基于排雨管道的能量利用系统的制作方法

本实用新型属于雨水再利用技术领域，具体涉及一种基于排雨管道的能量利用系统。

背景技术：

在现代城市中，高层建筑十分普遍，为了在雨天及时排出顶层蓄积的雨水，在建筑物上均装有从屋顶连通到底部的排雨管道系统，现有的排雨管道系统大多数为重力式排雨管道。从天而降的雨水落入建筑物顶层时，本身就具备蓄积能量的优势，水流顺排雨管道下流，当大量的雨水同时涌向排水系统时，排水系统会因来不及排水而带来内涝，需要对排雨从单一排水到综合利用的转变，因此，出现了高楼雨水发电的构思，但是现有高楼雨水发电都是提出概念模型，对雨水发电体系缺乏精细化的论证设计，现如今缺少一种基于排雨管道的能量利用系统，可以在不影响正常排水的条件下，集中利用蓄积在屋顶雨水的能量，将势能通过雨水冲刷转化为电能，这部分微电能可用于建筑物楼道应急供电，共享能源等多个方面。并且，在我国东南沿海地区，雨量丰富，有利于对蓄积雨水能量的进一步利用，雨水蓄积在建筑物楼顶本身具有先天条件，不需要投入额外的能量，符合现代社会倡导的绿色低碳经济，发展微能源和共享经济。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于排雨管道的能量利用系统，其设计巧妙，通过弃流净化装置对雨水进行净化，利用雨能利用装置的多节结构重复发电，提高了雨水势能的转化率，没有额外占用空间，为排雨管道污水利用积累经验，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：包括多个分别安装在多栋高层楼宇上且用于将高层楼宇屋顶的雨水引流至排水系统的排雨装置，所述排雨装置包括弃流净化装置和与弃流净化装置相平行设置的雨能利用装置，弃流净化装置包括垂直地面设置且底部封闭的弃流净化管道和设置在弃流净化管道内壁上的挡板，弃流净化管道的底部设置有净化层，弃流净化管道靠近净化层的一端设置有渗透管段，弃流净化管道内位于净化层与挡板之间的位置设置有与挡板配合的浮球，弃流净化管道的进水端安装有过滤器，所述雨能利用装置为多节雨能利用机构，相邻两节所述雨能利用机构之间通过法兰盘连通，所述雨能利用机构包括排雨管道以及均设置在排雨管道内的积水密封板和位于积水密封板上方用于安装弯管的弯管安装板，弯管的两端口均朝下，弯管的第一端口位于积水密封板上方，弯管的第二端口穿过积水密封板，弯管的第二端口正下方设置有微型永磁发电机，弃流净化管道通过引流管道与雨能利用管道连通，弯管安装板为矩形安装板。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：所述雨能利用机构还包括设置在排雨管道外的电能转换装置，所述电能转换装置包括依次连接的整流电流、稳压电路、蓄电池和为负载供电的电压转换电路，整流电流的输入端与微型永磁发电机的信号输出端相接。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：所述引流管道与弃流净化管道位于挡板上方的管段连通，雨能利用管道位于挡板下方，引流管道与雨能利用管道夹角为135°～150°。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：多个所述排雨装置中的弃流净化管道的长度各不相等。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：所述弯管的高度为7m～8m。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：所述微型永磁发电机上安装有贯流式叶轮，过滤器为87型雨水斗。

上述的基于排雨管道的能量利用系统，其特征在于：所述净化层为活性炭净化层，渗透管段为环氧树脂微孔透水管段。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置弃流净化装置对初期降雨中雨水水质受大气以及汇水面影响，雨水中所含有的杂质进行净化，雨水会由于重力作用进入弃流净化管道，弃流净化管道中预先装有的浮球会随水位的上升而上升直到封堵弃流净化管道，后期降雨中较洁净的雨水得以经引流管道进入雨能利用装置，有利于提高流向雨能利用装置的雨水质量，提高雨能利用装置的发电效率。

