脱离过水孔浮到水中，此时水从过水孔流入到过水空间中并从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时过水空间内开始逐渐蓄水；此时如果进入雨水管道的进水流量大于出水孔流量，则蓄水腔室中继续蓄水，水位上涨一段距离后带动上浮球和下浮球将出水塞拉起，此时通过出水口出水加大了出水量；此时如果进水流量仍然大于出水口流量，则蓄水腔室内水位继续上涨蓄水；当进水流量小于出水口流量后，蓄水腔室内水位逐渐降低，水位下降一段距离后出水塞落回到出水口；当进水流量小于出水塞上的出水孔流量时，水位继续下降使得下浮球落回到过水孔并将其堵住，蓄水腔室中隔板下方的过水空间内的水继续从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时隔板上方继续蓄水到上浮球浮起后拉动下浮球使得隔板上方蓄水再次进入到隔板下方并从出水孔流出实现发电，以此循环直至进水截止。从上述过程可以看出，本浮子开关机构可以更好地实现蓄水和保持稳定出水。特别是出水塞和出水口的锥台形设计，能够使得当雨水管道的进水流量恰好处于出水口流量和出水孔流量之间的大小时，此时出水塞会自动调整落入一定程度到出水口中，使得从出水塞中间的出水孔出水流量和出水塞外面间隙的出水流量之和与进水流量匹配，就恰好能够保证整体出水恰好和整体进水一致的稳定状态，不会出现间隔性波动，并且保证了冲击叶轮发电的水量能够稳定控制在出水孔流量和出水口流量之间的范围，极大地提高了出水的稳定性。故极大地保证了发电过程的稳定性，提供了发电效率并提高对发电装置保护效果。实施时，更好的选择是出水口也小于过水孔，使得上述过程能够更加顺畅进行。

本实施方式中，所述过水孔和出水口正对设置且两者之间设置有整体呈竖向橄榄球形的出水塞保持架11，出水塞保持架11用于退水时引导出水塞10落入出水口内。这样能够保证退水时出水塞落入出水口，利于下次循环出水的正常进行。

本实施方式中，所述雨水管道1为多段管道可拆卸式对接得到。这样，可以方便安装，以及利于雨水管道内部检修维护。

本实施方式中，所述浮子开关机构上方的雨水管道1中还设置有过滤网12。这样，对雨水进行过滤，避免渣滓进入而损坏浮子开关以及发电装置。

本实施方式中，所述雨水管道1上正对叶轮位置开设有检修门13。这样方便对叶轮的安装维护检修。

本实施方式中，发电装置中，转轴2外套设有一个保护套筒14，保护套筒14横向贯穿固定在雨水管道壁上，保护套筒14内设置有轴承和转轴配合安装，保护套筒14两端设置有密封圈和转轴形成动密封。这样，方便转轴的安装和密封防水。

本实施方式中，发电机4电力输出端和一蓄电池15相连。这样，方便将电能存储收集后进行利用。

本实施方式中，隔板6上表面为凹形设置且过水孔位于凹形最低处，以利于下浮球复位。

本实施方式中，所述雨水管道1上端还设置有一个弹簧式引流挡板16。这样，可以更加方便引流进入雨水管道，避免雨水直接冲击而损坏浮子开关，且使得没有雨水时能够实现雨水管道关闭以避免老鼠等小动物进入管道产生破坏。

本实施方式中，进一步地雨水管道1一侧还设置有旁通泄水管17，旁通泄水管17一端连接于浮子开关机构上方的雨水管道1上，另一端连接于发电装置下方的雨水管道1上。这样，当雨水进水流量过大时，可以通过旁通泄水管泄水，以避免冲坏浮子开关和发电装置。

上述雨水管道集水发电系统，用于发电使用时，引导雨水进入雨水管道后，先积蓄于隔板上方，逐渐将下浮球淹没并靠水压将下浮球压住在隔板的过水孔上，雨水逐渐累积上涨，水位超过下浮球限位栏后逐渐淹没上浮球，上浮球浮起后拉动下浮球，使得下浮球脱离过水孔浮到水中，此时水从过水孔流入到过水空间中并从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时过水空间内开始逐渐蓄水；此时如果进入雨水管道的进水流量大于出水孔流量，则蓄水腔室中继续蓄水，水位上涨一段距离后带动上浮球和下浮球将出水塞拉起，此时通过出水口出水加大了出水量；此时如果进水流量仍然大于出水口流量，则蓄水腔室内水位继续上涨蓄水，且使得水位达到旁通泄水管上端位置后从旁通泄水管进行泄流减压；当进水流量小于出水口流量后，蓄水腔室内水位逐渐降低，水位下降一段距离后出水塞落回到出水口；当进水流量小于出水塞上的出水孔流量时，水位继续下降使得下浮球落回到过水孔并将其堵住，蓄水腔室中隔板下方的过水空间内的水继续从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时隔板上方继续蓄水到上浮球浮起后拉动下浮球使得隔板上方蓄水再次进入到隔板下方并从出水孔流出实现发电，以此循环直至进水截止。

