本發(fā)明涉及一種流體驅(qū)動的能量回收裝置，尤其是一種基于空氣儲能的高樓給排水一體化氣媒能量回流系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

進入21世紀以來，能源和環(huán)境對人類生活、社會發(fā)展的影響越來越大。而居民住宅日趨高樓化，這對人民日常生活中的必需品：自來水提出了更高的要求。一方面過高的樓層使絕大多數(shù)居民小區(qū)建設(shè)了二次供水系統(tǒng)，以滿足供水的水壓要求；另一方面用于將自來水供至高樓的能量也大大增加。相應(yīng)的，居民的廢水排放所伴隨的能量流失更加嚴重。

針對這部分能量，當前的相關(guān)研究集中在將廢水動能向電能的轉(zhuǎn)化：

如下水管道發(fā)電裝置系統(tǒng)，首先對廢水進行暫存然后再集中發(fā)電，通過在下水管道上設(shè)置儲水箱對廢水暫存，當儲水箱中的廢水達到一定量時集中釋放，使得發(fā)電裝置可進行連續(xù)發(fā)電，從而將生活廢水的重力勢能轉(zhuǎn)化為了電能。還有，一種基于建筑排水管道的發(fā)電裝置，利用管道中排下的雨水或家庭廢水，經(jīng)蓄能后通過重力開關(guān)釋放，沖擊水輪機發(fā)電，達到勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪康摹Ｔ僬?，現(xiàn)有一種采用管道發(fā)電機等裝置，利用輸水管道中的水能來帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電實現(xiàn)對水能的應(yīng)用。張立等的高樓廢水勢能回收發(fā)電系統(tǒng)發(fā)明專利，包括回收管道、引水渠、水力發(fā)電裝置和下水管道，所述回收管道安裝于各樓層，回收管道的一端連通后連接引水渠，引水渠的出口端連接下水管道，在所述引水渠和下水管道之間的流道內(nèi)安裝有水力發(fā)電裝置，實現(xiàn)發(fā)電的目的。但是，上述能量在向電能轉(zhuǎn)化過程中損耗大，而且收集的電能存在存儲難度大、再利用效率低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種基于空氣儲能的高樓給排水一體化氣媒能量回流系統(tǒng)，該系統(tǒng)收集的能量全程保持機械能的狀態(tài)，未經(jīng)形式轉(zhuǎn)化，利用效率較高；且能量取自排水，用于供水，可以緩解供水能耗壓力；能量始終在內(nèi)部流通，可實時使用，可短期儲存，無需長途輸運，損耗率低，能夠有效降低供水能耗；可以減輕二次供水系統(tǒng)電機負擔，優(yōu)化電機選型。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：包括能量收集模塊、增扭傳動模塊和能量回流模塊；所述的能量收集模塊由氣體導出管、下水管道和水斗式水輪機組成，在下水管道的下部側(cè)方預置有切口以供水斗式水輪機的葉輪探入，氣體導出管的出氣口正對水斗式水輪機的葉輪進行驅(qū)動；所述的增扭傳動模塊包括減速器和曲柄連桿機構(gòu)；減速器包括輸入軸、前級小齒輪、前級大齒輪、中間軸、后級小齒輪、后級大齒輪，前級小齒輪與水斗式水輪機共同安裝在輸入軸上，前級小齒輪與前級大齒輪相嚙合，前級大齒輪與后級小齒輪共同安裝在中間軸上，后級小齒與后級大齒輪嚙合；曲柄連桿機構(gòu)包括曲柄軸、曲柄和連桿，后級大齒輪安裝在曲柄軸上；所述的能量輸出模塊包括活塞、氣筒、氣體暫存罐和二次供水壓力罐，活塞安裝在連桿的端部，活塞設(shè)置在氣筒內(nèi)部并與氣筒采用過渡配合，氣筒上開有一個氣體進口和一個氣體出口，氣體進口和氣體出口處皆裝有單向閥，氣筒的氣體進口通向外界，氣體暫存罐以氣體導管連通至氣筒的氣體出口；二次供水壓力罐通過氣體導管連通至氣體暫存罐，在二次供水壓力罐與氣體暫存罐之間安裝單向閥，此單向閥導通方向指向二次供水壓力罐，氣體暫存罐又與氣體導出管的進氣口連通，在氣體暫存罐與氣體導出管的進氣口之間設(shè)置單向閥，該單向閥導通方向指向氣體導出管。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種基于空氣儲能的高樓給排水一體化氣媒能量回流系統(tǒng)，通過增扭傳動模塊實現(xiàn)減速增扭和能量傳遞的功能，增扭傳動模塊中能量向氣體中的傳遞是靠一個水平放置、與曲柄軸等高放置的活塞和氣筒實現(xiàn)的，活塞的往返運動使空氣的壓力上升從而具備較高的勢能，并單向傳遞到能量回流模塊。能量回流模塊的二次供水壓力罐應(yīng)用了空氣儲能技術(shù)，以高壓空氣蓄能進行供水水壓的維持，從而收集的能量能直接用于供水系統(tǒng)，可見，本發(fā)明的能量回流過程，無需對廢水進行暫存，系統(tǒng)收集的能量全程保持機械能的狀態(tài)，未經(jīng)形式轉(zhuǎn)化，利用效率較高；且能量取自排水，用于供水，緩解了供水能耗壓力，能量始終在內(nèi)部流通，可實時使用也可短期儲存，不經(jīng)長途輸運，損耗率低，有效降低供水能耗，減輕二次供水系統(tǒng)電機負擔，優(yōu)化了電機選型。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一個實施例的傳動原理圖。

