CN114439669A - 雨水发电装置及发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雨水发电装置，包括转轴，转轴的一端设有发电机，转轴上设有至少一个雨水筒发电单元；雨水筒发电单元包括转动配合套装在所述转轴上的雨水筒，所述雨水筒的第一端封闭并形成封闭端、第二端设有开口并形成开口端，且所述雨水筒的重心位于转轴和所述封闭端之间并靠近所述转轴设置，且当所述雨水筒内无雨水时，所述雨水筒在重力的作用下使所述封闭端向下转动，当雨水筒内蓄积最大量的雨水时，所述雨水筒的开口端向下转动；雨水筒与所述转轴之间设有棘轮机构，所述棘轮机构在所述封闭端向下转动时使所述雨水筒与所述转轴转动配合、在所述开口端向下转动时驱动所述转轴与所述雨水筒同步转动。本发明还公开了一种雨水发电方法。

Description

雨水发电装置及发电方法
技术领域
本发明属于发电技术领域，具体的为一种雨水发电装置及发电方法。
背景技术
当前，能源日益紧缺，新的清洁能源开发技术日趋重要。雨水是极为常见的天然资源，如能合理利用将产生巨大的经济效益。现有的雨水发电装置主要由两类，一类是利用雨水驱动叶轮转动，进而利用发电机发电；另一类是采用压电材料收集雨滴动能，利用压电效应实现发电。这两类雨水发电装置虽然均能够实现利用雨水发电的技术目的，但是大都存在成本高昂，不利于规模化推广的问题。
如公开号为CN110030137B的中国专利公开了一种新型的雨水发电装置，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。该雨水发电装置虽然能够有效降低管路系统的能量损耗，实现利用雨水发电，但波纹管及叶轮的制作工艺复杂，成本高昂，不适于大规模推广。
如公开号为CN112072946A的中国专利申请公开了一种液滴发电装置，包括液滴发电单元和蓄电单元；所述液滴发电单元包括从下至上依次设置的绝缘底板、第一电极、聚四氟乙烯薄膜和第二电极，其中第二电极部分铺覆于聚四氟乙烯薄膜；所述第一电极还设置有与地面接触的地线；所述蓄电单元包括整流器和蓄电池，其中整流器通过导线分别与第一电极、第二电极连接，所述蓄电池与所述整流器连接。该液滴发电装置能够有效利用低频无序的水运动能量，收集液滴与平板表面接触时产生的电能，结合类场效应晶体管的结构设计与高表面电荷密度，具有较高的发电效率，但液滴发电单元也存在制作复杂、成本高昂的问题，也不利于推广。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雨水发电装置及发电方法，不仅能够实现利用雨水发电的技术目的，而且具有结构简单、成本可控的优点。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种雨水发电装置，包括转轴，所述转轴的一端设有发电机，所述转轴上设有至少一个雨水筒发电单元；
所述雨水筒发电单元包括转动配合套装在所述转轴上的雨水筒，所述雨水筒的第一端封闭并形成封闭端、第二端设有开口并形成开口端，且所述雨水筒的重心位于所述转轴和所述封闭端之间并靠近所述转轴设置，且当所述雨水筒内无雨水时，所述雨水筒在重力的作用下使所述封闭端向下转动，当所述雨水筒内蓄积最大量的雨水时，所述雨水筒的开口端向下转动；
所述雨水筒与所述转轴之间设有棘轮机构，所述棘轮机构在所述封闭端向下转动时使所述雨水筒与所述转轴转动配合、在所述开口端向下转动时驱动所述转轴与所述雨水筒同步转动。
进一步，所述棘轮机构包括与所述转轴转动配合并与所述雨水筒同步转动的驱动轮和与所述转轴同步转动的棘轮，所述驱动轮上设有与所述棘轮的棘齿啮合的棘爪和用于对所述棘爪施加拉力的拉簧。
进一步，所述驱动轮面向所述棘轮的一侧侧面上设有第一安装柱，所述第一安装柱与所述驱动轮的轴线平行，所述棘爪与所述第一安装柱转动配合。
进一步，所述驱动轮面向所述棘轮的一侧侧面上还设有第二安装柱，所述第二安装柱上设有第二挂孔，所述棘轮上设有第一挂孔，所述拉簧安装在所述第一挂孔和第二挂孔之间。
