集过滤、储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910991868.5 (22)申请日 2019.10.18 (71)申请人 河海大学 地址 210000 江苏省南京市江宁区佛城西 路8号 (72)发明人 钱朝辉李龙威葛新峰杨旭 闫晓彤鲍有方孙洁宁望望 张敬 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 成立珍 (51)Int.Cl. E03C 1/122(2006.01) E03B 1/04(2006.01) E03B 3/02(2006.01) F03B 1/00(2006.01) 。

2、F03B 1/04(2006.01) F03B 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层 建筑雨废水发电系统 (57)摘要 本发明公开了一种集过滤、 储能和发电功能 于一体的高层建筑雨废水发电系统， 包括过滤装 置、 联动装置、 储能水管与水轮机发电装置。 生活 废水和雨水由过滤装置将杂质过滤后排入竹节 式储能水管蓄水， 竹节式储能水管分段蓄水后向 主储能水管中集中蓄水， 随着主储能水管中水位 上升， 各层的浮力阀依次关闭， 球阀依次打开， 竹 节式储能水管中的雨废水经过汇聚后流至底部 水箱发电； 而主储能水管中的雨废水达到发电水 位后， 主储能。

3、水管开始排水发电。 本发明将高层 建筑物的雨废水通过储能水管的形式对势能进 行储存， 通过两套储水系统以及阀门控制下的水 位调节将雨废水汇集到一起进行集中发电， 合理 再利用水资源， 改善了环境， 经济效益、 环境效益 和社会效益明显。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 110777889 A 2020.02.11 CN 110777889 A 1.一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电系统， 其特征在于， 包括 设置在高层建筑物下水道旁边的储能水管， 储能水管沿高层建筑高度方向设置， 储能水管 包括平行设置的竹节式储能水管和主储能水管， 竹节式储能水管和主储能水管的。

4、顶部均高 出高层建筑的顶层， 与架设在高层建筑顶层的顶部雨水箱连通， 相邻两层竹节式储能水管 于两层建筑的隔板处为缩口结构， 形成缩口通道， 缩口通道的出口处设置有球阀， 球阀连通 上下层的竹节式储能水管； 第二层以上的每层生活废水管道通过连接管与每层的竹节式储 能水管连通， 顶层的雨水下水管道也通过连接管与竹节式储能水管连通， 顶层的竹节式储 能水管的球阀低于顶层隔板， 连接管中沿水流方向依次设置有一级过滤网、 二级过滤网一、 活性炭吸附层和二级过滤网二， 连接管上还连接排杂管， 排杂管位于一级过滤网与生活废 水管道之间； 每层主储能水管上设置有浮力阀， 每层均有一个浮力阀， 每层球阀的安装。

5、高度高于同 层浮力阀的安装高度， 每层的竹节式储能水管与浮力阀之间连接有进水管， 进水管联通主 储能水管与竹节式储能水管， 进水管与竹节式储能水管的接口低于球阀的安装高度， 浮力 阀的阀体内设置有浮力球， 浮力球的顶端连接有浮力阀阀杆， 浮力阀阀杆伸出阀体外， 与联 动装置的转向套杆转动连接； 每层球阀的阀杆伸出每层竹节式储能水管外， 与联动装置的 滑动套杆转动连接， 滑动套杆与转向套杆转动连接； 竹节式储能水管底部连通至水箱， 水箱内设置有水轮机， 经竹节式储能水管底部流入 水箱的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 主储能水管底部连通至压力水箱， 压力水箱 与竹节式储能水管底部的水箱之间。

6、通过喷管连通， 喷管上连接有电控阀门， 喷管的出水口 正对水轮机叶片， 喷管中喷出的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 水轮机与发电机连 接， 水轮机转动带动发电机发电。 2.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 连接管中位于生活废水管道的出水口处设置有半圆形托管， 半圆形托管 的出口端高于入口端。 3.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 球阀的阀杆通过套筒与滑动套杆连接。 4.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在。

7、于， 球阀的阀杆上套设有扭簧。 5.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 竹节式储能水管顶部还连接有一个安全管。 6.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 主储能水管为变直径管道， 从上到下的内径分别为R1、 R2、 R3， 且R1： R2： R3优选为3： 2： 1。 7.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 第n层缩口通道的底部开口的直径小于第n-1层的缩口通道底部开口的 直径。 8.根据权利要求1所述的一种集过。

