專利名稱：自供電小型液體處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及液體處理系統(tǒng)，并且特別涉及一種小型液體處理 系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)通過包括在液體處理系統(tǒng)中的小型水力發(fā)電系統(tǒng)自 供電。
背景技術(shù)：
其中從流動(dòng)增壓水中提取動(dòng)能并用來轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)以便產(chǎn)生電能的 水力發(fā)電是公知的。另外，使用例如氣體、蒸汽等壓力流體轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電 機(jī)是公知的。對(duì)于采用例如河流或提壩的大規(guī)模水源操作的大型水力 發(fā)電來說，使用百萬加侖的流動(dòng)水可以產(chǎn)生成千上萬兆瓦的電能。因 此，將流動(dòng)水中的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能可能包括顯著的低效率，并不能提 供經(jīng)濟(jì)和可以接受程度的性能。
隨著水電發(fā)電設(shè)備的尺寸變得更小，所產(chǎn)生的電量也變得更小。 另外，從中提取動(dòng)能的流動(dòng)水量變得更少。因此，將流動(dòng)水中的動(dòng)能 轉(zhuǎn)換為電能的效率變得很重要。當(dāng)存在許多低效率時(shí)，只有少量的動(dòng) 能從增壓流動(dòng)水中提取出來。因此，所產(chǎn)生電量隨著水力發(fā)電設(shè)備變 得更小而減小.
具有許多小型系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流動(dòng)增壓流體并需要電能來操作。 某些實(shí)例包括民用水處理系統(tǒng)、自動(dòng)潔具、流速監(jiān)測(cè)器、水測(cè)試設(shè)備 等。
具有多種不同的水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括碳基過濾器單元和紫外 線(uv)單元以便在使用之前對(duì)水進(jìn)行過濾和凈化。碳基過濾器單元
使用惰性材料來過濾顆粒和有機(jī)污染物。從紫外線單元發(fā)射的紫外線 輻射用來中和水中存在的有害微生物。
為了啟動(dòng)紫外線單元和水處理系統(tǒng)中的任何其它電能消耗系統(tǒng)， 需要電源。傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)使用來自標(biāo)準(zhǔn)電插座的電能或電池電源以便驅(qū)動(dòng)包括紫外線單元的水處理系統(tǒng)中的所有部件所需的電能。在通 過電插座供電的水處理系統(tǒng)的情況下，該系統(tǒng)限制了便攜性能并在電 插座電源損壞時(shí)不能操作。
由電池電源操作的水處理系統(tǒng)只包括在水處理系統(tǒng)的操作或存儲(chǔ) 過程中可以用完的有限電能供應(yīng)裝置。另外，必須能夠更換電池以便 使得水處理系統(tǒng)可以操作。如果需要長(zhǎng)效電池電源，需要更大的電池， 由此顯著地增加了水處理系統(tǒng)的重量和尺寸。
某些現(xiàn)有水處理系統(tǒng)能夠使用標(biāo)準(zhǔn)電插座或電池電源，電池電源 可以通過電插座電源補(bǔ)充。盡管這些水處理系統(tǒng)不需要更換電池，雖 然以電池電源操作，電池的容量和尺寸決定水處理系統(tǒng)的操作長(zhǎng)度。 必須同樣采用電插座電源經(jīng)常補(bǔ)充電池電源。另外，這些水處理系統(tǒng) 需要另外的電路和部件，以便由兩種不同電電源操作。
例如盥洗室閥和水池水龍頭的自動(dòng)潔具可以包括電操作的閥和傳 感器。傳感器可以檢測(cè)自動(dòng)潔具的使用者是否存在并操作電操作閥以 響應(yīng)提供水流.電操作閥和傳感器兩者需要電能來操作。電能可以通 過安裝從配電板到自動(dòng)潔具的電纜來獲得。在自動(dòng)潔具安裝在現(xiàn)有建 筑物內(nèi)的情況下，配電板和/或電纜的安裝成本高、費(fèi)時(shí)并且是困難的。
出于以上原因，需要一種小型水力發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備足夠小以便 安裝在例如水處理系統(tǒng)、自動(dòng)潔具等系統(tǒng)內(nèi)，并能夠以高效率操作來 產(chǎn)生足以操作系統(tǒng)的電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露一種克服與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題的小型液體處理系 統(tǒng)。小型液體處理系統(tǒng)的實(shí)施例可以通過水力發(fā)電系統(tǒng)來自供電。該 液體處理系統(tǒng)包括過濾器、紫外線輻射劑量系統(tǒng)和水力發(fā)電機(jī)。液體 處理系統(tǒng)布置在構(gòu)造成安裝在水龍頭端部處的殼體內(nèi)。殼體包括用于 提供處理液體的第一流動(dòng)路徑和用于提供未處理液體的第二流動(dòng)路 徑。第一和第二流動(dòng)路徑可以是獨(dú)立的流動(dòng)路徑，該路徑可通過液體 處理系統(tǒng)的使用者使用轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來選擇。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可連接到殼體上， 并且可拆卸地與水龍頭端部連接。
液體處理系統(tǒng)還包括處理器。處理器可通過水力發(fā)電機(jī)供電，或 者通過由水力發(fā)電機(jī)充電的例如電池或電容器的儲(chǔ)能裝置供電。另外，
包括在紫外線輻射劑量系統(tǒng)內(nèi)的紫外線(uv)光源可通過水力發(fā)電機(jī)供電，或者通過由水力發(fā)電機(jī)充電的例如電池或電容器的儲(chǔ)能裝置供
電。液體處理系統(tǒng)還可包括uv開關(guān)。uv開關(guān)可通過處理器控制，以 便有選擇地將水力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能供應(yīng)到uv光源，處理器還可監(jiān)
測(cè)液體處理系統(tǒng)并且提供與液體處理系統(tǒng)操作相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警 和指示，使用者可選擇處理或未處理的液體并且將液流供應(yīng)到液體處 理系統(tǒng)，液體可以射流的方式噴射，以便造成水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過 水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可產(chǎn)生電能。電能可激勵(lì)處理器以便開始檢測(cè)由水
力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。根據(jù)AC電能，處理器可確定水力發(fā)電機(jī)的每分 鐘轉(zhuǎn)速。當(dāng)水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)入預(yù)定范圍時(shí)，處理器啟動(dòng)UV開
關(guān)，以便將水力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能提供給uv光源。在啟動(dòng)之后，uv
光源可提供uv能量以便對(duì)流過第一流動(dòng)路徑的液體消毒。作為選擇， 儲(chǔ)能裝置可用來在水力發(fā)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)激勵(lì)uv光源。當(dāng)水力發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)動(dòng)速度到達(dá)確定范圍時(shí)，處理器可啟動(dòng)uv開關(guān)以便將水力發(fā)電機(jī)
產(chǎn)生的電能提供給(JV光源和/或充電儲(chǔ)能裝置。
殼體可包括大致圓柱形部分和大致球形部分。過濾器和uv輻射劑 量系統(tǒng)可布置在圓柱形部分內(nèi)，并且水力發(fā)電系統(tǒng)可布置在球形部分 內(nèi)。殼體可構(gòu)造成多個(gè)隔室'第一隔室可包括過濾器并且與沿著第一 流動(dòng)路徑流動(dòng)的液體流體連通。水力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造成在第二隔室內(nèi)操 作。紫外線輻射劑量系統(tǒng)布置在第三隔室內(nèi)，第三隔室構(gòu)造成保持大致 干燥。作為發(fā)電模塊的第三隔室可與沿著第一流動(dòng)路徑的液流流體連 通，并且與沿著第二流動(dòng)路徑的液流流體連通。發(fā)電模塊包括水力發(fā) 電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水力發(fā)電機(jī)和第 一流動(dòng)路徑上的噴嘴。
沿著第一流動(dòng)路徑的液流可通過布置在殼體內(nèi)的歧管在過濾器、
uv輻射劑量系統(tǒng)和水力發(fā)電機(jī)之間引導(dǎo)。歧管可由單件材料構(gòu)成以便
包括多個(gè)通道。形成在歧管內(nèi)的第一通道可將液流引導(dǎo)到過濾器。第
二通道可將過濾器過濾的液流引導(dǎo)到uv輻射劑量系統(tǒng)。歧管還可包括 構(gòu)造成接合安裝在歧管上的噴嘴的噴嘴保持件。暴露于uv能量的液流
可通過uv輻射劑量系統(tǒng)引導(dǎo)到噴嘴。噴嘴可在相對(duì)高的速度下以液體
射流形式噴射液流。射流可接觸并使得水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施 例的以下詳細(xì)描述中變得清楚。以上描述只通過介紹來提出。其中不能作為以下限定本發(fā)明范圍的權(quán)利要求的限制。


圖1示出同水力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例案相連接的水處理系統(tǒng)； 圖2示出圖1所示噴嘴的實(shí)施例的截面圖3示出圖1所示的水處理系統(tǒng)和水力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)90°的截面
圖，其中水力發(fā)電系統(tǒng)被剖視一個(gè)部分；
圖4示出水力發(fā)電系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截面圖5示出沿著截取5-5線截取的圖4所示噴嘴的截面圖6示出圖4所示的水力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)90。的截面圖，其中水力發(fā)
電系統(tǒng)被剖視一部分；
圖7表示同水處理系統(tǒng)相連接的水力發(fā)電系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截
面圖8表示圖7所示的水力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的頂視圖，其中定子 殼體被剖視一部分；
圖9表示水力發(fā)電系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截面圖IO表示圖9的水力發(fā)電系統(tǒng)一部分的截面圖ll表示水力發(fā)電系統(tǒng)的另一實(shí)施例的側(cè)視圖12表示圖11所示噴嘴的端視圖13表示沿著線13-13截取的圖12所示噴嘴的截面圖14表示沿著線14-14截取的圖12所述噴嘴的另一截面圖15表示沿著線15-15截取的圖11所示水力發(fā)電系統(tǒng)的外殼體
一部分的截面圖16表示圖11所示水力發(fā)電系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中拆卸了內(nèi)殼體； 圖17表示沿著線17-17截取的圖11所示水力發(fā)電系統(tǒng)的外殼體
底部的截面圖18表示包括在圖11所示水力發(fā)電系統(tǒng)中的內(nèi)殼體的分解透視
圖19表示包括在圖1所示水力發(fā)電系統(tǒng)中的漿葉的透視圖； 圖20表示沿著線20-20截取的圖19所示漿葉的截面圖； 圖21表示包括潔具的水力發(fā)電系統(tǒng)的透視圖； 圖22表示圖21所示潔具的截面?zhèn)纫晥D23表示包括在圖22的潔具內(nèi)的功率控制器的一個(gè)實(shí)例的示意圖24表示包括在圖22的潔具內(nèi)的功率控制器的另一實(shí)例的示意
圖25表示圖21-24的潔具內(nèi)的水力發(fā)電系統(tǒng)的操作流程頃。r主二一l/山必+^^A乂r,，AAfi^^在工t51,
圖27表示圖26的水力發(fā)電系統(tǒng)的另一截面?zhèn)纫晥D28表示水處理系統(tǒng)的透視圖29表示圖28所示的水處理系統(tǒng)的分解透視圖30表示包括在圖29的水處理系統(tǒng)內(nèi)的閥主體的透視圖31表示包括在圖29的水處理系統(tǒng)內(nèi)的歧管的透視圖32表示圖31的歧管的另一透視圖33表示圖29的包括在水處理系統(tǒng)內(nèi)的過濾器模塊和歧管的分 解透視圖34表示圖29的包括在水處理系統(tǒng)內(nèi)的過濾器模塊和反應(yīng)器容 器的分解透視圖35表示包括在圖34所示反應(yīng)器容器內(nèi)的彎頭的分解透視圖36表示拆卸殼體一部分的圖28所示的水處理系統(tǒng)的透視圖37表示圖29所示的水處理系統(tǒng)一部分的方框圖38是表示圖29所示水處理系統(tǒng)操作的流程圖39是圖38的流程圖的第二部分。
具體實(shí)施例方式
下文參照具體的結(jié)構(gòu)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且本領(lǐng)域的
時(shí)^超出權(quán):丄求的范圍:i優(yōu)選的實(shí):例可以與任何需要電源和i
括水流動(dòng)的水處理系統(tǒng)一起使用；然而，這些實(shí)施例是為住它的或可 移動(dòng)的使用的水處理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員也應(yīng)該理 解這些實(shí)施例可以與不是水的流體一起使用并且術(shù)語(yǔ)"水，，和"水電" 的使腐不應(yīng)該被認(rèn)作一個(gè)限定.
圖1為與優(yōu)選的水力發(fā)電系統(tǒng)12相連接的水處理系統(tǒng)10的側(cè)視 圖。在該實(shí)施例中，水力發(fā)電系統(tǒng)12包括噴嘴14、殼體16、葉輪18 和殼體出口20。噴嘴14通過管道22連接于水處理系統(tǒng)10。管道22 由聚氯乙烯(PVC)塑料或類似材料制成并且通過螺紋連接、摩擦配合或其它類似的連接機(jī)構(gòu)連接于噴嘴14。
在操作過程中，增壓水從水處理系統(tǒng)10中經(jīng)由噴嘴14流入水力 發(fā)電系統(tǒng)12中，如箭頭24所示。噴嘴14同殼體16連接成使水流過 噴嘴14并被迫使通過殼體16流到殼體出口 20。在替代的實(shí)施例中， 水力發(fā)電系統(tǒng)12可以定位在水處理系統(tǒng)10的內(nèi)部或定位成使其在水 進(jìn)入水處理系統(tǒng)10以前可以接收一定量的增壓水。
圖2示出噴嘴14的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。該優(yōu)選的噴嘴14為一 聲速噴嘴，其提高流過它的增壓水的流速。在該實(shí)施例中，噴嘴14能 夠?qū)⑺牧魉偬岣叩絹喡曀佟娮?4由不銹鋼或其它類似的鍘性材料 制成并且包括噴嘴入口 26和噴嘴出口 28,噴嘴入口 26如上所述連接 于水處理系統(tǒng)10。噴嘴出口 28通過摩擦配合、卡扣固定、螺紋連接
或能夠在其間形成液密連接的其它類似連接機(jī)構(gòu)連接于殼體16。噴嘴 14可以在任何位置插入殼體16中，只要該位置形成噴嘴l4與葉輪18 的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)即可，如將在下文討論的。
噴嘴14包括為水流通過而i殳置的通道30。通道30在噴嘴入口 26 形成有第一預(yù)定直徑32和在噴嘴出口 28處的第二預(yù)定值徑3《在該 實(shí)施例中，第二預(yù)定直徑34約為第一預(yù)定直徑32的26%。通道30對(duì) 噴嘴14的預(yù)定的長(zhǎng)度保持第一預(yù)定直徑32。通道30的其余部分通過 使通道30成錐度均勻地至第二預(yù)定直徑34而形成。在該實(shí)施例中， 噴嘴14的通道30在第一預(yù)定直徑32與第二預(yù)定直徑34之間的錐角 約為18°。
通道30的形狀確定從噴嘴14流出的水的流速。此外，在噴嘴出 口 28處的水流速取決于水源的壓力和噴嘴下游的背壓。要求的噴嘴出 口 28處的預(yù)定流速范圍可以利用由水處理系統(tǒng)10 (圖1所示)在噴 嘴入口 26處提供的預(yù)期的壓力范圍來確定。例如，在一家用的水系統(tǒng) 中，水源的壓力在約20至60磅/平方英寸(PSI)的范圍內(nèi)。通道30 還在噴嘴出口 28處提供連接而均勻的水流.在操作過程中流過噴嘴 14的水在預(yù)定的高速范圍內(nèi)以預(yù)定的路線流入殼體l6中。
再參照?qǐng)D1,殼體16形成管道，其可以由塑料或能夠形成剛性水 通道的其它類似的防水材料制成。在該實(shí)施例中，殼體16包括如圖1 所示的半透明的部分以4更可以觀察殼體16的內(nèi)部。殼體16被形成圍 繞葉輪18,葉輪18與在水流出噴嘴出口 28以后流過殼體l6時(shí)的水流體連通。
葉輪18包括多個(gè)葉片42，其剛性地固定到輪轂44上。葉片42 在殼體16中定位成使從噴嘴14流出的水以預(yù)定的角度沖擊葉輪18的 葉片42。該預(yù)定的角度根據(jù)水在噴嘴入口 26處預(yù)期的壓力、在噴嘴 出口 28和的背壓和要求的葉輪18的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)來確定。在操 作過程中，流動(dòng)的水作用在葉輪18上使其在殼體16中沿單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 如下文所詳細(xì)討論的，當(dāng)葉輪18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水力發(fā)電系統(tǒng)12的這個(gè)實(shí) 施例將流動(dòng)水中的能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能量，其又轉(zhuǎn)換為電能。在該實(shí) 施例中，葉輪18浸在流過殼體16的水中。
圖3示出圖1所示的實(shí)施例轉(zhuǎn)動(dòng)90。的截面圖，其中殼體16被剖 視一部分。如圖所示，葉輪18通過縱向延伸的軸48共軸地固定于發(fā) 電機(jī)46。軸48可以是不銹鋼或其它固定地連接葉輪18的類似的剛性 材料。葉輪18的輪轂44共軸地連接于軸48的一端而為發(fā)電機(jī)46的 一部分的發(fā)電機(jī)軸50共軸地連接于其另一端。軸48與葉輪18和發(fā)電 機(jī)46的剛性連接可以通過焊接、壓配合或其它類似的剛性連接。
可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸48縱向延伸而通過液密的密封52插入殼體16中，該 密封52用橡膠或其它類似的材料制成。液密的密封52連接于殼體16 并構(gòu)成使軸48可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不從殼體16內(nèi)部向外漏水。軸48縱向 延伸至鄰近殼體16定位的發(fā)電機(jī)46。雖然圖中未示出，發(fā)電機(jī)46的 外表面可以連接于殼體16，例如借助于螺母與螺釘、鉚釘或其它能夠 固定地連接殼體16與發(fā)電機(jī)48的類似的機(jī)構(gòu)。
在操作過程中，當(dāng)水流過殼體16和葉輪18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸48、 50相 應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致由發(fā)電機(jī)46產(chǎn)生電能。在替代的實(shí)施例中，采用磁性 聯(lián)接器(未示出)代替軸48以排除貫穿殼體16的需要。在該實(shí)施例 中，葉輪18包括具有足夠的磁強(qiáng)度的磁體以便與固定在殼體l6外部 的發(fā)電機(jī)軸50上的類似磁體剛性地連接。在操作過程中，當(dāng)葉輪l8 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，取向在葉輪上的磁體與取向在發(fā)動(dòng)機(jī)軸50上的磁體間的吸引 力使發(fā)電機(jī)軸50轉(zhuǎn)動(dòng)從而由發(fā)電機(jī)46產(chǎn)生電能。
在該實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)46可以是能夠產(chǎn)生直流電(DC)或交流電 (AC)的永磁體發(fā)電機(jī)。在替代的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)46能產(chǎn)生AC和 DC電流。電能從發(fā)電機(jī)46通過多個(gè)導(dǎo)電體54傳送，該導(dǎo)電體54可 以是電線、匯流排或其它能夠?qū)щ姷念愃撇牧?。產(chǎn)生的電能的電壓水平是葉輪18的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。如上所述，從噴嘴14流出的水的 流速可以設(shè)計(jì)在預(yù)定范圍內(nèi)從而控制由發(fā)電機(jī)46產(chǎn)生的電能的電壓 輸出值。
由該實(shí)施例產(chǎn)生的交流電或整流直流電可以用于驅(qū)動(dòng)水處理系統(tǒng) IO和也可以用于給儲(chǔ)能器(未示出)例如蓄電池或電容器充電。葉輪 18的轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生的電能的持續(xù)時(shí)間也可以供給基于流動(dòng)的測(cè)量的機(jī) 構(gòu)，例如流率或已流過水處理系統(tǒng)10的水量的測(cè)量。葉輪18的轉(zhuǎn)動(dòng) 或產(chǎn)生的電能的持續(xù)時(shí)間可以與發(fā)電機(jī)46的反電磁力(EMF)組合供 給基于流動(dòng)的測(cè)量。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解該水力發(fā)電系統(tǒng) 12除水處理系統(tǒng)IO外也可以用于其它的系統(tǒng)。
圖4示出水力發(fā)電系統(tǒng)12的另一實(shí)施例的截面圖。該實(shí)施例同樣 連接于水處理系統(tǒng)10如圖1所示實(shí)施例那樣并且包括噴嘴14、殼體 16、葉輪18和殼體出口20。類似于上述的實(shí)施例，噴嘴14以高速提 供水，其在可轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪18上導(dǎo)向。然而，在該實(shí)施例中，葉輪18 在操作過程中不浸入殼體16內(nèi)部的水中，因而，水從噴嘴14中形成 噴流，其噴射在葉輪18上。
噴嘴14類似于上述的圖2所示噴嘴14可以是聲速噴嘴。噴嘴14 插入殼體16并且通過安裝板56與其連接。安裝板56鄰接殼體16的 外表面定位。本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解存在其它的可以用于連 接噴嘴14與殼體16的方法。
圖5示出定位于該實(shí)施例的安裝板56上的截面圖。安裝板56包 括縱向的長(zhǎng)孔58和一對(duì)耳部60,后者使噴嘴14可以相對(duì)于葉輪18 調(diào)整到一個(gè)最佳的位置。在該實(shí)施例中，噴嘴14在通過將螺釘插入耳 部60而達(dá)到最佳位置時(shí)可以固定地安裝到殼體16上。在替代的實(shí)施 例中，當(dāng)緊固件例如螺釘、鉚釘或銷將安裝板56固定地安裝在殼體 16上時(shí)該安裝板56為噴嘴14提供單一的預(yù)定的所需位置。
再參照?qǐng)D4,要求的噴嘴14的位置是使噴嘴14縱向伸進(jìn)殼體16 中。該實(shí)施例的殼體16包括由殼體16的內(nèi)壁限定的殼體內(nèi)腔62，如 圖4所示。殼體內(nèi)腔62為空氣空間，其包括其中定位的葉輪18。在 操作過程中，水從噴嘴14以預(yù)定的路線噴射入殼體內(nèi)腔62中以便以 預(yù)定的角度沖擊葉輪18。該預(yù)定的角度根據(jù)要求的葉輪的RPM和由水 處理系統(tǒng)供給噴嘴的水壓范圍來確定的。噴嘴14和葉輪18的協(xié)同操作不限于利用增壓水來進(jìn)行，同樣也可以利用其它的流體，例如空氣。
如圖4中還示出的，葉輪18包括多個(gè)葉片64。該實(shí)施例的每一 葉片64在一端固定地連接于葉輪輪轂66并且包括在另一端形成的槳 葉68。葉輪輪轂66如上述實(shí)施例中一樣固定地連接于軸48。本領(lǐng)域 的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解葉片64的數(shù)量和葉輪18的尺寸可以根據(jù)用 途改變'
