CN107676213A - 一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于雨水发电相关设备领域，并公开了一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统，其包括沿着竖直方向布置在建筑物的整个外侧墙面的雨水管道、沿着雨水管道在竖直方向上布置的皮带滑轮组、安装在皮带上随其一同运动且发生翻转的磁性元件、与磁性元件相配合产出电流的感应线圈，以及将所产生的电流向外输出至蓄电池予以存储的输出线路等。通过本发明，相应能够高效率、紧凑化、便于操控和环境友好型的方式实现可持续性绿色雨水发电过程，同时具备改造难度低、施工量小等优点。

Description

一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统

技术领域

本发明属于雨水发电相关设备领域，更具体地，涉及一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统。

背景技术

进入21世纪，能源问题成为世界各国极度关注的问题，各类新能源的开发利用呈现日益高涨的形势。其中，水资源作为一种清洁无污染的能源在各国备受青睐，中国更是重视有加，例如三峡水电站、葛洲坝水电站。遍布各地的大小水电站为中国的工业用电、家庭用电做出了不可估量的贡献。

雨水作为水资源的一种，它的利用同样备受关注。雨水利用形式多种多样，雨水发电是其中一种。纵观整个中国，尤其在中国南方，气候湿润、雨水充沛，年降雨量达800mm以上，蕴含着巨大的能量(包含重力势能、动能)。然而能量总量虽然很大，能量密度小却是制约雨水发电利用的关键因素。

现有技术中对雨水的发电利用已经提出了一些解决方案。例如，CN201610632786公开了一种雨水发电系统，CN201410220365公开了一种高层建筑雨水收集及发电装置，CN201710330076公开了一种高楼雨水分级发电系统等。但这些现有装置的一个共同特征是，必需存在一个类似于水箱的装置富集雨水，导致需要对既有建筑、雨水管做大范围改造，在增加成本的同时还存在水箱结构不能完全适应不同雨量的天气的问题。例如，当降雨量激增时，积水速度大于水箱排水速度，造成资源浪费，同时存在水溢出水箱甚至破坏水箱并造成水箱安装位置水涝的隐患。

此外，CN201110417671提出了一种明槽式雨水发电系统及方法，其中采取在房屋外建一条明渠来收集雨水；CN201510469739提出了一种发电雨水排水管，CN201510983909提出了一种利用雨水发电的幕墙，CN201510797364提出了一种雨水管道集水发电系统及其发电方法等。这些现有装置虽然不需要水箱机构，但存在必需较大程度地改变水管结构的问题，设备改造难度大、成本高，因而一般适用于新建住房雨水利用。相应地，本领域亟需做出进一步的完善改进，以便更好地满足实际应用中的各类需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统，其中充分考虑到对各类建筑物(包括既建、在建和未建的各类建筑)的施工改造难度最小化的需求，针对性对整个雨水发电系统的构造组成及布局进行重新设计，同时对其关键组件包括磁铁件、滑轮和线圈的布置方式和工作原理等多个方面进行改进，相应能够高效率、紧凑化、便于操控和环境友好型的方式实现可持续性绿色雨水发电过程。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统，该系统包括雨水管道、滑轮组、磁性元件、感应线圈、输出线路和蓄电池，其特征在于：

所述雨水管道沿着竖直方向布置在建筑物的整个外侧墙面上，它的顶端邻近建筑物的房顶，它的底端邻近建筑物的地面排水沟；

所述滑轮组包括分别安装在所述雨水管道的顶端和底端的第一定滑轮和第二定滑轮，并且这两个定滑轮经由穿过该雨水管道内外壁的皮带共同组成滑轮组，由此执行上下循环运动；

所述磁性元件的数量为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地设置在所述皮带上，并且随着该皮带一同执行上下循环运动；此外，各个磁性元件与所述雨水管道之间保持单自由度的铰接，并使得在上下循环运动过程中仅可相对于所述雨水管道执行(0°，90°]范围内的同一方向翻转；

所述感应线圈的数量同样为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地固定缠绕在所述雨水管道上，并用于在所述磁性元件的运动过程中其磁通量相应发生改变，由此产生感应电流；

所述输出线路与各个所述感应线圈保持相连，并用于向外输出感应电流，并经由稳压器输送至所述蓄电池予以存储。

作为进一步优选地，对于所述雨水管道而言，其在靠近底端的位置优选设置有拨板，该拨板用于当所述磁性元件经过时将此磁性元件拨动发生上述(0°，90°]范围内的同一方向翻转。

作为进一步优选地，所述皮带优选还配备有多个凸台，所述磁性元件优选各自配备有对应的台肩，并且各个台肩与各个凸台之间保持相互抵制的设置方式；以此方式，当所述磁性元件处于所述雨水管道的内部时，其由于重力矩、雨水的冲刷以及该相互抵制的共同作用，被保持为相对于所述雨水管道呈90°的夹角；而当所述磁性元件翻转至所述雨水管道的外部时，其由于重力矩的作用被保持为相对于所述雨水管道呈(0°，90°)的夹角。