8、滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 所述水轮机采用冲击式水轮机。 9.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 权利要求书 1/2 页 2 CN 110777889 A 2 系统， 其特征在于， 球阀内部的水流通道为渐缩式结构， 球阀入水口的直径较球阀出水口的 直径大。 10.根据权利要求1所述的一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 其特征在于， 浮力阀的顶部为半球形顶盖， 主储能水管的进水管的出水口位于半球形 顶盖上， 且成为半球形顶盖球面的一部分。 权利要求书 2/2 页 3 CN 1107778。

9、89 A 3 一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统 技术领域 0001 本发明涉及一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电系统， 属 于能源回收利用领域。 背景技术 0002 随着人口数量上涨城市人口不断上涨， 城市用地紧张高层建筑逐渐增多， 能源问 题日益紧张， 居民生活用水量居高不下， 但同时高层建筑用户生活废水及雨水所蕴含的能 量可观。 然而生活废水和雨水的排放具有不定性和不连续性的特点， 水头不高流量小难以 直接利用。 为有效利用这些废水中的能量， 本发明设计了一种集过滤、 储能和发电功能于一 体的高层建筑雨废水发电系统。 0003 现有技术提供了。

10、一种实现双管道控制的联动装置， 能够根据实际工作需要， 即两 蓄水管蓄水先后顺序及两蓄水管蓄水高度关系， 不需耗费额外的能源， 同时实现两蓄水管 的开关自动控制。 0004 现有技术提供一种适用于高层楼房废水发电的冲击式水轮机， 主要使用高层楼房 用户排出的流量小及不连续的生活废水冲击水轮机使其产生转动并带动发电机发电 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电 系统， 能够将高层建筑物的污水和建筑物顶楼收集的雨水集中， 进行发电处理。 0006 本发明采用如下技术方案： 0007 一种集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电系统， 。

11、其特征在于， 包 括设置在高层建筑物下水道旁边的储能水管， 储能水管沿高层建筑高度方向设置， 储能水 管包括平行设置的竹节式储能水管和主储能水管， 竹节式储能水管和主储能水管的顶部均 高出高层建筑的顶层， 与架设在高层建筑顶层的顶部雨水箱连通， 相邻两层竹节式储能水 管于两层建筑的隔板处为缩口结构， 形成缩口通道， 缩口通道的出口处设置有球阀， 球阀连 通上下层的竹节式储能水管； 第二层以上的每层生活废水管道通过连接管与每层的竹节式 储能水管连通， 顶层的雨水下水管道也通过连接管与竹节式储能水管连通， 顶层的竹节式 储能水管的球阀低于顶层隔板， 连接管中沿水流方向依次设置有一级过滤网、 二级过。

12、滤网 一、 活性炭吸附层和二级过滤网二， 连接管上还连接排杂管， 排杂管位于一级过滤网与生活 废水管道之间； 0008 每层主储能水管上设置有浮力阀， 每层均有一个浮力阀， 每层球阀的安装高度高 于同层浮力阀的安装高度， 每层的竹节式储能水管与浮力阀之间连接有进水管， 进水管联 通主储能水管与竹节式储能水管， 进水管与竹节式储能水管的接口低于球阀的安装高度， 浮力阀的阀体内设置有浮力球， 浮力球的顶端连接有浮力阀阀杆， 浮力阀阀杆伸出阀体外， 与联动装置的转向套杆转动连接； 每层球阀的阀杆伸出每层竹节式储能水管外， 与联动装 说明书 1/7 页 4 CN 110777889 A 4 置的滑动套。

13、杆转动连接， 滑动套杆与转向套杆转动连接； 0009 竹节式储能水管底部连通至水箱， 水箱内设置有水轮机， 经竹节式储能水管底部 流入水箱的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 主储能水管底部连通至压力水箱， 压力 水箱与竹节式储能水管底部的水箱之间通过喷管连通， 喷管上连接有电控阀门， 喷管的出 水口正对水轮机叶片， 喷管中喷出的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 水轮机与发电 机连接， 水轮机转动带动发电机发电。 0010 过滤装置设置在每个家庭的下水管和该楼层的下水管道之间以及高层建筑物顶 层， 家庭用户的下水道出口与连接管相连接， 用于引流生活废水， 所述排杂管与楼层下水管 道相。

