CN118362172A - 自发电水表及其发电模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自发电水表及其发电模块。自发电水表包括壳体、智能水表模块和发电模块。壳体具有第一腔体和第二腔体，第二腔体和第一腔体连通。智能水表模块安装于第一腔体。发电模块安装于第二腔体，发电模块包括发电机、第一导流结构和发电叶轮，第一导流结构包括一组第一导叶，第一导叶的数量为10‑60片，每片第一导叶具有第一叶片弯角，第一叶片弯角为50‑75度，第一导流结构将水流引导冲向发电叶轮，发电叶轮转动从而发电机进行发电。

Description

自发电水表及其发电模块

技术领域

本发明属于水表领域，尤其涉及一种自发电水表及其发电模块。

背景技术

随着科技的发展，智能水表越来越被广泛使用。智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行控制，并且自动完成阶梯水价的水费计算，同时可以进行用水数据存储、远程传输等功能。为了方便供水单位采集用水终端的水表读数，现有技术是采用传统机械水表和智能水表结合使用的方式。智能水表通过读取传统机械水表测量的流量，然后将相应读数远程传输到终端，从而实现智能远程抄表。但是现有的智能水表是依靠内置蓄电池进行供电。由于蓄电池电量有限，有时智能水表的结构电路还在质量年限内，但电池电量就耗完了，因此需人工更换蓄电池。于实际应用中，为了抄表的准确性，不等电池耗完，而是预估蓄电池的电量所剩不多，就定期人工更换电池。每一次更换蓄电池，需要安排专门的人员进行更换，增加蓄电池和人力的双重成本。并且，智能水表在断电然后重启的那段时间，数据容易产生误差。特别地，更换下来的蓄电池对环境是个极大的污染。

为了解决上述问题，自发电水表应运而生。在现有技术中，一般通过新增外置微型发动机的方法，将水流动能转化为电能为储能装置充电。但是，现有技术忽略了新增微型发电机产生的额外压损问题。水表新国家标准GB/778.1-2007规定：在给定流量下，由于管道中存在水表而造成的水头损失，称压力损失。在通水情况下，水表出水端的压力会小于进水端的压力。新标准规定，水表在额定工作条件下的最大压力损失应不超过0.063MPa，也就是说水表在常用流量下的压力损失应不超过0.063MPa。

压损是水表的一个重要参数，不满足压损条件的水表将不能进行实际运用。若想要水表进行自发电，额外增加的发电模块必然造成水表的压损增加。如何尽可能减小压损的增加的前提下来保证微水流条件下发电，成为自发电水表进行商业推广运用的最大掣肘。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的至少一个不足，提供一种自发电水表及其发电模块。

为了实现本发明的一目的，本发明提供一种自发电水表，包括壳体、智能水表模块和发电模块。壳体具有第一腔体和第二腔体，第二腔体和第一腔体连通。智能水表模块安装于第一腔体。发电模块安装于第二腔体，发电模块包括发电机、第一导流结构和发电叶轮，第一导流结构包括一组第一导叶，第一导叶的数量为10-60片，每片第一导叶具有第一叶片弯角，第一叶片弯角为50-75度，第一导流结构将水流引导冲向发电叶轮，发电叶轮转动从而发电机进行发电。

于本发明的一实施例中，发电叶轮包括一组发电叶片，发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为非对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，第二叶片弯角为15-40度。

于本发明的一实施例中，发电叶轮包括一组发电叶片，发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，第二叶片弯角为0-60度。

于本发明的一实施例中，发电模块还包括第二导流结构，第二导流结构将水流引导至第一导流结构，第二导流结构包括一组第二导叶，第二导叶的数量为10-40片，每片第二导叶具有叶片倾角，叶片倾角为10-60度。

于本发明的一实施例中，第二导流结构将水流自上而下引导至第一导流结构，第一导流结构将水流自上而下引导至发电叶轮。

于本发明的一实施例中，第二导叶的数量少于第一导叶的数量，第二导叶的叶片间隙大于第一导片的叶片间隙。

于本发明的一实施例中，第二腔体通过通孔连通所述第一腔体，通孔的孔径与自发电水表外接水管的内径基本一致。

为了实现本发明的另一目的，本发明还提供一种自发电水表发电模块，包括发电机、第一导流结构和发电叶轮，第一导流结构包括一组第一导叶，第一导叶的数量为10-60片，每片第一导叶具有第一叶片弯角，第一叶片弯角为50-75度，第一导流结构将水流引导冲向发电叶轮，发电叶轮转动从而发电机进行发电。