作为进一步优选地，对于所述磁性元件和感应线圈而言，它们的排列布置方式优选设定为：同一时刻某一感应线圈的内外，最多仅有一磁性元件经过，以此避免两个磁性元件在感应线圈中感应出的电压相互减益。

作为进一步优选地，所述建筑物优选为既建建筑物或者在建建筑物。

总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、按照本发明所构建的雨水发电系统在实施时仅需要在既有或在建雨水管外缠绕感应线圈，并譬如通过开设孔洞的方式来加装滑轮组和磁性元件等，相应与现有技术相比显著降低了设备改造的难度和施工成本，除了适用于既有建筑物之外，对于在建建筑物或未建建筑物同样能够很好的适用，因此在适应性和推广度方面具备明显的优势；

2、本发明还对整个雨水发电系统的构造组成及布局进行重新设计，同时对其关键组件包括磁铁件、滑轮和线圈的布置方式和工作原理等多个方面进行改进，相应能够高效率、紧凑化、便于操控方式实现可持续性绿色雨水发电过程。

附图说明

图1是按照本发明所构建的绿色雨水发电系统的整体构造示意图；

图2更为具体地显示了图1中所示I部位的放大示意图；

图3是按照本发明的绿色雨水发电系统的原理示意图；

图4是按照本发明一个优选实施方式所设计地、用于雨水发电系统中皮带与磁性元件之间的联接方式示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1：房顶 2：滑轮组 3：建筑物 4：外侧墙面 5：雨水管壁 6：雨水管道 7：皮带 7-1：凸台肩 8：磁性元件 8-1：台肩 9：感应线圈 10：地面 11：地面排水沟 12：输出线路 13：稳压器 14：蓄电池 15：拨板 16：水流方向 17：铰链

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是按照本发明所构建的绿色雨水发电系统的整体构造示意图，图2更为具体地显示了图1中所示I部位的放大示意图。如图1和图2所示，该绿色雨水发电系统主要包括雨水管道6、滑轮组2、磁性元件8、感应线圈9、输出线路12和蓄电池14等组件，下面将对这些关键组件的具体结构组成和设置方式等方面逐一进行具体说明。

雨水管道6为常规的结构，它沿着竖直方向布置在建筑物的整个外侧墙面4上，它的顶端邻近建筑物的房顶1，它的底端邻近建筑物的地面排水沟11；在使用时，其用于将收集的雨水向下输送，并产生冲刷力。

譬如可通过在雨水管道6开两个孔洞的方式，使得沿着其管壁的内外设置一个滑轮组体系。该滑轮组2包括分别安装在所述雨水管道6的顶端和底端的第一定滑轮和第二定滑轮，并且这两个定滑轮经由穿过该雨水管道内外壁的皮带7共同组成滑轮组，由此执行上下循环运动。

磁性元件8譬如为磁铁块的形式，它的数量为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地设置在所述皮带7上，并且随着该皮带一同执行上下循环运动；此外，各个磁性元件8与所述雨水管道6之间保持单自由度的铰接，并使得在上下循环运动过程中仅可相对于所述雨水管道执行(0°，90°]范围内的同一方向翻转。

更具体地，如图4中优选实施方式所示地，所述皮带可按一定间距设置有凸台，凸台肩处安装所述磁性元件，该磁性元件所述皮带上的凸台铰接(单自由度)。所述磁性元件亦有一台肩，与凸台肩相互抵制，使得磁性元件的姿态角度被限制在(0°，90°]。所述感应线圈按一定距离密集缠绕于所述雨水管道上。

此外，所述感应线圈9的数量同样为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地固定缠绕在雨水管道6上，并用于在所述磁性元件8的运动过程中其磁通量相应发生改变，由此产生感应电流。所述输出线路12则与各个所述感应线圈保持相连，并用于向外输出感应电流，并可经由稳压器13输送至所述蓄电池14予以存储。

此外，按照本发明的一个优选实施方式，对于所述雨水管道而言，其在靠近底端的位置优选设置有拨板，该拨板用于当所述磁性元件经过时将此磁性元件拨动发生上述(0°，90°]范围内的同一方向翻转。当然，也可以采用其他适当的方式进行设计，只要其能够满足磁性元件的上述翻转过程即可。

下面将参照图3来更为具体地解释按照本发明的绿色雨水发电系统的工作原理。

降雨时，房顶的水流进雨水管，水流直接射向雨水管内的磁铁，若干磁铁受到冲击，产生向下的合力；雨水管外的磁铁同样受到雨滴的冲击，产生向下的合力，但雨滴的流量与管内(由房顶汇聚而来)相比更小，且管外磁铁的姿态角β∈(0°，90°)，对雨滴的冲击力有削弱作用。故此皮带受到顺时针方向的转矩作用，带动管内的磁铁向下运动。磁铁运动过程中，时刻改变着缠绕在外管壁线圈的磁通量，磁通量的改变产生电压，经由输出线路、稳压器将电能存储至蓄电池。

例如，皮带可顺时针转动，带动管内的磁铁向下运动，管外的磁铁向上运动。磁铁运动过程中，时刻改变着缠绕在外管壁线圈的磁通量，磁通量的改变产生电压，经由输出线路、稳压器将电能存储至蓄电池。

