小型水力发电系统技术方案

小型水力发电系统可以由液流产生电能。小型水力发电系统可包括具有多个浆叶的壳体，浆叶定位成从壳体的外表面向外延伸。系统还可包括喷嘴和延伸穿过壳体的对中杆。在来自喷嘴的液流引导到浆叶时，壳体可围绕对中杆转动。包括转子和定子的发电机可定位在壳体的空腔中。转子可以和壳体连接，并且定子可以和对中杆连接。转子可以高ＰＲＭ围绕定子转动，以便在壳体转动时产生电能。电能可供应负载和／或可以存储在储能装置内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及发电，并且更特别地涉及具有小型水力发电系统的水力发电。
技术介绍
其中从流动增压水中提取动能并用来转动发电机以便产生电能的水力发电是公知的。另外，使用例如气体、蒸汽等压力流体转动发电机是公知的。对于采用例如河流或堤坝的大规模水源操作的大型水力发电来说，使用百万加仑的流动水可以产生成千上万兆瓦的电能。因此，将流动水中的动能转换为电能可能包括显著的低效率，并不能提供经济和可以接受程度的性能。随着水电发电设备的尺寸变得更小，所产生的电量也变得更小。另外，从中提取动能的流动水量变得更少。因此，将流动水中的动能转换为电能的效率变得很重要。当存在许多低效率时，只有少量的动能从增压流动水中提取出来。因此，所产生电量随着水力发电设备变得更小而减小。具有许多小型系统，该系统包括流动增压流体并需要电能来操作。某些实例包括民用水处理系统、自动洁具、流速监测器、水测试设备等。具有多种不同的水处理系统，该系统包括碳基过滤器单元和紫外线(UV)单元以便在使用之前对水进行过滤和净化。碳基过滤器单元使用惰性材料来过滤颗粒和有机污染物。从紫外线单元发射的紫外线辐射用来中和水中存在的有害微生物。为了启动紫外线单元和水处理系统中的任何其它电能消耗系统，需要电源。传统水处理系统使用来自标准电插座的电能或电池电源以便驱动包括紫外线单元的水处理系统中的所有部件所需的电能。在通过电插座供电的水处理系统的情况下，该系统限制了便携性能并在电插座电源损坏时不能操作。由电池电源操作的水处理系统只包括在水处理系统的操作或存储过程中可以用完的有限电能供应装置。另外，必须能够更换电池以便使得水处理系统可以操作。如果需要长效电池电源，需要更大的电池，由此显著地增加了水处理系统的重量和尺寸。某些现有水处理系统能够使用标准电插座或电池电源，电池电源可以通过电插座电源补充。尽管这些水处理系统不需要更换电池，虽然以电池电源操作，电池的容量和尺寸决定水处理系统的操作长度。必须同样采用电插座电源经常补充电池电源。另外，这些水处理系统需要另外的电路和部件，以便由两种不同电电源操作。例如盥洗室阀和水池龙头的自动洁具可以包括电操作的阀和传感器。传感器可以检测自动洁具的使用者是否存在并操作电操作阀以响应提供水流。电操作阀和传感器两者需要电能来操作。电能可以通过安装从配电板到自动洁具的电缆来获得。在自动洁具安装在现有建筑物内的情况下，配电板和/或电缆的安装成本高、费时并且是困难的。出于以上原因，需要一种小型水力发电设备，该设备足够小以便安装在例如水处理系统、自动洁具等系统内，并能够以高效率操作来产生足以操作系统的电能。
技术实现思路
本专利技术披露一种克服与现有技术相关的问题的小型水力发电系统。小型水力发电系统的实施例能够有效地提供充分的电能以便通过在例如5000RPM以上的每分钟高转速(RPM)下转动来操作电气装置。由于在流动液体中使得损失最小并使得动能最大地转化成转动动能，以产生电能，可以进行高RPM操作。水力发电系统可以包括大致圆柱形的壳体，可以具有定位成从壳体的外表面向外延伸的多个浆叶。浆叶可以是大致凹入形状并从壳体的外表面垂直延伸。水力发电系统可还可包括喷嘴、对中杆和发电机。喷嘴可以构造成引导浆叶处的高速液体流，以便产生壳体的转动。对中杆可以延伸通过包括在壳体内的空腔。壳体可以围绕对中杆转动以响应液体冲击浆叶。发电机可以是定位在壳体空腔内的永磁体发电机。发电机包括与壳体连接的转子和与对中杆路连接的定子。当壳体转动时，转子可以定位在壳体内以便围绕定子转动并且产生电能。转子可以产生围绕定子轴向对准地悬浮转子的磁场。壳体包括围绕对中杆的套筒。由于转子围绕定子悬浮，壳体围绕对中杆悬浮。套筒因此围绕对中杆，其中在壳体和对中杆之间具有少量或没有接触，以便在壳体转动时减小转动摩擦，并进一步改善效率。壳体可以由与第二轮毂连接的第一轮毂形成，以便形成空腔。在第一和第二轮毂接合时浆叶保持在第一和第二轮毂之间。浆叶可以形成同心围绕壳体的浆叶环。壳体还包括多个排放口，排放口构造成在壳体转动时从空腔内排放液体以便减小流体阻力。由于浆叶经受来自喷嘴的液体流，并且壳体以高RPM转动，空腔因此保持大致干燥。壳体可以完全定位在外壳体内。外壳体可以包括内表面和出口。内表面可以包括减小液体喷射并因此减小在浆叶处引导液体流时的流体阻力的导管。导管可以包括指形件和通道以便减小液体喷射，并还将液体引导离开外壳体。根据从转动壳体溅射的液体分布图案，指形件和通孔可以在内表面上构造成漩涡图案。液体可以通过导管连续引导离开外壳体，使得外壳体保持大致干燥。内壳体和喷嘴可以因此在不浸入液体的情况下操作，以便进一步减小流体阻力并改善有效的能量传递。水力发电系统还可包括例如自动盥洗室冲洗附件的洁具。洁具包括电操作阀、储能装置、功率控制器、传感器和发电机。发电机可以通过液体流动产生电能并用来驱动功率控制器、传感器和电操作阀。当传感器检测到使用盥洗室时，电操作阀可以启动以便开启并提供液体流。液体流可以被发电机用来产生电能以便为储能装置充电。功率控制器可以监测储能装置内存储能量的大小。如果存储的能量大小变得很低时，功率控制器可以启动电操作阀以开启，并且发电机可以对储能装置充电。结合附图，本专利技术的这些和其它特征和优点将从当前优选的实施例的以下详细描述中变得清楚。以上描述只通过介绍来提出。其中不能作为以下限定本专利技术范围的权利要求的限制。附图说明图1示出同水力发电系统的实施例案相连接的水处理系统；图2示出图1所示喷嘴的实施例的截面图；图3示出图1所示的水处理系统和水力发电系统转动90°的截面图，其中水力发电系统被剖视一个部分；图4示出水力发电系统的另一实施例的截面图； 图5示出沿着截取5-5线截取的图4所示喷嘴的截面图；图6示出图4所示的水力发电系统转动90°的截面图，其中水力发电系统被剖视一部分；图7表示同水处理系统相连接的水力发电系统的另一实施例的截面图；图8表示图7所示的水力发电系统的实施例的顶视图，其中定子壳体被剖视一部分；图9表示水力发电系统的另一实施例的截面图；图10表示图9的水力发电系统一部分的截面图；图11表示水力发电系统的另一实施例的侧视图；图12表示图11所示喷嘴的端视图；图13表示沿着线13-13截取的图12所示喷嘴的截面图；图14表示沿着线14-14截取的图12所述喷嘴的另一截面图；图15表示沿着线15-15截取的图11所示水力发电系统的外壳体一部分的截面图；图16表示图11所示水力发电系统的侧视图，其中拆卸了内壳体；图17表示沿着线17-17截取的图11所示水力发电系统的外壳体底部的截面图；图18表示包括在图11所示水力发电系统中的内壳体的分解透视图；图19表示包括在图1所示水力发电系统中的浆叶的透视图；图20表示沿着线20-20截取的图19所示浆叶的截面图；图21表示包括洁具的水力发电系统的透视图；图22表示图21所示洁具的截面侧视图；图23表示包括在图22的洁具内的功率控制器的一个实例的示意图；图24表示包括在图22的洁具内的功率控制器的另一实例的示意图；图25表示图21-24的洁具内的水力发电系统的操作流程图；图26表示水力发电系统的另一实施例的局部截面图；图27表示图26的水力发电系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力发电系统，包括：洁具；可转动地布置在洁具内的壳体，壳体包括多个浆叶，浆叶是大致凹入的并定位成从壳体的外表面向外延伸；布置在壳体内的发电机；布置在洁具内的喷嘴，喷嘴构造成在浆叶处引导液流以便造成壳体转动 ；布置在洁具内的电操作阀，其中电操作阀构造成将液流供应到喷嘴；与电操作阀和储能装置连接的电压控制器，其中电压控制器构造成在储能装置内的电压低于预定阈值时指示电操作阀开启。

