一种节能型数据机房通风系统

1.本发明属于节能通风技术领域，涉及通风系统的改进，具体说是一种节能型数据机房通风系统。


背景技术：

2.目前，全球主要的发电形式仍是火力发电，虽然清洁能源的利用技术在逐步完善，但各种用电设备带来的巨大电力压力注定当前火力发电仍是主流。高科技的发展离不开大数据的支持，而大数据机房会散发巨大的热量。针对大数据中心，目前主流的降温方式有干空气制冷法和冷夜循环制冷法，针对小规模数据机房，目前主流的降温方式为空调制冷降温法，在使用空调制冷时需要24小时不间断工作，因此，带来了巨大的能源消耗，不利于节能环保的需求，且空调制冷用电费用已成为小规模机房费用的大头。自然界中风资源丰富，如何直接利用风能来给小规模数据机房降温值得关注。文丘里管能够使得高温高压的空气经过其之后压力降低，体积膨胀，温度降低。温度降低后的空气可以当做冷却空气给机房进行降温。同时，文丘里管会让空气降压加速，加速后的空气由于其高流速可以带动小型发电机组进行发电。
3.如能利用自然风来给数据机房进行降温，则可以极大程度上降低数据机房的电费消耗并达到节能减排的目的。因此，如何设计一种节能型数据机房通风系统，根据工程热力学原理以及文丘里效应，充分利用风能，以极小的电耗实现数据机房降温的目的，并可实现通风废气的再利用。这是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种节能型数据机房通风系统，根据工程热力学原理以及文丘里效应，充分利用风能，以较小的电耗实现数据机房内降温的目的，并可实现通风废气的再利用。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种节能型数据机房通风系统，包括数据机房及通风系统，所述数据机房设置进风口和排风口，其特征在于，所述通风系统包括喇叭口形集风装置、引风弯管、文丘里管、涵道式小型风力发电机及壳式热交换器，所述喇叭口形集风装置与所述引风弯管的一端连通，所述引风弯管的另一端与所述文丘里管连接，所述涵道式小型风力发电机安置于所述文丘里管的出口处，并与所述文丘里管的出口连通，所述壳式换热器安置于所述数据机房室内，且与所述数据机房的排风口连接，所述喇叭口形集风装置、引风弯管及文丘里管均安置于所述数据机房的室外侧，所述文丘里管的位于所述数据机房的进风口所处的平面。
6.对上述技术方案的改进：所述喇叭口形集风装置包括集风喇叭口和渐缩型引风管道，所述集风喇叭口的喇叭口朝上设置，所述集风喇叭口的上端高于数据机房的外墙高度，所述集风喇叭口的下端口与所述渐缩型引风管道的粗端口连接为一体结构，所述渐缩型引风管道的细端口与其下方的一个自然风除湿装置的上端口连接，所述自然风除湿装置的下
端口与所述引风弯管连接，所述引风弯管内部包含导流槽。
7.对上述技术方案的进一步改进：所述集风喇叭口的上部通过支撑部件连接一个倒圆锥形雨帽，所述倒圆锥形雨帽的直径大于所述渐缩型引风管道的直径，所述倒圆锥形雨帽的表面涂有隔热层。
8.对上述技术方案的进一步改进：所述涵道式小型发电机包括风轮轴、转子涡旋叶片及发电装置，所述风轮轴横向布置，所述风轮轴上周向均匀布置有所述转子涡旋叶片，所述风轮轴的末端连接所述发电装置，所述风力叶片及发电装置设置在所述文丘里管内。
9.对上述技术方案的进一步改进：所述发电设备包括发电机涡轮壳、永磁体、电枢线圈、发电机主轴、集电环、碳刷组、连接装置、输出导线、整流调压器、轴承、转子涡旋叶片整流罩、转子涡旋叶片整流罩支架及十字轴承支架，所述发电机主轴通过转子涡旋叶片整流罩支架、发电机主轴以及所述连接装置和十字轴承支架的支撑组，安装在所述发电机涡轮壳体之中，所述集电环安装在所述发电机主轴上，所述转子涡旋叶片安装在所述转子涡旋叶片整流罩上，所述电枢线圈通过所述连接装置安装在所述发电机主轴上，所述整流调压器、永磁体安装在所述发电机涡轮壳的内壁上，所述碳刷组、输出导线安装在所述十字轴承支架上。