进一步，所述转轴的两端分别设有第一轴承座和第二轴承座。
进一步，还包括用于引流雨水并使雨水从所述雨水筒的开口端进入雨水筒的雨水引流组件。
进一步，所述雨水引流组件包括位于所述雨水筒的开口端上方的雨水引流槽，所述雨水引流槽的槽底与所述雨水筒一一对应设有出水口。
进一步，所有的所述出水口的孔径相等；或，所述出水口的孔径不完全相等。
本发明还提出了一种雨水发电方法，包括如下过程：
初始状态：雨水筒(1)内无雨水，雨水筒(1)在重力作用下其封闭端(1a)向下转动，在棘轮机构的作用下，此时转轴(3)不转动；
蓄水过程：当雨水通过开口端(1b)进入雨水筒(1)后，雨水筒(1)内蓄积雨水；
旋转发电：当雨水筒(1)内蓄积的雨水达到最大量时，雨水筒(1)的开口端(1b)向下转动，在棘轮的作用下带动转轴(3)转动，并驱动发电机(11)发电；同时雨水筒(1)内的雨水从开口端(1b)流出；
回转过程：当雨水筒(1)内的雨水完全流出后，雨水筒(1)在重力作用下其封闭端(1a)向下转动，回到初始状态；
如此往复循环，实现发电。
进一步，利用雨水引流组件将雨水从开口端引流至雨水筒内，所述雨水引流组件包括位于所述雨水筒的开口端上方的雨水引流槽，所述雨水引流槽的槽底与所述雨水筒一一对应设有出水口；
当所有的所述出水口的孔径相等时，首先控制每一个雨水筒的开口端向下转动的时间，而后使所有的雨水筒的开口端在自然状态下按照设定的规律向下转动，并驱动转轴连续转动，进而驱动发电机连续发电；
当所述出水口的孔径不完全相等时，按照设定规律设置出水口的孔径，使雨水筒蓄积最大雨水量所需的时间按照设定时间分布，并驱动转轴连续转动，进而驱动发电机连续发电。
本发明的有益效果在于：
本发明的雨水发电装置，通过在转轴上设置与其转动配合的雨水筒，并在雨水筒与转轴之间设置棘轮机构，利用“惊鹿器”的杠杆原理，将雨水筒的重心设置在其封闭端与转轴之间并靠近转轴，当雨水筒内无雨水时，雨水筒在重力作用下，封闭端向下绕转轴转动，在棘轮机构的作用下，此时的转轴不转动；当雨水筒内蓄积的雨水量达到最大量时，雨水筒的开口端向下绕转轴转动，在棘轮的作用下，此时的转轴转动并驱动发电机发电；综上可知，本发明的雨水发电装置利用杠杆原理驱动转轴转动进而使发电机发电，结构简单可靠，所有零部件制作简单，成本低廉，适于大规模推广；且本发明的雨水发电装置还可如传统的“惊鹿器”一样作为一种园林景观部件，进一步扩大了雨水发电装置的应用场景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明雨水发电装置实施例的结构示意图；
图2为雨水筒发电单元的结构示意图；
图3为驱动轮的结构示意图。
附图标记说明：
1-雨水筒；1a-封闭端；1b-开口端；2-第一轴承座；3-转轴；4-棘轮；4a-棘齿；5-驱动轮；5a-第一安装柱；5b-第二安装柱；5c-卡槽；6-雨水引流槽；6a-出水口；7-支撑杆；8-棘爪；9-第二轴承座；10-拉簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明雨水发电装置实施例的结构示意图。本实施例的雨水发电装置，包括转轴3，转轴3的一端设有发电机11，转轴3上设有至少一个雨水筒发电单元，本实施例的转轴3上设有11个雨水筒发电单元。本实施例的转轴3的两端分别设有第一轴承座2和第二轴承座9，用于支撑转轴3。
本实施例的雨水筒发电单元包括转动配合套装在转轴3上的雨水筒1，雨水筒1的第一端封闭并形成封闭端1a、第二端设有开口并形成开口端1b，且雨水筒1的重心位于转轴3和封闭端1a之间并靠近转轴3设置，且当雨水筒1内无雨水时，雨水筒1在重力的作用下使封闭端1a向下转动，当雨水筒1内蓄积最大量的雨水时，雨水筒1的开口端1b向下转动。雨水筒1与转轴3之间设有棘轮机构，棘轮机构在封闭端1a向下转动时使雨水筒1与转轴3转动配合、在开口端1b向下转动时驱动转轴3与雨水筒1同步转动。
