申请日2000.10.05
公开(公告)日2003.02.26
IPC分类号F03B13/00
摘要
公开一种用于与水处理系统相结合使用的水力发电系统。该水力发电系统的诸实施例包括一可旋转地定位在壳体内的叶轮。叶轮可旋转地连接于一发电机。当水流过水处理系统时，水流到水力发电系统并作用在叶轮上使其旋转。叶轮的旋转通过发电机产生用于水处理系统的电力。水力发电系统的其他一些实施例包括一可旋转地定位于水流过的管道中的转子。流动的水使转子旋转。该转子同一围绕的定子协同操作。当转子在定子内部旋转时产生用于水处理系统的电力。
摘要附图
权利要求书
1.一种水力发电系统，其包括：
一包括一入口和一出口的壳体;
一可旋转地固定于该壳体内部的转子，使转子可由通过壳体的流 体流使之旋转;以及
一固定地定位成包围该转子的定子，使转子的旋转可以引起电力 的产生。
2.权利要求1的水力发电系统，还包括一涡轮喷嘴，其特征在于， 涡轮喷嘴将流体流导向转子。
3.权利要求2的水力发电系统，其特征在于，所述涡轮喷嘴可操 作，以提高流体的流速并将该流体流导向成以预定的流体入射角射到 转子上。
4.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述转子包括一轴 和一涡轮转子。
5.权利要求4的水力发电系统，其特征在于，所述涡轮转子包括 一螺旋形凸脊。
6.权利要求4的水力发电系统，其特征在于，所述涡轮转子包括 多个螺桨。
7.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述定子固定地定 位或包围邻近转子的壳体。
8.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述定子固定地定 位在壳体内而包围转子。
9.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述电力为交流电 流。
10.权利要求9的水力发电系统，其特征在于，所述转子包括一 永久磁铁。
11.权利要求9的水力发电系统，其特征在于，所述交流电流被 整流以提供直流电流。
12.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述电力为直流 电流。
13.权利要求12的水力发电系统，其特征在于，所述定子包括一 永久磁铁。
14.权利要求1的水力发电系统，还包括多个分接头，可操作用 以提供不同水平的电力电压。
15.权利要求1的水力发电系统，还包括多个线圈，其可以从并 联结构切换到串联结构。
16.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述水力发电系 统构成没有通量集中器。
17.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，可对转子的旋转 操作以提供流体基于流的测量。
18.权利要求1的水力发电系统，其特征在于，所述入口被从液 体处理系统中供给流体。
19.一种水力发电系统，其包括：
一其中具有一空气空间的壳体;
一可旋转地固定在空气空间内的叶轮;
一喷嘴，其固定地定位成插入该壳体并为流体流入壳体提供一入 口，其中该喷嘴可操作来提供流体的射流，其在叶轮上可导向以引起 叶轮的旋转;
一连接于壳体的出口，以便将在叶轮上导向的流体引出壳体;以 及
一可旋转地连接于叶轮的发电机，其中叶轮的旋转引起由发电机 产生的电力。
20.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，可操作所述喷嘴 以将流过其中的流体流速改变到亚声速。
21.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述发电机产生 产流电流。
22.权利要求21的水力发电系统，其特征在于，所述交流电流被 整流以提供直流电流。
23.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述发电机产生 直流电流。
24.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述叶轮包括多 个叶片。
25.权利要求24的水力发电系统，其特征在于，所述叶片包括抛 物面形桨叶。
