CN105782560B - 一种带流量控制的水力发电机和淋浴器龙头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带流量控制的水力发电机及淋浴器龙头，水力发电机包括发电机和阀体，阀体设可连通同一供水水路的第一流道和第二流道，第一流道连通发电机的叶轮腔，通过第一流道对水流增压和送入发电机的叶轮腔内以驱动叶轮旋转，该叶轮腔具有出水口；阀体装有受供水水压控制并能复位的控制阀，通过该控制阀控制第二流道出水与否。本发明在低水压情况下可以使水全部流向发电机的叶轮腔且不影响发电机发电，在高水压情况下，一部分水通过第二流道流出，连同叶轮腔流出的水为后端提供充足的流量，从而不会阻碍水流的正常流通；本发明还具有结构简单、便于生产及组装、成本低等特点。

Description

一种带流量控制的水力发电机和淋浴器龙头

技术领域

本发明涉及一种水力发电机，特别是涉及一种带流量控制的水力发电机和淋浴器龙头。

背景技术

水力发电机利用水的冲力推动发电机的叶轮转动，发电机的转子随叶轮转动而做切换磁力线的运动，从而产生感应电势。目前，水力发电机在卫浴领域中的应用越来越广泛，其多利用出水装置，例如淋浴器龙头、花洒等为载体，在产生电能的同时又不会影响出水终端出水。然而，实际应用过程中却产生了如下问题：在低水压情况下，水流无法推动叶轮转动或叶轮转速不足，导致发动机无法发电或发电不足；在高水压情况下，水力发电机虽然能够正常发电，但也起到一定的限流作用，导致后端流量不足。对此，现有技术出现了一种水力发电机，其通过设计旁通室并进行分流或合流来解决上述问题，这固然可以解决上述问题，但其同时也存在结构复杂、体积大、成本高等不足之处。

发明内容

本发明提供了一种带流量控制的水力发电机和淋浴器龙头，其克服了现有技术的水力发电机所存在的不足之处。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带流量控制的水力发电机，包括发电机和阀体，其特征在于：阀体设可连通同一供水水路的第一流道和第二流道，第一流道连通发电机的叶轮腔，通过第一流道对水流增压和送入发电机的叶轮腔内以驱动叶轮旋转，该叶轮腔具有出水口；阀体装有受供水水压控制并能复位的控制阀，通过该控制阀控制第二流道出水与否。

进一步的，所述第一流道为水流喷射孔，或者，所述第一流道尾部为水流喷射孔；所述水流喷射孔为斜孔，或者，水流喷射孔内壁沿水流方向依次设有第一导流斜坡和第二导流斜坡，二者位于水流喷射孔相对的两侧，用于减小水流的喷射角度。

进一步的，所述第一导流斜坡和第二导流斜坡的之间通过一水平孔段进行过渡，所述第一导流斜坡和第二导流斜坡的斜率相等。

进一步的，所述阀体包括水路导向块和进水盖板，进水盖板盖接于水路导向块，水路导向块与发电机同轴相接，水路导向块设有所述第一流道和第二流道，进水盖板设有连通第一流道的第一进水口，以及连通第二流道的第二进水口，所述控制阀安装于第二流道或第二进水口处；或者，进水盖板设有连通第一流道及第二流道的进水口，所述控制阀安装于第二流道内。

进一步的，所述控制阀包括弹簧、用于启闭第二流道的调节阀帽，所述第二流道内设有导向柱，调节阀帽可轴向往复移动地套装于该导向柱，弹簧套装于导向柱，并抵设于调节阀帽与第二流道的内壁之间。

进一步的，进水盖板设有连通第一流道的第一进水口，以及连通第二流道的第二进水口，所述控制阀包括弹性件、用于启闭所述第二进水口的调节阀帽，所述阀体的第二流道内设有导向柱，调节阀帽可轴向往复移动地套装于该导向柱，弹簧套装于导向柱，并抵设于调节阀帽与第二流道的内壁之间。

