專利名稱：水力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水力發(fā)電系統(tǒng)，用于將流過建筑物的屋頂?shù)乃膭幽苻D(zhuǎn) 換成電能。
背景技術(shù)：
以前已經(jīng)提議結(jié)合一種水力發(fā)電系統(tǒng)，從而使來自屋頂?shù)挠晁a(chǎn)生電。
例如，這樣的系統(tǒng)在專利申請No. DE29711026中進(jìn)行了公開，其揭露了一 種具有儲存容器的雨水動力的發(fā)電系統(tǒng)，該儲存容器充當(dāng)蓄水池，以儲存來 自屋頂?shù)挠晁?。?dāng)蓄水池中的水平面達(dá)到預(yù)定水平面時，閥自動地打開，以 允許水通過落水管(downpipe)排出，從而驅(qū)動渦輪，渦壽侖反過來驅(qū)動發(fā)電 機(jī)產(chǎn)生電。
應(yīng)理解，如果在此參考任何現(xiàn)有技術(shù)出版物，那么在澳大利亞或任何其 的7f義i人。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種水力發(fā)電系統(tǒng)，用于將流過建筑物的屋頂?shù)乃?的動能轉(zhuǎn)換成電能，該系統(tǒng)包括 具有轉(zhuǎn)子的渦輪；
至少一個落水管，該落水管具有用于接收水的上端，落水管還包括至少 兩個通道，每個通道從上端延伸到各自的出口，每個出口設(shè)置成引導(dǎo)水從出 口流到轉(zhuǎn)子，以使轉(zhuǎn)子沿同樣的方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，該些通道以此方式配置使得 至少一個通道可溢出到另外的通道。
各自相鄰的通道可設(shè)置有高度逐漸增加的相對應(yīng)的上邊緣，從而溢出一 個通道的上邊緣的水流入相鄰的通道中。
通道中的至少兩個可設(shè)置有不同的水力直徑。在一個實(shí)施例中，第一通 道的水力直徑小于其它通道的水力直徑，其中最初進(jìn)入落水管的水流入第一通道。
在一個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子包括阿基米德螺旋，該螺旋具有平行于通道的水 的流動方向的旋轉(zhuǎn)軸線。
水力發(fā)電系統(tǒng)還可包括一個或多個水槽，該水槽配置成接收從屋頂流動
的水，并引導(dǎo)水進(jìn)入所述落水管或每個落水管；以及一個或多個屋頂通道， 每個屋頂通道設(shè)置在屋頂上，并對角地從屋頂?shù)纳喜垦由斓剿邸?br> 該系統(tǒng)還可包括一個或多個儲水容器，該儲水容器與落水管或每個落水 管流體相通，用于儲存流過落水管的水。
落水管還可設(shè)置用于通道中的至少一個的水流動調(diào)節(jié)蓄水池，所述蓄水 池包括與通道流體相通的出口 ，該出口在位于通道的上邊緣的下面的位置處 形成并且尺寸設(shè)定為調(diào)節(jié)在通道下的蓄水池中聚集的水的流動。每個蓄水池 可在通道的第一壁和與第一壁隔開的第二壁之間形成，該第一壁由通道的上 邊緣組成，該第二壁具有位于第一壁的上邊緣下方的上邊緣，并且其中出口 形成在第二壁中，位于第二壁的上邊緣的下方。


現(xiàn)在僅參考附圖并通過示例的方式對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的水力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性視圖； 圖2是合并到水力發(fā)電系統(tǒng)的落水管的頂部正視圖；和 圖3是水力發(fā)電系統(tǒng)的側(cè)部正視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的水力發(fā)電系統(tǒng)10的實(shí)施例，該系統(tǒng)用于將流 離建筑物14的屋頂12的水的動能轉(zhuǎn)換成電能。該系統(tǒng)10包括具有轉(zhuǎn)子18 的渦輪16和由轉(zhuǎn)子18驅(qū)動的發(fā)電機(jī)19,以及至少一個落水管20,該落水 管20具有上端22，用于接收從屋頂12流下的水。落水管20包括通道24a 和24b (此后通常稱為"通道24"),所述兩通道從上端22延伸到各自的出 口 26a和26b (此后通常稱為"出口 26")。出口 26中的每一個設(shè)置成將從 該處流出的水引導(dǎo)到轉(zhuǎn)子18,以導(dǎo)致轉(zhuǎn)子18沿同樣的方向旋轉(zhuǎn)。如下面將 詳細(xì)描述的，通道24還配置為使得通道24a溢流到通道24b。
上固定環(huán)21a和下固定環(huán)21b保持渦輪16在轉(zhuǎn)子18 ^走轉(zhuǎn)時處于落水管22內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢谩－h(huán)中的一個或兩個還可用于在發(fā)電機(jī)19和能量管理系統(tǒng) 或儲存裝置(都未示出)之間旋轉(zhuǎn)電纜50。