于本发明的一实施例中，发电模块还包括第二导流结构，第二导流结构将水流引导至第一导流结构，第二导流结构包括一组第二导叶，第二导叶的数量为10-40片，每片第二导叶具有叶片倾角，叶片倾角为10-60度。

于本发明的一实施例中，发电叶轮包括一组发电叶片，每片发电叶片为非对称叶片，发电叶片的数量为10-40片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，第二叶片弯角为15-40度。

于本发明的一实施例中，发电叶轮包括一组发电叶片，发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，第二叶片弯角为0-60度。

综上所述，本发明通过设置第一导流结构和发电叶轮，减少第二腔体内部乱流的发生，尽可能减少压损，同时将水流以特定的角度冲向发电叶轮，即便是很小的水流，仍然能够保证提供足够的发电量给智能水表模块，从而保证智能水表的正常运行(比如远程抄表等)。本发明通过第一导流结构和发电叶轮的结合，既保证整个自发电水表的压损在国家标准范围内，又保证了在小水流条件下自发电水表仍然能够进行发电，使得自发电水表真正进行商业运用和推广成为可能。本发明提供的自发电水表，在水速很低的情况下就能自启动发电，并且发电是高效的，而又不增加太多压损。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明一实施例提供的自发电水表的侧视局部剖视图。

图2所示为沿图1中A-A方向的局部剖视图。

图3所示为根据本发明一实施例提供的自发电水表的立体示意图。

图4所示为根据本发明一实施例提供的第一导流结构和第二导流结构的纵向剖视立体图。

图5所示为根据本发明一实施例提供的第一导流结构和第二导流结构的纵向剖视主视图。

图6所示为沿图5中B-B方向的剖视图。

图7所示为根据本发明一实施例提供的第一导流叶片示意图。

图8所示为根据本发明一实施例提供的发电叶轮立体图。

图9所示为根据本发明一实施例提供的发电叶轮主视图。

图10所示为根据本发明一实施例提供的发电叶片示意图。

图11所示为根据本发明另一实施例提供的发电叶轮立体图。

图12所示为根据本发明另一实施例提供的发电叶轮主视图。

图13所示为根据本发明另一实施例提供的发电叶片示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明提供一种自发电水表，包括壳体1、智能水表模块2和发电模块3。壳体1具有第一腔体11和第二腔体12，第二腔体12和第一腔体11连通。智能水表模块2安装于第一腔体11。发电模块3安装于第二腔体12。第一腔体11和第二腔体12一体成型。第二腔体12通过通孔13和第一腔体11连通。

现有技术中将通孔设置为小直径(例如4-6mm)，从而提高水流流出速度以便更快速的冲向发电叶轮从而提高发电功率。这样虽然确保了在水流较小的流速下仍然有发电量，但是忽略了压损会大幅度增加的问题。本实施例中，第二腔体12和第一腔体11是通过大直径通孔连通，这样确保水流迅速从第一腔体11流出，减少阻挡从而减少压损。于本实施例中，所述通孔的直径基本等于自发电水表外接水管的内直径。举例而言，通常水管的内直径为15mm，本实施例的通孔直径为15mm。将通孔直径设置为基本等于水管内直径，最大程度减少水流从水管中流入第一腔体，然后由第一腔体流入第二腔体过程中压损的增加。然而，本发明对通孔13的直径的具体尺寸不做任何限定。于其它实施例中，通孔直径可为12mm、13mm、16mm等。

智能水表模块2包括计量模块21、储能模块22和数据传输模块23。计量模块21包括计量叶轮和齿轮组。储能模块22可为锂离子电池或者超级电容器。数据传输模块23为可通过网络远程传输数据的电路结构。发电模块3将发电供给储能模块22，储能模块22为数据传输模块23提供电力，数据传输模块23将计量模块21提供的计量数据传输给终端，从而实现自发电水表的远程智能抄表功能。智能水表模块2可全部或者部分安装于第一腔体11内。智能水表模块2的具体结构可采用现有的智能水表模块，在此不展开进行描述。

发电模块3包括发电机31、第一导流结构32和发电叶轮33，发电模块3可全部或者部分安装于第二腔体12内。如图4-7所示，第一导流结构32包括一组第一导叶321，第一导叶321的数量为10-60片，每片第一导叶321具有第一叶片弯角α，第一叶片弯角α为50-75度，第一导流结构32将水流引导冲向发电叶轮33，发电叶轮33转动从而发电机31进行发电。图7为从第一导流结构的径向看过去的第一导叶的纵向截面示意图。如图7所示，第一叶片弯角α为第一导叶出水侧的中心线切线方向和第一导流结构中心轴线X1之间的夹角。