进一步的，所述第一流道具有所述水流喷射孔，且还包括位于水流喷射孔之上的导流通槽，该导流通槽的横截面面积大于水流喷射孔的横截面面积。

进一步的，所述第一流道为多个，并间隔环设于所述第一流道外周。

进一步的，所述第二流道为型腔结构，且其出水口位于所述水路导向块侧面。

进一步的，所述叶轮为棘轮式或涡轮式叶轮，该叶轮的各叶片尾端的其中一拐角设为圆角，且各叶片尾端的圆角均顺着叶轮的转动方向。

一种淋浴器龙头，装有数显模块；该淋浴器龙头内还装有上述一种带流量控制的水力发电机，该水力发电机的电输出端连接数显模块。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、由于所述阀体设能连通同一供水水路的第一流道和第二流道，第一流道连通发电机的叶轮腔，通过第一流道对水流增压和送入发电机的叶轮腔内以驱动叶轮旋转，该叶轮腔具有出水口；阀体装有用于控制第二流道出水与否且受供水水压控制并能复位的控制阀，使得本发明在低水压情况下可以使水全部流向发电机的叶轮腔且不影响发电机发电，在高水压情况下，第二流道开启，使一部分水通过第二流道流出，连同叶轮腔流出的水为后端提供充足的流量，从而不会阻碍水流的正常流通；本发明还具有结构简单、便于生产及组装、成本低等特点；

2、由于所述第一流道具有斜孔段，且斜孔段中部设一水平过渡段，通过该水平过渡段减小水流的喷射角度，使得本发明一方面可以提高水流对叶片的旋转冲击力，从而提高发电机的能量转换效率，另一方面可以减小水流对发电机的轴向冲击力，从而有利于延长发电机的使用寿命；

3、本发明仅包括发电机、水路导向块、进水盖板和控制阀这几个部件，零部件少、结构简单、拆装方便；

4、所述调节阀帽和导向柱的设计，不仅能保证调节阀帽沿轴向移动，还能避免杂质进入调节阀帽和导向柱之间的间隙而影响调节阀帽的正常运动；

5、所述叶轮的各叶片尾端的其中一拐角设为圆角，且各叶片尾端的圆角均顺着叶轮的转动方向，此设计可以减少叶轮和水流的接触阻力，从而可以提高叶轮的工作效率和发电机的稳定性。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种带流量控制的水力发电机不局限于实施例。

附图说明

图1是实施例一本发明的水力发电机的分解示意图；

图2是实施例一本发明的水力发电机的立体构造示意图；

图3是实施例一本发明的阀体的横向剖视图；

图4是实施例一本发明的水路导向块的纵向剖视图；

图5是实施例一本发明在控制阀关闭状态的水流示意图；

图6是实施例一本发明在控制阀开启状态的水流示意图；

图7是实施例一本发明安装于测试工装的剖视图；

图8是实施例一本发明淋浴器龙头的剖视图；

图9是实施例二本发明的水路导向块的纵向剖视图；

图10是实施例一与实施例二的水流作用力对比示意图。

具体实施方式

实施例，请参见图1-图6所示，本发明的一种带流量控制的水力发电机，包括发电机1和阀体，发电机1与阀体同轴相接，发电机1一端设叶轮腔11，该叶轮腔11内装有叶轮2，该叶轮2与发电机1的转子同轴相接。阀体设可连通同一供水水路的第一流道31和第二流道32，第一流道31连通发电机1的叶轮腔11，通过第一流道31对水流增压和送入发电机1的叶轮腔11内以驱动叶轮2旋转，该叶轮腔11具有出水口111；第二流道32具有出水口321，阀体装有用于用于控制第二流道32出水与否的控制阀，该控制阀为常闭式弹性控制阀，其受供水水压控制并可自行复位，在供水水压大于预设值时，控制阀动作，使第二流道32出水，否则，第二流道32不出水。

本实施例中，所述第一流道31尾部为水流喷射孔312，该水流喷射孔312内壁沿水流方向依次设有第一导流斜坡3121和第二导流斜坡3122，二者位于水流喷射孔312相对的两侧，用于减小水流的喷射角度，如图4所示，图中箭头表示水流的喷射方向。进一步的，所述第一导流斜坡3121和第二导流斜坡3122的之间通过一水平孔段3123进行过渡，且所述第一导流斜坡3121和第二导流斜坡3122的斜率相等。所述第一流道31还包括位于水流喷射孔312之上的导流通槽311，该导流通槽311的横截面面积大于水流喷射孔312的横截面面积。

本实施例中，所述阀体包括水路导向块3和进水盖板4，进水盖板4盖接于水路导向块3，水路导向块3与发电机1同轴相接，并设有所述第一流道31和第二流道32，进水盖板4设有第一流道31及第二流道32的进水口。所述第一流道31为多个，并间隔环设于所述第一流道31外周。所述第二流道32为型腔结构，且其出水口321位于所述水路导向块3侧面。