系統(tǒng)10還包括水槽28,該水槽接收來自屋頂12的水，并引導(dǎo)水進(jìn)入落 水管20。通道24a和24b配置成使得最初進(jìn)入落水管20的水流過通道24a 并從出口 26a流出到轉(zhuǎn)子18上，以驅(qū)動發(fā)電機(jī)19。然而，在傾盆大雨的情 況下，通道24a可溢出到通道24b中。溢出的水于是流過通道24b并流過出 口 26b,使轉(zhuǎn)子18轉(zhuǎn)動，從而進(jìn)一步給發(fā)電機(jī)19提供驅(qū)動。
通過使通道24形成有各自的高度逐漸增加的上邊緣，水可容易地從通 道24a溢出到通道24b,從而溢出一個通道(例如通道24a)的上邊緣的水 可隨后流入到相鄰?fù)ǖ?4b中。在這點(diǎn)上，從圖1中可看到通道24a具有上 邊緣30a,同時通道24b具有比上邊緣30a更高的上邊緣30b。因而，如果 通道24a填充有水和溢流，那么溢流在上邊緣30a上方流入通道24b。應(yīng)意 識到，例如如果落水管20設(shè)置有另外的第三通道，那么在水溢出第一通道 24a的上邊緣30a和第二通道24b的上邊緣30b之后，水將流入到第三通道。
為了提供流過通道24a的水的受控穩(wěn)定流動，落水管20的上端22設(shè)置 有水流動調(diào)節(jié)蓄水池32。蓄水池32包括合并通道24a的上邊緣30a的直立 壁36、向下傾斜的基底37和與壁36隔開的第二直立壁38。
蓄水池32設(shè)置有到通道24a的兩個出口。第一出口 34包括在壁38中 形成的靠近其與基底37的接合處的狹槽或一系列孔。與上述第一出口隔開 的第二出口僅僅是靠近壁38的上端形成的狹槽40。狹槽40有效地構(gòu)成到通 道24a的溢出路徑。因而，當(dāng)聚集在蓄水池中的水的水平面處于狹槽40下 時，水將經(jīng)由第一出口 34流入到通道24a。出口 34的尺寸^皮i殳定為容納在 蓄水池32中的水柱高度能提供落入通道24a的穩(wěn)定連續(xù)的水流。如果雨水 體積充分地增加，水將初始地流過狹槽40并流入通道24a,以提供額外的壓 力以驅(qū)動渦輪16。如果蓄水池32中的水位以足夠大的速度增加，超過水從 出口 34流出及流過狹槽40的速度，那么水將溢出邊緣30a,從而向下流入 第二通道24b。
通道24可設(shè)置有同樣的或不同的水力直徑。然而，在優(yōu)選的實(shí)施例中， 通道24a可具有比通道24b更小的水力直徑。通道24a的水力直徑的選擇、 開口 34的大小和蓄水池32的體積可被選擇，以提供水流過通道24a的恒定流動。流過落水管20且流過轉(zhuǎn)子18的水可經(jīng)由落水管20的尾部42流入到水 箱44中。水箱44可設(shè)置在地上或地下。水箱44儲存雨水，雨水可用于各 種目的，包括非飲用的使用，例如給花園澆水、清潔室外區(qū)域、用于洗衣機(jī) 和洗碗機(jī)，或替換地提供合適的過濾器用于飲用水。另外，水箱44中的水 可被泵送到太陽能加熱系統(tǒng)，以提供建筑物14內(nèi)使用的熱水，例如用于洗 浴和洗衣機(jī)，或替換地泵送到散熱器用于供暖。在這些實(shí)施例中，從水箱44 泵抽水可理想地由屋頂12上的太陽能電池產(chǎn)生的電提供動力。水箱44還可 設(shè)置有溢流閥46，該溢流閥配置成打開，以當(dāng)水箱44中的水壓處于預(yù)定水 平之上并在整個落水管20裝滿水之前其將超過該預(yù)定水平時，允許過多的 水從水箱44排出。
圖2示出了落水管20的具體結(jié)構(gòu)，其中通道24a實(shí)際上包括落水管內(nèi) 的管道。水槽28直接將水送到通道24a的嘴部或開口，當(dāng)通道24a完全裝 滿水時，水可溢出到通道24b中，通道24b構(gòu)成了在通道24a的外側(cè)和限定 落水管20的外管46的內(nèi)側(cè)之間的落水管20的區(qū)域。
參考圖3,還可以看到水力發(fā)電系統(tǒng)10還可包括一個或多個屋頂通道 48,該屋頂通道對角地從屋頂12的上部延伸到水槽28。屋頂通道48引導(dǎo)屋 頂12上流動的雨水沿與水槽28中的水流動方向成銳角的方向流動。這給水 槽28中的水提供附加的動量或速度，從而增加其動能。取決于蓄水池32的 狀態(tài)和開口 34的大小，提供給水的動能的增加可提供從渦輪輸出的更大的 電能。
由渦輪16產(chǎn)生的電可經(jīng)由電纜50提供給電能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可包括 用于儲存電的儲電池。于是該管理系統(tǒng)可管理由渦輪16產(chǎn)生的電能，以將 電能提供給建筑物14內(nèi)的器具，或甚至將電能傳送給電源網(wǎng)絡(luò)(mains grid )。
既然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，那么對于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員而言 顯而易見的是，可得到大量的不脫離基本發(fā)明構(gòu)思的修改和變換。例如，系 統(tǒng)10描述的落水管凈皮分成兩個通道24a和24b。然而，如前所述，落水管 20可被隔成多于兩個的通道。此外，雖然認(rèn)為阿基米德螺旋(Archimedes screw)形式的轉(zhuǎn)子18可構(gòu)成轉(zhuǎn)子的最有效形式，然而，也可使用輪或葉輪。 另夕卜，上面描述并示出為狹槽40的蓄水池32的第二出口可具有替換的形式。 例如，壁38可簡單地做成高度等于狹槽40的底部，使得壁38的最上邊緣 充當(dāng)壩壁，水在該壩壁上流過。在另一改變中，狹槽40可用壁38中處于同樣高度的多個孔替代。