壳体内只要增加零部件，因为水流会受到各个部件的阻碍从而发生多种变化则必然增加压损。本实施例的第一导流结构通过设置特定数量的第一导叶和特殊角度的第一导叶，能够以合适的角度将水流导向发电叶轮并且尽可能减少水流在第二壳体内的乱流现象从而降低压损。换言之，本实施例的第一导流结构，在尽可能降低压损增幅的前提下提高了发电叶轮的发电功率。

于本实施例中，如图8-10所示，发电叶轮33包括一组发电叶片331，发电叶片331的数量为10-60片，每片发电叶片331具有第二叶片弯角β，第二叶片弯角β为15-40度。图10为从发电叶轮径向看过去的发电叶片的纵向截面示意图。如图10所示，第二叶片弯角β为叶片出水侧的中心线切线方向和发电叶轮轴线X2之间的夹角。本实施例的发电叶轮，通过设置特定数量的发电叶片和特殊角度的发电叶片，在极小的水流速度条件下也能够保证一定的发电功率。现有技术中自发电水表的发电叶轮采用的是普通的叶轮，当水流速度太小时，会低于自启动速度，发电叶轮转动并不能提供足够的发电量。在这种情况下，如果屋主很节约用水，每次都用很小的水流，自发电水表则无法真正进行发电运用。本实施例提供的发电叶轮避免了这种问题。在压损增幅很小的情况下，0.5m³/h的水速下叶轮就可以自启动发电且发电量大于1mA。现有技术中的叶轮如果需要在这个水速下进行自启动发电，则需要缩小第一腔体和第二腔体之间的通孔孔径，将孔径限缩的很小从而提高第二腔体内的水速从而使得发电叶轮能够达到提供足够发电量的转速，但是这样就大幅度增加了压损。然而，本发明的自发电水表通过导流结构和发电叶轮的设计来解决增加压损的问题。

本实施例通过第一导流结构和发电叶轮的结合，既保证整个自发电水表的压损在国家标准范围内，又保证了在小水流条件下自发电水表仍然能够进行发电，使得自发电水表真正进行商业运用和推广成为可能。

于本实施例中，每片发电叶片331为非对称叶片，能够更好地利用水流冲击的动能。然而，本发明对此不做任何限定。于另一实施例中，如图11-图13所示，发电叶轮33’具有的发电叶片331’可为对称叶片。于这一实施例中，发电叶片331’的第二叶片弯角β为0-60度，于此实施例中的第二叶片弯角β为叶片尖端曲线的切线方向和叶片中心对称线之间的夹角。当β为0度时，所述第二叶片的纵向截面为半圆形。

如图4-6所示，于本实施例中，发电模块3还包括第二导流结构34，第二导流结构34将水流引导至第一导流结构32，第二导流结构34包括一组第二导叶341，第二导叶341的数量为10-40片，第二导叶341具有叶片倾角γ，叶片倾角γ为10-60度。于本实施例中，第二导叶为舌型叶片，然后本发明对第二导叶的具体形状不做任何限定。如图6所示，叶片倾角γ为第二导叶的中轴线和第二导叶中心圆切线方向之间的夹角。

于本实施例中，第二导叶341的数量少于第一导叶321的数量，第二导叶341之间的叶片间隙大于第一导片321之间的叶片间隙。通过这种设置，流入第二腔体的水流在一开始碰撞到第二导流结构时，不会受到太多的阻力，对于流入第二腔体内的水流，第二导流结构更多是分流和导向的作用，尽可能减少对水流的阻挡造成扰流，这样尽可能减少压损的提升。

于本实施例中，第二导流结构是将水流自上而下导向第一导流结构，然后第一导流结构是将水流自上而下导向发电叶轮的所有叶片。现有技术中，水流是横向直接冲向部分发电叶轮的叶片从而带动整个发电叶轮转动。换言之，水流从第一腔体出来后，从左往右直接冲向位于第二腔体内的发电叶轮的几片发电叶片，每次冲击只有一个或者数个点。于本实施例中，水流通过第一导流结构和发电叶轮结构的形式，将水流引导至全部冲向所有的发电叶轮的叶片，不光利用了水流的动能也利用了水流的重力势能，提升了发电功率。然而，本发明对此不做任何限定，于其它实施例中，第一导流结构可位于发电叶轮的下方，将水流由下而上导向发电叶轮，虽然没有利用水流的重力势能，但是也将水流导向发电叶轮的全部发电叶片。无论是位于上方还是下方，只要第一导流结构为于叶轮的上游即可。