圖6示出圖5所示的水力發(fā)電系統(tǒng)12的實(shí)施例轉(zhuǎn)動(dòng)90°的截面圖， 其中殼體16被剖視一部分以便于說明。如圖所示，水力發(fā)電系統(tǒng)12 包括利用軸48連接于發(fā)電機(jī)46的殼體16如在上述的實(shí)施例中那樣。 此外，可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸48通過液密的密封52從葉輪18縱向伸入發(fā)電機(jī) 46中。在替代的實(shí)施例中，軸48可以改用磁性聯(lián)接器，如以上所述， 從而排除殼體16的貫穿和液密的密封52。如圖所示，軸48可轉(zhuǎn)動(dòng)地 將葉輪18定位于殼體內(nèi)腔62內(nèi)的空氣空間中從而利用槳葉68使之繞 軸48轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖6所示，該實(shí)施例的每一槳葉68形成拋物面形狀，其包括槽 口 70。該槳葉68的拋物面形狀為存在于從噴嘴14 (圖5所示)噴射 的水中的能量提供均勻的接受器。槽口 70在葉輪18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使噴射水 的能量進(jìn)入下一個(gè)槳葉68。將噴射水的能量轉(zhuǎn)給下一個(gè)槳葉使從水到 葉輪18傳送的能量的效率為最大。在替代的實(shí)施例中，各葉片64可 以形成其它的形狀和結(jié)構(gòu)而有助于有效的傳送從噴嘴14噴射的其它 流體的能量。例如，當(dāng)流體為空氣時(shí)，葉片64可以形成為螺槳、翅片 或其它能夠?qū)⒛芰繌牧鲃?dòng)的空氣轉(zhuǎn)換為葉輪18的轉(zhuǎn)動(dòng)的類似結(jié)構(gòu)。
在操作過程中，在水噴流以預(yù)定的角度沖擊葉輪18以后，水靠重 力如箭頭72所示落向殼體出口 20。因而，水集合在殼體出口 20處并 從而被導(dǎo)出殼體16。由于葉輪18不浸入水中，從水噴流到葉輪18傳 送的大部分能量被形成為對(duì)軸48的轉(zhuǎn)動(dòng)力。
軸48的轉(zhuǎn)動(dòng)使發(fā)電機(jī)46的一部分轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)46的一個(gè)實(shí)施例 包括轉(zhuǎn)子76、第一定子78和第二定子80，后兩者定位在發(fā)電機(jī)殼體 82的內(nèi)部。轉(zhuǎn)子76固定地連接于軸48并隨其轉(zhuǎn)動(dòng)。第一和第二定子 78、 80固定地連接于發(fā)電機(jī)殼體82并且周向地包圍軸48。轉(zhuǎn)子76定 位在第一與第二定子78、 80之間以形成發(fā)電機(jī)46。
該實(shí)施例的轉(zhuǎn)子76可以是包括多個(gè)永磁體84的盤的形式。永磁體84均勻地置于轉(zhuǎn)子76內(nèi)的預(yù)定位置以同笫一和第二 78、 80協(xié)同操 作。在該實(shí)施例中的第一和第二定子78、 80的每一個(gè)也可以形成包括 多個(gè)線圏86的盤。線圈86均勻地定位在第一和第二定子78、 80的內(nèi) 部以同永磁體84協(xié)同操作。可把線圏86電連接以形成一個(gè)或多個(gè)用 于產(chǎn)生電能的繞組。第一和第二定子78、 80的極數(shù)和設(shè)計(jì)取決于許多 因素。這些因素包括由永磁體84和反EMF形成的高斯磁場(chǎng)的強(qiáng)度， 以及要求的RPM和要求發(fā)電機(jī)46的功率輸出。
在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子76的轉(zhuǎn)動(dòng)使由永磁體84產(chǎn)生的磁通量同樣 轉(zhuǎn)動(dòng)從而在第一和第二定子78、 80中產(chǎn)生電能。轉(zhuǎn)子76和第一與第 二定子78、 80協(xié)同操產(chǎn)生交流電(AC) 。 AC可以由發(fā)電機(jī)46整 流和穩(wěn)定化以既提供AC又提供直流電(DC)。在替代的實(shí)施例中，永 磁體84可定位在第一和第二定子78、 80上使發(fā)電機(jī)46可用于產(chǎn)生直 流電(DC)。在另一替代的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)46類似于關(guān)于圖3討論 的泉電機(jī)46。
在操作過程中，可以從水處理系統(tǒng)10 (圖1所示)中向水力發(fā)電 系統(tǒng)12輸送增壓水。如同在以前的實(shí)施例中，水力發(fā)電系統(tǒng)12的各 個(gè)替代的實(shí)施例可以向水處理系統(tǒng)10輸送水或定位在水處理系統(tǒng)10 的內(nèi)部。在該實(shí)施例中，如上所述，水從處理系統(tǒng)IO輸送給噴嘴14。
增壓水流過噴嘴14并以高速噴射入殼體內(nèi)腔62從而以預(yù)定的入 射角沖擊葉輪18上的槳葉68上。當(dāng)水沖擊槳葉68時(shí)，噴射水的能量 轉(zhuǎn)送給葉輪18使其沿單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉輪18轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)噴射水的一部分 也通過槽口 70噴射并沖擊葉輪18上的另一些槳葉68。在水沖擊槳葉 68和能量的同時(shí)傳送以后，水靠重力落到殼體出口 20并流出殼體16。 因此，在操作過程中殼體內(nèi)腔62保持空氣空間并且在操作過程中不完 全充滿水，
葉輪18的轉(zhuǎn)動(dòng)使軸48轉(zhuǎn)動(dòng)從而轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)46的轉(zhuǎn)子76。在該 實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子76以約2400每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子76的轉(zhuǎn) 動(dòng)引起供給水處理系統(tǒng)10的電能的產(chǎn)生。如上所述，由發(fā)電機(jī)46產(chǎn) 生的電壓水平的范圍是根據(jù)流過噴嘴14的水的流速范圍確定的。因 此，發(fā)電機(jī)的電壓范圍可以通過選擇流過噴嘴14的水的流速范圍來選 擇。
圖7示出水力發(fā)電系統(tǒng)12的另一實(shí)施例的截面圖，其優(yōu)選連接于
21水處理系統(tǒng)IO。如圖所示，水力發(fā)電系統(tǒng)12包括轉(zhuǎn)子殼體102和定 子殼體104。轉(zhuǎn)子殼體102形成管道，其可以由塑料或其它類似的剛 性材料構(gòu)成并且包括入口 106和一出口 108。在操作過程中入口 106 按箭頭110所示接收流動(dòng)的水而出口 108將流動(dòng)的水引到水處理系統(tǒng) 10。在各替代的實(shí)施例中，該水力發(fā)電系統(tǒng)12可以固定在水處理系統(tǒng) 10的內(nèi)部或固定成可接收流出水處理系統(tǒng)10的水。如上所述，流過 水力發(fā)電系統(tǒng)12的水流量可以由水處理系統(tǒng)IO加以控制。
如圖7所示，轉(zhuǎn)子殼體102包含轉(zhuǎn)子112而定子殼體104包含定 子114。該實(shí)施例的轉(zhuǎn)子112可以是具有六個(gè)北/南極組合的十二級(jí)永 磁體轉(zhuǎn)子。如下文所詳述的，該實(shí)施例的定子114可以是設(shè)計(jì)有八個(gè) 北/南極組合的一環(huán)狀圓環(huán)。轉(zhuǎn)子112和定子114在操作過程中協(xié)同操 作以產(chǎn)生電能。如在本領(lǐng)域中已知的，定子包括固定的繞組，其可以 根據(jù)需要的電壓輸出大小構(gòu)成可容納任何數(shù)目的電極。公開于本實(shí)施 例的繞組中的電極數(shù)目不應(yīng)被認(rèn)作是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)限定。
圖8示出圖7所示實(shí)施例的頂視圖，其中為說明起見定子殼體104 被剖視頂部。定子114固定地定位于定子殼體104中以周向地包圍轉(zhuǎn) 子殼體102。定子114包括芯體116、多個(gè)凸出的電極118和多個(gè)線圏 120。芯體116可以由鐵、鋼或其它類似材料構(gòu)成并且^L形成可包括凸 出的電極118。在該實(shí)施例中，可以有乂V個(gè)凸出的電極118,其分別圍 繞以線圈120。
將凸出的電極118形成在定子114上使它們以周向地包圍轉(zhuǎn)子殼 體102,每個(gè)凸出的電極118包括成形端，其作為極靴122在本領(lǐng)域 中是已知的。極靴122鄰近轉(zhuǎn)子殼體102放置。極靴1H傳導(dǎo)恒定的 由轉(zhuǎn)子112通過線圈120形成的磁通量。線圏120可以是電線或其它 能夠傳導(dǎo)電能的類似材料并且圍繞凸出的電極118纏繞。雖然未示出， 線圈120相互電連接以形成繞組，如在本領(lǐng)域中已知的，用于每一線 圈120的電線圈數(shù)由電壓和功率要求、最小和最大轉(zhuǎn)子112的轉(zhuǎn)數(shù)、 最大允許的反壓、需要的電感和磁高斯數(shù)來確定。
再參照?qǐng)D7，定子114橫向垂直于轉(zhuǎn)子殼體102的中心軸線定位。 由于定子114定位在轉(zhuǎn)子殼體102的外面，其與在轉(zhuǎn)子殼體102內(nèi)部 的流動(dòng)水脫離了流體連通。定子殼體104固定地連接于轉(zhuǎn)子殼體102 從而為定子114提供在轉(zhuǎn)子殼體102上的預(yù)定位置。在該實(shí)施例中，定子殼體104通過摩擦配合與轉(zhuǎn)子殼體102的外表面相連接。本領(lǐng)域 的那些技術(shù)人員應(yīng)該理解存在不同的其它的轉(zhuǎn)子殼體102與定子殼體 104的連接方式。
在該水力發(fā)電系統(tǒng)12的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子112包括永》茲體124,其 可以由金屬、燒結(jié)金屬、擠壓金屬或陶瓷材料制成。永磁體124形成 恒定的磁通量并且與轉(zhuǎn)子軸126相連接。可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子軸126從永磁 體124的兩端縱向外伸并可以由不銹鋼或其它剛性耐腐蝕材料構(gòu)成。 永磁體124的中心軸線形成與轉(zhuǎn)子軸126共軸線。^C磁體124的外表 面可以形成流線形以包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片128。該實(shí)施例的永磁體 124構(gòu)成桶形，具有形成轉(zhuǎn)子葉片128的單螺旋螺脊。在替代的實(shí)施 例中，轉(zhuǎn)子葉片128可以是渦輪葉片或其它能夠在受到流動(dòng)的水沖擊 時(shí)引起轉(zhuǎn)子112轉(zhuǎn)動(dòng)的類似裝置。
如圖7所示，轉(zhuǎn)子112固定在轉(zhuǎn)子殼體102的內(nèi)部與轉(zhuǎn)子殼體102 的中心軸線共軸線。轉(zhuǎn)子112的轉(zhuǎn)子軸126的一端插入第一連接盤130 而其另一端插入第二連接盤132。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子軸126的兩端 增大直徑以形成便于固定于第一連接盤130和第二連接盤132上的堅(jiān) 固的區(qū)域。第一連接盤130和第二連接盤132由塑料或其它類似的材 料形成并且建立垂直于轉(zhuǎn)子殼體102的中心軸線的橫向支承件。第一 連接盤130和第二連接盤132均包括軸承134或其它類似的裝置以便 使轉(zhuǎn)子軸126可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，第一連接盤130和第二連接盤132 以預(yù)定的相互間距連接于轉(zhuǎn)子殼體102使轉(zhuǎn)子112可以懸掛在它們之 間。
轉(zhuǎn)子112定位在轉(zhuǎn)子殼體102中使流過轉(zhuǎn)子殼體102的水沖擊形 成轉(zhuǎn)子112的一部分的轉(zhuǎn)子葉片128。轉(zhuǎn)子葉片128用作為一槳葉使 流動(dòng)的水作用在轉(zhuǎn)子112上。流動(dòng)的水使轉(zhuǎn)子112繞轉(zhuǎn)子殼體102的 中心軸線沿單一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子112定位在定子114的內(nèi)部使轉(zhuǎn)子ll2 的軸線同心于定子114的軸線。轉(zhuǎn)子112同定子114協(xié)同操作而構(gòu)成 發(fā)電機(jī)。
在操作過程中，當(dāng)水流動(dòng)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由轉(zhuǎn)子112產(chǎn)生的恒定 磁通量也轉(zhuǎn)動(dòng)并透入定子114從而實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生電能。在轉(zhuǎn)子112與定 子114之間必須保持特定距離的氣隙以便使來自轉(zhuǎn)子112的恒定磁通 量可以引起由定子114產(chǎn)生的電能。在這些實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)子112的永磁體124與定子114的極靴122之間的"氣隙"包括流動(dòng)的水和轉(zhuǎn) 子殼體102。流體的流動(dòng)和轉(zhuǎn)子殼體102并不影響恒定的磁通量。因 此，來自轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子112的轉(zhuǎn)動(dòng)恒定磁通量引起由定子114的線圏120 產(chǎn)生電能。
當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子殼體102而使轉(zhuǎn)子112轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的恒定磁通量 傳給定子114的繞組并產(chǎn)生電能。該電能流過導(dǎo)電體54以驅(qū)動(dòng)一個(gè)裝 置，即在該實(shí)施例中的水處理系統(tǒng)10。圖7和8所示的該實(shí)施例的水 力發(fā)電系統(tǒng)12產(chǎn)生交流電(AC)，其可以用來驅(qū)動(dòng)水處理系統(tǒng)10。 在替代的實(shí)施例中，該水力發(fā)電系統(tǒng)12通過將永^磁體124定位在定子 114上可以產(chǎn)生直流電(DC)。在另一替代的實(shí)施例中，水力發(fā)電系 統(tǒng)12通過使交流電(AC )整流和穩(wěn)定化給水處理系統(tǒng)10既提供AC電 流又提供DC電流。DC電流還可以用來給儲(chǔ)能器(未示出)充電。轉(zhuǎn) 子112的轉(zhuǎn)動(dòng)和電能產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間也可以用于供給基于流動(dòng)的測(cè) 量，例如流率或流過水處理系統(tǒng)10的水量的測(cè)量。
圖9示出水力發(fā)電系統(tǒng)12的又一實(shí)施例的截面圖，其在原理上類 似于關(guān)于圖7和8公開的上述的實(shí)施例。該實(shí)施例包括轉(zhuǎn)子112、定 子114和固定于殼體142中的渦輪噴嘴140。殼體142構(gòu)成管道，其 具有入口 144和出口 146。當(dāng)水或其它流體按箭頭l48所示流入入口 114時(shí)，水流過殼體142并由出口 146引出殼體142。在一個(gè)實(shí)施例中， 水力發(fā)電系統(tǒng)12可以固定在水處理系統(tǒng)10 (圖1所示)的內(nèi)部，位 于水處理系統(tǒng)10或輸送水給該水處理系統(tǒng)10的后邊。
殼體142可以由塑料或類似的能夠?qū)膭傂圆牧现瞥?。該?shí)施 例的殼體142包括第一部分152和第二部分154以便于組裝和維護(hù)。 第一和第二部分152、 154可以通過粘接、摩擦配合、螺紋連接或其它 構(gòu)成類似的剛性連接的裝置結(jié)合在一起。殼體142形成水流通過的通 道156。渦輪噴嘴140固定地定位在通道156的內(nèi)部。
該實(shí)施例的渦輪噴嘴140可以是大體上錐形形狀并且可以由塑料 或其它類似的剛性材料制成。渦輪噴嘴140可以成整體構(gòu)成包括頂部 158和多個(gè)支承件160。頂部158可以位于通道156的中心并且用于向 外朝著殼體142的內(nèi)壁噴射流動(dòng)的水。各支承件160通過例如摩擦配 合、卡和固定、螺紋連接或其它類似的剛性連接固定地連接于殼體142 的內(nèi)壁。支承件160將渦輪噴嘴140固定地支持在通道156中并且包括多 個(gè)通道162以使水可以流過殼體142。通道162的尺寸可以調(diào)整以控 制水的流速。如以上參照?qǐng)D2所述的噴嘴14中，可以確定預(yù)定的速度 范圍，該預(yù)定的流速范圍根據(jù)流入入口 114中預(yù)期的水的壓力范圍以 及水力發(fā)電系統(tǒng)12的背壓來確定。此外，各支承件160可以按預(yù)定的 形狀定向而用作為螺槳以面向流動(dòng)的水。流動(dòng)的水可以以預(yù)定的方式 對(duì)準(zhǔn)作用在轉(zhuǎn)子1U上，以便消除紊流，從而調(diào)整壓力降或提高操作 效率。
圖IO是剖視圖9的水力發(fā)電系統(tǒng)12—部分的頂視圖，表示出殼 體142的第一部分152內(nèi)的噴嘴140和支承件160。支承件160可以 圍繞噴嘴140的外部相互定位在例如4. 42毫米(0. 174英寸)的預(yù)定 距離1002上，以l更形成通道162。每個(gè)支承件160包括導(dǎo)引端1004 和拖尾端1006?？拷С屑?60定位的導(dǎo)引端1004可以形成入口導(dǎo) 管，并且靠近支承件160定位的拖尾端1006可以形成出口導(dǎo)管。如箭 頭148所示液體流首先到達(dá)導(dǎo)引端1004并進(jìn)入入口導(dǎo)管'在通道162 內(nèi)，液體在到達(dá)支承件160的拖尾端1006之前增加速度。
通道162的寬度可以朝著拖尾端1006逐漸變窄，如同所示。因此， 通道之間的截面面積減小預(yù)定量，例如大約10%-20%。由于增壓液 體被迫進(jìn)入逐漸變窄的通道162，速度增加。通道162之間的截面面 積逐漸減小使得背壓最小，同時(shí)增加流動(dòng)液體的速度。另外，通過逐 漸變窄通道162可以使得通道162內(nèi)液體的非分層流動(dòng)最小。
支承件160還可包括多個(gè)直流器1008。直流器1008可以包括在 通道162內(nèi)以便進(jìn)一步減小非分層流動(dòng)。與支承件160類似，直流器 1008可以和第一部分152的內(nèi)壁固定連接并延伸到通道162內(nèi)。示例 性直流器1008可包括和主體1012連接的葉片。葉片1010可以是從導(dǎo) 引端1004附近朝著每個(gè)支承件160的拖尾端1006延伸的直流器1008 的大致直的部分。主體1012可以是定位在相鄰定位的支承件160的拖 尾端1006形成的出口導(dǎo)管的上游預(yù)定距離上的球形主體。在其它實(shí)例 中，直流器1008可以是任何其它流體動(dòng)力形狀，以便限定液體的流動(dòng) 并最大程度地均勻流過通道162。
如圖10進(jìn)一步所示，噴嘴140可以分成壓縮區(qū)域1016,隨后是 沉降區(qū)域1018。在壓縮區(qū)域1016內(nèi)，可以出現(xiàn)液體流動(dòng)方向的突然轉(zhuǎn)換。由于第一部分152內(nèi)的液體容積增加，紊流增加。隨著容積減 小，液體的壓縮和速度增加?？梢灶A(yù)先確定壓縮區(qū)域1016中容積減小， 以便根據(jù)所需流動(dòng)液體的壓力范圍實(shí)現(xiàn)所需流速。在壓縮區(qū)域1016 內(nèi)，流動(dòng)液體^皮迫朝著殼體142的內(nèi)壁流出，這可以增加紊流和/或非 分層流動(dòng)'
沉降區(qū)域1018提供具有液體能力的均勻容積的區(qū)域，使得流動(dòng)液 體中的紊流衰減并且液體具有更加分層的流動(dòng)。根據(jù)流動(dòng)液體中紊流 的預(yù)計(jì)大小，沉降區(qū)域1018可以是預(yù)定長(zhǎng)度。液體的非分層流動(dòng)可以 在進(jìn)入通道162之間減小。在通道162內(nèi)，流動(dòng)液體的速度進(jìn)一步增 加，并且液體接著引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子112。
再次參考圖9，該實(shí)施例的轉(zhuǎn)子112包括渦輪轉(zhuǎn)子164、轉(zhuǎn)子軸 166和永磁體168.轉(zhuǎn)于112可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在通道156內(nèi)使流入通道 156的水可以引起轉(zhuǎn)子112繞殼體142的中心軸線170轉(zhuǎn)動(dòng)。在流動(dòng) 的水作用在渦輪轉(zhuǎn)子164上時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子112的轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪轉(zhuǎn)子164可 以由不銹鋼、鋁、塑料或其它類似的剛性材料制成，該剛性材料能夠 耐得住轉(zhuǎn)動(dòng)力和流動(dòng)的水力。渦輪轉(zhuǎn)子164包括至少一個(gè)渦輪葉片172 和主體174。
渦輪葉片172定位成可接收來自流過支承件160的水的能量。渦 輪葉片172可以是多個(gè)螺槳、螺旋形凸脊或其它形成在主體l74上的 裝置，其能夠?qū)⒘鲃?dòng)的水的能量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能量。該實(shí)施例的渦輪 葉片172與主體174整體構(gòu)成并且延伸到鄰近殼體142的內(nèi)壁的位置。 主體174可以構(gòu)成為限定內(nèi)腔176,其沿圓周包圍轉(zhuǎn)子軸166的一部 分。
讀者應(yīng)該注意相對(duì)于殼體142的內(nèi)壁來說，通道162的深度小于 渦輪葉片172的深度。不同深度提供流動(dòng)水的循環(huán)，如下面說明。另 外，水的流動(dòng)路徑設(shè)置成直線地通過定子114。流動(dòng)路徑的容積同樣 在通道162之后是較大的，以便提供流動(dòng)水壓力中預(yù)定壓力降。當(dāng)水 流過渦輪葉片172時(shí)，流動(dòng)水因此將大量動(dòng)能釋放到轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪葉片172 上。流動(dòng)水中的動(dòng)能通過渦輪葉片172有效地提取，而沒有顯著的損 失和低效率，這是由于只有渦輪葉片172直接位于流動(dòng)水的高速流中。
轉(zhuǎn)子軸166是可轉(zhuǎn)動(dòng)的并且可以與渦輪轉(zhuǎn)子164構(gòu)成整體或者轉(zhuǎn) 子軸166通過壓配合、螺紋連接或類似的連接裝置固定地連接于渦輪轉(zhuǎn)子164.轉(zhuǎn)子軸166可以是不銹鋼或其它類似的剛性材料，其可以 縱向貫穿永磁體168。永磁體168可以是擠壓磁體，其可以由金屬、 燒結(jié)金屬、陶瓷材料或其它類似的具有磁性的材料制成。永磁體168 可以通過摩擦配合、模壓或其它類似的裝置固定地連接于轉(zhuǎn)子軸166。 轉(zhuǎn)子112通過多個(gè)軸承178可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位。
軸承178在永磁體168的兩端沿周向地包圍轉(zhuǎn)子軸166的一部分。 軸承178可以是碳石墨、聚四氟乙烯、滾珠軸承、陶瓷、超高分子量 (UHMW)聚乙烯或其它能夠經(jīng)受轉(zhuǎn)子軸166的轉(zhuǎn)動(dòng)的類似軸承。在該 實(shí)施例中，軸承178由通道156中存在的水潤(rùn)滑。此外，流動(dòng)的水可 用來冷卻軸承178，如將在下文描述的。軸承178由定子114固定和 定位。
該實(shí)施例的定子114包括多個(gè)排水引導(dǎo)螺槳180、翅片182、多個(gè) 線圏184和蓋186。如圖9所示，定子114通過排水引導(dǎo)螺槳180固 定地定位于通道156中。各排水引導(dǎo)螺槳180通過例如粘接、摩擦配 合、卡扣固定或類似的剛性裝置同殼體142的內(nèi)壁固定地連接。排水 引導(dǎo)螺槳180縱向平行于殼體142的內(nèi)壁延伸并形成水流通過的通道。 排水引導(dǎo)螺槳180形成可將流動(dòng)的水引向出口 146以減小紊流、氣泡、 背壓和其它的會(huì)影響有效操作的流動(dòng)的水的類似性能。翅片182同樣
形成可將流動(dòng)的水引向出口 146。
盡管未示出，排水引導(dǎo)螺漿180可以形成螺旋圖案，該圖案與和 中心軸線170同心的螺旋形線圈類似。排水引導(dǎo)螺漿180可以在翅片 182的方向上逐漸展開，以便逐漸變成大致平行于中心軸線170。在此 構(gòu)造中，排水引導(dǎo)螺漿180可以減小紊流并形成分層流動(dòng)。