2、本实用新型雨能利用装置设计为多节结构，每节雨能利用机构基本沿用前一节雨能利用机构的重力作用，减少了对排雨管道的冲击，重复利用雨能转换电能，提高了雨水势能的转化率；每节雨能利用机构中通过积水密封板蓄积进入排雨管道的雨水，弯管的第一端口位于积水密封板上方，弯管的第二端口穿过积水密封板，当雨水超过弯管的顶端，发生虹吸现象，弯管的第二端口出水向微型永磁发电机输出雨水势能，通过冲击微型永磁发电机带动微型永磁发电机转动发电，使用效果好。

3、本实用新型设计新颖合理，没有额外占用空间，改装原有重力落排雨管道，对推广巧用雨水势能具有积极健康的引导示范作用，也为排雨管道污水利用积累经验，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计巧妙，通过弃流净化装置对雨水进行净化，利用雨能利用装置的多节结构重复发电，提高了雨水势能的转化率，没有额外占用空间，为排雨管道污水利用积累经验，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型排雨装置的结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为本实用新型微型永磁发电机为负载供电的电路原理框图。

附图标记说明:

1—过滤器； 2—弃流净化装置； 2-1—弃流净化管道；

2-2—挡板； 2-3—浮球； 2-4—净化层；

2-5—渗透管段； 3—引流管道； 4—排雨管道；

5—法兰盘； 6—弯管安装板； 7—弯管；

8—积水密封板； 9—微型永磁发电机； 10—整流电流；

11—稳压电路； 12—蓄电池； 13—电压转换电路；

14—负载。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括多个分别安装在多栋高层楼宇上且用于将高层楼宇屋顶的雨水引流至排水系统的排雨装置，所述排雨装置包括弃流净化装置2和与弃流净化装置2相平行设置的雨能利用装置，弃流净化装置2包括垂直地面设置且底部封闭的弃流净化管道2-1和设置在弃流净化管道2-1内壁上的挡板2-2，弃流净化管道2-1的底部设置有净化层2-4，弃流净化管道2-1靠近净化层2-4的一端设置有渗透管段2-5，弃流净化管道2-1内位于净化层2-4与挡板2-2之间的位置设置有与挡板2-2配合的浮球2-3，弃流净化管道2-1的进水端安装有过滤器1，所述雨能利用装置为多节雨能利用机构，相邻两节所述雨能利用机构之间通过法兰盘5连通，所述雨能利用机构包括排雨管道4以及均设置在排雨管道4内的积水密封板8和位于积水密封板8上方用于安装弯管7的弯管安装板6，弯管7的两端口均朝下，弯管7的第一端口位于积水密封板8上方，弯管7的第二端口穿过积水密封板8，弯管7的第二端口正下方设置有微型永磁发电机9，弃流净化管道2-1通过引流管道3与雨能利用管道4连通，弯管安装板6为矩形安装板。

需要说明的是，对高层楼宇的排水管道进行改造，可利用蓄积能量具有先天优势的雨水势能进行能量转换，不需要投入额外的能量，发展微能源和共享经济，多栋高层楼宇上分别安装排雨装置，排雨装置将转换的能量就近利用，符合现代社会倡导的绿色低碳经济；所述排雨装置中设置弃流净化装置2是为了对初期降雨时流至排水管道的雨水进行除杂质，避免杂质堵塞排水管道对雨能利用装置造成不必要的麻烦，实际降雨时，雨水水质受大气以及汇水面影响，可能含有有机物、悬浮物或重金属，前2mm～5mm的雨水一般污染严重，流量也比较小，为方便雨能利用装置对水量的利用，同时尽可能使雨量在降雨中期得到集中利用，弃流净化装置2设置有垂直地面设置且底部封闭的弃流净化管道2-1，弃流净化管道2-1的进水端安装过滤器1的目的是过滤屋顶上体积较大的杂质，如树叶、塑料袋等体积固定的杂质；通过过滤器1的雨水会由于重力作用首先沿垂直方向进入弃流净化管道2-1，弃流净化管道2-1中设置浮球2-3的作用是使浮球2-3随弃流净化管道2-1中水位的上升而上升，直至与弃流净化管道2-1中设置的挡板2-2接触停止弃流净化管道2-1中积水，从而结束初期降雨对雨水的过滤，此时，雨水水量充足，水质较洁净，弃流净化管道2-1通过引流管道3将较洁净的中后期雨水引入雨能利用装置，弃流净化管道2-1底部设置净化层2-4的目的是将带有泥沙微小杂质的雨水进行净化，进而使净化的雨水通过渗透管段2-5慢慢的渗透出弃流净化管道2-1，清空弃流净化管道2-1中的积水，以便下次重复使用。