14、连， 用于排出一些小颗粒的固体杂质， 所述过滤网设置两层， 正对半圆形托管设置， 两 层滤网之间设置活性炭吸附层， 用于对生活废水的过滤， 经过滤的生活废水将流入储能水 管中； 此外， 在楼房顶层也需要设置过滤装置， 以保证来自顶层的雨水进入过滤装置进行过 滤， 防止其携带的杂质进入储能水管后造成堵塞以及对发电设备的损伤。 0011 所述顶层雨水箱设置在高层建筑物楼顶用于收集雨水， 与储能水管相连， 所收集 的雨水将流入储能水管中， 所述竹节式储能水管在每一层楼设置一段， 每一段之间通过底 部的球阀来控制连通与断开， 初始状态时球阀关闭， 流入的废水首先蓄满该段竹节式储能 水管， 随后流入的水。

15、将通过管路流入主储能水管。 0012 主储能水管内可以设置三个水位， 分别为发电停止水位H2、 发电水位H1、 最高水位 H3， 通过水压传感器来感应液面高度， 当储能水管内水位达到发电水位H1时， 水轮机及发电 系统开始发电， 当水位下降到发电停止水位H2时， 水轮机及发电系统停止发电， 当水位达到 最高水位H3时， 多余的雨水或污水将沿顶层的安全管流入该建筑物的下水管道中排出。 0013 优选地， 连接管中位于生活废水管道的出水口处设置有半圆形托管， 半圆形托管 的出口端高于入口端。 半圆形托管设置在排杂管入口处上方， 避免废水直接流入排杂管内 造成水量损失。 0014 优选地， 球阀的阀。

16、杆通过套筒与滑动套杆连接。 实现阀杆与滑动套杆的转动连接。 0015 进一步地， 球阀的阀杆上套设有扭簧。 0016 优选地， 竹节式储能水管顶部还连接有一个安全管。 安全管可以保证主储能水管 中的水位不会超过安全水位H3， 且多余的雨水将通过安全管直接进入地上排污水管， 不会 增加整个储能水管装置的风险和负担。 0017 本发明中主储能水管可以为等直径管道， 也可以为变直径管道， 变直径管道为从 上到下的内径分别为R1、 R2、 R3， 且R1： R2： R3优选为3： 2： 1。 将更多的水储蓄在高处能够提高 势能， 增加整体系统的经济性。 0018 零散的废水在流经管道时也能有很好的汇聚。

17、效果。 经过汇聚后的水流尽管流量比 较分散， 但是冲击力较为集中， 与底部水箱中的冲击式的水轮机4-4相互作用时能量转化效 率更高， 这在很大程度上也减少了零散废水在管道中流动因受到的管壁阻力过大而造成的 能量损失。 而考虑到经过汇聚的水流在较长的流道内仍然会逐渐扩散而不稳定， 为了避免 高层竹节式储能水管中的废水在汇聚排放至下层的过程中冲击到下层缩口通道的壁面而 造成能量损失， 设计第n层缩口通道的底部开口的直径小于第n-1层的缩口通道底部开口的 直径。 0019 优选地， 所述水轮机采用冲击式水轮机。 说明书 2/7 页 5 CN 110777889 A 5 0020 优选地， 球阀内部的。

18、水流通道为渐缩式结构， 球阀入水口的直径较球阀出水口的 直径大。 与竹节式储能水管的缩口通道一起， 对零散的废水在流经管道时有很好的汇聚效 果。 0021 进一步地， 浮力阀的顶部为半球形顶盖， 主储能水管的进水管的出水口位于半球 形顶盖上， 且成为半球形顶盖球面的一部分。 0022 本发明的技术效果在于： 0023 本发明将高层建筑物的雨废水通过储能水管的形式对势能进行储存， 通过两套储 水系统以及阀门控制下的水位调节将雨废水汇集到一起进行集中发电， 合理再利用水资 源， 改善了环境， 经济效益、 环境效益和社会效益明显。 附图说明 0024 图1是本发明的整体结构示意图； 0025 图2是。

19、过滤装置的结构示意图； 0026 图3是半圆形托管的截面形状； 0027 图4是联动装置的结构示意图， 其中浮力阀打开； 0028 图5是联动装置的结构示意图， 其中浮力阀关闭； 0029 图6是球阀的结构示意图； 0030 图7是主储能水管的一个实施例结构示意图。 具体实施方式 0031 下面对本发明作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方 案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0032 本发明为集过滤、 储能和发电功能于一体的高层建筑雨废水发电系统， 如图1所 示， 包括沿高层建筑高度方向设置的储能水管3， 储能水管包括平行设置的竹节式储能水管 和主储能水管， 竹节。

