小型自來水節能發電裝置的製作方法

2023-09-21 02:14:45

專利名稱：小型自來水節能發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種小型自來水發電裝置，借鑑了水力發電的原理，提供了一種過去所
沒有的家庭節能系統及其相關的裝置，達到回收能源的目的，起到節能的作用。
背景技術：
在能源供求日趨緊張的今天，除了開發新能源，能源節約也已經引起了人們廣泛的重視。民用自來水流動所攜帶的能量來源於自來水廠的加壓水泵，在人們打開水龍頭使用自來水時，這部分能量被白白浪費掉了，由於自來水的應用極其廣泛，被浪費的總能量十分驚人。目前，採用民用自來水發電，回收和利用自來水攜帶的能量，已經引起人們濃厚的興趣。 加拿大艾伯塔大學的科斯蒂克教授成功進行了用自來水發電的試驗[1]。水流經過極細的管道會產生電流，這叫"動電效應"。研究小組製造出一支直徑2釐米、厚3毫米、有約40至50萬個小孔的玻璃塊，當水流過這些小孔時，玻璃塊的兩端就會像傳統的電池一樣，分別產生正、負電荷。試驗產生的電能很小，但可點亮低功率的燈泡。以這種方法產生的電能小，僅可用於行動電話或計算器。 日本正積極發展"自來水系統發電"[2]，這種自來水系統發電廠已於1997年夏季正式開始發電。，該項計劃除可使浪費的能源作有效利用外，還可降低地球表面日漸升高的溫度。所謂自來水系統發電，就是在-自來水公司淨水廠與用水戶之間的自來水管路中設置小型發電廠，利用水管內暢流的水衝擊回輪渦輪發電，適合一個區域安裝一臺且造價較高。 Jin Woo Han設計製作一種自來水發電機(Mini Hydro Turbine) [3]。自來水發電機， 一頭為進水口 ， 一頭為出水口 ，加裝自來水水管上，打開水龍頭，水流的力量就會推動水輪轉動發電。平時，這些電力被儲存在蓄電池中，使用時，通過配套的插座將之轉化為220V供家用電器使用。 專利"用水發電的溫敏變色水龍頭"[4]是一種利用了流動的水的能量發電，並用顏色來顯示出流出的水的的溫度的電子水龍頭。該水龍頭光、機、電一體化，不用任何的電池和交流電，超級環保和超級節能和超級安全。它自帶釹鐵硼微型發電機和溫敏傳感控制電路，其特點是在殼體內的水流通路上裝有驅動葉輪系統，利用水流出水龍頭時的潛在壓力能量，驅動微型發電機發電，供給自身的發光控制系統、溫度傳感系統使用，使得流出的水流柱帶上彩色的燈光，並能根據流出水的溫度的不同，自動地改變燈光的顏色，例如冷水是藍色或綠色；溫水是橙色；而熱水是用紅色來顯示。 專利"用水發電的發光水龍頭"[5]是一種電子發光水龍頭，利用了流動的水的能量發電供給自身使用，使流出的水流柱帶上彩色、動態、有趣、夢幻的燈光。該水龍頭光、機、電一體化，不用任何電池和交流電，超級環保和超級節能和超級安全。它自帶釹鐵硼微型發電機和控制電路，其特點是在殼體內的水流通路上裝有驅動葉輪系統，利用水流出水龍頭時的潛在壓力能量，驅動微型發電機發電，供給自身的LED發光控制系統使用。
專利"水流自發電式水色變幻裝置"[6]。這種實用新型涉及一種水流自發電式水色變幻裝置，含有殼體，安裝在殼體上的進水管和出水口 ，燈光裝置，發電裝置包括發電機、渦輪、磁傳動機構，所述燈光裝置的燈管安裝在出水口內側，直接與水流接觸；所述磁傳動機構為兩塊互相平行且距離相近的環形多極磁體分別固定在渦輪和發電機轉軸上；所述進水管為斜交管。本實用新型的水流自發電式水色變幻裝置，直接安裝在自來水水龍頭出口處，在打開水龍頭時實現水流自發電，在出水口處照亮水體，使水色變幻，絢麗多彩，美麗壯觀。在黑暗的環境使用時可以產生光線，便於使用者使用，或者節約能源。結構簡單新穎，成本較低廉，容易製造，非常利於推廣實施。 專利"自來水發電裝置"[7]是已經公開了一種實用新型自來水發電裝置，該發電裝置包括外殼，外殼下部串接在自來水管道中，外殼中間連接有密封層，水輪位於外殼下部空間內，電連接有整流升壓電路的微型發電機位於外殼上部空間內，微型發電機與水輪之間通過嚙合齒輪相連。由自來水推動水輪驅動微型發電機轉動，能產生2V以上的交流電，經整流升壓電路將電壓提升到12V或14V，最後對儲電器充電，輸出電流較大。所獲電能可以對手機、剃鬚刀、隨身聽等充電，也可作為高效二極體檯燈、電視機、直流日光燈、冰箱等的電源，實現對自來水的綜合利用。所用器件市場易購，價格低廉，不易損壞，壽命長，適用於安裝在家庭自來水管道中發電，不足之處是沒有充電電池和民用電(AC220V)之間的自動轉換，在發電量不足時，家用電器會被迫停用。 可以看出，回收和利用自來水能量的裝置都採用轉換為電能的方式，但各種裝置的發電量差異較大，所帶的負載也有較大的差別。由於自來水使用的廣泛性，發電效率較高、安裝和使用方便、價格低廉的自來水發電裝置將是一個重要的發展方向。