综上所述，本发明具有能够更好地收集雨水，整理水流，提高发电效率，延长发电装置寿命等优点。

Claims (10)

1.一种雨水管道集水发电系统，包括竖向设置的雨水管道和发电装置，发电装置包括可转动横向贯穿设置在雨水管道下部的转轴，转轴位于雨水管道内的一端竖向固定设置有叶轮，转轴位于雨水管道外的一端和发电机的动力输入端连接，其特征在于，所述雨水管道内位于叶轮上方靠底板隔断形成有用于蓄水的蓄水腔室，底板上具有一个正对叶轮一侧叶片设置的出水口，蓄水腔室内设置有浮子开关机构，浮子开关机构能够控制蓄水腔室蓄水后打开出水口出水。

2.如权利要求1所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述浮子开关机构，包括一个横向设置在雨水管道中的隔板，隔板上设置有过水孔，过水孔上匹配地承托设置有一个下浮球，下浮球上方的雨水管道中还横向固定设置有下浮球限位栏，下浮球上端通过向上穿过下浮球限位栏的拉线连接有上浮球，下浮球表面为光滑表面且能够和过水孔上端的光滑锥形面配合实现密封配合，且密封配合状态时下浮球浸没于水中受水整体压力和下浮球自重的合力为向下方向且该合力小于上浮球最大浮力，下浮球悬浮状态时受水浮力大于自重。

3.如权利要求2所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述浮子开关机构中，隔板和底板各自为单独构件，隔板位于底板上方且二者之间形成有过水空间，所述出水口为尖端向下的锥台形且出水口上配合有一个锥体形的出水塞，出水塞上竖向设置有出水孔，出水孔小于过水孔，出水塞上端设置有连接线和下浮球相连，连接线长度大于出水口到过水孔距离同时大于过水孔到下浮球限位栏距离但小于出水口到下浮球限位栏距离，出水塞和下浮球二者自重之和大于二者最大浮力之和，出水塞和下浮球以及上浮球三者自重之和小于三者最大浮力之和，所述出水口小于过水孔。

4.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述过水孔和出水口正对设置且两者之间设置有整体呈竖向橄榄球形的出水塞保持架，出水塞保持架用于退水时引导出水塞落入出水口内。

5.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述雨水管道为多段管道可拆卸式对接得到。

6.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述浮子开关机构上方的雨水管道中还设置有过滤网。

7.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，所述雨水管道上正对叶轮位置开设有检修门。

8.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，发电装置中，转轴外套设有一个保护套筒，保护套筒横向贯穿固定在雨水管道壁上，保护套筒内设置有轴承和转轴配合安装，保护套筒两端设置有密封圈和转轴形成动密封。

9.如权利要求3所述的雨水管道集水发电系统，其特征在于，隔板上表面为凹形设置且过水孔位于凹形最低处。

10.一种发电方法，其特征在于，先获取如权利要求3-9中任一项权利要求所述雨水管道集水发电系统，并使用该系统进行发电，使用时，引导雨水进入雨水管道后，先积蓄于隔板上方，逐渐将下浮球淹没并靠水压将下浮球压住在隔板的过水孔上，雨水逐渐累积上涨，水位超过下浮球限位栏后逐渐淹没上浮球，上浮球浮起后拉动下浮球，使得下浮球脱离过水孔浮到水中，此时水从过水孔流入到过水空间中并从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时过水空间内开始逐渐蓄水；此时如果进入雨水管道的进水流量大于出水孔流量，则蓄水腔室中继续蓄水，水位上涨一段距离后带动上浮球和下浮球将出水塞拉起，此时通过出水口出水加大了出水量；此时如果进水流量仍然大于出水口流量，则蓄水腔室内水位继续上涨蓄水；当进水流量小于出水口流量后，蓄水腔室内水位逐渐降低，水位下降一段距离后出水塞落回到出水口；当进水流量小于出水塞上的出水孔流量时，水位继续下降使得下浮球落回到过水孔并将其堵住，蓄水腔室中隔板下方的过水空间内的水继续从出水塞上的出水孔流出并冲击叶轮开始发电，同时隔板上方继续蓄水到上浮球浮起后拉动下浮球使得隔板上方蓄水再次进入到隔板下方并从出水孔流出实现发电，以此循环直至进水截止。