10.对上述技术方案的进一步改进：所述转子涡旋叶片还配置一套液压式螺距调节系统，所述液压式螺距调节系统包括变距螺旋桨液压系统和变距螺旋桨调节结构两部分，所述变距螺旋桨液压系统固定于所述发电机涡轮壳的外壁上，所述变距螺旋桨液压系统包括重锤、重锤圆盘、第一弹簧及换向阀，所述变距螺旋桨调节机构固定在发电机主轴上，所述变距螺旋桨调节机构包括伺服机构油缸、导槽、伺服机构油缸抜销及第二弹簧。
11.对上述技术方案的进一步改进：所述变距螺旋桨调节机构还从属于一套温度反馈调节系统，所述温度反馈调节系统包括温度传感器、蓄电池及外接电源，所述变距螺旋桨调节机构由安装于所述数据机房内的所述温度传感器反馈调节，通过所述蓄电池或外接电源供能。
12.本发明的优点和积极效果是：（1）本发明利用空气热力学原理和文丘里效应，喇叭口形集风装置中的集风喇叭口朝上设置，可以在微风工况下收集自然风，不受季节和地区的限制，收集到的自然风通过与其连接的渐缩型引风管道，渐缩型引风管道具有聚风功能，可以有效减少进入风道的自然风的扰动，且因其渐缩形状，可对自然风进行加速。
13.（2）本发明中的带有导风槽的引风弯管与渐缩型引风管道连接，可以有效减少风在引风弯管中转向时产生的动能损失，保证风力发电机最大的进风量及进风速度。
14.（3）本发明中的文丘里管可以使其中流动的空气达到减压加速的目的，并在其最窄处达到最低压、最大速度的工况，这为后续风力发电提供了基础。
15.（4）本发明中的涵道式小型风力发电机，利用变螺距桨特性，通过改变螺距来实现发电机主轴转速的恒定，极大地保证了发电及通风的效率。且发电机本身的发电可以满足变螺距系统的供电需求，只有在极少数情况下需要外接电源来保证变螺距系统的正常工作，实现了整套系统的基本自给自足，极大地节省了机房降温的空调电费。
16.（5）本发明中的壳式换热器可以将数据机房的通风废气再利用，实现了资源的最大化利用，并且降低了进入大气的废气排放温度，对改善城市热岛效应有利，节能环保。
17.（6）本发明的技术流程简单且耗材低，对安装检修技术要求低，可轻松实现维修成本低，具有减少电能消耗、减少碳排放和环境友好的特点。
附图说明
18.图1为本发明一种节能型数据机房通风系统的原理示意图；图2为本发明喇叭口形集风装置上设置倒圆锥形雨帽的立体示意图；图3为本发明喇叭口形集风装置上部的倒圆锥形雨帽的立体示意图；图4为本发明喇叭口形集风装置上未安装倒圆锥形雨帽的立体示意图；图5为本发明一种节能型数据机房通风系统中涵道式变螺距发电系统的总原理示意图；图6为本发明涵道式变螺距发电系统中变螺距液压调节系统的局部原理示意图；图7为为本发明一种节能型数据机房通风系统中涵道式变螺距发电系统的主视图。
19.图中：1.集风喇叭口；2.渐缩型进风管道；3.除湿装置；4.引风弯管；5.文丘里管；6.涵道式小型发电机；7.蓄电池；8.变螺距液压调节系统；9.温度传感器；10.进风口；11.数据机房；12.出风口；13.壳式换热器；14.排风口；101.倒锥形雨帽；102.支撑部件；103.弧线形进风管道壁；104.进风管道壁倒角；105.渐缩进风管；601.转子涡旋叶片整流罩；602.转子涡旋叶片整流罩支架；603.涡轮壳体；604.永磁体；605.电枢线圈；606.连接装置；607.十字轴承支架；608.轴承；609.集电环；6010.碳刷组；6011.输出导线；6012.整流调压器；801.转子涡旋叶片；802.重锤圆盘；803.重锤；804.换向阀；805.伺服机构油缸；806.第一弹簧；807.伺服机构油缸导槽；808.伺服机构油缸抜销；809.第二弹簧。