进一步，本实施例的棘轮机构包括与转轴3转动配合并与雨水筒1同步转动的驱动轮5和与转轴3同步转动的棘轮4，驱动轮5上设有与棘轮4的棘齿4a啮合的棘爪8和用于对棘爪8施加拉力的拉簧10。本实施例的驱动轮5面向棘轮4的一侧侧面上设有第一安装柱5a，第一安装柱5a与驱动轮5的轴线平行，棘爪8与第一安装柱5a转动配合。本实施例的驱动轮5面向棘轮4的一侧侧面上还设有第二安装柱5b，第二安装柱5b上设有第二挂孔，棘轮4上设有第一挂孔4a，拉簧10安装在第一挂孔4a和第二挂孔之间。本实施例的驱动轮5面向雨水筒1的一侧设有卡槽5c，所述驱动轮5通过卡槽嵌在雨水筒1上并与雨水筒1同步转动。
进一步，本实施例的雨水发电装置还包括用于引流雨水并使雨水从雨水筒1的开口端1b进入雨水筒的雨水引流组件。雨水引流组件可以采用现有的多种方式实现，如雨水引流沟、雨水引流管等。本实施例的雨水引流组件包括位于雨水筒1的开口端1b上方的雨水引流槽6，雨水引流槽6的下方设有支撑杆7，雨水引流槽6的槽底与雨水筒1一一对应设有出水口6a。具体的，出水口6a可以根据需要按照多种方式设置，如所有的出水口6a的孔径相等；或，出水口6a的孔径不完全相等。本实施例中，所有的出水口6a的孔径相等。
本实施例的雨水发电装置，通过在转轴上设置与其转动配合的雨水筒，并在雨水筒与转轴之间设置棘轮机构，利用“惊鹿器”的杠杆原理，将雨水筒的重心设置在其封闭端与转轴之间并靠近转轴，当雨水筒内无雨水时，雨水筒在重力作用下，封闭端向下绕转轴转动，在棘轮机构的作用下，此时的转轴不转动；当雨水筒内蓄积的雨水量达到最大量时，雨水筒的开口端向下绕转轴转动，在棘轮的作用下，此时的转轴转动并驱动发电机发电；综上可知，本发明的雨水发电装置利用杠杆原理驱动转轴转动进而使发电机发电，结构简单可靠，所有零部件制作简单，成本低廉，适于大规模推广；且本实施例的雨水发电装置还可如传统的“惊鹿器”一样作为一种园林景观部件，进一步扩大了雨水发电装置的应用场景。
下面结合本实施例的雨水发电装置对雨水发电方法的具体实施方式做详细说明。
本实施例的雨水发电方法，包括如下过程：
初始状态：雨水筒1内无雨水，雨水筒1在重力作用下其封闭端1a向下转动，在棘轮机构的作用下，此时转轴3不转动；
蓄水过程：当雨水通过开口端1b进入雨水筒1后，雨水筒1内蓄积雨水；
旋转发电：当雨水筒1内蓄积的雨水达到最大量时，雨水筒1的开口端1b向下转动，在棘轮的作用下带动转轴3转动，并驱动发电机11发电；同时雨水筒1内的雨水从开口端1b流出；
回转过程：当雨水筒1内的雨水完全流出后，雨水筒1在重力作用下其封闭端1a向下转动，回到初始状态；
如此往复循环，实现发电。
进一步，本实施例利用雨水引流组件将雨水从开口端1b引流至雨水筒1内，雨水引流组件包括位于雨水筒1的开口端1b上方的雨水引流槽6，雨水引流槽6的槽底与雨水筒1一一对应设有出水口6a。
当所有的出水口6a的孔径相等时，首先控制每一个雨水筒1的开口端1b向下转动的时间，而后使所有的雨水筒1的开口端1b在自然状态下按照设定的规律向下转动，并驱动转轴3连续转动，进而驱动发电机11连续发电；
当出水口6a的孔径不完全相等时，按照设定规律设置出水口6a的孔径，使雨水筒1蓄积最大雨水量所需的时间按照设定时间分布，并驱动转轴3连续转动，进而驱动发电机11连续发电。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种雨水发电装置，其特征在于：包括转轴(3)，所述转轴(3)的一端设有发电机(11)，所述转轴(3)上设有至少一个雨水筒发电单元；
所述雨水筒发电单元包括转动配合套装在所述转轴(3)上的雨水筒(1)，所述雨水筒(1)的第一端封闭并形成封闭端(1a)、第二端设有开口并形成开口端(1b)，且所述雨水筒(1)的重心位于所述转轴(3)和所述封闭端(1a)之间并靠近所述转轴(3)设置，且当所述雨水筒(1)内无雨水时，所述雨水筒(1)在重力的作用下使所述封闭端(1a)向下转动，当所述雨水筒(1)内蓄积最大量的雨水时，所述雨水筒(1)的开口端(1b)向下转动；