20、式储能水管和主储能水管的顶部均高出高层建筑的顶层， 相邻两层竹 节式储能水管于两层建筑的隔板处为缩口结构， 形成缩口通道， 缩口通道的出口处设置有 球阀， 球阀连通上下层的竹节式储能水管； 第二层以上的每层生活废水管道通过连接管与 每层的竹节式储能水管连通， 顶层的雨水下水管道也通过连接管与竹节式储能水管连通， 顶层的竹节式储能水管的球阀低于顶层隔板， 连接管中沿水流方向依次设置有一级过滤 网、 二级过滤网一、 活性炭吸附层和二级过滤网二， 连接管上还连接排杂管， 排杂管位于一 级过滤网与生活废水管道之间； 0033 每层主储能水管上设置有浮力阀， 每层均有一个浮力阀， 每层球阀的安装高度高 。

21、于同层浮力阀的安装高度， 每层的竹节式储能水管与浮力阀之间连接有进水管， 进水管联 通主储能水管与竹节式储能水管， 进水管与竹节式储能水管的接口低于球阀的安装高度， 浮力阀的阀体内设置有浮力球， 浮力球的顶端连接有浮力阀阀杆， 浮力阀阀杆伸出阀体外， 与联动装置的转向套杆转动连接； 每层球阀的阀杆伸出每层竹节式储能水管外， 与联动装 置的滑动套杆转动连接， 滑动套杆与转向套杆转动连接； 0034 竹节式储能水管底部连通至水箱， 水箱内设置有水轮机， 经竹节式储能水管底部 流入水箱的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 主储能水管底部连通至压力水箱， 压力 说明书 3/7 页 6 CN 110。

22、777889 A 6 水箱与竹节式储能水管底部的水箱之间通过喷管连通， 喷管上连接有电控阀门， 喷管的出 水口正对水轮机叶片， 喷管中喷出的水流冲击水轮机叶片， 带动水轮机转动； 水轮机与发电 机连接， 水轮机转动带动发电机发电。 0035 如图2所示， 以F3层为例， 过滤装置1包括半圆形托管1-1、 一级过滤网1-2、 活性炭 吸附层1-5、 排杂管1-4、 二级过滤网一1-3和二级过滤网二1-6， 来自用户的生活废水经废水 排放入口a1流进过滤装置， 通过半圆形托管1-1冲向一级过滤网1-2。 如图3所示， 半圆形托 管1-1截面形状为半圆形， 其设置目的在于引导水流， 避免废水直接流进。

23、排杂管1-4造成水 量损失。 废水经过一级滤网1-2过滤掉固体杂质， 随后继续流入活性炭吸附层1-5， 对油污等 杂质进行吸附和过滤， 过滤结束后的废水仍具有一定的动能所以可以沿着c2所示的方向流 入竹节式储能水管中进行蓄水。 0036 考虑到大部分生活废水在家庭内排水口处已经过初步过滤， 故进入排水管道的废 水实际杂质数量不多、 体积不大， 因此仅需在入口处设置普通的一级过滤网， 对固体杂质进 行过滤， 被滤网过滤后的固体杂质随少量未通过滤网的废水通过排杂管1-4直接排入污水 管(图中未画出)。 二级过滤网一1-3和二级过滤网二1-6的主要作用是固定活性炭颗粒， 防 止其被水流冲走， 其网孔。

24、大小由活性炭颗粒大小决定。 活性炭颗粒大小需要适当选取， 颗粒 过大会降低过滤效果， 颗粒过小则会限制水流通过的速率进而造成管道不畅通以及流量损 失。 并且为保证油污的过滤效果， 活性炭需要定期更换， 在连接管上设置方便更换的出口1- 7和入口1-8， 更换时可先将管中的活性炭从出口1-7倒出， 再将新的活性炭从入口1-8倒入。 所有的滤网都需定期更换拆洗， 清洗时可用热碱溶液冲刷滤网， 以清除上面积累的顽固油 渍。 0037 此外， 在楼房顶层也需要设置过滤装置， 以保证来自顶层的雨水由a7方向进入过 滤装置进行过滤， 防止其携带的杂质进入储能水管后造成堵塞以及对发电设备的损伤。 该 过滤装。