本实施例中，所述水路导向块3具体包括底板33，该底板33顶面间隔环设复数个弧形块34，各弧形块34分别开设上下贯通的中空结构，该中空结构即构成所述第一流道31，各弧形块33之间围成一型腔，该型腔即构成所述第一流道31，且每两相邻的弧形块34之间的间隔即构成所述第二流道32的出水口321。所述进水盖板4设有多个第一进水口41和一个第二进水口42，第二进水口42位于进水盖板4的中间位置，多个第一进水口41间隔环设于该第二进水口42外周，且多个第一进水口41与多个第一流道31一一相连通，第二进水口41连通第一进水口。

本实施例中，所述弧形块34的数量为三个，因而，所述第一流道31也相应具有三个。各弧形块34还分别开设有定位孔36，所述进水盖板4对应设置三个第一进水口41和复数个定位柱43，定位柱43插接于定位孔36内，使进水盖板4和牢牢盖接于水路导向块3。除此，进水盖板4和水路导向块3还可以采用螺钉或螺纹连接或卡扣连接等方式进行固定。

本实施例中，所述控制阀包括弹簧6和一常闭于所述第二进水口42的调节阀帽5，所述阀体的第二流道32内设有导向柱35，调节阀帽5可轴向往复移动地套装于该导向柱35，弹簧6套装于导向柱35，并抵设于调节阀帽5与第二流道32的内壁之间。具体，所述导向柱35设置于所述型腔的腔底中部，弹簧6顶抵于型腔的腔底和调节阀帽5之间。所述调节阀帽5具体包括一圆筒状且一端封闭另一端开口的套件51，以及位于套件51外周的环形密封片52，二者一体成型，套件51套装于导向柱35外，环形密封片52的外径尺寸大于所述第二进水口42的径向尺寸，且环形密封片52位于第二进水口42内侧，用于启闭该第二进水口42，弹簧6顶抵于环形密封片52的内端面和所述型腔的腔底之间。

本实施例中，所述叶轮2为棘轮式叶轮(即叶轮2的各叶片21的布置与棘轮的棘齿的布置相同或相似)，该叶轮的各叶片21与水流的接触面积较大，且该叶轮的各叶片21尾端的其中一拐角设为圆角211，且各叶片尾端的圆角211均顺着叶轮2的转动方向。

工作时，使第一流道31和第二流道32连通同一个供水水路，当进水压力小于弹簧6的弹力而不足以推动调节阀帽5轴向移动时，调节阀帽5的环形密封片52保持紧贴于第二进水口42内端的状态，使第二进水口42关闭，从而使第二流道32无水进入和流出。此时，水流全部流进各第一流道31内，并经各第一流道31尾部的水流喷射孔312增压后进入发电机1的叶轮腔11内，驱使叶轮转动，发电机1的转子随叶轮转动而做切换磁力线的运动，从而产生感应电势。水流最终从叶轮腔11的出水口流出，如图5所示。

当进水压力大于弹簧6的弹力时，调节阀帽5受水流推动向第一流道31内侧轴向移动，从而开启第二进水口42。此时水流一部分流向各第一流道31，为发电机1提供发电所需的水流量，其余水流则从第二进水口42进入第二流道32内，并从第二流道32的出水口321流出，如图6所示。从叶轮腔11的出水口111流出的水和第二流道32的出水口321流出的水汇合后，可以为后续提供充足的水流量。

对本发明进一步进行测试，如图7所示，将本发明的水力发电机20安装于测试工装10，该测试工装10具有连通所述第一进水口41及第二进水口42的总进水口，以及连通第二流道的出水口321和叶轮腔11出水口的总出水口102。通过测试可得，在低水压情况下本发明可以使水通过增压处理后全部流向发电机1的叶轮腔11而不影响发电机1发电，在高水压情况下，第二流道32可出水，使一部分水通过第二流道32流出，连同叶轮腔11流出的水为后端提供充足的流量，从而不会阻碍水流的正常流通。

请参见图8所示，本发明的一种淋浴器龙头，装有数显模块30，该数显模块30可以用于显示该淋浴器龙头的水流量和/或水温。该淋浴器龙头内还装有上述一种带流量控制的水力发电机20，该水力发电机20的电输出端连接数显模块30。具体，冷、热水进入淋浴器龙头内部，并经淋浴器龙头的混合阀混合后流向水力发电机20，为该水力发电机20提供发电所需的水流量。从水力发电机20的叶轮腔11和第二流道32流出的水进一步汇合后从淋浴器龙头的出水口流出。

实施例二

本发明的一种带流量控制的水力发电机1，其与实施例一的区别在于：所述水流喷射孔312为斜孔，如图9所示，图中箭头表示水流的喷射方向。

在实施例二的斜孔的斜率与实施例一中第一导流斜坡3121、第二导流斜坡3122的斜率一致的前提下，由于实施例一中，所述水流喷射孔312内壁设有所述第一导流斜坡3121和第二导流斜坡3122，且二者之间由一水平孔段3123进行过渡，使得水从实施例一所述的水流喷射孔312喷出的角度小于水从实施例二所述的水流喷射孔312喷出的角度。