所述雨水筒(1)与所述转轴(3)之间设有棘轮机构，所述棘轮机构在所述封闭端(1a)向下转动时使所述雨水筒(1)与所述转轴(3)转动配合、在所述开口端(1b)向下转动时驱动所述转轴(3)与所述雨水筒(1)同步转动。
2.根据权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于：所述棘轮机构包括与所述转轴(3)转动配合并与所述雨水筒(1)同步转动的驱动轮(5)和与所述转轴(3)同步转动的棘轮(4)，所述驱动轮(5)上设有与所述棘轮(4)的棘齿(4a)啮合的棘爪(8)和用于对所述棘爪(8)施加拉力的拉簧(10)。
3.根据权利要求2所述的雨水发电装置，其特征在于：所述驱动轮(5)面向所述棘轮(4)的一侧侧面上设有第一安装柱(5a)，所述第一安装柱(5a)与所述驱动轮(5)的轴线平行，所述棘爪(8)与所述第一安装柱(5a)转动配合。
4.根据权利要求2所述的雨水发电装置，其特征在于：所述驱动轮(5)面向所述棘轮(4)的一侧侧面上还设有第二安装柱(5b)，所述第二安装柱(5b)上设有第二挂孔，所述棘轮(4)上设有第一挂孔(4a)，所述拉簧(10)安装在所述第一挂孔(4a)和第二挂孔之间。
5.根据权利要求1所述的雨水发电装置，其特征在于：所述转轴(3)的两端分别设有第一轴承座(2)和第二轴承座(9)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的雨水发电装置，其特征在于：还包括用于引流雨水并使雨水从所述雨水筒(1)的开口端(1b)进入雨水筒的雨水引流组件。
7.根据权利要求6所述的雨水发电装置，其特征在于：所述雨水引流组件包括位于所述雨水筒(1)的开口端(1b)上方的雨水引流槽(6)，所述雨水引流槽(6)的槽底与所述雨水筒(1)一一对应设有出水口(6a)。
8.根据权利要求7所述的雨水发电装置，其特征在于：所有的所述出水口(6a)的孔径相等；或，所述出水口(6a)的孔径不完全相等。
9.一种雨水发电方法，其特征在于：包括如下过程：
初始状态：雨水筒(1)内无雨水，雨水筒(1)在重力作用下其封闭端(1a)向下转动，在棘轮机构的作用下，此时转轴(3)不转动；
蓄水过程：当雨水通过开口端(1b)进入雨水筒(1)后，雨水筒(1)内蓄积雨水；
旋转发电：当雨水筒(1)内蓄积的雨水达到最大量时，雨水筒(1)的开口端(1b)向下转动，在棘轮的作用下带动转轴(3)转动，并驱动发电机(11)发电；同时雨水筒(1)内的雨水从开口端(1b)流出；
回转过程：当雨水筒(1)内的雨水完全流出后，雨水筒(1)在重力作用下其封闭端(1a)向下转动，回到初始状态；
如此往复循环，实现发电。
10.根据权利要求9所述的雨水发电方法，其特征在于：利用雨水引流组件将雨水从开口端(1b)引流至雨水筒(1)内，所述雨水引流组件包括位于所述雨水筒(1)的开口端(1b)上方的雨水引流槽(6)，所述雨水引流槽(6)的槽底与所述雨水筒(1)一一对应设有出水口(6a)；
当所有的所述出水口(6a)的孔径相等时，首先控制每一个雨水筒(1)的开口端(1b)向下转动的时间，而后使所有的雨水筒(1)的开口端(1b)在自然状态下按照设定的规律向下转动，并驱动转轴(3)连续转动，进而驱动发电机(11)连续发电；
当所述出水口(6a)的孔径不完全相等时，按照设定规律设置出水口(6a)的孔径，使雨水筒(1)蓄积最大雨水量所需的时间按照设定时间分布，并驱动转轴(3)连续转动，进而驱动发电机(11)连续发电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114825072A (zh) * 2022-06-13 2022-07-29 陈浩 一种箱式变电站

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