25、置的设计还可以有效解决在家庭用水高峰期废水水量突增或是暴雨等极端情况下， 两储能水管的排水发电速度小于储水速度， 从而导致雨废水沿着c1的反方向向过滤装置倒 灌的问题。 在半圆托管1-1的限位作用下， 当雨废水发生倒灌现象时， 会沿着如图2所示的反 冲方向h进入排杂管1-4排出， 同时反冲的雨废水也可以起到清洁一级过滤网1-2、 将滤网处 残留杂质冲走的作用。 0038 如图4所示， 以F3层为例， 联动装置2包括竹节式储能水管中的缩口通道2-1、 球阀 2-2、 滑动套杆2-3、 套筒2-4、 球阀的外管壁2-5、 转向套杆2-6、 半球形顶盖2-7、 浮力阀阀杆 2-8、 浮力球2-9。 。

26、球阀内部具有缩口通道， 即球阀入水口2-19的直径较球阀出水口2-20的直 径大。 装置初始状态如图4所示， 浮力阀打开而球阀关闭， 此时浮力球2-9与底部的支撑板2- 14接触， 如图4所示， 球阀中出水口2-20与竹节式储能水管中缩口通道的底部开口2-11和顶 部开口2-10错开角度 ( 40 )， 使得球阀2-2与外管壁2-5在水压作用下形成密封， 废水不 会通过球阀2-2中的缩口通道2-18， 保证了上方竹节式储能水管3-2可以正常蓄水。 0039 以F3层为例， 联动装置2的工作原理如下： 0040 由过滤装置过滤后的废水沿着c2方向流入第二层竹节式储能水管中蓄水， 此时F2 层的球。

27、阀处于关闭状态， 当第二层竹节式储能水管中的水位达到高度H5后生活废水会沿着 d2方向流入第二层主储能水管中进行第二轮蓄水， 此时应保证高度H5低于同层排杂管1-4 的入口高度H4， 以避免生活废水在进入主储能水管进行蓄水之前就倒流进入过滤装置， 并 说明书 4/7 页 7 CN 110777889 A 7 由排杂管1-4排出造成水量损失。 随着主储能水管中的液面不断上升， 浮力球受到浮力作用 由图4所示位置上升到图5所示位置， 并最终与顶部的半球形顶盖2-7贴合， 从而关闭F2层主 储能水管的进水管2-13， 使得主储能水管能够继续向F3层蓄水。 在此过程中， 如图4所示， 限 位杆2-8穿。

28、过限位孔2-15固连在浮力球2-9上， 可限制浮力球只能在竖直方向上平动。 通过 转向套杆2-6的作用， 浮力球2-9产生的向上的浮力转化为滑动套杆2-3在套筒2-4中滑动所 需的推力， 在滑动过程中滑动套杆2-4随着限位杆2-8的上升而转过一定的角度， 此时套筒 2-4和球阀2-2也会转过相应的角度。 如图6所示， 恢复扭簧2-17的m端固定在套筒2-4上， n端 固定在球阀的外管壁2-5上， 随着套筒2-4逆时针转动， 扭簧中会储存一定的弹性势能， 产生 恢复扭力。 如图5所示， 当限位杆上升至最大高度时， 浮力球2-9与半球形顶盖2-7贴合， 此时 球阀2-2逆时针转过40 角， 恰能与。

29、F3层的竹节式储能水管相通， 这时竹节式储能水管中已 经储存的废水将沿着e2方向排出。 而F1层竹节式储能水管中的球阀已经保持开启状态， 流 道畅通， 保证了竹节式储能水管中的废水可以集中连续地流至底部水箱4-7进行发电。 0041 而主储能水管3-8中水位继续上升， 到达发电水位H1后开始排水发电， 随着废水的 排出管内液面下降， 当液面下降至如图5中的H6高度时， 浮力球2-9所受浮力开始逐渐减小， 在其自身重力以及恢复扭簧2-17的扭力作用下， 浮力球2-9连同滑动套杆2-3和限位杆2-8 下落并恢复至图4中的初始状态。 此时主储能水管进水口2-13打开， 球阀2-2重新关闭， F2层 。