在操作中，由于渦輪葉片172的轉(zhuǎn)動(dòng)，由排水引導(dǎo)螺漿180接收 的液體可包括渦流的趨勢(shì)。液體中的渦流趨勢(shì)可以大致與排水引導(dǎo)螺 漿180的螺旋圖案大致匹配。因此，液體進(jìn)入排水引導(dǎo)螺漿180，而 不造成紊流的突然改變方向。雖然通過排水引導(dǎo)螺漿18G引導(dǎo)，液體 中的渦流趨勢(shì)可以通過排水引導(dǎo)螺漿180的逐漸展開而逐漸減小。因 此，液體可以通過大致分層的流動(dòng)排出排水引導(dǎo)螺漿180，以便盡可 能有效地操作。
線圈184形成在芯體(未示出)上以沿圓周包圍轉(zhuǎn)子112并形成 繞組。線圏184與轉(zhuǎn)子112隔開一定氣隙188。線圈184同排水引導(dǎo)螺槳180固定地連接。此外，線圏184可以同軸承178和翅片182固 定地連接。線圈184可以通過例如粘接或與其形成整體固定地連接于 排水引導(dǎo)螺槳180、軸承178和翅片182。在該實(shí)施例中，線圏184 固定在通道156的內(nèi)部，但是防水的以避免與流動(dòng)的水形成流體連通。 線團(tuán)184可以通過例如外裹環(huán)氧樹脂、注塑橡膠或塑料、超聲密封或 通過類似的防水裝置另外隔水來制成防水的。在替代的實(shí)施例中，線 圈184可以位于殼體142的外邊，如以上參照?qǐng)D7和8所迷的實(shí)施例 中那樣，
線圈184還可以由蓋186防水。蓋186定位在密封線圈184鄰近 渦輪轉(zhuǎn)子164的一端的位置，如圖9所示。蓋186可以通過螺紋連接 可拆式連接于線圈184或可以通過粘接固定地連接于線圈184或與其 成整體形成。蓋186形成部分地包圍軸承178并經(jīng)向延伸預(yù)定的距離， 其等于定子114的半徑。蓋186的該預(yù)定的距離延伸到比渦輪轉(zhuǎn)子164 的主體174更接近殼體142的內(nèi)壁。從殼體142的內(nèi)壁到蓋186和主 體174的距離差保證流動(dòng)的水的循環(huán)，如將在下文討論的。
在操作過程中，流過入口 144和流入通道156的水在增壓水流過 通道162時(shí)得到了預(yù)定的增速。流動(dòng)的水由支承件160引導(dǎo)而獲得對(duì) 渦輪葉片172的預(yù)定的入射角，其使轉(zhuǎn)子112轉(zhuǎn)動(dòng).在該實(shí)施例中， 轉(zhuǎn)子112以約15000每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于通道162、渦輪葉 片172和蓋182的不同的深度，流動(dòng)的水被循環(huán)于內(nèi)腔176中。流動(dòng) 的水在內(nèi)腔176中的循環(huán)提供鄰近定位的軸承178的冷卻和潤(rùn)滑。
在此實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子112例如在大約4000RPM和大約5000RPM之 間范圍內(nèi)或者在大約4000RPM和大約12000RPM之間的范圍內(nèi)以大約每 分鐘5000轉(zhuǎn)(RPM )轉(zhuǎn)動(dòng)。5000RPM以上的轉(zhuǎn)動(dòng)可以取決于在大約415Kpa 到大約690kpa (大約60到lOOibs. /sq. inch)液體壓力范圍內(nèi)的液體 壓力以及大約3. 78升/分鐘到大約11.35升/分鐘(大約l-3加侖/分 鐘)的液體流速。5000RPM以上的轉(zhuǎn)動(dòng)還可取決于在大約103. 4Kpa到 大約415kpa(大約15到60PSI)液體壓力范圍內(nèi)的液體壓力以及大約 0. 76升/分鐘到大約3.78升/分鐘(大約0. 2-大約l加侖/分鐘)的液 體流速。根據(jù)液體的物理性能和/或制造容差、尺寸、RPM,這里所述 的壓力和流速可以變化多達(dá)10%到20%。
為了在這種RPM范圍內(nèi)操作，水力發(fā)電系統(tǒng)可以進(jìn)行最小化以便減小由于流體阻力(或風(fēng)阻損失)造成的低效率。如這里使用那樣， 術(shù)語(yǔ)"流體阻力，，限定成流體摩擦和/或不利于將動(dòng)能最大程度地轉(zhuǎn)換 成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的任何其它流體作用。
水力發(fā)電系統(tǒng)的最小化使得在轉(zhuǎn)子112轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)受流體的表面面 積最小化。另外，水力發(fā)電系統(tǒng)的重量最小化，例如，通道156的直 徑在大約6. 35毫米到大約51毫米(大約0.25英寸到大約2英寸)的 范圍內(nèi)。另外，通道162的深度可以是大約0.76亳米到大約2.54毫 米(大約0. 03英寸到大約0. l英寸)并且渦輪葉片172的深度可以是 大約0. 89毫米到大約3. 8毫米(大約0. 035英寸到大約0. 15英寸)。
由于最小化造成所得RPM更高以及流體阻力減小可以使得發(fā)電效 率最大。例如，在大約5000RPM和IOOOORPM之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)可以 產(chǎn)生大約0.27和39之間的瓦數(shù)。另外，永磁體168的尺寸(重量) 可以設(shè)置成使得水力發(fā)電系統(tǒng)12的發(fā)電最佳。
在水力發(fā)電系統(tǒng)12操作時(shí)，在定子114內(nèi)轉(zhuǎn)子112的高RPM轉(zhuǎn)動(dòng) 有效地產(chǎn)生電能。水力發(fā)電系統(tǒng)12能夠產(chǎn)生交流電(AC)。在可選擇 實(shí)施例中，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以產(chǎn)生直流電(DC)。在另一可選擇實(shí) 施例中，水力發(fā)電系統(tǒng)12可設(shè)計(jì)成通過交流電的整流和穩(wěn)定來產(chǎn)生直 流電和交流電。如上所述，電極的數(shù)量以及線圉184的構(gòu)造和尺寸取 決于背壓、所需RPM以及水力發(fā)電系統(tǒng)12的目標(biāo)能量輸出。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3、 6、 7、 8和9，結(jié)合這些圖的實(shí)施例所討論的水力 發(fā)電系統(tǒng)12的另一實(shí)施例用于提供多個(gè)電壓與電流電平。通過在串聯(lián) 結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間切換水力發(fā)電系統(tǒng)12的線圏提供多個(gè)電壓與電 流電平。雖然未示出，可以檢測(cè)水力發(fā)電系統(tǒng)12的電壓與電流電平和 水處理系統(tǒng)10的當(dāng)前電壓與電流需求的微處理器或其它類似的控制 裝置可以用來選擇性地切換串聯(lián)結(jié)構(gòu)與并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的線圈。線圏的 選擇開關(guān)可以用于產(chǎn)生直流電(DC)或交流電(AC)的實(shí)施例。
例如，某些紫外(UV)光源需要較低的預(yù)定交流電用以開始供電 和較高的電壓水平。在開始供電以后，UV光源需要較高的交流電但需 要較低的電壓水平以保持供給的能量。在例如水處理系統(tǒng)中，UV光源 可以是低壓汞燈或冷陰極等，并且通過鎮(zhèn)流器提供啟動(dòng)電源和運(yùn)行狀 態(tài)電壓。另外，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以提供下面描述的鎮(zhèn)流器功能，并 且可以省略鎮(zhèn)流器。汞燈和/或冷陰極等可以從水中去除細(xì)菌和其它雜質(zhì)。
在操作過程中，當(dāng)水力發(fā)電系統(tǒng)12產(chǎn)生電能時(shí)，由微處理器選擇 地將線圈置于串聯(lián)結(jié)構(gòu)中。該串聯(lián)結(jié)構(gòu)以預(yù)定的電壓水平產(chǎn)生預(yù)定的 交流電，其能夠開始給UV光源供電。在給UV光源的開始供電以后， 線圈被選擇性地再組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)以提供在能夠保持給UV光源供電的 預(yù)定電壓水平下的預(yù)定的交流電。水力發(fā)電系統(tǒng)12的線圈的切換，如 上所述，可以為由水力發(fā)電系統(tǒng)12供電的任何系統(tǒng)中的任何電裝置提 供不同的電壓與電流要求。
在另一實(shí)施例中，結(jié)合以上所述實(shí)施例所討論的水力發(fā)電系統(tǒng)12 可以設(shè)有多個(gè)分接頭以表示不同的形成各繞組的線圏組。這些分接頭 可用于通過電連接不同的線圏數(shù)目以形成各繞組來提供多個(gè)不同的預(yù) 定電壓水平。水處理系統(tǒng)IO可以構(gòu)成使在操作過程中利用微處理器或 其它類似的裝置在各分接頭之間進(jìn)行切換。因此，在上述的UV光源實(shí) 例中， 一個(gè)分接頭可用于開始供電而另一分接頭可用于連續(xù)操作。此 外，不同的分接頭可以在運(yùn)行著的基礎(chǔ)上用于根據(jù)電裝置的電能要求 操作水處理系統(tǒng)10中的各不同的電裝置。分接頭切換還可以用來控制 發(fā)電機(jī)的RPM。在RPM低于所需閾值時(shí)，例如，分接頭可以調(diào)節(jié)以便 脫離線圈，由此增加RPM。水力發(fā)電系統(tǒng)12的分接頭切換還可為由水 力發(fā)電系統(tǒng)12供電的任何系統(tǒng)提供不同的電壓級(jí)。
在結(jié)合上述實(shí)施例所討論的水力發(fā)電系統(tǒng)12的又一實(shí)施例中，存 在的反電磁力(EMF)被有利地減小。如在本領(lǐng)域中已知的，永磁體發(fā) 電機(jī)的反EMF因通量集中器而增加，后者是由發(fā)電機(jī)芯體中的許多金 屬疊片形成的。通量集中器可用于改進(jìn)發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，但必須克 服傳送的反EMF以便轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。
在水力發(fā)電系12應(yīng)用于水處理系統(tǒng)10的情況下，某些M光源在 啟動(dòng)和操作過程中具有不同的電能需要。采用水力發(fā)電系統(tǒng)12的上述
實(shí)施例并且不包含通量集中器時(shí)，可以滿足UV光源的操作要求。
在操作過程中，在給水處理系統(tǒng)10供電以前，水力發(fā)電系統(tǒng)l2 上的轉(zhuǎn)動(dòng)載荷(反EMF)可以是較小的。轉(zhuǎn)動(dòng)載荷可以是較小的是因 為該實(shí)施例的水力發(fā)電系統(tǒng)12并不包含通量集中器并且水處理系統(tǒng) IO還沒有利用電能。消除通量集中器造成變動(dòng)力矩減小，由此水電發(fā) 電機(jī)快速加快轉(zhuǎn)動(dòng)。因而，當(dāng)水流過水力發(fā)電系統(tǒng)12時(shí)，轉(zhuǎn)子可在較短的時(shí)期內(nèi)加速到預(yù)定的較高RPM。
較高的RPM以預(yù)定的交流電流(AC)提供預(yù)定的電壓(啟動(dòng)電壓)， 該預(yù)定的交流電流能夠開始供電給例如水處理系統(tǒng)10中的UV光源。 在給UV光源開始供電以后，水力發(fā)電系統(tǒng)12上的轉(zhuǎn)動(dòng)載荷增加從而 降低轉(zhuǎn)子的RPM。該較低的轉(zhuǎn)子RPM提供預(yù)定的低電壓與相應(yīng)預(yù)定的 交流電(AC)從而可以連續(xù)地供電給UV光源。讀者應(yīng)該理解由該實(shí)施 例的水力發(fā)電系統(tǒng)12提供的"即時(shí)，，能力可以排除水處理系統(tǒng)10中 為驅(qū)動(dòng)UV光源所需要的儲(chǔ)能裝置，這是由于UV光源幾乎在水開始流 動(dòng)時(shí)啟動(dòng)。
圖11是以部分截面圖表示的水力發(fā)電系統(tǒng)12的另一實(shí)施例。與 前面實(shí)施例類似，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以用于水處理系統(tǒng)10。另外， 水力發(fā)電系統(tǒng)12可以包括在具有流動(dòng)增壓液體的任何其它形式的系 統(tǒng)中.水力發(fā)電系統(tǒng)12還可包括水處理系統(tǒng)的例如UV光源、過濾器、 電子器件等結(jié)構(gòu)。
所示的水力發(fā)電系統(tǒng)12包括已經(jīng)拆卸側(cè)蓋的外殼體1102。另夕卜， 水力發(fā)電系統(tǒng)12包括內(nèi)殼體1104、對(duì)中桿1106和噴嘴1108。外殼體 1102可以是塑料、金屬、碳纖維或其它剛性材料并包括空腔1110?？?腔1110是一個(gè)氣隙，該氣隙設(shè)置尺寸以便容納內(nèi)殼體1104，而使得 內(nèi)殼體1104接觸外殼體1102的內(nèi)表面1112。同樣包括在外殼體1102 中的是出口 1114。出口 1114可以是開口，該開口使得外殼體1102中 存在的液體通過重力從空腔1110排出，以便在操作中保持氣隙。
內(nèi)殼體1104可以是大致圓柱形的并由塑料、金屬、碳纖維或其它 類似材料制成。內(nèi)殼體1104可以安裝在外殼體1102上以便在外殼體 1102的空腔1110內(nèi)圍繞對(duì)中桿1106的至少一部分。對(duì)中桿1106可 以和外殼體1102固定連接并延伸到內(nèi)殼體1104內(nèi).對(duì)中桿1106可以 是例如不銹鋼的任何剛性、縱向延伸材料。
多個(gè)套筒1116可以和內(nèi)殼體1104連接并圍繞對(duì)中桿1106。每個(gè) 套筒1116可以是由塑料、金屬或其它類似材料制成的襯套。套筒1116 可以形成容納對(duì)中桿1106的開口以及形成為安裝在內(nèi)殼體1104的外 表面內(nèi)的開口內(nèi)的外表面。套筒1116中的開口可以足夠大以便使得套 筒1116圍繞對(duì)中桿116在外殼體1102內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不接觸對(duì)中桿1106。 套筒1116的外表面可以和內(nèi)殼體1104的外表面固定連接，使得內(nèi)殼體1104和套筒1116—起轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，套筒1116和內(nèi)殼體1104可以 單獨(dú)圍繞對(duì)中桿1106轉(zhuǎn)動(dòng)，
內(nèi)殼體1104還可包括多個(gè)固定連接并從內(nèi)殼體1104的外表面 1120向外延伸的多個(gè)漿葉1118。漿葉1118可以由塑料、碳纖維、金 屬或其它類似材料制成。漿葉1118可以垂直于內(nèi)殼體1104的外表面 定位，使得當(dāng)內(nèi)殼體1104轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)漿葉1118在某些點(diǎn)處靠近噴 嘴1108定位.
噴嘴1108可以安裝成延伸到內(nèi)殼體1104和出口 1114之間的空腔 1110內(nèi)，如圖所示。與圖1-5所示的噴嘴14類似，噴嘴1108增加增 壓液體的速度。以第一速度供應(yīng)到噴嘴入口 1122的增壓液體流過噴嘴 1108,并以第二速度從噴嘴出口 1124排出，第二速度顯著高于第一速 度。通過噴嘴1108排出到空腔內(nèi)的液體引導(dǎo)通過漿葉1118處的氣隙。
圖12是從噴嘴入口 1122觀看(圖11 )的噴嘴1108的端視圖。 噴嘴1108包括通道1202，通道是朝著噴嘴出口 1202 (圖11)減小直 徑的軸向孔。包括在通道1202的是凸肋1204。凸肋1204與噴嘴1108 的內(nèi)表面1206連接并從內(nèi)表面1206向外朝著噴嘴1108的中心軸線 1208延伸。
圖13是圖12所示包括凸肋1204的噴嘴1108的剖視底視圖。穿 過噴嘴1108的通道1202包括靠近噴嘴入口 1122的第一傾斜部分 1302，隨后是第一直部分1304、漸縮部分1306、第二傾斜部分1308 以及形成噴嘴出口 1124的第二直部分1310。在噴嘴入口 1122處，通 道1202可以是例如10.8毫米預(yù)定入口直徑。在笫一傾斜部分1302 內(nèi)，通道1202的直徑可以朝著噴嘴出口 1124相對(duì)于中心軸線1208 呈例如大約20度的預(yù)定角度6均勻減小直徑。
在第一直部分1304處，通道1202的直徑可以是例如大約5. 8毫 米的預(yù)定第一噴嘴直徑。通過通道1202的笫一直部分1304，內(nèi)表面 1206可以大致平行于中心軸線1208，并因此保持在第一噴嘴直徑上。 在漸縮部分1306,內(nèi)表面1202可以具有曲率半徑。曲率半徑可以形 成具有例如8. 7亳米的預(yù)定半徑的圓的一部分。第二傾斜部分1308內(nèi) 的通道1202的直徑可以朝著噴嘴出口 1124相對(duì)于中心軸線1208呈例 如大約20度的預(yù)定角度6均勻減小。第二直部分1310可以通過將通 道1202保持在例如1. 85毫米的預(yù)定第二噴嘴直徑上而形成噴嘴出口1124。
第一和第二噴嘴直徑可以根據(jù)供應(yīng)到噴嘴1108的液體壓力的所 得范圍來確定.在一個(gè)實(shí)例中，第一直部分1304的直徑可以保持相對(duì) 不變，并且第二直部分1301的直徑可以根據(jù)引入噴嘴1108的液體壓 力來改變。例如，第一直部分1304的直徑可以保持在大約5. 8毫米， 并且第二直部分1301的直徑形成大約1.9毫米或更小。因此，噴嘴 1108的第二直部分1301的直徑(噴嘴出口 1124 )是噴嘴1108的第一 直部分1304直徑的大約33%或更少。
在另一實(shí)例中，對(duì)于噴嘴入口 1122處的液體壓力在大約34kPa和 850kPa (大約5和125PSI之間)來說，第二直部分1301可以形成在 大約0. 8毫米和大約1. 9亳米之間(大約0. 03和0. 075英寸)的范圍 內(nèi)。在此實(shí)例中，噴嘴1108可以在噴嘴1108的第一直部分1304直徑 的大約14%和大約33%之間。此實(shí)例中通過噴嘴1108的所得流速可 以在34kPa下的大約0. 44升/分鐘到大約850kPa下的大約4. 16升/ 分鐘(大約0. 115加侖/分鐘到大約1.1加侖/分鐘)的范圍內(nèi)。
凸肋1204可以是減小流過通道1102的液體渦流和其它非分層性 能的任何構(gòu)造。所示凸肋1204在噴嘴入口 1122處開始并沿著中心軸 線1208延伸預(yù)定距離通過第一傾斜部分1302、第一直部分1304,并 進(jìn)入漸縮部分1306。盡管示出具有均勻?qū)挾?，在其它?shí)例中，凸肋U04 可以包括一個(gè)或多個(gè)漸縮寬度部分、泡體、彎曲或任何其它構(gòu)造，以 便提高液體通過噴嘴1108的分層流動(dòng)，另外，凸肋12(M的長(zhǎng)度可以 比所示更長(zhǎng)或更短，以便更好地消除液體流過通道1202的渦流。
圖14是包括圖12所示凸肋1204的噴嘴1108的剖視側(cè)視圖。在 通道1202的噴嘴入口 1122處，示例性的凸肋n04從內(nèi)表面1206朝 著中心軸線1208向外延伸預(yù)定第一距離。當(dāng)凸肋U04沿著中心軸線 1208朝著噴嘴出口 1124延伸時(shí)，凸肋1204從內(nèi)表面1206延伸的距 離逐漸減小到零。在所示實(shí)例中，凸肋1204漸縮以便在凸肋12(M沿 著中心軸線1208朝著噴嘴出口 1124延伸時(shí)延伸逐漸進(jìn)一步離開中心 軸線1208的距離。另外，內(nèi)表面1206和中心軸線1208之間的距離朝 著噴嘴出口 1124變得更小，進(jìn)一步漸縮凸肋l204，如圖所示。在其 它實(shí)例中，凸肋1204可形成任何其它形狀，以l更減小渦流作用并增加 液體通過噴嘴1108的分層流動(dòng)。再次參考圖11，在操作中，流過噴嘴1108的液體可以保持分層 流動(dòng)，同時(shí)液體的速度在噴嘴1108內(nèi)加速。液體可以高速?gòu)膰娮?108 排出。由于大致的分層流動(dòng)，在排放之后，液體流可保持具有與噴嘴 出口 1124大致相同直徑的良好限定的液流。因此，由液流產(chǎn)生的液體 飛濺減小，并且流動(dòng)液體的動(dòng)能集中在相對(duì)小的區(qū)域內(nèi)。
液流可以在漿葉118處引導(dǎo)。在沖擊漿葉118時(shí)，液體中的動(dòng)能 有效地轉(zhuǎn)換成內(nèi)殼體1104的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。當(dāng)內(nèi)殼體1104轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè) 漿葉1118可進(jìn)入從噴嘴1108排出的高速液流中，并接收流動(dòng)液流中 的大致所有的動(dòng)能。
一旦動(dòng)能從液體提取，液體通過重力落到出口 1114，并引導(dǎo)離開 外殼體1102。由于通道引導(dǎo)，外殼體1102大致沒有液體。盡管由于 從噴嘴1108排出的恒定液流，會(huì)存在某些液體，通道引導(dǎo)可以使得外 殼體1102內(nèi)的液位保持足夠低，使得噴嘴1108和內(nèi)殼體1104不浸入 液體中。因此，噴嘴1108和內(nèi)殼體1104在外殼體1102內(nèi)的氣隙中操 作，其中流體阻力損失最小。
某些液體臨時(shí)保持在漿葉1118上，并且通過內(nèi)殼體1104的轉(zhuǎn)動(dòng) 力甩到外殼體1102的外表面1112上。另外，某些液體可沖擊漿葉 1118,并反射到內(nèi)表面1112上。
內(nèi)表面1112可形成導(dǎo)管以便減小空腔1110內(nèi)的液體飛濺。通過 將多余的液體保持離開轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼體1104，空腔1110內(nèi)液體飛濺的減 小使得轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼體1104的液體阻力損失最小。包括在內(nèi)表面1112上 的導(dǎo)管還可形成螺旋圖案，該圖案設(shè)計(jì)成有效地收集液體飛濺并將液 體引導(dǎo)到出口 1114。因此，在操作期間空腔1110大致保持沒有液體， 并大致填充空氣(或其它氣體)，使得噴嘴1108的噴嘴出口 11M不 浸入液體中。
圖15在圖11的外殼體1102的截面圖中表示內(nèi)表面1112的一個(gè) 實(shí)例。內(nèi)表面1112包括以從內(nèi)表面1112朝著內(nèi)殼體ll(M (圖11 )向 外延伸的多個(gè)指形件1502為形式的導(dǎo)管。每個(gè)指形件I"2可以形成 單獨(dú)的金字塔形構(gòu)件。換言之，指形件l"2可以是凹槽、環(huán)件、支承 件、軌道或外殼體1102的內(nèi)表面1112內(nèi)的任何其它不規(guī)則形狀。指 形件1502可以定位成預(yù)定圖案。根據(jù)從轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼體11(M和漿葉1118 飛'減的液體的模擬或分析，該圖案可以是螺旋圖案，以便減小液體飛濺，并且使得液體最大限度地引導(dǎo)到出口 1114 (圖11)。
指形件1502可減小接觸外殼體1102的內(nèi)表面1112的液體的液體 飛濺。另外，指形件1502可以構(gòu)造成將水引導(dǎo)到中心通道1504和包 括在外殼體1102內(nèi)的外通道1506。中心通道1504和外通道1506可 以是V形凹槽或?qū)Ч艿哪承┢渌问?，以便將液體朝著出口 1114引導(dǎo) (圖ll)。內(nèi)表面1112還可包括多個(gè)分支通道1508。分支通道1508 可以是內(nèi)表面1112內(nèi)的弧形通路，該通路將液體引導(dǎo)到中心通道1504 或外通道1506。根據(jù)從轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼體1104和漿葉1118飛濺的液體的模 擬或分析，通道還可定位成螺旋圖案，以便減小液體飛濺，并且使得 液體最大限度地引導(dǎo)到出口 1114 (圖11)。
指形件1502可沿著每個(gè)分支通道1508定位。在指形件1502上的 液體可以被指形件1502 "截留"。液體可流動(dòng)離開指形件1502進(jìn)入 分支通道1508，并接著進(jìn)入中心通道1504或外通道1506。
圖16是圖11所示外殼體1102的側(cè)視圖，其中拆卸內(nèi)殼體1104 和對(duì)中桿1106以便于說明。外殼體1102的內(nèi)表面1112包括沿著形成 用于內(nèi)表面1112內(nèi)的液體的弧形通路的多個(gè)分支通道1602放置的指 形件1502。通過指形件1503 "截留，，的液體流動(dòng)離開指形件1502進(jìn) 入分支通道1602，并引導(dǎo)到外通道1506中(圖14)和/或出口 1114。
圖17是圖ll所示包括出口 1114的外殼體1102的底部的截面圖。 殼體1102的底部類似地包括多個(gè)分支通道1702，分支通道是將液體 引導(dǎo)到出口 1114的弧形通道。指形件1502可以沿著每個(gè)分支通道 1702放置。
圖18是圖11所示包括對(duì)中桿1106的內(nèi)殼體1104的分解透視圖。 同樣包括在內(nèi)殼體1104內(nèi)的是套筒1116、漿葉1118、第一輪轂1802、 第二輪轂1804、轉(zhuǎn)子1806和定子1808。對(duì)中桿1106可以沿著中心軸 線1812延伸通過內(nèi)殼體1104，并且與套筒1116協(xié)同操作以便提供定 子1808的對(duì)中功能。套筒1116可以形成為軸向安裝在形成在每個(gè)第 一和笫二輪轂1802和1804的第一端內(nèi)的套筒開口 1816內(nèi)。