实施方式
20.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
21.参见图1-图7，本发明一种节能型数据机房通风系统的实施例，包括数据机房11及通风系统，数据机房11设置进风口10和排风口14。所述通风系统包括喇叭口形集风装置、引风弯管4、文丘里管5、涵道式小型风力发电机6及壳式热交换器13，所述喇叭口形集风装置与所述引风弯管4的一端连通，引风弯管4的另一端与文丘里管5连接，所述涵道式小型风力发电机6安置于所述文丘里管5的出口处，并与文丘里管5的出口连通，壳式换热器13安置于数据机房11的室内，且与数据机房11的排风口14连接。上述的喇叭口形集风装置、引风弯管4及文丘里管5均安置于数据机房1的室外侧，文丘里管5的位于数据机房11的进风口10所处的平面。
22.进一步地，上述的喇叭口形集风装置包括集风喇叭口1和渐缩型引风管道2，集风喇叭口1的喇叭口朝上设置，集风喇叭口1的上端高于数据机房11的外墙高度。集风喇叭口1的下端口与渐缩型引风管道2的粗端口连接为一体结构，渐缩型引风管道2的细端口与其下方的一个自然风除湿装置3的上端口连接，自然风除湿装置3的下端口与引风弯管4连接，引风弯管4内部包含导流槽。
23.再进一步地，上述集风喇叭口1的上部通过支撑部件102连接一个倒圆锥形雨帽
101，支撑部件102为四个支撑杆，四个支撑板102两两90
°
间隔布置，四个支撑板102通过焊接方式与集风喇叭口1的上部连接为一体。四个支撑板102为与倒圆锥形雨帽101和集风喇叭口1的外壁弧度相适应的弧形板。倒圆锥形雨帽101的直径大于渐缩型引风管道2的直径，起到防雨的作用；在倒圆锥形雨帽101的表面涂有隔热层，可以有效防止高温天气雨帽材料吸热对进风的影响。集风喇叭口1上部的喇叭口为弧线形进风管道壁103，弧线形进风管道壁103的上沿设置进风管道壁倒角104；集风喇叭口1的下部为渐缩进风管105，渐缩进风管105与渐缩型引风管道2连接。
24.又进一步地，上述涵道式小型发电机6包括风轮轴、转子涡旋叶片801及发电装置，所述风轮轴横向布置，在风轮轴上周向均匀布置有转子涡旋叶片801，风轮轴的末端连接所述发电装置，风力叶片801及发电装置设置在文丘里管5内。
25.具体而言：参照图5、图6和图7，上述发电设备包括发电机涡轮壳603、永磁体604、电枢线圈605、发电机主轴、集电环609、碳刷组6010、连接装置606、输出导线6011、整流调压器6012、轴承608、转子涡旋叶片整流罩601、转子涡旋叶片整流罩支架602及十字轴承支架607，所述发电机主轴通过转子涡旋叶片整流罩支架602、发电机主轴以及连接装置606和十字轴承支架607的支撑组，安装在发电机涡轮壳体603之中。集电环609安装在所述发电机主轴上，所述转子涡旋叶片801安装在所述转子涡旋叶片整流罩601上，电枢线圈605通过连接装置606安装在所述发电机主轴上，整流调压器6012、永磁体604安装在发电机涡轮壳603的内壁上，碳刷组6010、输出导线6011安装在十字轴承支架607上。