26.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述发电机包括 多个可操作用以提供不同水平的电力电压的分接头。
27.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述发电机包括 多个线圈，其可以从并联结构切换到串联结构。
28.权利要求19的水力发电系统，其特征在于，所述发电机构成 没有通量集中器。
29.一种利用流体的流动提供电力的方法，该方法包括：
设置一包括一入口和一出口的壳体;
将流体流供给壳体的入口，其中所述流体流过该壳体流到此出 口;
使转子旋转，该转子定位在壳体内使其由定子包围，其中由于流 体流过壳体而使转子旋转;以及
利用转子与定子产生电力，其中转子的旋转引起电力的产生。
30.权利要求29的方法，还包括利用涡轮喷嘴将流体流导向转子 的动作。
31.权利要求30的方法，还包括利用涡轮喷嘴提高流体流速的动 作。
32.权利要求29的方法，其特征在于，所产生的电力为交流电流。
33.权利要求32的方法，还包括整流该交流电流以提供直流电流 的动作。
34.权利要求29的方法，其特征在于，所产生的电力为直流电流。
35.权利要求29的方法，还包括给储能装置充电的动作。
36.权利要求29的方法，还包括利用多个排水引导螺桨将流体引 到出口的动作。
37.权利要求29的方法，还包括使流体循环到轴承以冷却和润滑 该轴承的动作。
38.权利要求29的方法，还包括利用多个线圈调整电力的电压与 电流水平的动作。
39.权利要求38的方法，还包括在并联结构路与串联结构之间切 换各线圈的动作。
40.权利要求38的方法，还包括将各线圈与多个分接头电连接以 提供多个电压水平的动作。
41.权利要求29的方法，还包括构成没有通量集中器的水力发电 系统的动作。
42.一种利用流体的流动提供电力的方法，该方法包括：
设置一具有空气空间的壳体;
将该流体流输给喷嘴;
将从喷嘴喷射出的流体在可旋转地固定在该空气空间内部的叶轮 上导向;
利用流体使该叶轮和一固定地连接于该叶轮的转子旋转，其中该 转子同定子协同操作而形成发电机;以及
利用该发电机产生电力。
43.权利要求42的方法，还包括利用喷嘴提高流体流速的动作。
44.权利要求42的方法，还包括将在转子上导向的流体引出壳体 的动作。
45.权利要求42的方法，其特征在于，所产生的电力为交流电流。
46.权利要求45的方法，还包括整流该交流电流以提供直径电流 的动作。
47.权利要求42的方法，其特征在于，所产生的电力为直流电流。
48.权利要求42的方法，还包括利用多个线圈调整电力的电压与 电流水平的动作。
49.权利要求48的方法，还包括在并联结构与串联结构之间切换 各线圈的动作。
50.权利要求48的方法，还包括将线圈与多个分接头电连接以提 供多个电压水平的动作。
51.权利要求42的方法，还包括构成没有通量集中器的发电机的 动作。
52.权利要求42的方法，还包括给一储能装置充电的动作。
说明书
用于水处理系统的水力发电系统
发明领域
本发明总体上涉及水处理系统，并且更特别地涉及用于通过水力 发电为水处理系统提供电力的系统和方法。
发明背景
过去几年来，人们在从公用水源或私用水井中取用水时已意识到 更加卫生的问题。遗憾地是，在当今被日益增长地污染的世界中，并 没有如天然纯水那样的情况。水源包含微生物的和化学的污染物，其 可能存在于自然界或是人类活动的结果。当水流入河中、存在于湖泊 中和通过土壤和岩石的过滤而流向地面时，水溶解或吸收自然产生的 污染物。此外，归因于人类的水污染可能由降雨径流、雪融化和污水 排放场的地下迁移引起。
对所有的居民区来说供给清洁不变的饮用水是最重的。在大城市 中的人们常常饮用来自地面水源、例如湖泊、河流和水库的水。有时 这些水源接近于居住区而在另外时期从许多英里以外的水源获得饮用 水。在农村地区，人们更可能饮用从公用水井或私用水井中泵出的地 下水。这些水井打进蓄水层，该蓄水层可以是只几个英里宽，或者可 以跨越许多州的州界。虽然为限制地下水和地面水中的污染物含量进 行了许多努力，但某些含量的污染物仍存在于所有的饮用水中。
由于对水污染增长的认识，公众要求得到消费净化的水。已开发 了几种不同型式的水处理系统，用以提高消费公众的饮用水的纯净 度。这些系统在致力于提供无污染的水方面通常排除一些或所有的在 饮用水源中存在的污染物。这些系统中的若干种采用碳基过滤器装置 和紫外(UV)光装置，在供给消费以前过滤和净化水。碳基过滤器采 用惰性材料过滤出颗粒的和有机的污染物。从紫外光装置中发射的紫 外线辐射用于中和存在于水中的有害微生物。