圖中，1、氣體導出管，2、下水管道，3、水斗式水輪機，4、輸入軸，5、中間軸，6、前級大齒輪，7、前級小齒輪，8、棘輪機構(gòu)，9、后級大齒輪，10、曲柄軸，11、曲柄，12、連桿，13、活塞，14、氣筒，15、氣體暫存罐，16、二次供水壓力罐，17、后級小齒輪。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

圖1和圖2示出了本發(fā)明一個較佳的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的一種基于空氣儲能的高樓給排水一體化氣媒能量回流系統(tǒng)，包括能量收集模塊、增扭傳動模塊和能量回流模塊；所述能量收集模塊由氣體導出管1、下水管道2和水斗式水輪機3組成，水斗式水輪機3安裝在下水管道2的下方并探入下水管道2內(nèi)，氣體導出管1也以驅(qū)動水斗式水輪機3的方位安裝；所述增扭傳動模塊包括減速器和曲柄連桿機構(gòu)，減速器的動力輸入齒輪與水斗式水輪機3同軸安裝，減速器的動力輸出齒輪與安裝在曲柄連桿機構(gòu)的曲柄軸10上；所述能量輸出模塊包括活塞13、氣筒14、氣體暫存罐15和二次供水壓力罐16，活塞13連接在曲柄連桿機構(gòu)的連桿12的端部并安裝在氣筒14內(nèi)部，氣筒14上設(shè)有氣體進口和氣體出口，氣體出口單向連通至氣體暫存罐15，氣體暫存罐15又單向連通至二次供水壓力罐16，二次供水壓力罐16再單向連通至氣體導出管1。由于二次供水壓力罐16中本就應(yīng)用了空氣儲能技術(shù)，以高壓空氣蓄能進行供水水壓的維持，以減少水泵的工作時間，故以本方法收集的能量能直接用于供水系統(tǒng)，進一步減少水泵的工作時間和開動次數(shù)，降低水泵電機的工作壓力，優(yōu)化選型，延長壽命，降低能耗。