【技术特征摘要】
US 2002-10-9 60/4173371.一种水力发电系统，包括洁具；可转动地布置在洁具内的壳体，壳体包括多个浆叶，浆叶是大致凹入的并定位成从壳体的外表面向外延伸；布置在壳体内的发电机；布置在洁具内的喷嘴，喷嘴构造成在浆叶处引导液流以便造成壳体转动；布置在洁具内的电操作阀，其中电操作阀构造成将液流供应到喷嘴；与电操作阀和储能装置连接的电压控制器，其中电压控制器构造成在储能装置内的电压低于预定阈值时指示电操作阀开启。2.如权利要求1所述的水力发电系统，其特征在于，壳体以大约5000RPM以上的转速转动，以便响应大约0.44升/分钟和大约4.16升/分钟之间液流冲击浆叶。3.如权利要求1或2所述的水力发电系统，其特征在于，壳体包括第一轮毂和第二轮毂，第一和第二轮毂构造成连接在一起以便在外表面上保持浆叶就位并同心围绕发电机。4.如权利要求1-3任一项所述的水力发电系统，其特征在于，以大约0.44升/分钟和大约4.16升/分钟之间流过喷嘴的液体造成产生大约0.25瓦到大约30瓦的电能。5.如权利要求1-4任一项所述的水力发电系统，其特征在于，壳体包括多个排放口，排放口围绕外表面同心定位，以便在壳体转动时从壳体排出液体。6.如权利要求1-5任一项所述的水力发电系统，其特征在于，洁具是卫生间洁具。7.如权利要求1-6任一项所述的水力发电系统，其特征在于，发电机包括于壳体的内表面连接的转子以及固定定位在壳体内的定子，转子可围绕定子转动，以便在壳体转动时产生电能。8.一种通过水力发电系统发电的方法，该方法包括为包括具有转子和定子的内壳体的洁具提供加压液体；通过电压控制器监测储能装置的电压水平；为了响应电压水平降低到预定阈值以下，电压控制器激励电操作阀开启，并使得加压液体流动到包括在洁具内的喷嘴；通过喷嘴加速加压液体的速度；经由...

【专利技术属性】
技术研发人员：DW巴曼，TL劳珍黑塞尔，
申请(专利权)人：通达商业集团国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]