需要进一步指出的是，上述磁性元件的翻转角度或者姿态角度被限制在(0°，90°]。具体的姿态角变化过程：雨水管内的磁性元件由于重力矩的作用和雨水的冲击以及台肩的限制，保持在90°；皮带由雨水管内转动至雨水管外，磁性元件在经过拨板时被拨动，在重力矩的作用下，保持在β(β∈(0°，90°))；皮带继续转动，经由上孔洞进入雨水管内，同样在重力矩的作用、雨水的冲击作用、台肩的限制作用下回到90°，完成一个循环。所述的重力矩的作用是指：由于磁性元件和皮带的连接结构，磁性元件的重心始终在铰链的外侧，即绕铰链产生一个重力矩。

在上述过程中，所述的磁铁与皮带凸台铰接(单自由度)且皮带凸台肩和和磁铁台肩相互抵制，单自由度是指磁铁只能绕铰链转动、抵制的效果是磁铁的姿态角度被限制在(0°，90°]。雨水管道内90°的姿态角使得磁铁的有效受力面积更大，雨水管道外(0°，90°)的姿态角使得有效受力面积更小，综合作用是使得皮带受到顺时针方向的转矩作用。

通过以上构思，本发明在实施时，仅需在既有雨水管外缠绕线圈，开设两个孔洞，加装滑轮和带磁铁的皮带，相对其他发明，对既有建筑、水管的改动更小，施工量更小，降低了雨水发电的成本；除了适用于既有建筑，由于其优点，对在建建筑以及未来建筑同样适用。因此本发明对广大建筑具有相当的推广价值。

此外，按照本发明的另一优选实施方式，磁性元件8在感应线圈9内的感应电动势相互减益，故应遵循同一时刻某一感应线圈9内外最多仅有一个磁性元件8经过。

考虑实际情况，为了防止皮带7松弛，可在雨水管壁5的某处安装可调节高度的涨紧轮。最后，由于雨水管道随着墙面的变化变得蜿蜒曲折，因皮带7具有一定柔性，本雨水发电装置依然适用。

综上，本发明可直接在现有建筑雨水管上进行安装，工作量小，对既有建筑结构改动甚微，属环境友好型装置，符合绿色可持续发展策略；对于在建以及未来建筑同样适用。在对富含重力势能的雨水利用问题上面给出了新思路。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于建筑物的绿色雨水发电系统，该系统包括雨水管道(6)、滑轮组(2)、磁性元件(8)、感应线圈(9)、输出线路(12)和蓄电池(14)，其特征在于：

所述雨水管道(6)沿着竖直方向布置在建筑物的整个外侧墙面上，它的顶端邻近建筑物的房顶(1)，它的底端邻近建筑物的地面排水沟(11)；

所述滑轮组(2)包括分别安装在所述雨水管道(6)的顶端和底端的第一定滑轮和第二定滑轮，并且这两个定滑轮经由穿过该雨水管道内外壁的皮带(7)共同组成滑轮组，由此执行上下循环运动；

所述磁性元件(8)的数量为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地设置在所述皮带(7)上，并且随着该皮带一同执行上下循环运动；此外，各个磁性元件(8)与所述雨水管道(6)之间保持单自由度的铰接，并使得在上下循环运动过程中仅可相对于所述雨水管道(6)执行(0°，90°]范围内的同一方向翻转；

所述感应线圈(9)的数量同样为多个，它们各自沿着竖直方向保持间隔地固定缠绕在所述雨水管道(6)上，并用于在所述磁性元件(8)的运动过程中其磁通量相应发生改变，由此产生感应电流；

所述输出线路(12)与各个所述感应线圈(9)保持相连，并用于向外输出感应电流，并经由稳压器(13)输送至所述蓄电池予以存储。

2.如权利要求1所述的绿色雨水发电系统，其特征在于，对于所述雨水管道(6)而言，其在靠近底端的位置优选设置有拨板，该拨板用于当所述磁性元件(8)经过时将此磁性元件拨动发生上述(0°，90°]范围内的同一方向翻转。

3.如权利要求1或2所述的绿色雨水发电系统，其特征在于，所述皮带(7)优选还配备有多个凸台，所述磁性元件(8)优选各自配备有对应的台肩，并且各个台肩与各个凸台之间保持相互抵制的设置方式；以此方式，当所述磁性元件(8)处于所述雨水管道(6)的内部时，其由于重力矩、雨水的冲刷以及该相互抵制的共同作用，被保持为相对于所述雨水管道呈90°的夹角；而当所述磁性元件(8)翻转至所述雨水管道(6)的外部时，其由于重力矩的作用被保持为相对于所述雨水管道呈(0°，90°)的夹角。

4.如权利要求1-3任意一项所述的绿色雨水发电系统，其特征在于，对于所述磁性元件和感应线圈而言，它们的排列布置方式优选设定为：同一时刻某一感应线圈的内外，最多仅有一磁性元件经过，以此避免两个磁性元件在感应线圈中感应出的电压相互减益。

5.如权利要求1-4任意一项所述的绿色雨水发电系统，其特征在于，所述建筑物优选为既建建筑物或者在建建筑物。