[发明专利]小型水力发电系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电力生产，并且特别是涉及通过小型水力发电系统进行水力发电。

背景技术

其中从流动增压水中提取动能并用来转动发电机以便产生电能的水力发电是公知的。另外，使用例如气体、蒸汽等压力流体转动发电机是公知的。对于采用例如河流或堤坝的大规模水源操作的大型水力发电来说，使用百万加仑的流动水可以产生成千上万兆瓦的电能。因此，将流动水中的动能转换为电能可能包括显著的低效率，并不能提供经济和可以接受程度的性能。

随着水电发电设备的尺寸变得更小，所产生的电量也变得更小。另外，从中提取动能的流动水量变得更少。因此，将流动水中的动能转换为电能的效率变得很重要。当存在许多低效率时，只有少量的动能从增压流动水中提取出来。因此，所产生电量随着水力发电设备变得更小而减小。

具有许多小型系统，该系统包括流动增压流体并需要电能来操作。某些实例包括民用水处理系统、自动洁具、流速监测器、水测试设备等。

具有多种不同的水处理系统，该系统包括碳基过滤器单元和紫外线(UV)单元以便在使用之前对水进行过滤和净化。碳基过滤器单元使用惰性材料来过滤颗粒和有机污染物。从紫外线单元发射的紫外线辐射用来中和水中存在的有害微生物。

为了启动紫外线单元和水处理系统中的任何其它电能消耗系统，需要电源。传统水处理系统使用来自标准电插座的电能或电池电源以便驱动包括紫外线单元的水处理系统中的所有部件所需的电能。在通过电插座供电的水处理系统的情况下，该系统限制了便携性能并在电插座电源损坏时不能操作。

由电池电源操作的水处理系统只包括在水处理系统的操作或存储过程中可以用完的有限电能供应装置。另外，必须能够更换电池以便使得水处理系统可以操作。如果需要长效电池电源，需要更大的电池，由此显著地增加了水处理系统的重量和尺寸。

某些现有水处理系统能够使用标准电插座或电池电源，电池电源可以通过电插座电源补充。尽管这些水处理系统不需要更换电池，虽然以电池电源操作，电池的容量和尺寸决定水处理系统的操作长度。必须同样采用电插座电源经常补充电池电源。另外，这些水处理系统需要另外的电路和部件，以便由两种不同电电源操作。

例如盥洗室阀和水池水龙头的自动洁具可以包括电操作的阀和传感器。传感器可以检测自动洁具的使用者是否存在并操作电操作阀以响应提供水流。电操作阀和传感器两者需要电能来操作。电能可以通过安装从配电板到自动洁具的电缆来获得。在自动洁具安装在现有建筑物内的情况下，配电板和/或电缆的安装成本高、费时并且是困难的。

出于以上原因，需要一种小型水力发电设备，该设备足够小以便安装在例如水处理系统、自动洁具等系统内，并能够以高效率操作来产生足以操作系统的电能。

发明内容

本发明披露了一种小型水力发电系统。所述小型水力发电系统可用在那些液体在确定的压力范围和流速范围内流动的任何应用场合中。例如，所述小型水力发电系统可用于将功率供应至水处理系统。在一种典型构型中，所述小型水力发电系统可包括限定出内室的罩壳和被设置在所述内室中的发电机。所述发电机可包括多个轮叶、转子和定子，所述转子包括永磁体，所述定子包括线圈。所述发电机可被构造以便进行旋转从而通过所述永磁体的磁场在所述线圈中感应出电流。

所述小型水力发电系统还可包括与所述罩壳相联的入口喷嘴。所述入口喷嘴可包括入口通道，所述入口通道被构造以便接收沿第一方向流动的液体流并对所述液体流进行引导以使其撞击到所述轮叶上并沿第二方向流动，所述第二方向总是大体上垂直于所述第一方向。所述发电机被构造以便在所述液体流的作用下沿所述第二方向进行旋转。所述小型水力发电系统还可包括出口喷嘴，所述出口喷嘴与所述罩壳相联以使得所述多个轮叶被设置在所述入口喷嘴与所述出口喷嘴之间。所述出口喷嘴可被构造以便接收沿所述第二方向流动的所述液体流并对所述液体流进行导引以使其再次大体上沿所述第一方向流动。

在另一种典型构型中，所述小型水力发电系统可包括外壳体和被设置在所述外壳体内的内壳体。所述内壳体可包括入口喷嘴和与所述外壳体固定地相联的出口喷嘴。所述内壳体还可包括涡轮转子，所述涡轮转子具有被设置在形成于所述入口喷嘴与所述出口喷嘴之间的中心通道中的多个桨叶。所述入口喷嘴和所述出口喷嘴可被构造以便围绕着所述涡轮转子的一部分，且所述入口喷嘴、所述出口喷嘴和所述涡轮转子的组合件可被构造以便形成所述内壳体和所述内壳体内部的腔体。所述小型水力发电系统还可包括定中心杆，所述定中心杆与所述入口喷嘴和所述出口喷嘴不能旋转地相联并延伸通过所述内壳体。所述涡轮转子可在所述外壳体内围绕所述定中心杆旋转。