第一和第二輪轂1802和1804可以由塑料、碳纖維或任何其它剛 性材料制成。每個(gè)第一和第二輪轂1802和1804可以是大致圓柱形并 形成具有開口端1818的空腔。開口端1818可以位于與包括套筒開口 1816的第一端相對(duì)的第二端處。笫一和第二輪轂1802和1804可以在開口端1818連接在一起，以便形成內(nèi)殼體1104的外表面1120(圖11)。
每個(gè)第一和第二輪轂1802和1804包括保持環(huán)1820。保持環(huán)1820 包括圍繞平行于中心軸線1812的開口端1818的邊緣向外延伸的多個(gè) 凸耳1822。多個(gè)細(xì)槽1824可以形成在保持環(huán)1820內(nèi)的每個(gè)凸耳1822 之間。凸耳18"可以對(duì)準(zhǔn)以《更在第一和第二輪轂1802和1804在開口 端1818處連接時(shí)相鄰地相互接觸。因此細(xì)槽1824還可在第一和第二 輪轂1802和1804之間對(duì)中以4更形成開口。
第一和第二輪轂1802和1804還包括圍繞內(nèi)殼體1104的外表面同 心順序布置的多個(gè)排放口 1826。排放口 1826形成使得內(nèi)殼體1104內(nèi) 的空腔和內(nèi)殼體1104外部流體連通的開口。因此，液體可經(jīng)由排放口 1826進(jìn)入或流出內(nèi)殼體1104。
當(dāng)內(nèi)殼體1104轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于形成與轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的離心力，內(nèi)殼體 1104內(nèi)的液體經(jīng)由排放口 1826流出。因此，通過在內(nèi)殼體1104以高 RPM轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將液體經(jīng)由排放口 1826及時(shí)排出，減小由于內(nèi)殼體1104 內(nèi)的液體造成的流體阻力損失。轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼體1104因此可以保持空腔內(nèi) 大致沒有液體.空腔可以大致干燥并填充空氣(或某些其它氣體)。 盡管空腔可以是潮濕的，空腔可保持少量液體，足以實(shí)現(xiàn)有效的操作。 排放口 126還提供穿過內(nèi)殼體1104的氣流以便冷卻。
多個(gè)保持件1828位于形成在每個(gè)第一和第二輪轂1802和1804內(nèi) 的空腔內(nèi)，保持件從笫一和第二輪轂1802和1804向外朝著中心軸線 1812延伸。保持件1828可以隔開預(yù)定距離定位，以便在保持件1828 之間形成多個(gè)缺口 1830。保持件1828可以形成第一和第二輪轂1802 和1804的整體部分。另外，保持件1828可以由塑料、金屬、碳纖維 或與各自空腔內(nèi)的每個(gè)第一和第二輪轂1802和1804的內(nèi)表面連接的 任何其它剛性材料分開制成。
轉(zhuǎn)子1806可包括保持環(huán)1834和》茲體1836。保持環(huán)1834可以是 由鐵或類似鐵素體(或非鐵素體)材料形成的圓柱形套筒。當(dāng)?shù)谝缓?第二輪轂1802和1804連接在一起時(shí)，保持環(huán)1834的一部分定位在每 個(gè)笫一和第二輪轂1802和1804的空腔內(nèi)。保持環(huán)1834可以和每個(gè)第 一和第二輪轂1802和1804內(nèi)的保持件1828連接，使得保持環(huán)1834 和內(nèi)殼體1104—起轉(zhuǎn)動(dòng)。保持環(huán)1834可以構(gòu)造成通量集中器，以便 和》茲體1836操作，來改善發(fā)電機(jī)效率。磁體1836可以和保持環(huán)1834連接，并且同樣和內(nèi)殼體1104 —起 轉(zhuǎn)動(dòng)。磁體1836可以是永磁體，例如燒結(jié)或粘接的釹鐵硼(NdFeB) 稀土磁體。磁體1836可以形成連續(xù)的單個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有沿著該結(jié) 構(gòu)構(gòu)造的所需數(shù)量的北極和南極。另外，多個(gè)單獨(dú)的磁體可以和保持 件1834對(duì)準(zhǔn)并與其連接。
通過將磁體1836和保持件1828直接連接，可以有利地減小發(fā)電 機(jī)的反EMF。因此，可以消除保持環(huán)1834。如上所述，減小反EMF可 以更快加速，這對(duì)于例如提供UV光源的"及時(shí)，，性能的某些負(fù)載來說 是有利的。
定子1808可以形成纏繞一個(gè)或多個(gè)定子繞組(未示出)的多個(gè)極 1840，如上所述。極1840可以是與安裝板1842連接的金屬層壓件。 安裝板1842可以是金屬、塑料或任何其它材料，并可以和對(duì)中桿1106 連接。定子1808可以定位在由第一和第二輪轂1802和1804形成的空 腔內(nèi)，使得磁體1836圍繞靠近極1840的定子1808定位，其中具有氣 隙。
由于繞組可以由在線材上涂覆例如搪瓷的非傳導(dǎo)材料，以便形成 繞組，定子1808可以濕式或干式操作。另外，繞組可以覆蓋模制塑料、 橡膠或其它防水材料。除了提供防水性能以外，這種覆蓋模制還可減 小內(nèi)殼體1104以高速圍繞定子1808轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的流體阻力損失。
轉(zhuǎn)子1806和定子1808相結(jié)合可以形成產(chǎn)生三相電能的發(fā)電機(jī)。 另外，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生單相電能。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可以提供到電 能供應(yīng)線1844上。電能供應(yīng)線1844可以電連接到定子1808的繞組上。 電能供應(yīng)線1844可以引導(dǎo)通過沿著穿過對(duì)中桿1106的中心軸線1812 延伸的通道。除了電能之外，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)和/或產(chǎn)生的電能可以進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，以便根據(jù)流動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。
中桿1106和圍繞套筒1116相結(jié)合來^持。，定子1808可以和對(duì)中桿 1106連接。因此，當(dāng)內(nèi)殼體1104以及轉(zhuǎn)子1806轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場(chǎng) 在定子1808的繞組內(nèi)產(chǎn)生電能。
在操作中，內(nèi)殼體1104可以通過單個(gè)高速液流以例如5000RPM以 上的相對(duì)高的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)UPM)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于內(nèi)殼體ll(M的相對(duì)小的 尺寸以可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的RPM,并減小流體阻力損失。大致圓柱形內(nèi)殼體1104的直徑可以小于大約40毫米，例如在大約40毫米到大約 10毫米之間的范圍內(nèi)，由于噴嘴1108的噴嘴出口 1124的直徑(圖11) 可以在大約1. 9毫米到0. 8毫米的范圍內(nèi)，噴嘴出口 1124在殼體1104 直徑的大約4. 75%和大約8%之間，
內(nèi)殼體1104的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電量可以取決于由噴 嘴1108排出的液體速度(圖11)以及內(nèi)殼體1104的直徑。因此，對(duì) 于在液體壓力和流速范圍內(nèi)的噴嘴1108的噴嘴出口 1124 (圖11)的 直徑范圍以及內(nèi)殼體1104的直徑范圍來說，可以輸出一定范圍的電 能。例如，在大約0. 8毫米和大約1. 9毫米之間的噴嘴1108的噴嘴出 口 1124的直徑范圍可以排出大約0. 44升/分鐘和大約4. 16升/分鐘 (大約0. 115加侖/分鐘和大約1. 1加侖/分鐘)的量。流速可以取決 于噴嘴入口 1122 (圖11)處的大約34kPa和大約413kPa之間的壓力 范圍(大約51b/sq. in和大約601b/sq. in)。內(nèi)殼體1104的所得轉(zhuǎn) 動(dòng)可以產(chǎn)生大約0. 25瓦和大約30瓦之間的電能。在此實(shí)例中來自發(fā) 電機(jī)的電能可以直接驅(qū)動(dòng)UV燈或電子器件和/或可以整流以便為例如 電容器、超級(jí)電容器、超高電容器和/或電池的儲(chǔ)能裝置充電。
磁體1836還可提供內(nèi)殼體1104的平衡和對(duì)準(zhǔn)。磁體1836的重量 可以構(gòu)造成轉(zhuǎn)動(dòng)平衡內(nèi)殼體1104的轉(zhuǎn)動(dòng)以便增加效率。因此，殼體 1104可以在高PRM下平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中使得與不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的振動(dòng)或 其它作用最小。如上所述，由于在高RPM下有效地發(fā)電，還可減小磁 體1836的重量。
另外，磁體1836的i茲場(chǎng)可以保持轉(zhuǎn)子1806以及內(nèi)殼體11(M和定 子1808對(duì)準(zhǔn)。磁體1836的大致相同分布的》茲場(chǎng)可以軸向?qū)?zhǔn)轉(zhuǎn)子 1806和定子1808。因此，內(nèi)殼體1104可還可軸向?qū)?zhǔn)對(duì)中桿1106。 套筒1116和對(duì)中桿1106可以幫助對(duì)準(zhǔn)內(nèi)殼體ll(M,但是，內(nèi)殼體11(H 可以通過磁體1836的磁場(chǎng)與對(duì)中桿1106對(duì)準(zhǔn)地懸浮。因此，圍繞轉(zhuǎn) 動(dòng)套筒1116和非轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)中桿1106之間的摩擦損失可以最小。另外， 當(dāng)水力發(fā)電系統(tǒng)12垂直、水平安裝時(shí)，磁場(chǎng)可以保持內(nèi)殼體1104和 定子1808之間的相對(duì)位置關(guān)系，而不使用固定件、鎖栓或任何其它機(jī)
構(gòu)來保持相對(duì)定位。
如圖11和18所示，漿葉1118可形成同心圍繞內(nèi)殼體1104的環(huán) 件。漿葉1118可以是與內(nèi)殼體1104的外表面連接的單獨(dú)制造的部件。每個(gè)漿葉1118可以保持就位在一個(gè)缺口 1824內(nèi)，以便在笫一和第二 輪轂1802和1804連接在一起時(shí)形成環(huán)件。另外，漿葉1118可以通過 粘接、焊接、摩擦配合或任何其它機(jī)構(gòu)單獨(dú)連接或成組連接到第一和/ 或第二輪轂1802和1804上'
漿葉1118可以單獨(dú)制造并接著組裝成環(huán)件以便減小成本并改善 制造性能。另外，內(nèi)殼體1104的直徑以及漿葉1118的直徑可以變化， 而不顯著改變單獨(dú)漿葉1118的幾何形狀。第一和第二輪轂1802和 1804內(nèi)的每個(gè)單獨(dú)漿葉1118以及保持環(huán)1820的構(gòu)造可以相互協(xié)作以 便將漿葉1118在缺口 1824中保持就位。
圖19是圖18所示一個(gè)漿葉1118的實(shí)例的同時(shí).所示漿葉1118 可以是大致凹入的并且包括底部1902、第一漿葉部分1904、第二漿葉 部分1906和細(xì)槽1908。底部1902可以形成為安裝在第一和第二輪轂 1802和1804 (圖18 )的相鄰細(xì)槽1824內(nèi)(圖18 )。底部1902可包 括下表面1912和支腳1914。下表面1912可以與第一和第二輪轂1802 和1804 (圖18 )的內(nèi)表面的曲率半徑類似的預(yù)定曲率半徑彎曲。支腳 1914可以是大致三角形形狀并包括第一傾斜表面1916、第二傾斜表面 1918和表面1920。
現(xiàn)在參考圖18和19，當(dāng)漿葉1118安裝在內(nèi)殼體ll(H中時(shí)，底 部1902可布置在每個(gè)第一和第二輪轂1802和1804的相鄰定位的缺口 1824中。每個(gè)漿葉1802的支腳1914可通過第一和第二輪轂1802和 1804上的凸耳1822保持在缺口 1824中。在所示實(shí)例中，第一和第二 傾斜表面1916和1918可以各自相鄰地接觸每個(gè)第一和第二輪轂1802 和1804上的一個(gè)凸耳1822,另外，表面1920可以相鄰地接觸相鄰安 裝的漿葉1118。
圖20是表示第一和第二漿葉部分1904和1906和支腳1914的圖 19的漿葉1118的截面頂視圖。同樣表示的是漿葉1118的后表面2002。 當(dāng)漿葉1118安裝在內(nèi)殼體104上時(shí)(圖11)，后表面2002可以相鄰 地接觸相鄰安裝的漿葉1118的支腳1914的表面1920 (圖19 )。每個(gè) 漿葉1118的底部1902可以形成靠近內(nèi)殼體1104的外表面的完整同心 環(huán)的一部分。漿葉1118可以通過摩擦配合、粘接、焊接或任何其它連 接機(jī)構(gòu)或材料保持就位。
再次參考圖19,第一和第二漿葉部分1904和1906可各自設(shè)置能夠接收高速液流的分開的凹口或凹入部。如圖20清楚示出，每個(gè)第一 和第二漿葉部分1904和1906可以是橢圓形的，以便使得液流最佳地 沖擊漿葉部分1904和1906。當(dāng)內(nèi)殼體1104(圖ll)以高RPM轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 細(xì)櫓1918使得液流有效地沖擊每個(gè)漿葉1118。
前面所述的水力發(fā)電系統(tǒng)12還可包括水處理系統(tǒng)的能力。在一個(gè) 實(shí)例中，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以安裝在水龍頭或其它潔具上。安裝在水 龍頭上的水力發(fā)電系統(tǒng)12的入口可以連接到水龍頭的水出口端上。除 了所述的發(fā)電能力之外，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以包括碳過濾器和紫外線 (UV)燈。另外，水力發(fā)電系統(tǒng)12可以包括液體轉(zhuǎn)換器以便在不需要 處理水時(shí)旁通水力發(fā)電系統(tǒng)12。水力發(fā)電系統(tǒng)12還可包括例如微處 理器的以便監(jiān)測(cè)UV燈和過濾器的壽命的處理裝置。水力發(fā)電系統(tǒng)12 可提供所述的液流檢測(cè)以便用來監(jiān)測(cè)過濾器壽命。另外，可以采用微 處理器來監(jiān)測(cè)UV燈壽命結(jié)束。另外，可以通過微處理器動(dòng)態(tài)指示分接 頭和/或線圈切換，以便提供用于所述的開始啟動(dòng)UV燈以及隨后驅(qū)動(dòng) UV燈的第一電壓。
還可通過水力發(fā)電系統(tǒng)12提供需要電源并涉及增壓液流的其它 應(yīng)用。例如，具有需要電源來操作的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器、電操作閥或任何其 它裝置的潔具可以被包括作為水力發(fā)電系統(tǒng)l2的一部分。
圖21是用于被包括作為水力發(fā)電系統(tǒng)一部分的例如坐便器或小 便池的盥洗室的示例性潔具2100的透視圖。潔具2100包括用于接收 水的水入口 2102和用于排出水的水出口 2104。潔具2100還包括閥模 塊2106、電子模塊2108和發(fā)電模塊2110。在其它實(shí)例中，水龍頭、 噴頭或具有控制閥的、水入口和水出口的任何其它潔具類似地包括在 水力發(fā)電系統(tǒng)中。如這里使用，術(shù)語(yǔ)"潔具，，限定成包括例如水龍頭、 盥洗室沖洗機(jī)構(gòu)、噴射器以及噴頭的衛(wèi)生間相關(guān)裝置。另外，潔具可 包括用來在小于大約1034kPa(大約150ibs. /sq. inch)的壓力下控制
和/或引導(dǎo)液流的噴射器、噴灑器或任何其它裝置和機(jī)構(gòu)。
圖22是包括入口 2102、出口 2104、閥模塊2106、電子模塊2108
和發(fā)電模塊2110的圖21所示示例性潔具2100的剖視側(cè)視圖。
閥模塊2106包括電操作閥2202。電操作閥2202可以是能夠用電
壓和電流致動(dòng)以便開啟和關(guān)閉液體流路的任何電子機(jī)械閥裝置。在啟
動(dòng)時(shí)，電操作閥2202可運(yùn)動(dòng)到經(jīng)由閥模塊2106開啟液體流路的位置。當(dāng)液體流路開啟時(shí)，入口 2102供應(yīng)的增壓液體可流過閥才莫塊2106以 及發(fā)電模塊2110到出口 2104。在斷電時(shí)，電操作閥2202可閉合液體 流路，經(jīng)由閥模塊2106和發(fā)電模塊2110停止液流。
發(fā)電模塊2110包括與圖11-20所述實(shí)施例類似的外殼體1102、 內(nèi)殼體1104、對(duì)中桿1106和噴嘴1108。因此，將不重復(fù)這些結(jié)構(gòu)的 詳細(xì)描述。在其它實(shí)例中，與任何其它所述實(shí)施例類似的結(jié)構(gòu)和/或部 件可以包括在發(fā)電模塊2110中。外殼體1102還可包括排水口 2204， 以便在和內(nèi)殼體1104沖擊之后將液體朝著出口 2104引導(dǎo)。內(nèi)殼體 1102可作為一個(gè)單元從潔具中取出以1更維護(hù)和/或<務(wù)復(fù)。供應(yīng)到入口 2102的增壓液體通過噴嘴1108加速到高速，并在定位在內(nèi)殼體1104 的外表面上的漿葉1118處引導(dǎo)液流。
高速液流中的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能以便以高RPM轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)殼 體1104。液體通過重力落入潔具2100的水出口 2104。外殼體1102 的空腔內(nèi)的液體飛濺還可通過外殼體1102的內(nèi)表面1112和排水口的 構(gòu)造引導(dǎo)到水出口 2104。內(nèi)殼體1104的高RPM轉(zhuǎn)動(dòng)通過包括在內(nèi)殼 體1104中的永磁體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。電能通過電能供應(yīng)線1844上的 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。電能供應(yīng)線1844可以采用對(duì)中桿1106內(nèi)的通道和導(dǎo)管 2206引導(dǎo)到電子模塊2108,
電子模塊2108可包括用于潔具2100的任何相關(guān)電路和部件。電 子器件殼體2108包括閥控制器2226、儲(chǔ)能裝置2"8、功率控制器"30 和傳感器2332。閥控制器2226可以是電操作閥2202的一部分，并可 以是使用電壓和電流啟動(dòng)電操作閥2202開啟和閉合的任何裝置。閥控 制器2226可以包括電馬達(dá)、轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器、電磁閥或能夠運(yùn)動(dòng)閥機(jī)構(gòu)的 任何其它裝置.另外，閥控制器2226可以包括限制開關(guān)或任何其它形 式的位置檢測(cè)裝置，以便確定電操作閥2202的位置。閥控制器"26 可以通過儲(chǔ)能裝置2228供電.
儲(chǔ)能裝置2228可以是電池和/或電容器和/或能夠以電壓和電流 形式儲(chǔ)能的任何其它回路或裝置。功率控制器2230和閥控制器2226 以及儲(chǔ)能裝置238連接。功率控制器2230可具有能夠監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能裝置 2228內(nèi)的電壓大小并控制電操作閥2202的操作的任何回路或裝置。
在操作中，儲(chǔ)能裝置2228內(nèi)的電壓大小通過功率控制器"30來 監(jiān)測(cè)。當(dāng)電壓減小到預(yù)定閾值以下時(shí)，電操作閥2202可以啟動(dòng)以便通過功率控制器2230開啟。電能從儲(chǔ)能裝置2228供應(yīng)到閥控制器2226 以l更啟動(dòng)電操作閥2202。當(dāng)電操作岡2202開啟時(shí)，增壓液體流過閥 模塊2106到噴嘴1108。增壓的高速液流在內(nèi)殼體1104處通過噴嘴 1108引導(dǎo)以便產(chǎn)生電能，電能用來重新充電儲(chǔ)能裝置2228。
傳感器2232還可啟動(dòng)電操作閥2202。傳感器2232可以是運(yùn)動(dòng)傳 感器、溫度傳感器或能夠檢測(cè)潔具2100附近環(huán)境內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù) 的任何其它形式或檢測(cè)裝置。在此實(shí)例中，傳感器2232可以是能夠檢 測(cè)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)傳感器。為了響應(yīng)運(yùn)動(dòng)，傳感器2221可使用來自儲(chǔ)能裝 置2228的電能來啟動(dòng)電操作閥2202以便開啟。儲(chǔ)能裝置2228可以隨 后通過從發(fā)電模塊2110中的發(fā)電機(jī)由液體流動(dòng)產(chǎn)生的電能充電。
圖23是儲(chǔ)能裝置2228和功率控制器2230的實(shí)例的電路圖。所示 的儲(chǔ)能裝置2228包括第一儲(chǔ)能裝置2302、第二儲(chǔ)能裝置2304和第三 儲(chǔ)能裝置2306。功率控制器2230包括處理器2308、第一充電開關(guān) 2310、第二充電開關(guān)2312、第三充電開關(guān)2314、串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)23" 和負(fù)栽控制開關(guān)2318。在其它實(shí)例中，可以使用或多或少的儲(chǔ)能裝置。
第一、第二和第三儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306可以是能夠存儲(chǔ)電 能的任何裝置。在所示實(shí)例中，第一儲(chǔ)能裝置2302是電池，第二和第 三儲(chǔ)能裝置2304和21306是電容器以便使得充電性能最大。電容器可 以是一個(gè)或多個(gè)電解質(zhì)電容器或電化學(xué)電容器，例如超級(jí)電容器和/ 或超高電容器.在其它實(shí)例中，可以使用電池、電容器或電池和電容 器的任何其它構(gòu)造。每個(gè)第一和第二儲(chǔ)能裝置2302和2304和地線 2320電連接。第三儲(chǔ)能裝置2306可以通過串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316和地 線2320電連接。
處理器2308可以是能夠?qū)嵤┲噶钜员惚O(jiān)測(cè)輸入并提供輸出的任 何形式的計(jì)算裝置。處理器2308的輸入包括由電能輸入線2330上的 發(fā)電模塊2110(圖21)內(nèi)的發(fā)電機(jī)供應(yīng)的輸入電能。由發(fā)電機(jī)供應(yīng)的 電能可以是用一個(gè)或多個(gè)二極管整流以便為處理器2308提供DC電能 的三相或單相AC電能。
處理器2308的其它輸入包括用于第一充電線2332上的第一儲(chǔ)能 裝置2302的第一充電指示和用于各自第二和第三充電線2334和2336 上的各自第二和第三儲(chǔ)能裝置23(M和2306的各自第二和笫三充電指 示。充電線2332、2334和2336為處理器2308指示各自儲(chǔ)能裝置2302、2304和2306內(nèi)存儲(chǔ)的電量。另外，在所示實(shí)例中，第一充電指示和 第二充電指示作為輸入各自提供給第一充電線2338和笫二充電線 2340上的處理器2308。第一充電指示提供作為第二儲(chǔ)能裝置2304的 電容器的放電量。第二充電指示提供作為第三儲(chǔ)能裝置2306的電容器 的放電量。
來自處理器2308的輸出包括控制第一充電控制開關(guān)2310、第二 充電控制開關(guān)2312和第三充電控制開關(guān)2314操作的控制信號(hào)。第一 充電控制開關(guān)2310的啟動(dòng)可以將第一充電電壓提供給笫一充電線 2342上的第一儲(chǔ)能裝置2302。當(dāng)?shù)诙潆娍刂崎_關(guān)2312閉合時(shí)，第 二充電電壓可以提供給第二充電線2344上的第二儲(chǔ)能裝置2304。第 三充電控制開關(guān)2314可以啟動(dòng)以便將第三充電電壓提供給第三充電 線2346上的第三儲(chǔ)能裝置2306。
處理器2308還可提供輸出控制信號(hào)以便指示負(fù)載控制開關(guān)2318 控制負(fù)載供應(yīng)線2348上的電壓。負(fù)載供應(yīng)線2348可提供電能到負(fù)載。 在此實(shí)例中，負(fù)載包括電操作閥2202 (圖22)和包括在電子模塊n08 中的電子器件(圖21)。在其它實(shí)例中，任何其它負(fù)載可以由負(fù)載供 應(yīng)線2348供應(yīng).