具體地，在所述能量收集模塊的下水管道2的下部側(cè)方預置有切口以供水斗式水輪機3的葉輪探入，氣體導出管1的出氣口正對水斗式水輪機3的葉輪進行驅(qū)動。

其中，所述增扭傳動模塊的減速器包括輸入軸4、前級小齒輪7、前級大齒輪6、中間軸5、后級小齒輪17、后級大齒輪9，前級小齒輪7與水斗式水輪機3共同安裝在輸入軸4上，前級小齒輪7與前級大齒輪6相嚙合，前級大齒輪6與后級小齒輪17共同安裝在中間軸5上，后級小齒與后級大齒輪9嚙合；曲柄連桿機構(gòu)包括曲柄軸10、曲柄11和連桿12，連桿12鉸接在曲柄11的上端部，后級大齒輪9安裝在曲柄軸10上，活塞13的運動路線為一直線，與曲柄的裝置位置等高。

實施例中，所述能量輸出模塊的活塞13在氣筒14內(nèi)部與之采用過渡配合，氣筒14上開有一個氣體進口和一個氣體出口，氣體進口和氣體出口處皆裝有單向閥，氣筒14的氣體進口通向外界，氣體暫存罐15以氣體導管連通至氣筒14的氣體出口；二次供水壓力罐16通過氣體導管連通至氣體暫存罐15，在二次供水壓力罐16與氣體暫存罐15之間安裝單向閥，此單向閥導通方向指向二次供水壓力罐16，氣體暫存罐15又與氣體導出管1的進氣口連通，在氣體暫存罐15與氣體導出管1的進氣口之間設(shè)置單向閥，該單向閥導通方向指向氣體導出管1。氣體流通的方向由單向閥控制，氣筒14中的氣體靠對內(nèi)導通的單向閥(即氣體進口處的單向閥)補充，而單向?qū)ㄏ蚰芰炕亓髂K的單向閥確(及氣體出口處的單向閥)保氣體不會回流。

若單向閥無法控制氣體倒流時，作為本實施例的優(yōu)選設(shè)計方案，構(gòu)成所述增扭傳動模塊的減速器還包括一個棘輪機構(gòu)8，該棘輪機構(gòu)8安裝在中間軸5上，并與前級大齒輪6與后級小齒輪17保持同步運動。增扭傳動模塊的棘輪機構(gòu)8會鎖住增扭傳動模塊，制止倒轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的能量回流原理：利用空氣作為媒介，采集排水動能作為動力驅(qū)動活塞13運動，具體是下水管道2中的廢水沖擊水斗式水輪機3旋轉(zhuǎn)，動力經(jīng)減速器傳遞至活塞13，進而活塞13對氣筒14內(nèi)氣體加壓，使能量以氣體勢能的形式暫存于氣體暫存罐15；當二次供水壓力罐16壓低于氣體暫存罐15時，能量以高壓氣體的形式回到供水系統(tǒng)，輔助供水；在二次供水壓力罐16中氣體量明顯上升時，氣體導出管1將多余氣體導出，驅(qū)動水斗式水輪機3的葉輪，二次回收氣體能量，并對本系統(tǒng)產(chǎn)生清潔作用。

本發(fā)明的系統(tǒng)運行過程：

1)居民用水，二次供水壓力罐16氣壓降低，廢水排放，廢水從下水管道2中沖擊水斗式水輪機3的葉輪，驅(qū)動能量收集模塊；

2)增扭傳動模塊隨之運動，通過曲柄連桿機構(gòu)與減速器的運作將水輪的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)的往復直線運動；

3)活塞13壓縮氣筒14內(nèi)空氣，將氣體壓入氣體暫存罐15中暫存，最后統(tǒng)一將高壓氣體壓入高樓供水所用的二次供水壓力罐16中，協(xié)助現(xiàn)行供水系統(tǒng)進行高樓給水，從而減少外界能量輸入；

4)能量回流模塊在殘余高壓氣體與增扭傳動模塊的帶動下回復至初始階段，進入下一個工作循環(huán)周期；

5)整體系統(tǒng)多次運轉(zhuǎn)，二次供水壓力罐16中的氣體積聚，壓力達到一定值時，通過電磁裝置控制排氣裝置，將多余氣體通過氣體導出管1排出，并作用在水斗式水輪機3的葉輪上，實現(xiàn)能量的二次利用。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，對以上實施例所作出任何簡單修改和同等變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。