CN110030137A - 一种新型的雨水发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的雨水发电装置，该发电装置能够包括蓄水部，管道结构，叶轮部及发电机；并且，蓄水部位于管道结构上方，并与管道结构相连通；叶轮部总体布置在管道结构中，并且设置在管道结构的上端部；叶轮部能够包括转轴，转轴与管道结构垂直布置；并且，叶轮部的转轴能够由传输设备连接至发电机。根据本发明的新型雨水发电装置，管道结构采用波纹管；并且，由波纹管及叶轮部构成的发电装置主体被布置在支撑架上。

Description

一种新型的雨水发电装置
技术领域
本发明涉及一种新型的雨水发电装置。
背景技术
大多数的楼房顶层设置有落水管。落水管能够将房顶上的雨水收集起来并将这部分雨水由房顶传输至地面。考虑到利用这部分雨水的势能，并有效地利用雨水进行发电，已有一些雨水发电装置被设计。例如，专利CN201358872Y及专利CN201218167Y中公开的雨水发电装置。然而，其装置结构过于简单，并且在管路系统的设计上也有很大漏洞，装置尺寸较小，并且成本较高。
又如，专利CN205225571U中公开了一种用于坡型房顶的雨水发电装置，该坡型房顶并排平行设有若干雨水流道；专利CN103343725B中公开了一种基于微型水斗与PVDF膜压电技术的复合雨水发电装置，本装置解决了现有雨水发电装置成本高，且安装调试过程繁琐的问题。然而，上述装置与现有技术中大多数雨水发电装置一样，均为管路系统采用直壁管的雨水发电装置，其管路换热效率相对较低，且能耗较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种新型的能够强化管路系统的能量损耗及热质传递的雨水发电装置。
根据本发明的新型雨水发电装置采用如下技术方案：
一种新型的雨水发电装置，其特征在于，该发电装置能够包括蓄水部，管道结构，叶轮部及发电机；并且，蓄水部位于管道结构上方，并与管道结构相连通；叶轮部总体布置在管道结构中，并且设置在管道结构的上端部；叶轮部能够包括转轴，转轴与管道结构垂直布置；并且，叶轮部的转轴能够由传输设备连接至发电机。
根据本发明的新型雨水发电装置，优选地，管道结构采用波纹管；并且，由波纹管及叶轮部构成的发电装置主体被布置在支撑架上。
根据本发明的新型雨水发电装置，优选地，蓄水部能够用于存蓄雨水，并且蓄水部中能够设置有阀，阀设置在蓄水部与管道结构相连接处。
根据本发明的新型雨水发电装置，优选地，蓄水部中还能够设置过滤器，过滤器用于过滤蓄水部中的杂质。
根据本发明的新型雨水发电装置，优选地，管道结构的下部能够设置有排水池，并且，在排水池的下部设有排水口。
进一步优选地，根据本发明的新型雨水发电装置还能够直接安装在楼房的落水管上，并且利用楼房雨水积水的势能转换为电能。根据本发明的发电装置产生的电能可就近利用，例如，可用于该楼房的应急电源等。
根据本发明的新型雨水发电装置其工作原理如下：
根据本发明的雨水发电装置应用水斗式水轮机原理，雨水能够经过高位储水管道或落水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转并进一步带动发电机发电。水斗式水轮机是一种工作射流中心线与转轮节圆相切、转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成的水力原动机。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率越大。
根据本发明的雨水发电装置能够将降雨存储起来，并将蓄水的重力势能转化为动能，这部分动能冲击水轮机的叶片，从而产生旋转式的机械能，这部分机械能经由发电机发电转化为电能。并且，在水轮机旋转过程中，其能量转化的过程中会产生阻尼、振动及热能等能量损耗，管道结构采用的波纹管能够有效降低这部分能量损耗，提高发电装置的效率及使用寿命。
根据本发明的雨水发电装置构造简单、成本低廉、安装方便。采用本发明的新型的雨水发电装置，能够低成本地实现从雨水势能到电能的转化，并实现节能减排。
与现有技术相比，根据本法的雨水发电装置采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明的新型雨水发电装置其管道结构采用新型的波纹管，能够有效降低管路系统的能量损耗，延长发电装置的使用寿命，并提高发电装置的效率，并且也能够方便安装及管路空间的调控。
进一步，本发明的雨水发电装置其管路结构内部采用波纹结构，使得流体在管路内部产生涡流，能够达到强化换热的效果；并且，管路结构的外部也采用波纹结构，能够进一步强化换热。
附图说明
图1是根据本发明的雨水发电装置的部分结构示意图；
图2是根据本发明的雨水发电装置的波壁管的数值模拟图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明做进一步详细描述：