負(fù)載供應(yīng)線2348上的電能可以通過處理器2308從發(fā)電模塊2110 中的發(fā)電機(jī)和/或從一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306中存儲(chǔ)的 電能供應(yīng)。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)，處理器2308可以提供電能直 接到負(fù)載供應(yīng)線2348上的負(fù)載上。另外，處理器2308可以提供充電 電壓以便通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能充電一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304 和2306。另外，當(dāng)例如發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生電能(或者不產(chǎn)生足夠電能)時(shí)， 處理器2308可以將一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置中存儲(chǔ)的電能提供電能到負(fù) 載供應(yīng)線2348上。
處理器2308還可在闊控制線2350上提供控制輸出，以便控制電 操作閥2202的操作.來自狀態(tài)線2352上的處理器2308的輸出可以提 供操作狀態(tài)。操作狀態(tài)可包括錯(cuò)誤指示、儲(chǔ)能裝置2302、 23(M、 2306 上充電狀態(tài)、電操作閥2202的位置(圖22)或者任何其它與操作相 關(guān)的指示或參數(shù).狀態(tài)線2352可以和任何形式的用戶界面連接，例如 發(fā)光二極管(LED)、顯示器、音頻報(bào)警等。
串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316包括串聯(lián)開關(guān)2356和并聯(lián)開關(guān)2358。處理器2308可以提供輸出以便指示串聯(lián)開關(guān)2356和并聯(lián)開關(guān)2358的操 作。串聯(lián)開關(guān)2356和并聯(lián)開關(guān)2358可以并聯(lián)構(gòu)造或串聯(lián)結(jié)構(gòu)來構(gòu)造 第二和第三儲(chǔ)能裝置2304和2306,
在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，較小的放電電壓可以通過第二和第三儲(chǔ)能裝置 2304和2306單獨(dú)供應(yīng)到負(fù)栽。在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中，較大的i欠電電壓可以 通過第二和第二儲(chǔ)能裝置2304和2306的組合放電來供應(yīng)到負(fù)載。處 理器2308、充電控制開關(guān)2310、 2312和2314、串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316 以及負(fù)載控制開關(guān)2318可以采用專用集成電路(ASIC)。另外，可以 使用分開的部件或分開的成組部件。
存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的指令可以通過處理器2308實(shí)施以便提供第一、 第二和笫三儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306的充電和放電控制。采用處 理器2308進(jìn)行控制可以取決于確定的閾值電壓，確定的闊值充電水平 以及由放電模塊2110內(nèi)的發(fā)電機(jī)供應(yīng)的輸入電能。
每個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306的確定閾值充電水平可以是根 據(jù)單個(gè)儲(chǔ)能裝置的性能來確定的完全充電的狀態(tài)，還可確定每個(gè)儲(chǔ)能 裝置2302、 2304和2306的第一、第二和第三放電水平閾值。每個(gè)放 電水平閾值可以包括放電極限和放電終止。放電極限可以表示充電水 平消耗到完全充電狀態(tài)以下某些程度。放電終止表示充電消耗到最大 所需充電消耗以下.
另外，處理器2308可以包括計(jì)時(shí)功能以便提供儲(chǔ)能裝置230、 2304 和2306的狀態(tài)的指示，充電計(jì)時(shí)器可以通過處理器2308啟動(dòng)以便在 一個(gè)儲(chǔ)能裝置充電時(shí)開始計(jì)時(shí)。根據(jù)充電的特定儲(chǔ)能裝置的充電線上 的充電指示，充電計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)可以用來確定完全充電的百分比、充 電速度等。與充電相關(guān)的確定可以提供到狀態(tài)線2352上。類似地，放 電計(jì)時(shí)器可以通過處理器2308啟動(dòng)，以便在每個(gè)第二和第三儲(chǔ)能裝置 2304和2306的放電循環(huán)中開始計(jì)時(shí)。各自放電線2338和2340上的 放電指示可以被放電計(jì)時(shí)器使用，以便在狀態(tài)線2352上指示每個(gè)第二 和第三儲(chǔ)能裝置2304和2306的放電百分比、放電速度等。
當(dāng)發(fā)電模塊2110中的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能時(shí)，處理器2308可有選擇 地充電一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306。例如，當(dāng)在相對(duì)高 壓下液體流動(dòng)相對(duì)高，發(fā)電機(jī)可以在相對(duì)高壓下產(chǎn)生足夠量的電能。 在這些條件下，處理器2308可以同時(shí)啟動(dòng)第一充電開關(guān)2310、第二充電開關(guān)2312和第三充電開關(guān)2314以便充電所有的儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306。另外，在產(chǎn)生較小或較低的電壓電能時(shí)，處理器2308 可啟動(dòng)比所有第一、第二和第三充電開關(guān)2310、 2312和2314少的開 關(guān)。
在操作中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306中存儲(chǔ)的 電能在確定放電極限以上時(shí)，負(fù)載控制開關(guān)2318可以通過處理器2308 啟動(dòng)，以便供應(yīng)電能到負(fù)栽上。當(dāng)負(fù)載消耗電能，并因此使得一個(gè)或 多個(gè)儲(chǔ)能裝置放電到放電極限以下時(shí)，處理器2308可通過閥控制線 2350上的控制信號(hào)啟動(dòng)電操作閥2202 (圖22)以便開啟。當(dāng)負(fù)載供 應(yīng)線2348上的負(fù)載電能損失時(shí)，電操作閥2202 (圖22 )可保持開啟 并且發(fā)電模塊2110中的發(fā)電機(jī)可連續(xù)供應(yīng)電能。另外在損失電能時(shí)， 電操作閥2202可以閉合，來自發(fā)電機(jī)的輸入電能可以停止并且來自儲(chǔ) 能裝置2302、 2304和2306的電能可以通過處理器2308使用，以便在 狀態(tài)線2352上指示錯(cuò)誤。錯(cuò)誤可通過例如閃光發(fā)光二極管(LED)指 示《
在電能從一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306放電時(shí)，處理 器2308可有選擇地轉(zhuǎn)換串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316,以便使得放電時(shí)間最大。 另外，在出現(xiàn)放電時(shí)負(fù)載供應(yīng)線2348上的電壓可以通過有選擇地轉(zhuǎn)換 串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316來保持，以便使得效率最大。另外，處理器2308 可通過有選擇地轉(zhuǎn)換串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)2316將輸出電壓的大小轉(zhuǎn)換成其 它的電壓大小。例如，來自大約6VDC的發(fā)電機(jī)輸入電壓可以通過處理 器2308轉(zhuǎn)換成3VDC。在另一實(shí)例中，從發(fā)電機(jī)供應(yīng)的1. 5VDC可以通 過處理器2308轉(zhuǎn)換成6VDC。
圖24是儲(chǔ)能裝置2228和功率控制器2230的另一示例性電路圖。 在此實(shí)例中，功率控制器2230包括處理器2308。儲(chǔ)能裝置2228包括 具有電連接到地線2410上的第一電容器"02、第二電容器2404、第 三電容器2406和第四電容器2408的多個(gè)儲(chǔ)能裝置。在另一實(shí)例中， 可以使用儲(chǔ)能裝置的其它構(gòu)造和數(shù)量，例如電池代替第四電容器2408。
處理器2308可以通過充電控制線2412來控制第四電容器2408的 充電和放電。第四電容器2408的充電可以采用電能輸入線2330供應(yīng) 的電能。第四電容器2408的方文電可以取決于由負(fù)載供應(yīng)線2348供應(yīng) 的負(fù)載。負(fù)載可以包括電操作閥2202 (圖22)和/或電子模塊2108(圖21)中的任何其它電子器件。
處理器2308可以提供調(diào)節(jié)的輸出電壓到負(fù)載供應(yīng)線2348上的負(fù) 載上。負(fù)載供應(yīng)線2348上供應(yīng)的電能可以來自發(fā)電機(jī)、第一電容器 2402和/和第四電容器2408。第二和第三電容器2404和2406可以提 供負(fù)載供應(yīng)線2348上存在的任何高頻瞬變的噪聲抑止。
與圖23的實(shí)例類似，處理器2308可以監(jiān)測(cè)第四電容器2408的電 量消耗到充電極限程度以下并傳輸閥控制線2350上的控制信號(hào)，以便 開啟電操作閥2202 (圖22)。所得液流可以高RPM轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電模塊2110 (圖21)中的發(fā)電機(jī)，以便在電能輸入線2330上產(chǎn)生電能。如果第 四電容器2408上的電量消耗到放電終止程度，在狀態(tài)線2350上可以 產(chǎn)生錯(cuò)誤，電操作閥2202 (圖22)可以斷電，并且斷開到達(dá)負(fù)載的電 能。
圖25是表示圖22-23的功率控制器2230的示例性操作的流程圖。 在處理器2308中建立并存儲(chǔ)去往負(fù)栽的所需輸出電壓、所需充電水平 和所需放電水平閾值(放電極限以及放電終止)時(shí)，在方框2502開始 操作。在方框2504處，處理器2308可以實(shí)施指令以便監(jiān)測(cè)電能輸入 線2330上的供應(yīng)電壓，以及儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306的充電和方文 電電壓。
在方框2506處，處理器2308確定供應(yīng)電壓的大小是否等于或大
于去往負(fù)載的所需輸出電壓。如果供應(yīng)電壓大于所需輸出電壓，處理 器2308啟動(dòng)一個(gè)或多個(gè)充電開關(guān)2310、 2312和2314，以便從電能供 應(yīng)線2330供應(yīng)電能，從而在方框2508處充電一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置 2302、 2304、 2306。在方框2510處，處理器2308可以啟動(dòng)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能 裝置的一個(gè)或多個(gè)充電計(jì)時(shí)器2310、 2312和2314。另外，在方框25工2 處，處理器2308可以使得電能從輸入電能線2330供應(yīng)到負(fù)栽供應(yīng)線 2348上的負(fù)載。接著操作返回到方框2504，以便繼續(xù)監(jiān)測(cè)電壓和充電。 如果在方框2506處，供應(yīng)電壓不大于或等于所需輸出電壓，在方 框2518處，處理器2308確定輸入電能線2330上的供應(yīng)電壓是否小于 所需輸出電壓預(yù)定量。如果供應(yīng)電壓小于所需輸出電壓至少一個(gè)預(yù)定 量時(shí)，在方框2520處，處理器2308使得一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306開始對(duì)存儲(chǔ)電能線2332、 2334和2336上的存儲(chǔ)電量放電。 處理器2308可以在負(fù)載供應(yīng)線2348上提供作為輸出電壓和電流的存儲(chǔ)電量，以便供應(yīng)負(fù)載。在方框2522處，處理器2308啟動(dòng)放電計(jì)時(shí) 器，以便監(jiān)測(cè)電能從每個(gè)儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306 ;改電。操作接 著返回到方框2504，以便繼續(xù)監(jiān)測(cè)電壓和充電，
如果在方框2518處供應(yīng)電壓不小于所需輸出電壓，處理器2308 確定所有的儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306是否在方框2526處完全充電。 如果所有的儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306完全充電，在方框2528處， 處理器2308確定電操作閥2202是否開啟。如果電操作閥2202沒有開 啟，操作返回到方框2504，并且監(jiān)測(cè)電壓。如果電操作閥2202開啟， 處理器2308在閥控制線2350上發(fā)送信號(hào)以便在方框2530處閉合電操 作閥2202。當(dāng)電操作閥2202閉合時(shí)，發(fā)電模塊2100中的發(fā)電機(jī)停止 產(chǎn)生電能。
在方框2532處，放電計(jì)時(shí)器復(fù)位并且操作返回到方框2504以便 監(jiān)測(cè)電壓和充電。如果儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306沒有在方框2526 處完全充電，在方框2536處，處理器2308確定任何儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306是否放電到小于放電終止。如果儲(chǔ)能裝置2302、 2304、 2306 放電到小于放電終止，在方框2538處，處理器2308中斷輸出電能線 2348上的輸出電能供應(yīng)。另外，在方框2540處，處理器2308在閥控 制線2350上發(fā)送信號(hào)，以便閉合電操作岡2202。在方框2542處，處 理器2308在狀態(tài)線2352上提供不充電儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306 的指令。操作接著返回到2504以便監(jiān)測(cè)電壓和充電，
如果在方框2536處，沒有儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306放電到小 于放電終止，在方框2546處，處理器2308確定任何儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306是否放電到小于放電極限。如果任何儲(chǔ)能裝置2302、 2304 和2306放電到小于放電極限，在方框2548處，處理器2308在閥控制 線2350上發(fā)送控制信號(hào)，以便開啟電操作閥2202。當(dāng)電操作閥2202 開啟，發(fā)電模塊2110內(nèi)的發(fā)電機(jī)在電能輸入線2330上產(chǎn)生電能。操 作返回到方框2504，以便充電儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306,并且從 發(fā)電機(jī)將電能供應(yīng)到負(fù)載。如果方框2546處，沒有儲(chǔ)能裝置2302、 2304和2306放電到小于放電極限，操作返回到方框2504并監(jiān)測(cè)電壓 和充電，
在另一實(shí)例中，與圖21類似，水力發(fā)電系統(tǒng)可以包括作為水龍頭 系統(tǒng)的潔具，水龍頭系統(tǒng)可包括閥模塊2106、電子模塊2108和發(fā)電模塊2110。發(fā)電模塊2110中的發(fā)電機(jī)可以在發(fā)電模塊2108中的至少 一個(gè)儲(chǔ)能裝置中充電。包括在電子模塊2108中的功率控制器可以進(jìn)行 直接充電，直到儲(chǔ)能裝置充電為止。這將使得水龍頭系統(tǒng)在液體流過 水龍頭系統(tǒng)的時(shí)間周期以外使用存儲(chǔ)電能。另外，如果水龍頭系統(tǒng)不 長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，簡(jiǎn)單瞬時(shí)手動(dòng)按鈕可造成液流轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電模塊2110中的 發(fā)電機(jī)，以便重新充電儲(chǔ)能裝置。
在又一實(shí)例中，水力發(fā)電系統(tǒng)可包括作為淋浴頭的潔具。淋浴頭 可包括無線電和/或其它防水電子器件。無線電可以是防水的，并包括 AM、 FM、致密盤或任何其它娛樂裝置。水力發(fā)電系統(tǒng)包括與圖9和10 所示系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)。由在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪形成的發(fā)電機(jī)可以是為 電容器、超級(jí)電容器或超高電容器充電的電源。這為不需要維護(hù)循環(huán) 的電子器件提供電源，以便例如在電源是電池的情況下更換電源。淋 浴頭還可包括具有報(bào)警器和預(yù)熱指示器的淋浴計(jì)時(shí)器，以便保持淋浴 計(jì)時(shí)。報(bào)警器可用來保持淋浴的長(zhǎng)度在預(yù)定時(shí)間內(nèi)。另外，淋浴頭可 包括具有在進(jìn)行淋浴時(shí)照亮的顯示器的時(shí)鐘。在沒有液流的情況下， 時(shí)鐘可以由儲(chǔ)能裝置操作，而不照亮以便節(jié)省電能。
圖26表示包括外殼體2602、內(nèi)殼體2604、對(duì)中桿2606和噴嘴 2608的水力發(fā)電系統(tǒng)12.內(nèi)殼體2604定位在外殼體2602內(nèi)形成的空 腔2610內(nèi)，并包括定位在內(nèi)殼體2604的外表面2613上的多個(gè)漿葉 2612,外殼體2602包括出口 2614和內(nèi)壁2616。圖26所示的水力發(fā) 電系統(tǒng)12的結(jié)構(gòu)在許多方面與水力發(fā)電系統(tǒng)的所述實(shí)例類似。因此，
出于簡(jiǎn)明目的，以下描述將集中在與所述實(shí)例不同之處。
在所示實(shí)例中，外殼體2602包括內(nèi)殼體部分2618、噴嘴部分2620、 排放部分2622和流動(dòng)收集部分2624。內(nèi)殼體部分2618形成相鄰地圍 繞內(nèi)殼體2604的一部分。漿葉2612靠近內(nèi)殼體部分2618的內(nèi)壁2616 定位，以便減小流體阻力.如同所述實(shí)例那樣，內(nèi)殼體部分2618中的 內(nèi)壁2626可包括朝著出口 2614引導(dǎo)液體的導(dǎo)管(未示出)。
噴嘴部分2620形成外殼體2602的頂部并構(gòu)造成接收噴嘴2608。 噴嘴2608定位成穿過外殼體2602并在內(nèi)殼體26(M的漿葉2612處引 導(dǎo)大致垂直的液流。大致垂直的液流可以從噴嘴2608的噴嘴出口 "26 以良好限定的大致分層流動(dòng)方式以相對(duì)高速排出。排放之后液流可大 致保持具有噴嘴出口 2626的直徑。可因此減小液體飛濺，并且液流中的動(dòng)能可以集中在相對(duì)小的區(qū)域內(nèi)。
圖27是包括外殼體2602、內(nèi)殼體2604、對(duì)中桿2606和噴嘴2608 的水力發(fā)電系統(tǒng)12的剖視側(cè)視圖。內(nèi)殼體2604包括漿葉2612。外殼 體2602包括內(nèi)殼體部分2612、噴嘴部分2620、排放部分2622和流動(dòng) 收集部分2624。
在液流沖擊漿葉2612之后，液流可進(jìn)入排放部分2622。由于沖 擊，液流可變成具有一個(gè)直徑的分散液流，該直徑大于噴嘴出口 2624 的直徑。另外，可通過沖擊以及內(nèi)殼體2604的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生液體飛濺。分 散液流的直徑(噴射圖案)可以取決于液流速度和發(fā)電機(jī)上的電負(fù)栽 量。當(dāng)在發(fā)電機(jī)上有小負(fù)載時(shí)，內(nèi)殼體2604可相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此， 分散液流的分散量相對(duì)小，例如相對(duì)于與噴嘴2608排出的液流同軸的 中心軸線2702形成30度的分散角。相反，當(dāng)具有大負(fù)載時(shí)，需要很 大的力保持內(nèi)殼體2604轉(zhuǎn)動(dòng)，并且分散液流的分散可造成分散角大到 相對(duì)于中心軸線2702呈90度。無論負(fù)載如何，液體與漿葉2612的碰 撞可產(chǎn)生液體飛'減以及分散液流。為了進(jìn)行說明，假設(shè)分散液流的分 散角是大約45度。在其它實(shí)例中，可以使用或大或小的分散角。
同樣如圖27所示的是沖擊點(diǎn)2704和多個(gè)軌線矢量2706。沖擊點(diǎn) 2704可以是由噴嘴2608排出的良好限定的大致線性液流與漿葉 碰撞的區(qū)域。軌線矢量2706表示液體根據(jù)分散角在與漿葉2612碰撞 之后的路徑。跟隨更加靠近中心軸線2702的這些軌線矢量2706的液 體可以直接進(jìn)入收集部分2624，并引導(dǎo)到出口2614。
軌線2706中的液體進(jìn)一步離開中心軸線2702，同時(shí)與排放部分 26內(nèi)的內(nèi)表面2616碰撞。該液體有效地引導(dǎo)到出口 2614以^f更減小流 體阻力。另外，減小了由于與內(nèi)表面2616噴嘴產(chǎn)生的液體飛濺。在排 放部分2622,內(nèi)表面2616構(gòu)造成預(yù)定形狀，以便有效地引導(dǎo)液體到 出口并減小液體飛濺。因此，不需要前面所述的內(nèi)表面2616上的導(dǎo)管。 相反，第二部段2710內(nèi)的內(nèi)表面可保持大致平的，并成形用作反射器， 并有效地從外殼體2602排出液體，并減小流體阻力。因此，空腔2610 可保持大致干燥，其中液體流速在大約0. 44升/分鐘到大約4. 16升/ 分鐘的范圍內(nèi)。
如圖27進(jìn)一步所示，排》文部分2622內(nèi)的內(nèi)表面2616可以構(gòu)造成 預(yù)定形狀。預(yù)定形狀可以取決于形成在每個(gè)軌線矢量2706和排放部分2622內(nèi)的內(nèi)表面2626之間的軌線流動(dòng)角度2708。軌線流動(dòng)角度2708 限定成內(nèi)表面2616和分散液流和由于與漿葉2612沖擊造成的液體飛 濺之后的軌線矢量2706相交處的角度。內(nèi)表面2616的形狀可以設(shè)計(jì) 成將分散液流之后的軌線流動(dòng)角度2708保持小于大約20度。根據(jù)制 造容差和/或與液體相關(guān)的物理性能，通過加減5度來變化軌線流動(dòng)角 度2708。
所示實(shí)例中第二部段2710的內(nèi)表面2616的形狀構(gòu)造成大致錐形 的火箭噴嘴。內(nèi)表面的形狀可以取決于由于與轉(zhuǎn)動(dòng)漿葉2612沖擊而造 成的分散液流的模擬或分析。通過將分散液流之后的軌線流動(dòng)角度 2708保持在內(nèi)表面2616的大約20度內(nèi)，液體可保持在較少非分層流 動(dòng)的更加穩(wěn)定的狀態(tài)下。
更加穩(wěn)定的狀態(tài)使得空腔2610相對(duì)更快地排空。因此，外殼體 2602的總體尺寸可以減小，并同時(shí)在液體從噴嘴2608排出時(shí)始終保 持內(nèi)殼體2602和外殼體2604大致干燥。另外，流出出口 2614的液流 由于與內(nèi)表面和軌線實(shí)例2706的形狀類似而具有某種大小的速度。另 外，更加穩(wěn)定的液流可以減小液體飛濺以及渦流，因此減小流體阻力， 并使得動(dòng)能最大程度地轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。
外殼體2602的排放部分2622的形狀還可用于水力發(fā)電系統(tǒng)的前 面所述實(shí)例中。例如，參考圖11的水力發(fā)電系統(tǒng)12,外殼體1102可 轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使得噴嘴1108垂直排放液流。另外，出口 1114可以運(yùn)動(dòng) 到與噴嘴1108相對(duì)的外殼體1102的壁上，并且外殼體可以重新成形 以便對(duì)于大約29度或更小的軌線矢量來說實(shí)現(xiàn)軌線流動(dòng)角度。在圖 21的示例性水力發(fā)電系統(tǒng)中，潔具2100的出口 2104上游的外殼體12 可簡(jiǎn)單地重新成形以便對(duì)于大約29度或更小的軌線矢量來說實(shí)現(xiàn)軌 線流動(dòng)角度。
圖28是作為水龍頭2802的另一示例性潔具的透視圖。水龍頭2802 可以是如所示的水池龍頭、灑水龍頭、淋浴龍頭或任何其它能夠有選 擇地提供例如水的液流的潔具。安裝在水龍頭2802的端部上的是水處 理系統(tǒng)2804.在其它實(shí)例中，水處理系統(tǒng)2804可通過軟管或其它導(dǎo) 管與潔具連接并且是臺(tái)上構(gòu)造或臺(tái)下構(gòu)造等。另外，在其它實(shí)例中， 水處理系統(tǒng)2804的部件可以是分開的。例如，某些部件可安裝在水龍 頭的端部處，并且可以是臺(tái)上構(gòu)造或臺(tái)下構(gòu)造一部分的其它部件可以通過軟管或其它類型的導(dǎo)管與安裝有該部件的龍頭的端部連接。
所示示例性水處理系統(tǒng)2804包括與殼體2808連接的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 2806。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806可通過卡扣、摩擦配合、螺紋連接、焊接或任何 其它的連接機(jī)構(gòu)與殼體2808連接。作為選擇，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806可以形 成殼體2808的一部分。殼體2808和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806可以由塑料、碳纖 維、鋼、鋁和/或任何其它非多孔材料形成。