30、的竹节式储能水管随即开始下一轮蓄水。 0042 随着主储能水管3-8中液面的上升， 以图1中的7层建筑为例， 竹节式储能水管中的 球阀由F1至F7逐层开启。 故对于n层建筑， 当第n层的球阀开启后， 第n层以下的所有竹节式 储能水管便无法再进行蓄水工作， 这时下层用户产生的零散废水若直接用来发电会产生很 大的能量损失， 为了提高这部分零散废水的利用率， 在竹节式储能水管以及球阀内部设计 可以汇聚水流的缩口通道。 当球阀2-2完全开启后， 球阀的缩口通道2-18与储能水管的缩口 通道2-1形成一条完整的缩口通道， 使得零散的废水在流经管道时也能有很好的汇聚效果。 经过汇聚后的水流尽管流量比较分散。

31、， 但是冲击力较为集中， 与底部水箱中的冲击式的水 轮机4-4相互作用时能量转化效率更高， 这在很大程度上也减少了零散废水在管道中流动 因受到的管壁阻力过大而造成的能量损失。 而考虑到经过汇聚的水流在较长的流道内仍然 会逐渐扩散而不稳定， 为了避免高层竹节式储能水管中的废水在汇聚排放至下层的过程中 冲击到下层缩口通道的壁面而造成能量损失， 首先应保证第n层缩口通道的底部开口2-12 的直径小于第n-1层的缩口通道底部开口的直径， 其次要尽量保证各层缩口通道的尾部出 口直径从上至下按一定比例增大， 这样可以减少雨废水在竹节式储能水管内因流动阻力而 造成的能量损失， 竹节式储能水管中零散废水的势能。

32、可以得到更高程度的利用。 0043 以图1所示的7层建筑为例， 储能水管3包括七节竹节式储能水管3-n(n1,2， .， 7)、 主储能水管3-8、 顶部小型雨水箱3-10、 安全管3-9、 地下排污水管3-11、 地上排污水管 (图中未画出)、 地下总排水管道3-12。 其中， F1层生活废水、 污水不具备势能利用价值， 可直 接排入地下排污水管3-11(图中未画出F1层的排水)。 地上部分各楼层的排杂管都直接与排 污水管相通， 生活废水中被过滤掉的杂质通过排杂管直接进入地上排污水管， 再通过地下 排污水管3-11进入总排水管道3-12， 地上排污水管与各层家庭用户中的马桶排水管相连 通， 。

33、可将不具备利用价值的生活污水直接排入下水道。 从第F2层开始， 各竹节式储能水管3- n(n1,2， .， 7)开始分段蓄水， 竹节式储能水管蓄满水后向主储能水管3-8中排水， 此时 说明书 5/7 页 8 CN 110777889 A 8 在主储能水管底部， 压力水箱4-8中的阀门4-2处于关闭状态， 使得主储能水管可以集中蓄 水。 每当主储能水管中的水位上升至第F(n)层， 由前面叙述的联动装置工作原理可知， 第F (n)层的浮力阀门将关闭， 球阀随之打开， 上层竹节式储能水管3-n中的废水将通过缩口通 道汇聚后流下。 由于第F(n)层以下所有球阀在此之前已经打开， 故汇聚后的水流可以穿越。

34、 第F(n)层以下各层的缩口通道并顺利流至底部水箱4-7进行发电， 这样就实现了利用竹节 式储能水管对零散废水的动态集中和储存， 缩口通道的汇聚作用则进一步提高了零散废水 的利用效率。 0044 在主储能水管3-8中设置了三个水位， 分别是发电停止水位H2、 发电水位H1、 安全 水位H3， 底部压力水箱4-8中的压力传感器4-1可以感知液面高度的变化， 进而控制阀门4-2 的开关。 当主储能水管中的水位上升至发电水位H1时， 压力传感器感应到高水压并控制阀 门4-2打开， 主储能水管中的废水开始发电。 发电过程中， 随着主储能水管中水位下降， 各层 的浮力阀门依次打开， 球阀依次关闭， 竹节。

35、式储能水管依次开始下一轮蓄水。 当水位下降至 发电停止水位H2时， 压力传感器感应到低水压并控制阀门4-2关闭， 此时主储能水管中的废 水停止发电， 开始下一轮蓄水， 而发电停止水位H2应当满足此水压下由喷管4-3射出的水流 冲击水轮机4-4将使其达到最低发电转速。 通常情况下， 不携带杂质的雨水会沿着i方向直 接进入顶部小型雨水箱3-10， 而建筑物顶层携带杂质的雨水将沿着a7方向先进入过滤装 置， 经过滤后再进入储能水管蓄水发电。 遇暴雨时节， 储能水管的排水发电速度小于雨水的 储存速度， 会导致主储能水管3-8中的水位超过H1， 但为了保证整个储能管道的安全、 防止 雨水溢出， 需要设置。