所述排雨装置中设置雨能利用装置是为了利用雨能，将雨能转换为实际可用的电能，进而实现对楼宇公共用电的供能，所述雨能利用装置为多节雨能利用机构，一是为了使每节雨能利用机构基本沿用前一节雨能利用机构的重力作用，减少了对排雨管道4的冲击，延长排雨管道4的使用寿命；二是为了延长雨水流入排水系统的时间，减少了对排水系统管网的冲击，减轻城市内涝的风险；三是为了实现重复利用雨能转换电能，提高了雨水势能的转化率，避免一次雨能转换效率低，造成能源浪费；排雨管道4内设置积水密封板8的目的是将进入排雨管道4的雨水积攒起来，实际使用中，积水密封板8为与排雨管道4中空横截面结构相同，面积相等的平板，通常排雨管道4为圆管，故积水密封板8为圆形平板，积水密封板8上方设置有安装弯管7的弯管安装板6，弯管安装板6为矩形安装板的是为了使有弯管安装板6与排雨管道4存在间隙，以便雨水向下流去，避免雨水积攒在弯管安装板6上方，弯管7的两端口均朝下，弯管7的第一端口位于积水密封板8上方，弯管7的第二端口穿过积水密封板8是为了使弯管7的两端口形成液位差，当雨水从积水密封板8上积攒超过弯管7的顶端时，会发生虹吸现象，排雨管道4内积水密封板8上的积水会通过弯管7的第一端口流向弯管7的第二端口，微型永磁发电机9安装在弯管7的第二端口正下方是为了接收弯管7的第二端口垂直流出的雨水势能，驱动微型永磁发电机9转动发电，转换能量。

如图3所示，本实施例中，所述雨能利用机构还包括设置在排雨管道4外的电能转换装置，所述电能转换装置包括依次连接的整流电流10、稳压电路11、蓄电池12和为负载14供电的电压转换电路13，整流电流10的输入端与微型永磁发电机9的信号输出端相接。

需要说明的是，所述雨能利用机构还设置有电能转换装置的为了将转动不均衡的微型永磁发电机9发出的不稳定电能稳压成负载可用的电能，微型永磁发电机9发出的电压均为交流电压，整流电流10是将该交流电压转换为直流电压，进而送入稳压电路11进行稳压，通过蓄电池12存储电能，实际楼宇中负载用电的电压未必统一，电压转换电路13是将蓄电池12输出的同一电压值根据不同负载14转换为负载对应所需的电压值。

本实施例中，所述引流管道3与弃流净化管道2-1位于挡板2-2上方的管段连通，雨能利用管道4位于挡板2-2下方，引流管道3与雨能利用管道4夹角为135°～150°。

需要说明的是，所述引流管道3与弃流净化管道2-1位于挡板2-2上方的管段连通的目的是引导初期降雨结束后挡板2-2被浮球2-3封堵后流入弃流净化管道2-1的中后期雨水流入雨能利用管道4，雨能利用管道4位于挡板2-2下方是为了使雨水向下流入雨能利用管道4，避免引流管道3向上倾斜，而使雨水倒流溢出雨能利用管道4，阻挡排水，引流管道3与雨能利用管道4夹角优选的选取135°，便于引流管道3的安装。