所有這些修改和變換都視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的特征從上述描 述中確定。
在本申請的權(quán)利要求中和本發(fā)明的描述中，除了在內(nèi)容需要的地方之 外，其他由于語言表達(dá)或需要暗含之處，詞語"包括"或如"包括"或"包 含"的變化形式都用作包括的含意，也就是，在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，用 以說明陳述的特征的存在，而不是排除另外的特征的存在或增加。
權(quán)利要求
1.一種水力發(fā)電系統(tǒng)，用于將流離建筑物的屋頂?shù)乃膭幽苻D(zhuǎn)換成電能，所述系統(tǒng)包括具有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)；至少一個落水管，該落水管具有用于接收水的上端，所述落水管還包括至少兩個通道，每個通道從所述上端延伸到各自的出口，每個出口設(shè)置成引導(dǎo)水從所述出口流到所述轉(zhuǎn)子，以使所述轉(zhuǎn)子沿相同的方向旋轉(zhuǎn)，所述通道配置為使得至少一個通道可溢流到另外的通道。
2. 如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，相鄰的通道設(shè)置有高度 逐漸增加的相對應(yīng)的上邊緣，從而溢出 一個所述通道的上邊纟彖的水流入相鄰 的通道中。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述通道設(shè)置有不 同的水力直徑。
4. 如權(quán)利要求3所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，水最初進(jìn)入所述落水管 時流過的第一通道的水力直徑小于其它通道的水力直徑。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，還包括一個或多 個水槽，所述水槽配置成接收從屋頂流動的水并引導(dǎo)水進(jìn)入所述落水管或每 個落水管；以及一個或多個屋頂通道，每個屋頂通道設(shè)置在屋頂上并對角地 從屋頂?shù)纳喜垦由斓剿鏊邸?br> 6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，還包括用于所述 通道中的至少一個的水流動調(diào)節(jié)蓄水池，所述蓄水池包括與該通道流體相通 的出口，該出口在位于該通道的上邊緣的下面的位置處形成并且尺寸設(shè)定為 調(diào)節(jié)在該通道下的蓄水池中所聚集的水的流動。
7. 如權(quán)利要求6所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，每個蓄水池在所述通道 的第一壁和與所述第一壁隔開的第二壁之間形成，所述第一壁由所述通道的 上邊緣構(gòu)成，所述第二壁具有位于所述第一壁的上邊緣下方的上邊緣，并且 其中所述出口形成在所述第二壁中并位于所述第二壁的上邊緣的下方。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)子 包括阿基米德螺旋，所述阿基米德螺旋具有的旋轉(zhuǎn)軸線平行于從所述通道而 來的水的流動方向。
9.如權(quán)利要求i至8中任一項(xiàng)所述的水力發(fā)電系統(tǒng)，還包括一個。戈多個儲水箱，所述儲水箱與所述落水管或每個落水管流體相通，用于儲存流過所述落水管的水。
全文摘要
一種將流過屋頂?shù)乃畡幽苻D(zhuǎn)換成電能的水力發(fā)電系統(tǒng)，包括具有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)和設(shè)在落水管中的發(fā)電機(jī)。落水管的上端接收由水槽流出屋頂?shù)乃?。落水管的通道從上端延伸到各出口。每個出口引導(dǎo)水流到轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子沿相同方向旋轉(zhuǎn)。通道使最初進(jìn)入落水管的水流過通道并流出出口。大雨時，通道溢流到通道中而后流出出口，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子。調(diào)節(jié)蓄水池設(shè)在落水管上端，給流過通道的水提供受控穩(wěn)定流動。蓄水池有直壁，設(shè)有下出口和上出口。聚在池中的水處于出口下的水平時，水由第一出口流到通道。若池中雨水量充分增加，水最終流過第二出口流入通道，提供額外壓力以驅(qū)動渦輪。若池中水位以足夠大的速度增加，超過水流出出口的速度，水溢出壁而向下流入第二通道。
文檔編號F03B13/00GK101408147SQ20081012847
公開日2009年4月15日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者克里斯托弗·G·E·奈廷格爾 申請人:龍?jiān)从邢薰?br>