水處理系統(tǒng)2904包括從水龍頭2802接收液流的入口 2810和從水 處理系統(tǒng)2804排出液流的出口 2812。出口 2812包括第一出口 2816 和第二出口 2818。從第一出口 2816流出的液體可流過第一流動(dòng)路徑 并且通過水處理系統(tǒng)2804處理。從第二出口 2818流出的液體可流過 第二流動(dòng)路徑并且未處理。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806包括開關(guān)2824，開關(guān)可以 撥動(dòng)以便選擇液體從第一出口 2816還是從第二出口 2818流出。在其 它實(shí)例中，包括水處理系統(tǒng)2804內(nèi)的另外出口可以通過一個(gè)或多個(gè)開 關(guān)選擇以便提供處理或未處理的液流。例如，水處理系統(tǒng)2804可包括
的出口。
圖29是圖28的水處理系統(tǒng)2804的實(shí)例的分解透視圖。水處理系 統(tǒng)2804包括轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806和殼體2808。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806與殼體2808 連接并且與水龍頭2802可拆卸地連接，而且可以選擇來自于水處理系 統(tǒng)2804的處理或未處理液流。
轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806包括開關(guān)2824、套環(huán)2902、上部第一墊片2904、 適配器2906、上部第二墊片2908、閥主體2910、桿2912、彈簧2914、 球2916、閥密封件2918、閥芯2920、外部下部墊片2922和內(nèi)部下部 墊片2924。形成轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806的部件可以是鋼、塑料、鋁和/或任何 其它非多孔材料。套環(huán)2902可以如所示通過螺紋連接、卡口安裝件或 任何其它連接機(jī)構(gòu)與閥主體2908連接.適配器2906可通過套環(huán)2902 貼靠閥主體2910保持。上部第一墊片2904和上部第二墊片2908可分 別定位在套環(huán)2902和適配器2906以及套環(huán)2902和閥主體2910之間。 適配器2906可與水龍頭2802形成液密連接，例如所示的螺紋連接。 作為選擇，適配器2906可通過任何其它形式的連接與龍頭2802形成 液密連接。來自于水龍頭2802的液體可流過套環(huán)2902、第一上部墊 片2904、適配器2906、上部第二墊片2908并進(jìn)入閥主體"10。液體流入形成在閥主體2910內(nèi)的空腔2932。桿2912包括第一柱 2934和第二柱2936，并且形成為安裝在空腔2932內(nèi)。第一柱2934 延伸通過閥主體2910以及通過形成在閥主體2910上的環(huán)2938。第一 柱2934上的0形圏2940可提供液密密封，以便防止液流從空腔2932 泄漏。第一柱2934與開關(guān)2824連接，使得在開關(guān)2824撥動(dòng)時(shí)，第一 柱2934可轉(zhuǎn)動(dòng)，由此在空腔2932中樞轉(zhuǎn)第二柱2936。第二柱2936 可形成為容納彈簧2914和球2916，使得彈簧2914通過密封件2918 上的球2916保持恒定壓力。樞轉(zhuǎn)第二柱2936可在包括在密封件2918 內(nèi)的第一座2941和第二座2942之間運(yùn)動(dòng)球。第一和第二座2941和 2942可各自包括提供到達(dá)閥芯2920的分開流動(dòng)路徑的孔口。閥芯2920 可形成為容納密封件2918并且包括第一孔口 2950和第二孔口 2952。
圖30是圖29所示的示例性閥芯2920的透視底部視圖。第一和第 二孔口 2950和2952穿過閥芯2920的上壁3002,并且各自通過突唇 2004同心圍繞。每個(gè)第一和第二座2941和2942 (圖29 )可通過各自 的第一和第二孔口 2950和2952接收，并且朝著突唇30(M延伸。閥芯 2920還包括通過上壁3002、垂直于上壁3002延伸的外壁3008和內(nèi)壁 3010形成的外部空腔3006。外壁3008延伸到外斜切表面3012和平行 于上壁3002的外部下表面3014。內(nèi)壁3010垂直于上壁3002延伸到 同樣平行于上壁3002的內(nèi)部下表面3016。內(nèi)壁3010和上表面3002 形成外部空腔3006內(nèi)的內(nèi)部空腔3020。內(nèi)部空腔3020通過內(nèi)壁3010 與外部空腔3006完全分開。
每個(gè)第一和第二孔口 2950和2952通過從突唇30(M延伸的蓋30" 部分包圍。部分包圍第一孔口 2950的蓋3022從突唇3004延伸到外部 斜切表面3012，并且形成為將流過第一孔口 2950的液體只引導(dǎo)到內(nèi) 部空腔3012。另一方面，部分包圍第二孔口 2952的蓋30"從突唇3004 延伸到內(nèi)部下表面3016，并且形成為將流過第二孔口 2"2的液體只 引導(dǎo)到外部空腔3006。因此，第一孔口 2950和內(nèi)部空腔30W形成第 一流動(dòng)路徑(處理液體)的一部分，并且第二孔口 2952和外部空腔 3006形成第二流動(dòng)路徑(未處理液體)的一部分。由于內(nèi)壁3010,第 一和第二空腔3006和3020提供分開和獨(dú)立的流動(dòng)路徑。
再次參考圖29，岡主體2910的空腔"32形成為容納桿2912、彈 簧2914、球2916、密封件2918和閥芯2920。閥芯2929還包括岡密封件2954以便防止流動(dòng)液體從空腔2932泄漏。閥主體2910可通過螺 紋連接與殼體2808連接，使得殼體2808將閥芯2920等保持在空腔 2932內(nèi)。在其它實(shí)例中，閥主體2910和殼體2808可通過^f壬何其它機(jī) 構(gòu)連接。
現(xiàn)在參考圖29和30，外部下部墊片2922和內(nèi)部下部墊片2924 在轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806和殼體2808之間形成密封。外部下部墊片2922可靠 近外部下表面3014定位，并且內(nèi)部下部墊片2924可靠近內(nèi)部下表面 3016定位。因此，內(nèi)部下部墊片2924保持第一和第二流動(dòng)路徑中流 動(dòng)的液體分開，并且外部下部墊片2922防止第二流動(dòng)路徑中流動(dòng)的液 體逃逸。第一或第二流動(dòng)路徑中流動(dòng)的液體流入殼體2808。
殼體2808可由塑料、碳纖維、鋁、鋼或任何其它非多孔材料形成。 如圖29所示，殼體2808包括多個(gè)模塊，該模塊包括作為過濾器模塊 2960的第一隔室、作為發(fā)電模塊2962的第二隔室、作為紫外線(UV ) 輻射劑量模塊2964的第三隔室以及作為電子模塊2966的第四隔室。 過濾器模塊2960和紫外線輻射劑量模塊2964靠近定位并且形成殼體 2808的大致圓柱形部分.發(fā)電模塊2962形成安裝在殼體2808的圓柱 形部分上的殼體2808的大致球形部分。在其它實(shí)例中，水處理系統(tǒng) 2804的構(gòu)造和/或形狀可以變化，并且在殼體2808中包括或多或少的 模塊以便適用于水處理系統(tǒng)2804的功能。
殼體2808還包括可以插入殼體2808的中央部分2"0的歧管 2968。歧管2968可以是塑料、碳纖維、鋁、鋼或任何其它非多孔材料。 在所示實(shí)例中，歧管2968在殼體2808的大致圓柱形部分內(nèi)在過濾器 模塊2960和紫外線輻射劑量模塊2964之間靠近發(fā)電模塊29"定位。 歧管2968包括靠近過濾器模塊2960定位的歧管蓋29"。歧管"68 形成第一流動(dòng)路徑的一部分，并且接收從閥芯2920的內(nèi)部腔室3020 (圖30)流出的液體。歧管2968在過濾器模塊29"、紫外線(UV) 輻射劑量模塊2964和發(fā)電模塊2962之間引導(dǎo)液流。歧管2968的單件 式構(gòu)造有利地避免了多個(gè)軟管、裝配件和連接件，并且使得液體在模 塊之間液密流動(dòng)。因此，可以改善制造效率、維護(hù)便利性和可靠性。
圖31是圖29所示示例性歧管2968的透視圖。歧管2968包括形 成為容納液流的第一通道3102和第二通道3104。每個(gè)第一和第二通 道3102和3104形成第一流動(dòng)路徑(處理液體流動(dòng)路徑)的一部分。第一通道3102包括第一通道入口 3114，并且第二通道3104包括第二 通道出口 3118。
圖32是圖31所示示例性歧管2968的相對(duì)側(cè)的透視圖，表示第一 通道3102、第二通道3104、第一通道入口 3114和第二通道出口 3118。 大致圓柱形的第一通道3102同心定位以便圍繞大致圓柱形的第二通 道3104。歧管內(nèi)壁3202和歧管分割壁3204限定第一通道3102。分割 壁3204還限定第二通道3104，并且保持第一和第二通道3102和3104 分開。分割壁3204包括溝槽3206，以便容納歧管蓋2972的一部分(圖 29)。歧管內(nèi)壁3202包括凸脊3208以便通過例如超聲波焊接將歧管 蓋2972 (圖29)連接到歧管2968上。在其它實(shí)例中，歧管蓋2972 可通過螺紋連接、卡扣配合、粘接或任何其它連接機(jī)構(gòu)與歧管2968連 接。
再次參考圖31,歧管2968還包括噴嘴保持件3106和燈座3124。 噴嘴保持件3106構(gòu)造成接合并且保持與歧管"68連續(xù)剛性連接的噴 嘴1108。噴嘴1108還形成第一流動(dòng)路徑的一部分。燈座31"包括多 個(gè)指形件3126，指形件從歧管2968朝著UV輻射劑量模塊"86向外 延伸。指形件3126構(gòu)造成容納并且支承包括在UV輻射劑量模塊2986 (圖29)內(nèi)的UV光源(未示出)。
同樣包括在歧管2968內(nèi)的是形成為分別容納第一墊片3132和第 二墊片3134的第一凹槽3128和第二凹槽H30。所示歧管2968是大 致圓柱形的，并且形成為在殼體2808的大致圓柱形部分內(nèi)提供液密密 封。在歧管2968插入殼體2808的中央部分2970并且定位成接收來自 于閥芯3020的液流(圖29)時(shí)，液密密封形成在第一和第二墊片^32 和3134以及殼體2808的內(nèi)壁之間。從閥芯2920的內(nèi)部空腔3020接 收到殼體2808內(nèi)液體可以通過第一通道入口 3114引導(dǎo)到第一通道 3102。第一通道3102將液流引導(dǎo)到過濾器模塊"60。
如圖29所示，過濾器才莫塊2960包括布置在過濾器空腔2974內(nèi)的 過濾器2972。過濾器2972可由任何多孔材料形成，以便從流過過濾 器2972的液體中去除顆粒等。另外，過濾器"72包括例如活性碳等 材料，以便從液流中去除氣味、氯、有機(jī)化學(xué)物等。整個(gè)過濾器29"72 和/或過濾器2972的各部分可以更換。過濾器模塊2962形成第一液體 流動(dòng)路徑的一部分，并且可以沿著第一液體流動(dòng)路徑填充流過殼體2808的液體。在所示的示例性構(gòu)造中，第一液體流動(dòng)路徑內(nèi)流動(dòng)的液 體流過過濾器入口管線2976并且充滿圍繞過濾器2972的過濾器空腔 2974的部分。液流通過過濾器2972，并且經(jīng)由過濾器出口管線2978 離開過濾器空腔2974到歧管2968。
圖33是過濾器模塊2960、歧管2968和歧管蓋2972的分解透視 圖，歧管蓋2972可由塑料、碳纖維、鋁、鋼或可成形以覆蓋第一和第 二通道3102和3104的任何其它材料形成。歧管蓋2972包括形成有各 自突唇3306的第一蓋通道3302和第二蓋通道3304。第一蓋通道3302 的突唇3306形成為延伸到第一通道3102內(nèi)并且通過缺口 3206接收。 另外，第一蓋通道3302可形成為接收過濾器入口管線2976，并且使 用過濾器墊片3310提供液密連接。第一通道3102內(nèi)的液流可流過第 一蓋通道3302并且進(jìn)入過濾器入口管線2976。第二蓋通道3304的突 唇3306可形成為延伸到第二通道3104內(nèi)。另外，第二蓋通道3304 可形成為接收過濾器出口管線2978，并且使用過濾器墊片3310提供 液密連接。通過過濾器出口管線2978的液流可經(jīng)由第二蓋通道3304 通過第二通道3104接收。流過第二通道31(H的液體流過第二通道出 口 3118到UV輻射劑量模塊2964。
再次參考圖29,UV輻射劑量模塊2964包括端蓋29S0、觀察口 "81 和UV輻射劑量系統(tǒng)2982。端蓋2980形成殼體2808的一部分，并且 提供UV輻射劑量系統(tǒng)2982的可拆卸進(jìn)出口 。端蓋2980可通過螺紋連 接、卡扣或任何其它可拆卸的連接機(jī)構(gòu)與殼體2808的其它部分連接。 觀察口 2981可以是例如聚碳酸酯的窗口材料，由此可以視覺確認(rèn)UV 輻射劑量系統(tǒng)2982正在操作。
UV輻射劑量系統(tǒng)2982包括UV光源2984、插座2986和反應(yīng)器容 器2988。 UV光源2984可以是能夠發(fā)出例如紫外線的大約100到大約 280納米范圍內(nèi)的UVC能量的紫外線能量的任何裝置，以便中和存在 于流動(dòng)液體中的例如細(xì)菌、藻類等有機(jī)微生物。示例性UV光源包括低 壓汞式、冷陰極式或發(fā)光二極管(LED)式。所示UV光源2984是兩個(gè) 泡體的UV光源，該光源可通過例如大約三到大約六瓦的交流電流的操 作瓦特?cái)?shù)連續(xù)操作。另外，UV光源2984可開始通過例如大約八到大 約十二瓦交流電流的所確定瓦數(shù)啟動(dòng)。UV光源2984通?？梢圆鹦恫?且可以與插座2986電連接.在所示實(shí)例中，UV光源2984包括插入插座2986內(nèi)的開口 2990以形成電連接的柱(未示出)。
插座2986可通過螺紋連接、粘接、緊固件或任何其它機(jī)構(gòu)同心安 裝在殼體2808內(nèi)。UV光源2984可靠近反應(yīng)器容器1988與插座2986 連接。反應(yīng)器容器2988可以是對(duì)于紫外線能量透明的任何材料，例如 Teflon,并且能夠形成用于液流的螺旋成形通道。透明材料使得流過 反應(yīng)器容器2988的液體暴露于UV光源2984產(chǎn)生的紫外線能量下。在 所示實(shí)例中，反應(yīng)器容器1988形成有容納UV光源2984的中央空腔。 UV光源2984可與反應(yīng)器容器2988同心安裝并由其圍繞，使得流過反 應(yīng)器容器2988的液體最大程度地暴露于紫外線能量下。UV光源2984 與插座2986相對(duì)的端部可接合并靜置在參考圖31描述的燈座3124 內(nèi)，以便在反應(yīng)器容器2988內(nèi)保持UV光源2984的位置。
圖34是與圖29所示的反應(yīng)器容器2988連接的歧管2968的透視 圓。反應(yīng)器容器2988包括作為笫一流動(dòng)路徑的一部分的直線區(qū)段 3402、彎頭3404和螺旋區(qū)段2406。雖然未示出，第二通道出口 3118 (圖31)使用例如摩擦配合的液密連接與直線區(qū)段3402連接。直線 區(qū)段3402是通過螺旋區(qū)段3406從反應(yīng)器容器2988的第一端部3410 附近延伸到第二端部3412附近的導(dǎo)管。彎頭34(M在直線區(qū)段3402 和螺旋區(qū)段3406之間提供液密連接。
圖35是示例性彎頭3404的透視圖。彎頭3404包括可以由塑料、 碳纖維、鋁、鋼或任何其它非多孔材料形成的第一半件3502和第二半 件3504,第一和第二半件3502和3504可通過粘接、超聲波焊接或能 夠形成液密密封的任何其它連接機(jī)構(gòu)連接。笫一半件3502包括大致直 線并且形成為接收在反應(yīng)器容器2988 (圖34)的直線區(qū)段3402 (圖 34)內(nèi)的入口短管3506。入口短管3506限定進(jìn)入由第一和第二半件 3502和3504限定的彎頭空腔3508的通道。以類似于螺旋區(qū)段3406 的曲率半徑彎曲的出口短管3510同樣通過第一和第二半件3502和 3504限定。經(jīng)由入口短管3506進(jìn)入彎頭空腔3508的液流可經(jīng)由出口 短管3510離開彎頭空腔3508到反應(yīng)器容器2988的螺旋區(qū)段3406(圖 34)。作為選擇，直線區(qū)段3402和螺旋區(qū)段3406可形成為單個(gè)連續(xù) 通道，并且可以省略彎頭3404。
如圖34所示，螺旋區(qū)段3406包括螺旋入口 3416和螺旋出口 3418。 螺旋入口 3416形成為接收出口短管3510并且形成液密連接。螺旋出口 3418位于靠近直線區(qū)段3402的出口的第一端部3410處。因此，液 體在相同端部處流入和流出反應(yīng)器容器2988。螺旋出口 3418形成為 與噴嘴1108 (圖29)連接，并且形成液密密封。圖34還表示與噴嘴 保持件3106接合的噴嘴1108和形成為接收UV光源2984的螺旋區(qū)段 3406內(nèi)的空腔(圖29)。
參考圖29和34，反應(yīng)器容器2988形成具有安裝在殼體2808的 UV輻射劑量模塊2964內(nèi)的外直徑以及容納UV光源2984和直線區(qū)段 3402的內(nèi)直徑的螺旋。在UV輻射劑量模塊2964內(nèi)，反應(yīng)器容器2988 可通過反射器(未示出)圍繞，以便朝著螺旋區(qū)段3406內(nèi)的空腔反射 UV光源2984發(fā)射的UV能量。作為選擇，靠近反應(yīng)器容器2988的殼 體2808的內(nèi)壁可具有反射表面。當(dāng)UV光源2984同心定位在螺旋區(qū)段 3402內(nèi)時(shí)，液體可平行于UV光源2984流過直線區(qū)段3402并且圍繞 UV光源2984通過螺旋區(qū)段3406循環(huán)，以便使得液流進(jìn)行最大程度地 暴露于輻射。液體可從第二通道出口 3118經(jīng)由直線區(qū)段3402、彎頭 3404、螺旋區(qū)段3406和螺旋出口 3418流到噴嘴1108。由于液體只在 反應(yīng)器容器2988內(nèi)流動(dòng)，UV輻射劑量模塊2964保持大致干燥。
來自于螺旋區(qū)段3406的液流可進(jìn)入噴嘴1108并且從噴嘴1108作 為液體射流噴出。在進(jìn)入噴嘴1108的位置處，液流通過過濾器模塊 2960過濾，并且通過UV輻射劑量模塊2964以UV能量輻射劑量，而 且認(rèn)為是處理的液體。如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"處理的液體"和"處 理的水"指的是進(jìn)行過濾并且經(jīng)受UV能量的液體。
如上所述，噴嘴1108增加壓力液體的速度。在第一速度下供應(yīng)的 壓力液體流過噴嘴1108并且在顯著高于笫一速度的第二速度下從噴 嘴1108排出。噴嘴1108構(gòu)造成將液流轉(zhuǎn)換成從噴嘴1108噴出的液體 射流。被噴出的液體射流在發(fā)電模塊2962中通過噴嘴1108排出。
如圖29所示，發(fā)電模塊2962包括所示的水力發(fā)電系統(tǒng)。水力發(fā) 電系統(tǒng)包括噴嘴1108和水力發(fā)電機(jī)2992。水力發(fā)電機(jī)2992包括作為 內(nèi)部殼體1104的發(fā)電機(jī)殼體、對(duì)中桿1106和與參考圖描述的 實(shí)施例類似的漿片1118。因此，將不重復(fù)前面描述的水力發(fā)電系統(tǒng)的 詳細(xì)說明。應(yīng)該注意到類似于前面描述的水力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的特 征和/或部件可包括在發(fā)電模塊2962中。
發(fā)電模塊2962還包括形成作為通過殼體2808的第一流動(dòng)路徑(處理液體流動(dòng)路徑)的一部分的笫一液體流動(dòng)通道的外部殼體2994。外 部殼體29SM類似于參考圖11-22描述的外部殼體1102和/或類似于參 考圖26-27描述的外部殼體2602。提供處理液體的第一出口 2816從 流過外部殼體2994的液體供應(yīng)。
發(fā)電模塊2962還包括第二液體流動(dòng)通道。第二液體流動(dòng)通道是形 成第二流動(dòng)路徑一部分的未處理液體通道2996。第二出口 2818可提 供從未處理液體通道2996供應(yīng)的未處理液體。未處理液體通道2996 形成有外部殼體2992的外表面和殼體2808的內(nèi)表面。換言之，未處 理液體通道2996用于未處理液體，并且在發(fā)電模塊2962內(nèi)的外部殼 體2992的外側(cè)分開和獨(dú)立地流到第二出口 2818。
因此，發(fā)電模塊2962供應(yīng)第一和第二出口 2816和2818兩者。形 成在外部殼體2992內(nèi)的第一液體流動(dòng)通道將未處理液體提供給第一 出口 2816，并且未處理液體通道2996將未處理液體提供給第二出口 2818。第一或第二液體流動(dòng)通道之一內(nèi)的液流保持與其它液體流動(dòng)通 道分開和獨(dú)立。
圖36是圖28-35所示水處理系統(tǒng)2804的側(cè)視圖，其中去除殼體 2808的一部分。在操作過程中，在開關(guān)2824在第一位置時(shí)，壓力液 體從水龍頭2802流過閥主體2910到內(nèi)部空腔2950 (圖29 ),并且進(jìn) 入第一空腔3020。內(nèi)部下部墊片"24防止液流泄漏到外部空腔3006 內(nèi)。液流通過殼體2808內(nèi)的未處理液體通道3602引導(dǎo)到歧管2968 的第一通道入口 3114。由于擋板3602，沿著殼體2808內(nèi)的第一流動(dòng) 路徑(處理液體路徑)流動(dòng)的液體不進(jìn)入第二流動(dòng)路徑(未處理液體 通道2996 )。如上所述，液體流過過濾器模塊2960和反應(yīng)器容器2988， 并且通過噴嘴1108以高速噴射到外部殼體2994內(nèi)。
液體射流穿過空氣，并且沖擊水力發(fā)電機(jī)2992。更特別是，液體 射流沖擊安裝在內(nèi)部殼體1104的表面上的漿片1118，以便轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部 殼體1104。內(nèi)部殼體1104的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，以〗更啟動(dòng)并且保持UV光 源2984。作為選擇，儲(chǔ)能裝置3740可與水力發(fā)電機(jī)結(jié)合使用，以便 開始啟動(dòng)并保持UV光源2984的啟動(dòng)，如隨后描述那樣。在與漿片1118 沖擊之后，液體容納在外部殼體2994內(nèi)，并且流到第一出口 "16處， 其中對(duì)于水處理系統(tǒng)2804的使用者來說液體可以作為處理液體獲得。
當(dāng)開關(guān)2824撥動(dòng)到第二位置時(shí)，來自于水龍頭2802的壓力液體沿著第二流動(dòng)路徑流過閥主體2910到第二孔口 2952 (圖30)并且進(jìn) 入外部空腔3006。外部下部墊片2922和內(nèi)部下部墊片2924防止液流 從外部空腔3006泄漏。從外部空腔3006，液體引導(dǎo)到未處理液體通 道2996并且接著到第二出口 2818。
再次參考圖29，可通過電子模塊2966來提供水處理系統(tǒng)2804的 操作、監(jiān)測(cè)和控制。在所示實(shí)例中，電子模塊2966可以是形成殼體 2808 —部分的液密隔室。在其它實(shí)例中，電子模塊2966可以是多個(gè) 較小的隔室、液密隔室和/或提供所述功能的任何其它構(gòu)造。
圖37是同樣包括UV光源2984和水力發(fā)電機(jī)2992的電子才莫塊 2966的方框圖。示例性電子模塊2966包括處理器3702、顯示器3704、 UV開關(guān)3706和電源3708。在其它實(shí)例中，可以使用另外或較少的部 件，以便描述電子模塊2966的功能。
處理器3702可以是能夠與接收輸入和/或產(chǎn)生輸出相結(jié)合進(jìn)行邏 輯和/或指令以便至少指示、監(jiān)測(cè)、控制和操作水處理系統(tǒng)的任何裝置。 處理器3702可包括例如存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器，以便存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。儲(chǔ) 存器可包括易失性或非易失性存儲(chǔ)裝置。另外，處理器3702可包括信 號(hào)轉(zhuǎn)換能力，例如模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換能力.處理器3702還可包括傳遞和 接收電信號(hào)的信號(hào)輸入/輸出能力以及傳遞和接收數(shù)據(jù)和/或指令的外 部通訊口 。
水力發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能的監(jiān)測(cè)、指示、控制和分配可通過處 理器3702來進(jìn)行。水力發(fā)電機(jī)2992的監(jiān)測(cè)包括接收每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、 功率輸出、溫度和/或與水力發(fā)電機(jī)2992相關(guān)的任何其它操作參數(shù)。 在所示實(shí)例中，處理器3702在功率輸出線3712上接收表示水力發(fā)電 機(jī)2992的功率輸出的信號(hào)。根據(jù)由水力發(fā)電機(jī)2922產(chǎn)生的交流電流 (AC)的頻率，處理器3702可確定水力發(fā)電機(jī)2922的RPM。 RPM ( AC 電能)還可通過處理器3702使用，以便確定流過第一流動(dòng)路徑(處理 液體流動(dòng)路徑)的流速。因此，可以通過處理器3702跟蹤和記錄過濾 器壽命、UV光源壽命、總加侖數(shù)或任何其它使用相關(guān)的參數(shù)。
作為選擇，電子模塊2996還包括例如UV傳感器、級(jí)A傳感器、 流量傳感器等一個(gè)或多個(gè)傳感器3714。傳感器3714可通過處理器3702 在傳感器監(jiān)測(cè)線3716上監(jiān)測(cè)，以便確定例如UV光源是否操作、流過 系統(tǒng)的液體接收的UV輻射劑量、流動(dòng)容積和速度等。作為選擇，處理器3702可在存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)輻射劑量曲線的預(yù)定表格。根據(jù)供應(yīng)到UV 光源2984的電能大小和液流暴露于UV能量的時(shí)間長(zhǎng)度，燈輻射劑量 曲線可提供UV能量的足夠輻射劑量。
使用該表格和水力發(fā)電機(jī)2992的功率輸出，處理器3702可確定 UV光源2984進(jìn)行輻射所需的工作時(shí)間量。如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"輻 射劑量"指的是需要滿意地凈化以測(cè)量流速流過反應(yīng)器腔室2988 (圖 29)的液流的UV能量輸出量。通過具有這種信息表格以及知道當(dāng)前水 力發(fā)電機(jī)2992的功率輸出大小，微處理器3702可確定燈到達(dá)所需輻 射劑量的所需工作時(shí)間。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到UV光源的"工作時(shí)間"指的是沖 擊電弧并離子化氣體以獲得釋放UV能量(開始光輸出(ILO))的等 離子體所需的時(shí)間周期。