36、一个安全管3-9。 安全管可以保证主储能水管3-8中的水位不会超过安 全水位H3， 且多余的雨水将通过安全管直接进入地上排污水管(图中未画出地上排污水 管)， 不会增加整个储能水管装置的风险和负担。 0045 如图5所示， 主储能水管3-8的直径可以是等直径的也可以为不等直径， 不等直径 的R1： R2： R3优选为3： 3： 1的关系， 不等直径的高度各占整个楼高的1/3， 这样可以将更多的 水储蓄在高处以提高势能， 增加整体装置的经济性， 将更多的水储蓄在高处能够提高势能， 增加整体系统的经济性； 所述发电停止水位H2占高层建筑物楼高的1/3或按楼房的实际高 度调整此高度， 所述发电水位H。

37、1为高层建筑物楼高的次一层， 所述最高水位H3为实际高层 建筑物楼高。 0046 如图1所示， 水轮机发电装置4包括压力传感器4-1、 主储能水管底部的压力水箱4- 8、 竹节式储能水管底部的水箱4-6、 水箱之间的隔板4-7、 电控阀门4-2、 喷管4-3、 水轮机4- 4、 发电机4-5、 地下排污水管3-11、 地下总排水管道3-12， 竹节式储能水管中的废水经过汇 聚作用后沿着g-1方向流下， 冲击水轮机4-4的叶片p使水轮机转动。 主储能水管中的水位达 到发电水位H1时， 压力传感器4-1感应到高水压进而控制电控阀门4-2开启， 主储能水管中 的废水通过喷管4-3的汇聚作用形成射流，。

38、 射流沿着g-2方向冲击水轮机4-4的叶片q使水轮 机转动， 转动的水轮机4-4可以带动发电机4-5工作发电， 并将电能输出并网或直接给高楼 自来水增压泵进行供电运行。 发电结束后雨废水将沿着g-5方向流入地下总排水管道4-13， 此处应保证水轮机4-4整体位于高度H7的上方， 以避免因发电水量过大而造成雨废水在水 箱4-6中滞留进而阻碍水轮机转动的情况发生。 地上排污水管中的污水和过滤掉的杂质进 入地下排污水管3-11后将继续沿着g-3方向流入地下总排水管道3-12， 最后， 所有的污水、 雨水和生活废水都由地下总排水管道3-12沿着g-4方向排入城市地下管网。 说明书 6/7 页 9 CN。

39、 110777889 A 9 0047 本发明的水轮机4-4采用的冲击式水轮机进行发电， 所发出的电能可以并网， 也可 以直接给高楼自来水增压泵供电运行。 本发明可以在下雨天和平时使用， 对不同高度楼层 的雨废水进行过滤储能、 集水发电， 使用方便且对资源循环使用有很大帮助。 0048 考虑到实际发电效益和成本的关系， 本发明的建筑物为中高层建筑物， 即7层以上 (包括7层)或房屋高度大于20m的住宅建筑。 本套装置可实现对中高层楼房生活废水的过 滤、 储能和发电， 即通过竹节式储能水管和主储能水管两套蓄水系统， 实现了对雨废水的高 效集中以及对零散水头的汇聚利用； 同时每栋楼房共用一套发电设。

40、备， 在节约资源的基础 上提高了发电效率； 每层楼房均设置了浮力阀和球阀的联动装置， 实现了对蓄水发电的自 动控制； 过滤装置的设计也保证了雨废水中的杂质不会进入发电系统， 进一步提高了整个 装置的安全运行能力； 安全水管的设计也保证了装置对极端天气的适应性， 故本装置在节 能发电的基础上， 也具备较好的适用性和经济价值。 说明书 7/7 页 10 CN 110777889 A 10 图1 说明书附图 1/6 页 11 CN 110777889 A 11 图2 图3 说明书附图 2/6 页 12 CN 110777889 A 12 图4 说明书附图 3/6 页 13 CN 110777889 A 13 图5 说明书附图 4/6 页 14 CN 110777889 A 14 图6 说明书附图 5/6 页 15 CN 110777889 A 15 图7 说明书附图 6/6 页 16 CN 110777889 A 16 。