于本实施例中，第一导流结构的直径小于第二导流结构的直径，第一导流结构的直径大于发电叶轮的直径。换言之，直径由第二导流结构、第一导流机构和发电叶轮的顺序依次减小。通过这种设置，水流在被导流机构导向后更加集中，水流速度更大，保障在小水流条件下仍然有一定的发电功率。

第一导流结构和第二导流结构能够引导水流留向，使水流流速提高，流动更加规律和顺畅，进一步减少乱流的产生和降低压损。采用本实施例的自发电水表，相比于现有的自发电水表，压损直接从100多kpa降到60kpa。传统的智能发电水表，本身计量模块的压损在40kpa左右，本实施例提供的自发电水表，在只增加20kpa压损的情况下达到了现有技术中增加100多kpa压损达到的发电效果。

综上所述，本发明提供的自发电水表及其发电模块，在水速很低的情况下就能进行自启动发电，并且是高效发电，在水速大于0.5m³/h时发电电流即大于1mA，而又不增加太多压损，使得自发电水表真正能够进行商业运用和推广。

需要说明的是，本申请中所述的“上方”或“下方”是沿重力方向区分的上和下。本申请的“上方”或“下方”是当水表的表盘正面朝上时界定的方位。当水表表盘朝下安装时，“上方”对应变成“下方”，“下方”对应变成“上方”。当水表旋转90度，“上方”或“下方”对应变成“左方”或“右方”。本申请中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。本申请中所述的角度都包括两个端点值。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种自发电水表，其特征在于，包括：

壳体，具有第一腔体和第二腔体，所述第二腔体和所述第一腔体连通；

智能水表模块，安装于所述第一腔体；

发电模块，安装于所述第二腔体，所述发电模块包括发电机、第一导流结构和发电叶轮，所述第一导流结构包括一组第一导叶，所述第一导叶的数量为10-60片，每片第一导叶具有第一叶片弯角，所述第一叶片弯角为50-75度，所述第一导流结构将水流引导冲向发电叶轮，发电叶轮转动从而发电机进行发电。

2.根据权利要求1所述的自发电水表，其特征在于，所述发电叶轮包括一组发电叶片，所述发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为非对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，所述第二叶片弯角为15-40度。

3.根据权利要求1所述的自发电水表，其特征在于，所述发电叶轮包括一组发电叶片，所述发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，所述第二叶片弯角为0-60度。

4.根据权利要求1所述的自发电水表，其特征在于，所述发电模块还包括第二导流结构，所述第二导流结构将水流引导至所述第一导流结构，所述第二导流结构包括一组第二导叶，所述第二导叶的数量为10-40片，每片第二导叶具有叶片倾角，所述叶片倾角为10-60度。

5.根据权利要求4所述的自发电水表，其特征在于，所述第二导流结构将水流自上而下引导至所述第一导流结构，所述第一导流结构将水流自上而下引导至所述发电叶轮。

6.根据权利要求1所述的自发电水表，其特征在于，所述第二腔体通过通孔连通所述第一腔体，所述通孔的孔径与自发电水表外接水管的内径基本一致。

7.一种自发电水表发电模块，其特征在于，包括：

发电机、第一导流结构和发电叶轮，所述第一导流结构包括一组第一导叶，所述第一导叶的数量为10-60片，每片第一导叶具有第一叶片弯角，所述第一叶片弯角为50-75度，所述第一导流结构将水流引导冲向发电叶轮，发电叶轮转动从而发电机进行发电。

8.根据权利要求7所述的自发电水表发电模块，其特征在于，所述发电模块还包括第二导流结构，所述第二导流结构将水流引导至所述第一导流结构，所述第二导流结构包括一组第二导叶，所述第二导叶的数量为10-40片，每片第二导叶具有叶片倾角，所述叶片倾角为10-60度。

9.根据权利要求7所述的自发电水表发电模块，其特征在于，所述发电叶轮包括一组发电叶片，每片发电叶片为非对称叶片，所述发电叶片的数量为10-40片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，所述第二叶片弯角为15-40度。

10.根据权利要求7所述的自发电水表发电模块，其特征在于，所述发电叶轮包括一组发电叶片，所述发电叶片的数量为10-60片，每片发电叶片为对称叶片，每片发电叶片具有第二叶片弯角，所述第二叶片弯角为0-60度。