系統(tǒng)狀態(tài)指示器還可通過處理器3702驅(qū)動(dòng)。顯示器3704可以是 任何形式的視覺和/或音頻指示器，例如發(fā)光二極管(LED)、液晶顯 示器(LCD)、光指示器、壓電器件、信號(hào)器燈。顯示器3704可在電 子模塊2996上/內(nèi)。作為選擇，顯示器37(M可容易看到的位置上在殼 體2808 (圖29)上/內(nèi)定位在其它地方，例如在殼體2808的大致球形 部分上/內(nèi)(圖29 )。通過處理器3702經(jīng)由顯示器3704驅(qū)動(dòng)的視覺 和/或音頻指示器可指示UV光源2984的剩余壽命(使用)、過濾器 2972的剩余壽命(使用)、是否和何時(shí)UV光源2984到達(dá)輻射劑量、 是否缺少電能驅(qū)動(dòng)UV光源2984、系統(tǒng)缺省值、系統(tǒng)操作、液體流速 或任何其它系統(tǒng)和/或操作指示/狀態(tài)。處理器3702可在顯示線3H8 上提供信號(hào)來驅(qū)動(dòng)顯示器3704,
通過處理器3702進(jìn)行控制可包括UV光源2984的起動(dòng)和操作控 制。如上所述，UV光源2984可開始通過水力發(fā)電機(jī)2992產(chǎn)生的電能 啟動(dòng)并且隨后連續(xù)驅(qū)動(dòng)。處理器3702可監(jiān)測(cè)水力發(fā)電機(jī)2922的RPM 和/或功率輸出，并且在RPM和/或功率輸出在所確定范圍內(nèi)時(shí)啟動(dòng)UV 光源2984.應(yīng)該理解到水力發(fā)電機(jī)的RPM及其產(chǎn)生的功率輸出是相關(guān) 的。因此，當(dāng)RPM增加時(shí)，功率輸出相應(yīng)增加，并且當(dāng)RPM減小時(shí)， 功率輸出相應(yīng)減小。功率輸出的所確定范圍可以進(jìn)行選擇，以便減小 UV光源2984的工作時(shí)間。換言之，UV光源2984到達(dá)輻射劑量所需的 起動(dòng)時(shí)間可通過處理器3702減小。起動(dòng)時(shí)間可通過在最佳操作狀態(tài)下 有選擇地驅(qū)動(dòng)UV光源2984經(jīng)由處理器減小，例如在水力發(fā)電機(jī)的RPM在所確定范圍內(nèi)時(shí)。起動(dòng)時(shí)間的減小可提供水處理系統(tǒng)的所需"瞬時(shí) 接通"能力。瞬時(shí)接通能力可減小流過第一流動(dòng)路徑的未處理液體量。
UV光源2984的起動(dòng)時(shí)間還可根據(jù)UV光源2984的構(gòu)造有利地減 小。與可以有利地構(gòu)造的UV光源2984構(gòu)造相關(guān)的參數(shù)包括UV光源 2984的細(xì)絲尺寸、UV光源2984內(nèi)的氣體混合物和任選預(yù)熱控制器 3720的施加，
UV光源2984的高能起動(dòng)以沖擊電弧可將UV光源2984內(nèi)的等離 子體升高到熱離子溫度。使得UV光源2984提供的UV能量的穩(wěn)定性和 持久性最大的熱離子溫度是需要的.過低的熱離子溫度可造成高能起 動(dòng)形成的等離子體不穩(wěn)定。另一方面，如果熱離子溫度過高，可使得 反應(yīng)退化。
對(duì)于UV光源2984來說可以研究等離子體熱離子溫度的范圍。為 了獲得所確定范圍內(nèi)的等離子體熱離子溫度，所確定范圍的起動(dòng)電壓 (以及RPM)可以在處理器3702的方向上施加在UV光源2984上。等 離子體熱離子溫度的所確定范圍可在簡(jiǎn)單形成等離子體而不考慮其穩(wěn) 定性所需的等離子體熱離子溫度以上。由于等離子體熱離子溫度需要 較高，以便位于所確定范圍內(nèi)，所確定范圍的起動(dòng)電壓同樣在幅值上 較大。UV光源2984內(nèi)細(xì)絲可相應(yīng)設(shè)置相對(duì)大的尺寸，以便適應(yīng)位于 所需熱離子溫度范圍內(nèi)所需的起動(dòng)電壓幅值。因此，在處理器3702的 方向上由水力發(fā)電機(jī)2992供應(yīng)的起動(dòng)電壓可以在幅值上較大，而沒有
不利影響，并且起動(dòng)時(shí)間可以減小。
為了使得形成等離子體的反應(yīng)的熱離子溫度最大，在UV光源2984
中可以使用氖和氬的所確定混合物。例如，該混合物可以在高達(dá)大約 5%的氖以及余量為氬的范圍內(nèi).作為選擇，氖的范圍可以在大約5% 到大約15%,在另一選擇中，氖可以是大約25%或更少，并且氬可以 是大約75%或更少，
由于水力發(fā)電機(jī)2992產(chǎn)生的電能可用來沖擊電弧并使得氣體離 子化以產(chǎn)生所需溫度范圍內(nèi)的反應(yīng)的所需熱離子溫度，可以使用最糟 情況的液體流速和液體溫度來確定所產(chǎn)生的電能以及熱離子溫度。一 旦確定最佳熱離子溫度范圍，處理器3702可監(jiān)測(cè)水力發(fā)電機(jī)2992的 參數(shù)，以便只在氣體離子化時(shí)熱離子溫度在最佳熱離子溫度范圍時(shí)驅(qū) 動(dòng)UV光源2984。UV開關(guān)3706可通過處理器3702控制，以便控制從水力發(fā)電機(jī) 2992到UV光源2984的電能供應(yīng)。UV開關(guān)3706可以是繼電器、FET 或可以通過處理器3702驅(qū)動(dòng)的某種其它的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu).處理器3702可 通過作為啟動(dòng)線3722上的輸出信號(hào)提供的啟動(dòng)信號(hào)指導(dǎo)UV開關(guān) 3706。 UV開關(guān)3706可從水力發(fā)電機(jī)2992在高壓電源線2724上接收 電能，并且在啟動(dòng)時(shí)在電源線3726上將水力發(fā)電機(jī)2922產(chǎn)生的電能 傳遞到UV光源2984上。
UV輻射劑量系統(tǒng)2988(圖34)和水力發(fā)電機(jī)2922還可設(shè)計(jì)成"負(fù) 載匹配"，以便在多種液流條件下將足夠的輻射劑量提供給液流。可 以確定液體流速變化時(shí)水力發(fā)電機(jī)2992的電壓輸出變化。另外，還可 確定由于水力發(fā)電機(jī)2992的波動(dòng)電壓(RPM)造成的UV光源2984的 UV能量輸出中的變化。根據(jù)這些確定，水力發(fā)電機(jī)2992和UV光源2984 可設(shè)計(jì)成輔助匹配，以便在任何流速條件下在液體流速的所需范圍內(nèi) 提供足夠的輻射劑量。另外，UV輻射劑量系統(tǒng)2988的例如直線區(qū)段 3402和螺旋區(qū)段3406的其它方面(圖34 )可設(shè)計(jì)成在變化的流速下
提供足夠的輻射劑量。
預(yù)熱控制器3718可以是例如與UV光源2984連接的輝光泡體的機(jī) 械控制器。在氣體開始離子化時(shí)，輝光泡體可短路UV光源2984內(nèi)的 細(xì)絲。 一旦離子化完成并且UV光源2984內(nèi)的反應(yīng)達(dá)到熱離子溫度的 所需范圍，輝光泡體可去除短路。作為選擇，可控硅元件或熱電偶可 進(jìn)行類似的功能.在另一選擇中，預(yù)熱控制器3718可以是通過處理器 3702控制的例如舌簧繼電器或三端雙向可控硅開關(guān)的短路開關(guān)。處理 器3702可有選擇地激勵(lì)并且斷電短路開關(guān)，以便減小UV光源984到 達(dá)輻射劑量的工作時(shí)間。預(yù)熱控制器3718的激勵(lì)和斷電可通過預(yù)熱線 3728上的來自于處理器3702信號(hào)來啟動(dòng)。
電源3708可利用水力發(fā)電機(jī)的輸出功率來提供調(diào)節(jié)的DC控制電 壓，以便供應(yīng)處理器3702。 一旦水力發(fā)電機(jī)2992開始轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)DC 控制電壓可在DC控制線3730上供應(yīng)到處理器3702上。因此，處理器 3702可開始激勵(lì)并且大致在水力發(fā)電機(jī)2992開始轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)開始監(jiān) 測(cè)水力發(fā)電機(jī)2992的功率輸出。
水力發(fā)電機(jī)2992可在高壓模式下作為高壓發(fā)電機(jī)操作，或者在低 壓模式下作為低壓發(fā)電機(jī)操作。例如，在高壓模式下，水力發(fā)電機(jī)"92可包括構(gòu)造成產(chǎn)生高壓功率輸出以^f更為UV光源2984供電的線圏。作 為選擇，在低壓模式下，水力發(fā)電機(jī)2992可包括構(gòu)造成產(chǎn)生低壓功率 輸出以便為UV光源2984供電的線圏。
如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"高壓模式，，指的是由水力發(fā)電機(jī)2992產(chǎn) 生的足夠大以直接起動(dòng)并操作UV光源2984的任何幅值的操作電壓。 例如，高壓模式可提供大約300-400V AC的開始激勵(lì)電壓(在水力發(fā) 電機(jī)2992上沒有負(fù)栽時(shí)的起動(dòng)電壓)以及一旦完成起動(dòng)保持UV光源 2984激勵(lì)的大約20-40V AC.術(shù)語(yǔ)"低壓模式"指的是由水力發(fā)電機(jī) 2992產(chǎn)生的由鎮(zhèn)流器使用以起動(dòng)并操作UV光源2984的任何幅值的操 作電壓，如說明描述那樣。例如，水力發(fā)電機(jī)可在低壓模式下提供大 約6-20VAC。在其它實(shí)例中，其它電壓模式和構(gòu)造可用于水力發(fā)電機(jī) 2992以便起動(dòng)和操作UV光源2984。
如果水力發(fā)電機(jī)2992在高壓模式下操作，高壓功率輸出可在高壓 功率線3724上供應(yīng)到UV開關(guān)上。另外，水力發(fā)電機(jī)2992可包括構(gòu)造 成提供低壓功率輸出以便在AC輸出線3732上供應(yīng)電源3708的線圈。 供應(yīng)到UV開關(guān)3706上的相對(duì)高壓的AC功率可通過處理器3702直接 使用，以便在具有最佳操作條件時(shí)沖擊UV光源2984內(nèi)的電弧。
如果水力發(fā)電機(jī)2992在低壓模式下操作以產(chǎn)生相對(duì)低壓的功率 輸出，從而供應(yīng)UV光源2984,電子模塊2966可包括鎮(zhèn)流器3730。鎮(zhèn) 流器3730可在UV開關(guān)3706和UV光源2984之間連接在電源線3726 內(nèi)。UV開關(guān)3706還可與電源3708連接。在此構(gòu)造中，根據(jù)來自于在 低壓模式下操作的水力發(fā)電機(jī)2992的功率供應(yīng)，UV開關(guān)3706可通過 電壓3708在整流的未調(diào)節(jié)DC電壓下供應(yīng)，例如大約3-12VDC。整流 的DC電壓可在DC電壓供應(yīng)線3734上供應(yīng)。在達(dá)到最佳操作條件時(shí)通 過處理器激勵(lì)UV開關(guān)3706的情況下，整流的DC電壓可通過鎮(zhèn)流器 3730轉(zhuǎn)換回到AC電能，并且供應(yīng)到UV光源2984。
在通過高壓模式下操作的水力發(fā)電機(jī)2992起動(dòng)時(shí)，UV光源"84 如上所述利用最小電流和高壓。在離子化期間，UV光源2984的阻抗 從例如1兆歐的相對(duì)高的阻抗變化到例如100歐姆的相對(duì)低的阻抗。 使用水力發(fā)電機(jī)2992作為直流電源有利地提供可以構(gòu)造成與UV光源 2984的變化阻抗相互協(xié)作的電源。
高壓模式下操作的水力發(fā)電機(jī)2992可設(shè)計(jì)成提供確定的起動(dòng)電壓以便開始直接激勵(lì)UV光源2984。確定的起動(dòng)電壓可以在如下所述 的電壓范圍內(nèi)，即該電壓范圍是使用最糟情況下所預(yù)計(jì)的液體流速和 溫度來預(yù)料水力發(fā)電機(jī)2992在沒有負(fù)載的條件下的第一 RPM以及起動(dòng) 電壓、輸出而設(shè)計(jì)在水力發(fā)電機(jī)2922內(nèi)。處理器3702可在UV光源只 在水力發(fā)電機(jī)2992的RPM在能夠提供所確定的起動(dòng)電壓的所確定范 圍內(nèi)時(shí)激勵(lì)UV光源。另外，水力發(fā)電機(jī)2992可構(gòu)造成提供一個(gè)運(yùn)行 電壓，該運(yùn)行電壓在開始激勵(lì)之后通過對(duì)于最糟情況下所預(yù)計(jì)液體流 速和溫度的相應(yīng)第二RPM進(jìn)行設(shè)計(jì)來保持UV光源2984的激勵(lì)。
可在高壓模式下操作的水力發(fā)電機(jī)2992還可通過飛輪效應(yīng)設(shè)計(jì)， 以l更大致保持第一 RPM以及起動(dòng)電壓長(zhǎng)達(dá)所確定的時(shí)間周期，該時(shí)間 周期足夠長(zhǎng)以完成UV光源2984的開始激勵(lì)。大致保持第一 RPM使得 水力發(fā)電機(jī)2992在負(fù)載條件下供應(yīng)足夠的電能，以便沖擊電弧并在熱 離子溫度的所需范圍內(nèi)使得UV光源2984內(nèi)的氣體離子化。所確定的 時(shí)間周期可以例如是800微秒'處理器3702可監(jiān)測(cè)水力發(fā)電機(jī)2992 的飛輪效應(yīng)(起動(dòng)電壓)并且調(diào)節(jié)RPM的所確定范圍，從而實(shí)現(xiàn)所確 定的時(shí)間周期。因此，處理器3702可連續(xù)調(diào)節(jié)最佳時(shí)間，以便開始激 勵(lì)UV光源2984，從而減小UV光源2984的隨后起動(dòng)。由于UV光源2984 的連續(xù)負(fù)載，水力發(fā)電機(jī)2992的RPM可接著減小，以便提供保持UV 光源2984激勵(lì)所需的操作電壓幅值。
在水力發(fā)電機(jī)2992在低壓模式下操作時(shí)，處理器3702可再次確 定最佳時(shí)間，使得UV開關(guān)3706開始激勵(lì)UV光源2984。對(duì)于所確定 范圍來說，處理器3702可監(jiān)測(cè)水力發(fā)電機(jī)2992的RPM (或電壓)。 在到達(dá)所確定范圍時(shí)，UV開關(guān)3706可提供DC電壓到鎮(zhèn)流器3730上， 以便沖擊UV光源2984內(nèi)的電弧。由于所確定的范圍，鎮(zhèn)流器3730可 提供能夠在熱離子溫度的所需范圍內(nèi)沖擊UV光源2984內(nèi)的電弧的電 壓幅值。
在高壓或低壓模式下操作的水力發(fā)電機(jī)2992可以通過處理器 3702的控制與UV光源2984有效地"阻抗匹配"。處理器3702可監(jiān) 測(cè)水力發(fā)電機(jī)2 992的RPM并且有選擇地激勵(lì)UV開關(guān)37 06 ，以便在RPM 達(dá)到所確定的范圍以減小起動(dòng)時(shí)為UV光源2984供電。通過在從水力 發(fā)電機(jī)2992提供足夠的電能時(shí)只沖擊UV光源2984內(nèi)的電弧，UV光 源2984的壽命可以最大化.另外，UV光源2984內(nèi)的所得等離子體可在所需范圍的熱離子溫度內(nèi)，所需范圍的熱離子溫度使得所產(chǎn)生的UV
能量的穩(wěn)定性最大并且變化最小。
在任一模式下，電弧的沖擊可略微延遲，而處理器3802等待RPM (或電壓)達(dá)到所需范圍。延遲可以是由于將水力發(fā)電機(jī)2992的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量變化到所需R P M范圍所需的時(shí)間.延遲可在水力發(fā)電機(jī)2 9 9 2緩慢 升高到完全速度的同時(shí)有利地避免從水力發(fā)電機(jī)、2992抽取能量。因 此，可以實(shí)現(xiàn)UV光源2984的快速和有效的起動(dòng)，使得離子化氣體的 穩(wěn)定性最大。
電子模塊2966還可包括任選的存儲(chǔ)裝置3740和充電/放電控制器 3742。存儲(chǔ)裝置2740可以是電容器、電池、或能夠存儲(chǔ)和放電的任何 其它的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。充電/放電控制器3742可以是任何形式的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)， 例如能夠有選擇地傳導(dǎo)電能的繼電器或FET。處理器3702可通過充電 /放電線3744上的信號(hào)來控制充電/放電控制器3742。充電/放電控制 器3742還可通過儲(chǔ)能線3746與存儲(chǔ)裝置3740連接，并且通過儲(chǔ)能線 3748與電源3708連接.
存儲(chǔ)裝置3740可以通過處理器3702使用，以便在水力發(fā)電機(jī) 2992沒有產(chǎn)生電能時(shí)將電能供應(yīng)到水處理系統(tǒng)。另外，存儲(chǔ)裝置3"0 可通過處理器3702使用，以便滿足超過水力發(fā)電機(jī)2992的當(dāng)前功率 輸出的功率需求。例如，如果由于水力發(fā)電機(jī)2992的RPM不足，處理 器3702不能啟動(dòng)UV光源2984，處理器3702可使得充電/放電控制器 從存儲(chǔ)裝置3740的電能補(bǔ)充所得電能，并且接著使得UV開關(guān)3706啟 動(dòng)UV光源2984。在水力發(fā)電機(jī)2992產(chǎn)生足夠量的電能以將電能存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)裝置3740內(nèi)時(shí)，處理器3702還可有選擇地啟動(dòng)充電/放電控制 器2984。
在又一實(shí)例中，處理器3702可通過來自于存儲(chǔ)裝置3740的電能 開始激勵(lì)UV光源2984。在處理器3702監(jiān)測(cè)到水力發(fā)電機(jī)2992轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，處理器3702可啟動(dòng)UV開關(guān)3706。換言之，當(dāng)處理器3702監(jiān)測(cè) 到沿著第一流動(dòng)路徑的液流時(shí)。水力發(fā)電機(jī)2"2的RPM (或電壓)可 接著通過處理器3702監(jiān)測(cè)，直到達(dá)到能夠保持UV光源2984激勵(lì)的所 確定范圍為止。處理器3702可接著通過同步開關(guān)(未示出)將來自于 存儲(chǔ)裝置3740的電能供應(yīng)轉(zhuǎn)換到水力發(fā)電機(jī)。存儲(chǔ)裝置3740可接著 通過水力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能充電。因此，水處理系統(tǒng)可包括用于UV光源2984的瞬時(shí)接通能力，并且可以自供電。包括存儲(chǔ)裝置3740的選 擇還可以低成本和方便的方式在例如某些第三世界國(guó)家的液體壓力條 件下提供處理液體。
圖38-39是表示前面參考圖28-37描述的水處理系統(tǒng)2804操作的 示例性操作流程圖。在所示的示例性操作中，假設(shè)水處理系統(tǒng)2804已 經(jīng)進(jìn)行操作并且保持有液體。在液流進(jìn)入轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806時(shí)，操作在圖 38的方框3802處開始。在方框3804，如果水處理系統(tǒng)2804的使用者 選擇通過撥動(dòng)開關(guān)2824來接收處理液流時(shí)，液體沿著第一流動(dòng)路徑流 過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806并且接著進(jìn)入殼體2808。在方框3806，存在于第一 流動(dòng)路徑內(nèi)的液體開始流動(dòng)。由于前面使用的水處理系統(tǒng)2804，保持 已經(jīng)存在的液體。
在方框3808，前面存在的液體在水力發(fā)電機(jī)2992處以高速噴出 射流的方式噴射，并且水力發(fā)電機(jī)2992開始轉(zhuǎn)動(dòng)。在方框2810，水 力發(fā)電機(jī)2992開始產(chǎn)生電能。在方框3812，電能激勵(lì)處理器3702。 在方框3814，處理器3702監(jiān)測(cè)水力發(fā)電機(jī)"92的輸出功率以便確定 是否達(dá)到RPM的所確定范圍。如果達(dá)到RPM的范圍，處理器3702啟動(dòng) UV開關(guān)3706，以便在方框3816激勵(lì)UV光源2984,
如果在方框3814處，RPM沒有在所確定的范圍內(nèi)，處理器"02 監(jiān)測(cè)液流量，并且在方框3820確定液流是否超過所確定的量。所確定 液流量可以是已經(jīng)通過UV能量輻射的存在于反應(yīng)器容器2988內(nèi)的當(dāng) 前存在的液體量。如果超過所確定的液流量，在方框3822，處理器3702
可提供液流沒有充分處理的報(bào)警或其它指示。
現(xiàn)在參考圖39,在方框3824，處理器3<702確定是否超過例如三 秒的所確定的時(shí)間周期。如果沒有超過所確定的時(shí)間周期，操作返回 到方框3814，以便監(jiān)測(cè)所確定的RPM范圍。如果超過了時(shí)間周期，在 方框3826，處理器3702可通過顯示器3704產(chǎn)生報(bào)警，指示所得到的 電能不足以起動(dòng)UV光源2984，并且操作返回到方框3814 (圖38 )。 作為選擇，處理器3702可起動(dòng)存儲(chǔ)裝置3740 (如果有的話)，以便 如上所述提供另外的電能。
一旦UV光源在方框3817 (圖38 )激勵(lì)，處理器3702在方框3832 監(jiān)測(cè)并跟蹤流量、過濾器壽命(使用)、UV光源壽命(使用)等。如 果存儲(chǔ)裝置3740用來起動(dòng)UV光源2984，處理器3702還可進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便根據(jù)所確定的RPM范圍，確定何時(shí)由存儲(chǔ)裝置3740供應(yīng)電能轉(zhuǎn)換 到由水力發(fā)電機(jī)2992供應(yīng)電能。在方框3834，處理器3702可利用表 格來確定是否液體經(jīng)過足夠輻射劑量的UV能量。作為選棒，傳感器 3714可通過處理器3702監(jiān)測(cè)，以便進(jìn)行確定。如果液體已經(jīng)進(jìn)過足 夠的輻射劑量，在方框3836，處理器3702經(jīng)由顯示器3704指示使用 者液體進(jìn)行處理。如果液體沒有經(jīng)過足夠的輻射劑量，在方框3838, 處理器3702可在顯示器3704上產(chǎn)生報(bào)警。
在方框3840,進(jìn)入轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806的液流進(jìn)入歧管2968并且沿著 第一流動(dòng)路徑引導(dǎo)到過濾器2972。液體在方框3842過濾。在方框3844， 過濾的液流返回歧管2968,并且沿著第一流動(dòng)路徑引導(dǎo)到反應(yīng)器容器 2988。在方框3846，過濾液流在反應(yīng)器容器2988內(nèi)暴露于UV能量下。 在方框3848,輻射后的液流再次返回到歧管2968，并且通過噴嘴1108 沿著第一流動(dòng)路徑引到。液流在水力發(fā)電機(jī)2992處通過噴嘴1108以 液體射流形式噴出，并且在方框2850，沿著第一流動(dòng)路徑引導(dǎo)離開第 一出口 2816。
再次參考圖38,在方框3802，如果使用者選擇為處理液體，在方 框2854,液體沿著第二流動(dòng)路徑流過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2806。在方框3856， 液流進(jìn)入殼體，并且沿著第二流動(dòng)路徑流過未處理液體通道"96。在 方框3858，在第二出口 2818處提供未處理的液流。
當(dāng)使用者停止液流，處理器3702可保持足夠的維持電能以便在非 易失性存儲(chǔ)器內(nèi)直接存儲(chǔ)操作和使用數(shù)據(jù)。作為選擇，存儲(chǔ)裝置3740 可為處理器3702供電。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成之后，處理器3702可斷電， 并且關(guān)閉水處理系統(tǒng)。
前面描述的小型水處理系統(tǒng)通過提供備用電源的小型水力發(fā)電系 統(tǒng)自供電?？墒褂猛ㄟ^小型水處理系統(tǒng)處理的液流產(chǎn)生電能。小型水 處理系統(tǒng)可安裝在水龍頭的端部處。流過小型水處理系統(tǒng)的液體可進(jìn) 行選擇，以便流過提供處理液體的第一流動(dòng)路徑，或者流過提供未處 理液體的第二流動(dòng)路徑。流過第一流動(dòng)路徑的液體可過濾、經(jīng)過UV能 量并且以射流形式噴出以便高速轉(zhuǎn)動(dòng)水力發(fā)電機(jī)。水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 產(chǎn)生電能，該電能用來開始激勵(lì)包括在小型水處理系統(tǒng)中的處理器。 處理器控制UV光源的激勵(lì)以及在小型水處理系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
雖然參照具體的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但顯然對(duì)這些實(shí)施例可以進(jìn)行各種不同的變型和改變而并不背離本發(fā)明的精神和范圍。附屬 權(quán)利要求包括所有的等價(jià)物，并用來限定本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種液體處理系統(tǒng)，包括殼體，構(gòu)造成安裝在水龍頭的端部處；過濾器，設(shè)置在所述殼體內(nèi)以從流過所述殼體的液流中去除顆粒；水力發(fā)電機(jī)，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并構(gòu)造成通過液流進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能；和設(shè)置在所述殼體內(nèi)的噴嘴和單個(gè)歧管，單個(gè)歧管包括將液流引導(dǎo)到所述過濾器的第一通道、將液流從所述過濾器向噴嘴引導(dǎo)的第二通道、和接合所述噴嘴的的噴嘴保持件，所述噴嘴構(gòu)造成將液流引導(dǎo)到水力發(fā)電機(jī)作為噴出的液體射流以沖擊所述水力發(fā)電機(jī)并導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1 ^述的液體處理系統(tǒng)，還包括與所述殼體連接的 顯示器，所述顯示器構(gòu)造成顯示系統(tǒng)的狀態(tài)指示。
3. 如權(quán)利要求2所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示器 構(gòu)造成由所述水力發(fā)電機(jī)供電.