水从水流喷射孔312喷出并进入叶轮腔后，产生斜向的水流冲击力，该水流冲击力可分解为用于推动叶轮旋转的水平冲击力和轴向冲击力，且水平冲击力越大，叶轮的旋转速度越快，发电机的发电效率就越高；轴向冲击力越小，发电机受到的冲击越小，发电机的使用寿命就越长。假设实施例一中，所述水流冲击力为F，该水流冲击力F的两个分力分别为水平冲击力F1和轴向冲击力F2，实施例二中，所述水流冲击力为F＇，该水流冲击力F＇的两个分力分别为水平冲击力F1＇和轴向冲击力F2＇，如图10所示。在进水压力一致(即水流冲击力F与水流冲击力为F＇相等)的前提下，由于实施例一的水流的喷射角度小于实施例二的水流喷射角度，使得水平冲击力F1大于水平冲击力F1＇，而轴向冲击力F2则小于轴向冲击力F2＇，因此，实施例一中所述水流喷射孔312的结构更有利于提高发电机的发电效率和延长发电机的使用寿命。

在其它实施例中，所述第一流道为小孔径的通孔结构。

在其它实施例中，所述第一流道为水流喷射孔。

在其它实施例中，所述叶轮为涡轮式叶轮。

在其它实施例中，所述弹性件为弹片或其它具有复位能力的弹性部件。

在其它实施例中，所述进水盖板设一连通所述第一流道和第二流道的进水口。

在其它实施例中，所述控制阀安装于第二流道内，用于启闭第二流道。

在其它实施例中，所述控制阀也可以是阀片式单向阀或其它结构的单向阀。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种带流量控制的水力发电机，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带流量控制的水力发电机，包括发电机和阀体，其特征在于：阀体设可连通同一供水水路的第一进水口、第二进水口、第一流道和第二流道，第一流道连通第一进水口和发电机的叶轮腔，通过第一流道对水流增压和送入发电机的叶轮腔内以驱动叶轮旋转，该叶轮腔具有出水口；该第二流道为型腔结构，其与第二进水口连通且设有出水口；阀体装有受供水水压控制并能复位的控制阀，通过该控制阀控制第二流道出水与否；所述叶轮为棘轮式或涡轮式叶轮，该叶轮的各叶片尾端的其中一拐角设为圆角，且各叶片尾端的圆角均顺着叶轮的转动方向。

2.根据权利要求1所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述第一流道为水流喷射孔，或者，所述第一流道尾部为水流喷射孔；所述水流喷射孔为斜孔，或者，水流喷射孔内壁沿水流方向依次设有第一导流斜坡和第二导流斜坡，二者位于水流喷射孔相对的两侧，用于减小水流的喷射角度。

3.根据权利要求2所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述第一导流斜坡和第二导流斜坡之间通过一水平孔段进行过渡，所述第一导流斜坡和第二导流斜坡的斜率相等。

4.根据权利要求1所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述阀体包括水路导向块和进水盖板，进水盖板盖接于水路导向块，水路导向块与发电机同轴相接，水路导向块设有所述第一流道和第二流道，进水盖板设有所述第一进水口和所述第二进水口，所述控制阀安装于第二流道或第二进水口处。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述控制阀包括弹簧、用于启闭第二流道的调节阀帽，所述第二流道内设有导向柱，调节阀帽可轴向往复移动地套装于该导向柱，弹簧套装于导向柱，并抵设于调节阀帽与第二流道的内壁之间。

6.根据权利要求4所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述控制阀包括弹性件、用于启闭所述第二进水口的调节阀帽，所述阀体的第二流道内设有导向柱，调节阀帽可轴向往复移动地套装于该导向柱，弹性件套装于导向柱，并抵设于调节阀帽与第二流道的内壁之间。

7.根据权利要求2或3所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述第一流道还包括位于水流喷射孔之上的导流通槽，该导流通槽的横截面面积大于水流喷射孔的横截面面积。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述第一流道为多个，并间隔环设于所述第二流道外周。

9.根据权利要求4所述的带流量控制的水力发电机，其特征在于：所述第二流道的出水口位于所述水路导向块侧面。

10.一种淋浴器龙头，装有数显模块；其特征在于：该淋浴器龙头内还装有如权利要求1-9中任一项所述的带流量控制的水力发电机，该水力发电机的电输出端连接数显模块。