在一个实施例中，根据本发明的新型发电装置具体能够包括蓄水部，管道结构，叶轮部及发电机；并且，蓄水部位于管道结构上方，并与管道结构相连通；叶轮部总体布置在管道结构中，并且设置在管道结构的上端部；叶轮部包括转轴，转轴与管道结构垂直布置；并且，叶轮部的转轴由传输设备连接至发电机。管道结构采用波纹管；并且，由波纹管及叶轮部构成的发电装置主体被布置在支撑架上。
进一步，蓄水部能够用于存蓄雨水，并且蓄水部中设置有阀，阀设置在蓄水部与管道结构相连接处。蓄水部中设置过滤器，用于过滤蓄水部中的杂质。并且，管道结构的下部还设置有排水池，用于容纳管道结构中排出的雨水。并且，在排水池的下部设有排水口。
图1示出了根据本发明的发电装置的管道结构及叶轮部的布置，如图1所示，本发明的新型雨水发电装置主体部分包括波纹管1、转轴2及叶轮3。管道结构能够安装在由支柱构成的支撑架上，叶轮3固定安装在波纹管1的上端部；叶轮3固定于管道结构内，并且叶轮3的转轴2与管道结构垂直布置。
进一步，根据本发明的雨水发电装置采用水斗式水轮机原理，雨水能够经过高位储水管道或落水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转并进一步带动发电机发电。水头越高、流量越大，则水轮机的输出功率越大。
根据本发明的雨水发电装置能够将降雨存储起来，并将蓄水的重力势能转化为动能，这部分动能冲击水轮机的叶片，从而产生旋转式的机械能，这部分机械能经由发电机发电转化为电能。并且，在水轮机旋转过程中，其能量转化的过程中会产生阻尼、振动及热能等能量损耗，管道结构采用的波纹管能够有效降低这部分能量损耗，提高发电装置的效率及使用寿命。
此外，对正弦波纹管内热质传递特性的研究表明：当Re<160时，管内流体处于层流状态，壁面剪切力和质量传递速率分别以斜率1和1/3增加；当Re>200时，管内流体处于湍流状态，壁面剪切力和质量传递速率分别以斜率2/3和3/5增加；当160<Re<200时，则处于过渡流状态，壁面剪切力和质量传递速率随管型急剧变化。在对波壁管内热质传递的系统研究中还发现：在层流状态中，随着Re的增加，波峰内逐渐形成漩涡，且漩涡中心随Re逐渐向下游移动；当Re超过其临界值时，管内流动出现T-S波；同时该研究还发现：相同功率下，在中等Re下传质效果最优。Mahmud等在层流流域内研究了波壁管波幅和波长对流体流动特性的影响，结果表明：波壁管波幅与波长比值对管内流体传热效率影响较大，随着两者比值增大，传热效率增加的同时压降也有较大提高；在每个周期内，Nu在分离点和附着点出现极值，且随两者比值增大而增大。
图2所示是本发明一个实施例的波壁管的数值模拟图，基于数值模拟的方法，分析在低雷诺数下波壁管波形变化对流体流动与传热特性的影响，并分析相同功耗下波壁管的综合传热性能。结果表明：波幅和波长变化对波壁管传热均有影响，强化效果与波幅成正比，与波长成反比；当功耗相同时，小波幅的波壁管有较好的综合换热效果，大波幅的波壁管强化传热以较大能量消耗作为代价；雷诺数大于2000时，增大波长能达到较好的综合换热效果。
以上实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求确定的保护范围内。
附图说明列表
1 波纹管
2 转轴
3 叶轮

Claims (6)

1.一种新型的雨水发电装置，其特征在于，所述发电装置能够包括蓄水部，管道结构及叶轮部；并且，所述蓄水部位于所述管道结构上方，并与所述管道结构相连通；所述叶轮部总体布置在所述管道结构中，并且设置在所述管道结构的上端部；所述叶轮部能够包括转轴，所述转轴与所述管道结构垂直布置；并且，所述叶轮部连接至所述发电机。
2.如权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于，所述管道结构采用波纹管。
3.如权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于，由所述管道结构及叶轮部构成的发电装置主体被布置在支撑架上。
4.如权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于，所述蓄水部用于存蓄雨水，并且设置有阀，所述阀设置在所述蓄水部与管道结构相连接处。
5.如权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于，所述蓄水部中设置有过滤器，所述过滤器用于过滤所述蓄水部中的杂质。
6.如权利要求1所述的雨水发电装置，所述管道结构的下部设置有排水池，并且，在所述排水池中设有排水口。
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