參考文獻 [1]佚名 自來水發電 [2004-07-12] http:〃www. daynews. com. cn/mag2/20040712/ca57945. htm
[2]李雪文.日本正積極法杖"自來水系統發電". [2009-04-30]http:〃www. cnki. com. cn/Article/CJFDTotal_DQSD200003012.htm un = emuch [3]CCTV2《全球資訊》，只見新聞報導，未見相關技術性文章。 [4]徐小羚.用水發電的溫敏變色水龍頭中國，CN200710044835. 7[P]. 2009-2-1
8[2009-04-25] [5]徐小羚.用水發電的發光水龍頭中國，CN200710044831. 9[P]. 2009-02-18[2009-04-27] [6]張青旺.水流自發電式水色變幻裝置中國，CN200720090859. 1 [P]. 2008-04-16[2009-04-26] [7]王兆敏.自來水發電裝置中國，CN200720042752.X. [P].2008/5/21[2009-04-28]

發明內容
自來水通過發電機從而帶動葉輪產生電能，將電能存儲於12v鋰電池中，對水能進行實時回收；使用電能時，通過逆變裝置將12v直流電之轉化為220v交流電，供小功率的家用電器使用。當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用
電，使用電器正常工作。 要解決的技術問題 加拿大艾伯塔大學的科斯蒂克教授的自來水發電試驗，其電能只可點亮低功率的燈泡。因此發電量較小，發電效率較低。 一般水力發電裝置的密封問題不能完全解決。當用電器沒電時， 一般家庭沒有備用電源支持其正常工作。
本發明解決其技術問題是 1.自來水發電機的製作，磁鐵轉動就做切割磁力線運動，從而產生感應電流，實現發電的目的。本裝置發電量較大，輸出電流最大可達40mA。2.結構簡單小巧，能夠實現微型化，其發電系統可以實現與外界密封隔絕，解決了一般水力發電裝置難以解決的密封問題。3.自動切換功能。使用交流繼電器，當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用電即220V交流電，使用電器正常工作。
本發明的有益效果是 利用人們忽視的能量，對水能進行實時回收並儲存，充分節約能源；發電量大，效率高。以居民生活用水為例，根據水利部發布的《中國水資源公報》顯示全國人民每年用水量約為624億噸，而本裝置功率為0. 6瓦，1噸水可發出0. 1千瓦時的電能，按此計算全國生活用水中蘊藏著5千萬千瓦時以上的電能，以每千瓦時5角人民幣的價格計算，全國居民家庭普遍安裝本裝置，則至少可以為國家節約2. 5千萬元電費。


圖1為小型自來水發電裝置的結構示意圖。
圖2為小型自來水發電裝置的整體電路圖。
圖3為水流發電機的內部結構圖。
圖4為發電裝置的逆變電路圖。 圖1中1閥體，2轉軸，3轉輪，4密封蓋，5環形磁鐵，6密封圈，7中環，8上蓋，9電機。
具體實施例方式
自來水發電機的製作，其水輪系統由一個具有進水口和出水口的端蓋與水輪構成，水輪設置於端蓋的內腔中，水輪的轉軸與進水口垂直，水輪由端面板和垂直固定於端面板的上端面上的葉片構成，線圈是繞在一個塑料骨架上的，磁場是靠上，下金屬殼的24齒產生磁場，內環一個24極的磁鐵。磁鐵轉動就做切割磁力線運動，從而產生感應電流，實現發電的目的。其發電效率很高，結構簡單小巧，能夠實現微型化，其發電系統可以實現與外界密封隔絕，解決了一般水力發電裝置難以解決的密封問題。當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用電，即220V交流電。其中水流發電機的主要技術指標是工作壓力0 0. 75Mpa，溫度範圍0 IO(TC，流量範圍1. 5 301/min，輸出電壓0 15VAC(流量0 6X10」mVh)，輸出電流0 40mA，電池充電時間根據電