4. 如權(quán)利要求1所迷的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述水力發(fā) 電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、定子和軸，其中，所述轉(zhuǎn)子是與發(fā)電機(jī)殼體結(jié)合的永 磁體，并且所述定子非轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述軸上。
5. 如權(quán)利要求1所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述水力發(fā) 電機(jī)包括發(fā)電機(jī)殼體，所述發(fā)電機(jī)殼體具有垂直于發(fā)電機(jī)殼體外表面 安裝的多個(gè)漿片、和通過所述發(fā)電機(jī)殼體延伸的軸，其中，所述發(fā)電 機(jī)殼體可響應(yīng)由漿片接收到噴出的液體射流繞所述軸旋轉(zhuǎn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的液體處理系統(tǒng)，還包括處理器，其中，所 述處理器構(gòu)造成由所述水力發(fā)電機(jī)供電、并且還構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述水力 發(fā)電機(jī)的功率。
7. 如權(quán)利要求1所述的液體處理系統(tǒng)，還包括處理器，其中，所 述處理器構(gòu)造成由所述水力發(fā)電機(jī)供電、并且還構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述液體 處理系統(tǒng)使用相關(guān)參數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的液體處理系統(tǒng)，還包括處理器和紫外線光 源，其中，所述處理器構(gòu)造成確定作為所產(chǎn)生的電能的函數(shù)的所述水 力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并在所述水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速處于預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)用所述 電能激勵(lì)所述紫外線光源。
9. 如權(quán)利要求1所述的液體處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述殼體中的紫外線光源，以凈化液流，其中，所述水力發(fā)電機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生用于 所迷紫外線光源的電能。
10. —種液體處理系統(tǒng)，包括 形成為唯一單件構(gòu)造以包括第一通道的歧管； 過濾器構(gòu)造成過濾供應(yīng)通過所述第一通道的液流； 所述歧管形成為包括笫二通道，所述笫二通道構(gòu)造成引導(dǎo)已經(jīng)過濾離開所述過濾器的液流；其中，所述歧管包括噴嘴保持器以接合安裝在所述歧管上的噴嘴， 所述噴嘴構(gòu)造成接收已經(jīng)過濾的液流并噴射液流作為噴出的液體射 流；以及水力發(fā)電機(jī)，構(gòu)造成響應(yīng)與所述噴出液體射流的接觸而轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn) 生電能。
11. 如權(quán)利要求10所述的液體處理系統(tǒng)，還包括構(gòu)造成由所述電 能激勵(lì)的處理器，其中，所述處理器還構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述水力發(fā)電機(jī)的 功率。
12. 如權(quán)利要求IO所述的液體處理系統(tǒng)，還包括處理器和顯示器， 其中，所述處理器構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述液體處理系統(tǒng)的操作參數(shù)并驅(qū)動(dòng)所 述顯示器。
13. 如權(quán)利要求IO所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體 構(gòu)造成安裝在水龍頭的端部處。
14. 如權(quán)利要求10所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，水力發(fā)電 機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，并且其中，所述轉(zhuǎn)子靠近所述定子能夠旋轉(zhuǎn)以產(chǎn) 生電能。
15. —種液體處理系統(tǒng)，包括供應(yīng)處理液體的第一液體流動(dòng)路徑，和供應(yīng)未處理液體的第二液 體流動(dòng)路徑；過濾器，構(gòu)造成第一液體流動(dòng)路徑的一部分；發(fā)電模塊，構(gòu)造成包括成為第一液體流動(dòng)路徑一部分的第一通道 和成為第二液體流動(dòng)路徑一部分的笫二通道；其中，只要在液體流過第一液體流動(dòng)路徑時(shí)，就由發(fā)電模塊產(chǎn)生 電能。
16. 如權(quán)利要求15所述的液體處理系統(tǒng)，還包括第一液體流動(dòng)路徑的第一出口以排放經(jīng)處理的液體、和獨(dú)立于所述第一出口的第二液 體流動(dòng)路徑的第二出口以排放未經(jīng)處理的液體。
17. 如權(quán)利要求15所述的液體處理系統(tǒng)，還包括構(gòu)造成監(jiān)測(cè)由發(fā) 電模塊所產(chǎn)生的電能的處理器，所述處理器構(gòu)造成確定作為所產(chǎn)生的 電能的函數(shù)的通過所述第一液體流動(dòng)路徑的液體流速，
18. 如權(quán)利要求15所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 模塊包括噴嘴和水力發(fā)電機(jī)，其中，響應(yīng)于第一液體流動(dòng)路徑中的液 流作為液體射流從所述噴嘴噴出，所述水力發(fā)電機(jī)在所述第 一液體流 動(dòng)路徑內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
19. 如權(quán)利要求15所述的液體處理系統(tǒng)，還包括紫外光劑量系統(tǒng)， 構(gòu)造成為第一液體流動(dòng)路徑的一部分，所迷由發(fā)電模塊產(chǎn)生的電能供 應(yīng)到所述紫外光劑量系統(tǒng)。
20. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 模塊包括轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述第一液體流動(dòng)路徑中的水力發(fā)電機(jī)和構(gòu)造 成確定作為所產(chǎn)生的電能的函數(shù)的水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并在所述水力 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速處于預(yù)定的范圍內(nèi)時(shí)，用所述電能激勵(lì)紫外光劑量系統(tǒng)。
21. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器構(gòu)造成追蹤作為所產(chǎn)生的電能的函數(shù)的所述過濾器的使用和紫外線 劑量系統(tǒng)。
22. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 模塊包括設(shè)置在所述第一通道中的轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子響應(yīng)于在第 一通道內(nèi)噴出的液流射流可繞所述定子轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電能。
23. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，還包括開關(guān)機(jī)構(gòu)，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)構(gòu)造成在所述第一和第二液體流動(dòng)路徑之間切換.
24. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 通道形成在包括在所述發(fā)電模塊中的外殼之內(nèi)并且所述第二通道形成在所述外殼之外。
25. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，還包括杠桿和岡芯，所述閥芯具有形成部分所述第一液體流動(dòng)路徑的第一腔和形成部分所述 笫二液體流動(dòng)路徑的第二腔，其中，所述第一和第二腔是分開和單獨(dú) 的液體流動(dòng)路徑，能夠通過所述杠桿進(jìn)行選擇。
26. 如權(quán)利要求19所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾器包括活性碳。
27. —種構(gòu)造成處理液體的液體處理系統(tǒng)，所述液體處理系統(tǒng)包括構(gòu)造成隨液流轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電能的水力發(fā)電機(jī)；構(gòu)造成確定所述水力發(fā)電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的處理器；所述處理器還構(gòu)造成僅在所述水力發(fā)電機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)入預(yù)定
28. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，還包括接合在所述水力 發(fā)電機(jī)和所述紫外線光源之間的開關(guān)，其中，所述開關(guān)可通過所述處 理器引導(dǎo)以選擇性地將所述電能傳導(dǎo)到所述紫外線光源。
29. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，還包括顯示器，所述顯 示器構(gòu)造成由所述水力發(fā)電機(jī)供電并由所述處理器驅(qū)動(dòng)，以顯示所述 所述液體處理系統(tǒng)的操作參數(shù)。
30. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理 器還構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述預(yù)定的范圍以優(yōu)化所述紫外線光源的啟動(dòng)。
31. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成追蹤作為所產(chǎn)生的電能的函數(shù)的所述紫外線光源的使用。
32. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成接入多個(gè)預(yù)定的燈劑量曲線以基于所產(chǎn)生的電能確定紫外 線光源要達(dá)到所需程度的紫外線能量輸出的時(shí)間。
33. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成在所述水力發(fā)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過所產(chǎn)生的電能受到激 勵(lì)。
34. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述水力 發(fā)電機(jī)還構(gòu)造成與紫外線光源的變化阻抗協(xié)調(diào)地操作，以提供笫一電 壓幅值和第二電壓幅值，第一電壓幅值是在激勵(lì)所述紫外線光源之前 紫外線光源的啟動(dòng)電壓，第二電壓幅值是在加載所述紫外線光源時(shí)紫 外線光源的操作電壓，
35. 如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，還包括構(gòu)造成在所述水力發(fā)電機(jī)隨所述液流轉(zhuǎn)動(dòng)之前過濾所述液流的過濾器。
36. 如權(quán)利要求35所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾器是設(shè)計(jì)成可由所述液體處理系統(tǒng)的終端使用者替換的可替換部件。
37，如權(quán)利要求27所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述紫外 線光源是設(shè)計(jì)成可由所述液體處理系統(tǒng)的終端使用者替換可替換部 件.
38. —種通過液體處理系統(tǒng)處理液體的方法，所述方法包括 過濾液流；將過濾的液流轉(zhuǎn)化成噴出的液體射流；用所述噴出的液體射流沖擊水力發(fā)電機(jī)以導(dǎo)致所述水力發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)；通過轉(zhuǎn)動(dòng)水力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能； 通過水力發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)電能輸出的幅值；在所述電能幅值處于預(yù)定的范圍時(shí)，用所述電能激勵(lì)紫外線光源；并且使所述液流受到來自所述紫外線光源的紫外線能量。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述將經(jīng)過濾的液 流轉(zhuǎn)化包括將所述液流通過噴嘴從第 一速度轉(zhuǎn)化到比第 一速度更高的 第二速度，
40. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光 源包括大致上將在某個(gè)范圍內(nèi)的所述水力發(fā)電機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)保持一 預(yù)定的時(shí)間以維持啟動(dòng)電壓給所述紫外線光源。
41. 如權(quán)利要求40所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光源包括在完成紫外線光源的初始激勵(lì)后，將所述水力發(fā)電機(jī) 的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)降低到不同的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)范圍，以產(chǎn)生紫外線光源的操 作電壓，
42. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光 源包括所述處理器監(jiān)測(cè)所述水力發(fā)電機(jī)的飛輪效應(yīng)并在所述紫外線光 源受到激勵(lì)時(shí)調(diào)節(jié)所述每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)范圍以為預(yù)定的時(shí)期提供啟 動(dòng)電壓，
43. 如權(quán)利要求38所述的方法，還包括基于所述液流的流速和通 過所述水力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能的幅值確定所述紫外線光源達(dá)到劑量 所需開啟時(shí)間。
44. 如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光 源包括在感應(yīng)到由所述水力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能足以維持激勵(lì)所述紫外線光源時(shí)，用來自能量?jī)?chǔ)存裝置的啟動(dòng)電壓初始地激勵(lì)紫外線光 源。
45. 如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光 源包括 一旦完成所述紫外線光源的初始激勵(lì)，就用由所述水力發(fā)電 機(jī)所產(chǎn)生的電能激勵(lì)紫外線光源。
46. 如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)紫外線光 源包括在除了足以維持激勵(lì)所述紫外線光源的電能幅值以外的電能 是由所述水力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的時(shí)候，選擇性地儲(chǔ)存所述水力發(fā)電機(jī)所 產(chǎn)生的電能。
47. —種通過液體處理系統(tǒng)處理液體的方法，所述方法包括 過濾液流；加速所述液流；用所述加速的液體射流沖擊水力發(fā)電機(jī)以導(dǎo)致所述水力發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)；基于所述水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能； 通過水力發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)電能輸出的幅值；并且 在所述電能幅值處于預(yù)定的范圍時(shí)，用所述電能激勵(lì)紫外線光源-
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，在所述電能的幅值處于預(yù)定的范圍時(shí)所述用電能激勵(lì)紫外線光源包括確定為使所述紫外 線光源達(dá)到劑量的所需開啟時(shí)間最小化的所述電能的幅值。
49. 如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述用電能激勵(lì)紫 外線光源包括使包括在所述紫外線光源中的燈絲短路直到包括在紫外 線光源中的氣體達(dá)到所需的熱離子化的溫度。
50. 如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述基于所述水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能包括使所述水力發(fā)電機(jī)在高壓模式下操作以初 始地用啟動(dòng)電壓激勵(lì)和啟動(dòng)所述紫外線光源，并在高壓模式之后使水 力發(fā)電機(jī)在低壓模式下操作以維持激勵(lì)所述紫外線光源。
51. —種液體處理系統(tǒng)，包括 構(gòu)造成過濾液流的過濾器；鄰近所述過濾器設(shè)置并構(gòu)造成接收所述液流的水力發(fā)電機(jī)，所述 水力發(fā)電機(jī)構(gòu)造成響應(yīng)于接觸所述液流而轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生電能；構(gòu)造成監(jiān)測(cè)通過所述水力發(fā)電機(jī)輸出的電能幅值的處理器；和構(gòu)造成紫外線能量并使所述液流遭受到所述紫外線能量的紫外線 光源，所述處理器構(gòu)造成在所述電能幅值處于預(yù)定的范圍內(nèi)時(shí)用所述 水力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能激勵(lì)所述紫外線光源。
52. 如權(quán)利要求51所述的液體處理系統(tǒng)，還包括構(gòu)造成加速所述 液流并將所述液流引導(dǎo)到所述水力發(fā)電機(jī)的噴嘴。
53. 如權(quán)利要求51所述的液體處理系統(tǒng)，還包括連接在所述水力 發(fā)電機(jī)和所述紫外線光源之間的開關(guān)，所述處理器構(gòu)造成將所述開關(guān) 的位置控制成開啟或關(guān)閉以選擇性地使所述紫外線光源通電。
54. 如權(quán)利要求51所述的液體處理系統(tǒng)，還包括能量?jī)?chǔ)存裝置， 所述處理器構(gòu)造成選擇性地儲(chǔ)存能量以及從所述能量?jī)?chǔ)存裝置提取能 量。
55. —種液體處理系統(tǒng)，包括 處理器；與所述處理器通訊的存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可由所述處理器執(zhí)行的指令，以監(jiān)測(cè)由水 力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能幅值，所述水力發(fā)電機(jī)可隨通過所述液體處理 系統(tǒng)的液流轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生所述電能；存儲(chǔ)在所迷存儲(chǔ)器中并可由所述處理器執(zhí)行的指令，以在一旦所述電能的幅值進(jìn)入預(yù)定的范圍內(nèi)就激勵(lì)紫外線光源；存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可由所述處理器執(zhí)行的指令，以維持包括 在所述液體處理系統(tǒng)中并構(gòu)造成過濾所述液流的過濾器的剩余的過濾 壽命，
56. 如權(quán)利要求55所述的液體處理系統(tǒng)，還包括存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ) 器中并可由所述處理器執(zhí)行的指令，以維持所述紫外線光源的剩余的 光源壽命。
57. 如權(quán)利要求55所述的液體處理系統(tǒng)，還包括存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ) 器中并可由所迷處理器執(zhí)行的指令，以基于所述電能的幅值確定所述 紫外線光源達(dá)到劑量的開啟時(shí)間.
58. —種液體處理系統(tǒng)，包括 單個(gè)歧管，包括第一通道和笫二通道；構(gòu)造成從所述第一通道接收液流并將所述液流排放進(jìn)入所述第二 通道的第一隔室，其中，所述笫一隔室包括構(gòu)造成從通過所述笫一通道的所述液流去除顆粒的過濾器；和構(gòu)造成接收流過所述第二通道的所述液流的第二隔室；其中，所述笫二隔室包括構(gòu)造成將所述液流作為射流排放進(jìn)入所述第二隔室的噴嘴、和構(gòu)造成當(dāng)受到所述液體射流沖擊時(shí)在所述第二隔室內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)的水力發(fā)電機(jī)。
59. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，還包括第三隔室，所迷 第三隔室包括紫外線劑量系統(tǒng)，所述紫外線劑量系統(tǒng)具有入口和出口， 其中，所述入口構(gòu)造成接收來自所述第二通道的所述液流，并且所述 出口構(gòu)造成將所述液流供應(yīng)到所述噴嘴。
60. 如權(quán)利要求59所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第三 隔室構(gòu)造成大致上保持干燥。
61. 如權(quán)利要求59所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述入口 和出口定位在所述紫外線劑量系統(tǒng)的一端，使得所述入口直接與所述 第二通道結(jié)合，并且所述出口直接與所述噴嘴結(jié)合。
62. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第二 隔室包括經(jīng)處理的液體出口，并且所述水力發(fā)電機(jī)定位在所述第二隔 室中的一個(gè)空氣空間中，使得沖擊所述水力發(fā)電機(jī)的液體由于重力降落并通過所述經(jīng)處理的液體出口引導(dǎo)出所述笫二隔室。
63. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述歧管 設(shè)置在所述第一隔室和第二隔室之間，并且所述第一通道直接與所述 第一隔室結(jié)合。
64. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述歧管還包括構(gòu)造成結(jié)合噴嘴的噴嘴保持器。
65. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 通道圍繞所述第二通道，使得所述第二通道設(shè)置在所述第一通道里面。
66. 如權(quán)利要求58所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 隔室構(gòu)造成受到液流的沖刷，以使所迷液流通過所述過濾器去到所述 第二通道。
67. —種液體處理系統(tǒng)，包括殼體，包括第一隔室和第二隔室，兩者都構(gòu)造成與通過所述殼體 的液流流體連通，和構(gòu)造成大致上保持干燥的第三隔室；設(shè)置在所述第一隔室內(nèi)的過濾器，其中，所述過濾器構(gòu)造成從通過所述笫一隔室的液流中去除顆粒；設(shè)置在所述第三隔室內(nèi)的紫外線劑量系統(tǒng)，其中，所述紫外線劑 量系統(tǒng)構(gòu)造成處理所迷液流；和構(gòu)造成在所迷第二隔室內(nèi)操作的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述水力 發(fā)電系統(tǒng)包括噴嘴，并構(gòu)造成響應(yīng)于從所述噴嘴噴出的液流作為液體 射流進(jìn)入所述第二隔室為所述紫外線劑量系統(tǒng)產(chǎn)生電能.
68. 如權(quán)利要求67所述的液體處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述第一 隔室和第二隔室之間的唯一一個(gè)歧管，所述歧管包括結(jié)合所述噴嘴的 噴嘴保持器、和形成在所述歧管中的多個(gè)分開的通道，以將所述液流 引導(dǎo)到所述第一和第二隔室。
69. 如權(quán)利要求67所述的液體處理系統(tǒng)，還包括由所述水力發(fā)電 系統(tǒng)供電的電子模塊，其中，所述電子模塊構(gòu)造成監(jiān)測(cè)所述液體處理 系統(tǒng)的操作參數(shù)。
70. 如權(quán)利要求69所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述電子 模塊包括與顯示器和傳感器連接的處理器，所述處理器構(gòu)造成傳感操 作參數(shù)，并且所述處理器構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)所述顯示器以顯示有關(guān)所述操作 參數(shù)的指示。
71. 如權(quán)利要求67所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾 器還構(gòu)造成可由所述液體處理系統(tǒng)的終端使用者通過達(dá)到所述第 一隔 室的內(nèi)部腔室進(jìn)行替換。
72. 如權(quán)利要求67所述的液體處理系統(tǒng)，其特征在于，所述紫外 線劑量系統(tǒng)包括紫外線光源，并且所述紫外線光源可在所述第三隔室 達(dá)到，以能夠由所述液體處理系統(tǒng)的終端使用者替換所迷紫外線光源.
73. —種通過液體處理系統(tǒng)處理液體的方法，所述方法包括 在包括單個(gè)歧管的第一通道中接收液流； 將所述液流通過所述第 一通道引導(dǎo)到第 一 隔室； 在所述第一隔室過濾所述液流；將經(jīng)過濾的液流通過包括在所述單個(gè)歧管中的第二通道引導(dǎo)到紫外線劑量系統(tǒng)；將所述液流從所述紫外線劑量系統(tǒng)引導(dǎo)通過噴嘴； 從所述噴嘴將液體射流噴出進(jìn)入第二隔室中；以及 用所述噴出的液體射流沖擊可轉(zhuǎn)動(dòng)的水力發(fā)電機(jī)，通過所述噴出的液體射流可操作所述水力發(fā)電機(jī)以在所述笫二隔室內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電 能.
74. 如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，過濾所述液流包括 用所述液流填充圍繞包括在所述第一隔室中的過濾器的所述第一隔室 部分，并使所述液流通過所迷過濾器.
75. 如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，將經(jīng)過濾的液流引 導(dǎo)到紫外線劑量系統(tǒng)包括將所述經(jīng)過濾的液流引導(dǎo)通過反應(yīng)容器的直 的部分和螺旋的部分，以使所述液流遭受紫外線光源。
76. 如權(quán)利要求73所述的方法，還包括通過將沖擊過所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的水力發(fā)電機(jī)的液體利用重力引導(dǎo)出所述第二隔室來保持一個(gè)繞所述 可轉(zhuǎn)動(dòng)水力發(fā)電機(jī)的空氣空間。
全文摘要
液體處理系統(tǒng)，包括殼體，構(gòu)造成安裝在水龍頭的端部處；過濾器，設(shè)置在所述殼體內(nèi)以從流過所述殼體的液流中去除顆粒；水力發(fā)電機(jī)，設(shè)置在所述殼體內(nèi)并構(gòu)造成通過液流進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能；和噴嘴和單個(gè)歧管，設(shè)置在所述殼體內(nèi)，單個(gè)歧管包括將液流溝通到所述過濾器的第一通道、將液流從所述過濾器向噴嘴溝通的第二通道、和接合所述噴嘴的噴嘴保持件，所述噴嘴構(gòu)造成將液流溝通到水力發(fā)電機(jī)作為排出的液體流束以沖擊所述水力發(fā)電機(jī)并導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)。處理器可監(jiān)測(cè)電能并且在水力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度到達(dá)預(yù)定范圍時(shí)為紫外線光源供電。還有通過液體處理系統(tǒng)處理液體的方法。
文檔編號(hào)E03C1/00GK101428875SQ20081018636
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者C·B·霍頓, D·W·巴曼, S·J·麥菲利亞米, T·L·勞珍黑賽爾, T·勒皮恩 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司