CN209227920U - 屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置 - Google Patents
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Abstract
屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，属于建筑水利技术领域。将旋流净化技术、水力发电技术与蓄水利用技术，主要由进水管(1)、一次水力旋流器(6)、二次旋流器(3)、连接管(10)、水压板(5)、格栅(2)、发电雨落管(8)、排水雨落管(4)、发电叶轮(7)、蓄电池(11)和蓄水池(9)组成。雨水利用是一种综合考虑雨水径流污染控制、城市防洪以及生态环境的改善等要求。本装置符合绿色环保要求,同时，本装置无需对建筑进行改造，可直接在建筑外部施工安装，安装方式简单，易实施，受众面较广。投资成本较低，具有较强的创新性，开创了旋流切向发电的理念，极大程度上利用了屋面的雨水资源。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种雨水再利用产品，特别涉及一种，将旋流净化技术、水力发电技术与蓄水利用技术，等诸多技术相结合的一种雨水再利用产品，属于建筑水利技术领域。
背景技术
天然的降雨过程和降雨量的大小有很强的随机性和不确定性，仅靠现有的工程技术措施来解决雨水污染问题具有很大的局限性。对于城市主体单元的建筑和小区来说，要想有效地减少污染，应该坚持工程技术措施与管理并重的指导思想，防治结合、多层次、多渠道的进行雨水污染控制。目前在排水***中会遇到的是，由于雨水污水合流排水***，雨水会进入排污管，一般情况下会带入相当数量的砂粒等杂质。沉砂池作为预处理设施，通常用于去除进水中的砂粒，以保证后续处理及设备的正常运行，减少在渠道、管道产生沉积，避免重力排泥ji染。
雨水在经过屋面汇集后，初期径流雨水中含有大量污染物。其中CODcr(初期雨水溶解大气中有机物)、悬浮物(树叶、沙尘颗粒)，若直接排入雨水排水***，会严重影响环境水质，影响后续对雨水的利用。目前人们对雨水的利用研究主要是针对雨水本身作为水资源可以缓解水资源短缺的问题。城市雨水的收集利用还可以减少城市洪灾、改善城市生态环境、实现水资源可持续利用等。但是水还可以用于发电，雨水经收集后是可以用于发电的这一问题却被忽视了。虽然在一栋楼房上集中的雨水能够得到的电量相对于发电站的电量很小，但是在大面积、成百上千的楼房的雨水能得到的电量却是相当可观的。所以，在夏日季节，雨水较多的城市，可以将雨水收集并用于发电提供小范围的照明等利用。
流体旋流器是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理。当待分离的两相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒与细颗粒之间存在粒度差，其受到离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒由溢流管排出，从而达到分离分级目的。
雨水利用是一种综合考虑雨水径流污染控制、城市防洪以及生态环境的改善等要求。建立包括屋面雨水集蓄***、雨水截污与渗透***、生态小区雨水利用***等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：将旋流净化技术、水力发电技术与蓄水利用技术，等诸多技术相结合，成为一种屋面雨水三种功能--旋流净化/落水发电/蓄水利用装置产品
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下。
一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，包括进水管(1)、一次水力旋流器(6)、二次旋流器(3)、连接管(10)、水压板(5)、格栅(2)、发电雨落管(8)、排水雨落管(4)、发电叶轮(7)、蓄电池(11)和蓄水池(9)；