为了给水处理系统中的紫外光装置和许多其他系统供能，需要电 源。传统的水处理系统采用由标准的电力输出电源或蓄电池电源，以 便为需要驱动在水处理系统中所有部件包括紫外光装置提供能量。在 由电力输出电源驱动的水处理系统的情况下，该系统具有受限的可移 动性并且在电力输出电源中断时停止操作。由蓄电池电源操作的水处 理系统只包含有限的能量，其通过水处理系统的操作或蓄电而耗尽并 且必须可容易地得到替换的蓄电组以保持水处理系统是可操作的。如 果要求较长期的蓄电池电源，则需要较大的蓄电池，这对水处理系统 可能增加相当大的重量和尺寸。
一些现有的水处理系统能够利用标准的电力输出电源或蓄电池电 源，其中蓄电池电源可以由电力输出电源再充电。虽然这些水处理系 统并不需要替换的蓄电池，但蓄电池的容量和尺寸决定在启动蓄电池 电源的同进操作水处理系统的持续时间。电力输出电源也必须定期地 用来给蓄电池再充电。此外，这些水处理系统需要附加的结构和部件 以便根据该两不同的电源中之一来操作。
由于上述原因，需要有一种包括内部电源的水处理系统，其不需 要外部的电力源并且可能产生以操作水处理系统的电力。
发明概述
本发明公开一种用于与水处理系统相结合使用的水力发电系统， 其克服了与现有技术相关的问题。水力发电系统的实施例不需要外部 的电源来提供水处理系统用的电力。该水力发电系统在水流过水处理 系统时可操作来产生电力。
该水力发电系统的一个实施例包括一喷嘴、一壳体和一出口。在 操作过程中，水从水处理系统流入喷嘴。喷嘴迫使流动的水通过壳体 流至出口。把壳体形成为可容纳叶轮，该叶轮与流过壳体的水相流体 连通。流动的水作用在叶轮上而使叶轮旋转。叶轮固定地连接到发电 机上。叶轮的旋转带动发电机的一部分旋转，从而产生水处理系统用 的电力。
该水力发电系统的另一实施例包括一壳体、一叶轮、一喷嘴、一 出口和一发电机。该壳体包括一空气空间，其内定位有能够旋转的所 述叶轮。该喷嘴插入壳体中并提供一水入口。喷嘴操作而形成在叶轮 上取向以引起叶轮的旋转的水流。所述出口连接到壳体上以便将在叶 轮上取向的水引出壳体。所述发电机与叶轮相连接使叶轮的旋转引起 由发电机产生的电力。
该水力发电系统的又一实施例包括一壳体、一转子和一定子。该 壳体包括一入口和一出口，并形成水通过的管道。该转子定位于壳体 内并能够旋转使转子借助流过壳体的水而旋转。该定子定位以包围转 子，使得转子的旋转引起电力的产生。
另一实施例描述利用受到水处理系统处理的水给水处理系统提供 电力的方法。该方法包括设置一壳体，其包括一入口和一出口，并且 将水流输给壳体的入口。水通过壳体流到出口。该方法还包括使定位 于壳体中的转子旋转。转子在壳体中的位置为使定子包围该转子。此 外，该方法包括利用该转子和定子产生电力。转子的旋转引起电力的 产生。
还有一实施例描述利用受到水处理系统处理的水给水处理系统提 供电力的方法。该方法包括设置一具有一空气空间的壳体，并且将水 流输给一喷嘴。此外，该方法包括使从该喷嘴中喷射出的水在叶轮上 取向，该叶轮固定在空气空间内并能够旋转。该方法利用从喷嘴中喷 射出的水连续旋转该叶轮和一转子，该转子固定地连接到该叶轮上。 该转子可同一定子协同操作而形成一发电机，使在转子旋转时产生电 力。
现在优选的诸实施例能够容易地适用于需要电源的各种水处理系 统中，例如可移动式的水处理系统、水龙头固定好的水处理系统、低 逆流水处理系统、整个建筑物水处理系统和远距离配置水处理系统。 本领域的那些技术人员也应该理解该水力发电系统可以适用于与各种 其他的在工作过程中需要电力的系统一起使用，这些工作过程包括流 动的水或其他的流体。
由于现在优选的水处理系统包括一自给的电源，不需要标准的电 力输出电源。此外，由于该水处理系统能够提供其自身的电力需求， 其也能够提供给用于水处理系统的储能装置充电的电源。通过在水不 流动时为象指示器和监测器那样的物件提供电源，储能器可以延长运 行时间。在现在优选的实施例中，该水力发电系统可以为初始电力要 求、紫外线(UV)灯启动、指示器和监测装置提供电力。
参照附图，本发明的这些和其他的特点和优点在考虑到本优选实 施例的以下详述以后将变得明显。仅仅作为介绍，提供上述讨论。在 该部分中的任何内容都不应看作对由后附权利要求限定的发明范围的 限制。