池容量確定，電池供電時間根據負載功率確定。
儲能模塊l.由壽命上考慮應選用鎳氫電池，但因為其有記憶效應，故選擇鋰電池，但其價格為鉛酸電池的二倍以上。2.從安全方面講，鉛酸電池在碰撞下容易產生爆炸， 而鋰電池不容易爆炸。3.鑑於水流發電機給電池充電是在不易充滿卻放電不完全的的情況 下工作，故應選擇鋰電池或者是鉛酸電池，因為它們沒有記憶效應。4.從體積上看，同等容 量的鋰電池和鉛酸電池的關係是Va= 2/3V鉛，ma= 1/3m鉛酸。5.從環保方面講，鉛酸電 池中存在著大量的鉛，會造成大量的環境汙染。而鋰電池沒有有害物質，是環保電池，但是 鎳氫電池比鋰電池更環保。6.記憶效應，電池中電能未被用盡，又被充電，造成部分電能鈍 化，使電池容量變小，充電次數減少，就叫電池的記憶效應。根據不同電池的特性，充足電的 終止電壓一般選擇額定電壓的1. 2倍左右。如36V電動車電池為36VX 1. 2 = 43. 2V ;手機 電池為3. 6VX1. 2 = 4. 32V ;對於6V蓄電池，它的充電終止電壓是6VX1. 2 = 7. 2V :12伏 的蓄電池為12VX1.2 = 14.4V。應該說，這個數值是理論值，和電池的成色、質量等有關， 一般都採用終止電壓的正負值下限，如3. 6V手機電池為4. 2V，然後轉入"涓流充電"狀態， 這樣既可以使電池充足電，有能延長電池有效使用時間的。因此根據水流發電機的工作特 性，選擇12v鋰電池。 逆變電路家用電器額定工作電壓均為220V，而本裝置儲存的電能特性為12V直 流電壓，故要對其逆變，通過逆變電路使12V變成220V交流電。逆變電路圖見附圖，其中三 極管型號均為A1598，電阻均為1K，電容Cl為1500pF， C2為0. 22uF。
權利要求
一種小型自來水發電裝置，磁鐵轉動就做切割磁力線運動，從而產生感應電流，實現發電的目的。與現有自來水發電的發明相比，本裝置而且價格低廉，發電量較大，輸出電流最大可達40mA。結構簡單小巧，能夠實現微型化，其發電系統可以實現與外界密封隔絕，解決了一般水力發電裝置難以解決的密封問題。本裝置還有一個特色就是自動切換功能。使用交流繼電器，當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用電即220V交流電，使用電器正常工作。
2. 根據權利要求1所述的發電裝置，其特徵是a、安裝方便、使用簡單；本裝置能夠自 動發電、存儲電能，當電能不足以驅動負載正常工作時將自動切換至電網。b、實時回收被人 們忽視的水能，同時不影響其他用戶正常供水，而且成本低廉。c.相比於韓國工業設計師 Jin Woo Han設計的Mini Hydro Turbine,市場售價100800元。而本裝置成本不足百元， 而本裝置儲存的電能通過逆變裝置將12V直流電轉化為220V交流電，可廣泛應用於家庭、 賓館、洗浴等場所的小功率用電器使用。而國內同類自來水發電裝置主要應用於自發電感 應水龍頭、LED照明、變色的情調花灑、水龍頭水溫(紅\黃\藍)變色LED出水口照明、自 來水用水過大LED警示牌等。d.當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用電即 220V交流電，使用電器正常工作。
3. 根據權利要求1所述的發電裝置，其特徵是本裝置借鑑了水力發電的原理，只要將 自來水發電機固定在水龍頭或水管上，即可利用人們用水時產生的水流來發電，並將電力 存儲起來。
全文摘要
這是一種小型自來水節能發電裝置，自來水通過發電機從而帶動葉輪產生電能，將電能存儲於12V鋰電池中，對水能進行實時回收；使用電能時，通過逆變裝置將12V直流電之轉化為220V交流電，供小功率的家用電器使用。當電池電能不足，導致家用電器不能正常工作時，本裝置將自動切換到民用電，使用電器正常工作。
文檔編號F03B13/00GK101699058SQ20091014947
公開日2010年4月28日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者尹明, 張斌, 張輝, 李啟龍, 趙繼東, 陳瑜慶, 黃紹軍 申請人:齊齊哈爾大學