一次水力旋流器(6)通过进水管(1)和屋面相连，进水管(1)中设置格栅(2)；一次水力旋流器(6)下端通过水压板(5)与排水雨落管(4)连接；一次水力旋流器(6)中心通过连接管(10)与二次旋流器(3)相连，二次旋流器(3)与发电雨落管(8)连接，发电叶轮(7)安装在发电雨落管(8)底部的位置，蓄电池(11)与发电叶轮(7)通过导线连接，安装在室内；发电雨落管(8)经由发电叶轮(7)后再与蓄水池(9)连接，蓄水池(9)设置在地面上；二次旋流器(3)的物理位置高于发电叶轮(7)。
所述一次水力旋流器(6)、二次旋流器(3)由PVC-6材质制成。
所述屋面进水管(1)、连接管(10)、发电雨落管(8)、排水雨落管(4)由HDPE管材制成。
所述蓄水池为铝合金材质。
所述水压板(5)为重力式水压板，材料为302不锈钢。
所述格栅(2)为304不锈钢。
所述蓄电池(11)为12v锂电池。
所述发电叶轮(7)为INCONEL材质。
所述发电叶轮的外面为叶轮箱，叶轮箱材质为HT150材质。
在雨量未超过装置极限发电雨量时，雨水在屋面汇集，经进水管(1)切向流入一次水力旋流器(6)中，实现旋流分层，树叶等漂浮物在上层，沉砂在下层，中间为较为洁净的雨水，雨水经连接管(10)进入二次旋流器(3)，沿旋流坡面旋转输送至发电雨落管(8)，在其中以旋流的方式下落，沿切线撞击发电叶轮(7)，实现旋流高效发电，经叶轮发电后，将这部分雨水进行汇流，收集储存到蓄水池(9)，应用于灌溉绿化植被等方向。
当雨水量超过装置极限发电雨量时，大量雨水汇集在一次水力旋流器(6)中，在一次水力旋流器(6)底部的水压板(5)处产生大量压力，利用水压原理，水会压开水压板(5)，将沉沙和过量的雨水向下排出，并将装置转为优先排水次收集发电的模式，以保证建筑的正常排水需求。待雨水量渐渐减小，或水力旋流器水量小于极限水量时，水压板(5)复位，雨水会继续进入二次旋流器(3)，进行发电蓄水。
本装置中一次水力旋流器(6)设置自动排污***，当沉砂与树枝积累到一定量时，一次水力旋流器(6)中多相流的总密度大于设计密度，多相流重力大于水压板(5)承载设计极限量，多相流会沿排水雨落管(4)排出，形成地表径流，达到自动排污功能。
本项目根据雨水的收集、污染治理和能源利用三个思路的交叉聚集而得来，在装置的使用中，利用水力旋流分离器将屋顶上的砂粒、尘埃等污染物和树叶等漂浮物去除；设立重力式水压板(5)，在雨水量达到一定量时，利用水压原理，水会压开水压板(5)，将沉沙和过量的雨水向下排出，并将装置转为优先排水次收集的模式，以保证建筑的正常排水需求；利用发电叶轮(7)与雨水切向接触来旋流高效发电；同时还将最后所分离出的储存到蓄水池(9)，用到绿化植被灌溉等方向。既收集、运用了雨水资源，也达到了去除部分污染物的功效，有着较强的实用性与应用前景。
本实用新型的有益效果：由于本装置具有清洁、无噪音污染和有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定性好等一系列优点,符合绿色环保要求,同时，本装置无需对建筑进行改造，可直接在建筑外部施工安装，安装方式简单，易实施，受众面较广。投资成本较低，具有较强的创新性，开创了旋流切向发电的理念，极大程度上利用了屋面的雨水资源。为国家节能减排降低建筑能耗，提升能源利用效率、缓解我国水资源紧张，提供一定的帮助。
附图说明
图1为本装置运行示意图。
图2为本装置结构示意图。
图3为典型暴雨示意图。
1进水管，2格栅，3二次旋流器，4排水雨落管，5水压板，6一次水力旋流器,7发电叶轮,8发电雨落管,9蓄水池,10连接管,11蓄电池。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
实施例1
一次水力旋流器6，通过连接管10和屋面相连，连接管10中设置隔栅，一次水力旋流器6通过水压板5，与排水雨落管4相连。一次水力旋流器6与二次水力旋流器，通过连接管10相连。当雨水从屋面汇集，顺着进水管1流入一次水力旋流器6，在一次水力旋流器6以一定初速度进行旋流，旋流产生负压，被链接管吸入二次旋流器3重，在二次旋流器3沿旋流坡面旋流进入发电雨落管8中切向撞击发电叶轮7，叶轮旋转产生一定的电量。
实施例2