本实施例中，多个所述排雨装置中的弃流净化管道2-1的长度各不相等。

需要说明的是，多个所述排雨装置中的弃流净化管道2-1的长度各不相等是为了预防城市某瞬时出现单位时间内排入城市排水系统的总雨量过大的风险，针对我国城市已经建成的排水系统，提出错峰排水，阶梯式蓄积，实际实施时，可以让相邻楼宇之间弃流净化管道2-1的长度各不相等，从而进行调整，达到错峰排水的目的，不会对总雨水管道带来太大的冲击，也可以降低城市内涝风险。

本实施例中，所述弯管7的高度为7m～8m。

需要说明的是，实际中优选的弯管7的高度为8m，雨能利用管道4设计为10米，以实际中常见的一栋楼宇为例，设定楼宇高度90米，楼宇建筑面积700m²，弯管7的使用数量为9个，计算一栋楼宇年雨能转换电能的情况，根据公式Q＝ψ·α·β·A·H，计算年平均可收集雨量Q，单位为m³，其中，ψ为平均径流系数，α为季节折减系数，β为初期弃流系数，A为集雨面积，集雨面积A的单位为m²，H为年平均降雨量，年平均降雨量H的单位为mm；现取平均径流系数ψ为0.9，季节折减系数α为0.7，初期弃流系数β为0.94，计算每年平均降雨量1000mm地区的年平均可收集雨量Q＝414540m³；根据公式E＝ρ·Q·g·h，计算雨水重力势能E，其中，ρ为雨水密度且ρ＝1000kg·m^-3，g为重力加速度且g＝9.8m·s^-2，h为雨水下降冲击微型永磁发电机9的等效高度且h＝8m×9＝72m，将计算的雨水重力势能E转换为电能为81250kW·h，可以看出楼宇排水管道的这部分能量在发电储电上具有一定的利用价值。

本实施例中，所述微型永磁发电机9上安装有贯流式叶轮，过滤器1为87型雨水斗。

需要说明的是，所述微型永磁发电机9上安装有贯流式叶轮是为了符合雨水垂直下流冲击发电的特点，过滤器1采用87型雨水斗，便于对雨水回流，避免旋涡，稳定斗前水位，减少掺气，有效阻挡较大杂物，可以保证较快速排雨，水流通畅。

本实施例中，所述净化层2-4为活性炭净化层，渗透管段2-5为环氧树脂微孔透水管段，活性炭净化层具有吸附雨水中细微杂质的特点，可将初期雨水净化，便于渗透管段2-5渗出，渗透管段2-5采用环氧树脂微孔透水管段可慢慢的将弃流净化管道2-1中积攒的雨水排出，使用效果好。

本实用新型使用时，采用过滤器1将初期降雨中体积较大的杂质过滤在弃流净化管道2-1之外，泥沙等微小的杂质不可避免的进入弃流净化管道2-1，在初期降雨中雨水由于重力作用首先进入弃流净化管道2-1，浮球2-3随着雨水的上升而上升，直至浮球2-3封堵挡板2-2，进入中后期降雨，雨水沿引流管道3进入首节的排雨管道4，通过积水密封板8积攒雨水，当首节的排雨管道4内的雨水高度超过弯管7的顶部时，发生虹现象，雨水经弯管7的第一端口流向弯管7的第二端口，冲击位于弯管7的第二端口正下方的微型永磁发电机9，微型永磁发电机9上安装贯流式叶轮，垂直向下的雨水驱动贯流式叶轮转动，使微型永磁发电机9发出交流电压，同时，雨水进入第二节的排雨管道4重复首节的排雨管道4中相同的发电过程；每节排雨管道4输出的交流电压经整流电流10后变换为直流电压，该直流电压再经稳压电路11稳定为可靠的直流电存储在蓄电池12中，当需要为负载14供电时，电压转换电路13将蓄电池12输出的电压转换为负载14可利用的电压；另外，弃流净化管道2-1中底部的净化层2-4将带有泥沙微小杂质的雨水进行净化，进而使净化的雨水通过渗透管段2-5慢慢的渗透出弃流净化管道2-1，清空弃流净化管道2-1中的积水，以便下次重复使用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。