当一次水力旋流器6中总重量超过水压板5设计承载重量时，雨水在一次水力旋流器6中聚集能量，压开水压板，将混合雨水(多相流)通过排水雨落管4向下排出，汇入地表径流。
本项目是将水资源与水工程技术、绿色建筑与节能技术的相关领域知识运用到雨水的收集处理以及发电等多项功能的利用，主要的特色与创新点有以下几点：
1.整个集合***无需外部能量供给，依靠水的势能发电，将水管内部制成螺旋状条纹，使雨水以旋流方式下落，最终沿切线撞击叶轮，减少水流垂直落下撞击叶轮的能量损失，以最大化利用雨水的势能；
2.在解决屋顶雨水排水的同时，收集处理雨水，加入水力旋流器，将不同重量的水中悬浮沙粒、树叶等杂物筛去，起到分离作用，去除所收集的雨水中的部分污染物；
3.加设重力式水压板5，在雨水量达到一定量时，利用水压原理，水会压开水压板5，排出沉沙并将装置转为优先排水次收集的模式，以保证建筑的正常排水需求；
4.在发电之后将水收集到蓄水池9，用于建筑小区内的绿化灌溉；在此之外的部分可回补地下水，除去污染物的同时也改善了地下水资源。
计算发电效率：
以t＝10s计算，
令水压为1MPa，则电压为7V，电流为0.22A；流量为3.1L/min
水轮机产生功W＝Pt＝UIt＝0.22×7×10＝15.4J；
水的重力势能W＝mgh＝1×103×0.52×10-3×9.8×10＝50.6J
效率为30.4％，发电量相当可观。
本装置为雨水再利用产品，结构简单、理念新颖，为国家节能减排降低建筑能耗，提升能源利用效率、缓解我国水资源紧张，提供一定的帮助。
Claims (9)
1.一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，包括进水管(1)、一次水力旋流器(6)、二次旋流器(3)、连接管(10)、水压板(5)、格栅(2)、发电雨落管(8)、排水雨落管(4)、发电叶轮(7)、蓄电池(11)和蓄水池(9)；
一次水力旋流器(6)通过进水管(1)和屋面相连，进水管(1)中设置格栅(2)；一次水力旋流器(6)下端通过水压板(5)与排水雨落管(4)连接；一次水力旋流器(6)中心通过连接管(10)与二次旋流器(3)相连，二次旋流器(3)与发电雨落管(8)连接，发电叶轮(7)安装在发电雨落管(8)底部的位置，蓄电池(11)与发电叶轮(7)通过导线连接；发电雨落管(8)经由发电叶轮(7)后再与蓄水池(9)连接；二次旋流器(3)的物理位置高于发电叶轮(7)。
2.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，蓄电池(11)安装在室内，蓄水池(9)设置在地面上。
3.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述水压板(5)为重力式水压板。
4.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述一次水力旋流器(6)、二次旋流器(3)由PVC-6材质制成；所述屋面进水管(1)、连接管(10)、发电雨落管(8)、排水雨落管(4)由HDPE管材制成；所述蓄水池为铝合金材质。
5.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述水压板(5)材料为302不锈钢；所述格栅(2)为304不锈钢。
6.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述蓄电池(11)为12v锂电池。
7.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述发电叶轮的外面为叶轮箱。
8.按照权利要求7所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，所述发电叶轮(7)为INCONEL材质；叶轮箱材质为HT150材质。
9.按照权利要求1所述的一种屋面雨水旋流净化/落水发电/蓄水利用三功能一体化装置，其特征在于，雨水经连接管(10)进入二次旋流器(3)，沿旋流坡面旋转输送至发电雨落管(8)，在其中以旋流的方式下落，沿切线撞击发电叶轮(7)。
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