26.又进一步地，参照图6，上述转子涡旋叶片801还配置一套液压式螺距调节系统，所述液压式螺距调节系统包括一套液压系统和变距螺旋桨调节机构两部分，所述液压系统固定于发电机涡轮壳603的外壁上，所述液压系统包括重锤803、重锤圆盘802、第二弹簧809及换向阀804，变距螺旋桨调节机构安装在发电机主轴上，变距螺旋桨调节机构包括伺服机构油缸805、导槽807、伺服机构油缸抜销808及第一弹簧806。液压式螺距调节系统实现了转子涡旋叶片801的变螺距定转速运行，保证了发电效率的稳定以及通风量的稳定。
27.进一步地，上述变距螺旋桨调节机构还从属于一套温度反馈调节系统。所述温度反馈调节系统包括温度传感器9、蓄电池7及外接电源，上述变距螺旋桨调节机构由安装于数据机房11内的温度传感器9反馈调节，通过蓄电池7或外接电源供能。
28.根据空气热力学原理，当温度传感器9探测温度满足数据机房11降温要求时，温度传感器9通过变距螺旋桨调节机构对转子涡旋叶片801进行调节，减小转子涡轮叶片801的后倾角，维持转速的稳定。当温度传感器9探测温度不满足数据机房11降温要求时，温度传感器9通过变距螺旋桨调节机构对转子涡旋叶片801进行调节，增大转子涡轮叶片801的后倾角，维持转速的稳定。所述过程通过蓄电池7供能，当蓄电池7电能储备不够时，需要外接电源辅助供电。这也是本发明唯一需要消耗工业供电之处。
29.进一步的，上述涵道式小型发电机6的风力叶片801及发电装置布置于所述文丘里管5内。所述发电装置包括永磁体604、电枢线圈605、发电机主轴与电枢线圈的连接装置606、集电环609、碳刷组6010、输出导线6011、整流调压器6012、发电机主轴等部件。所述涵道式风力发电机6的风轮轴横向布置，所述风轮轴上周向均匀布置有转子涡旋叶片801。所述风轮轴的末端连接有发电设备。
30.参照图5，涵道式小型风力发电机6内，作用在转子涡旋叶片801上的风力带动发电
机主轴转动，发电机主轴在转动时，通过发电机主轴与电枢线圈的连接装置606，带动电枢线圈605旋转切割永磁体604的磁场产生电能。产生的电能通过安装在发电机主轴上的集电环609传给与之紧贴的碳刷6010，再由输出导线6011经过整流调压器6012存入蓄电池7。
31.当大风速工况下，作用在转子涡旋叶片801上的风力驱动力导致其转速增大，重锤圆盘802的转速升高，使重锤803向外运动，换向阀804的滑阀移至右方。从换向阀出来的流体被送往伺服机构的伺服机构油缸805，该伺服机构的活塞固定不动，故流体使伺服机构油缸5向右移动。
32.附着在伺服机构油缸805上的伺服机构导槽807通过伺服机构拨销808的作用，使转子涡旋叶片801绕其轴线回转。其结果转子涡旋叶片801间距增大，驱动转子涡旋叶片801所需风力增大，使发电机主轴与转子涡旋叶片801的速度减小。
33.反之，当转子涡旋叶片801的速度减小时，弹簧809使换向阀804的滑阀向左移动，弹簧806从伺服机构油缸805内将流体挤出，使伺服机构油缸805向左移动。于是转子涡旋叶片801的间距减小，驱动转子涡旋叶片801所需风力减小，使发电机主轴与转子涡旋叶片801的速度增大。
34.上述壳式换热器13采用通风废气为冷却介质，自来水为被冷却介质的布置形式。
35.以上实施例中，本发明节能型数据机房通风系统的工作原理为：本发明的喇叭口形集风装置可以在微风的情况下收集自然风，经进集风喇叭口1收集的自然风进入渐缩型进风管道2，自然风在渐缩型进风管道2中被集中，且风速增加。渐缩型进风管道中出来的自然风流经自然风除湿装置3进行除湿，经过除湿后的自然风流入带有导流槽的引风弯管4。流经带有导流槽的引风弯管4的自然风在几乎不损失动能的情况下进入文丘里管5。自然风在文丘里管5中被进一步加速，并带动布置于管内的涵道式小型风力发电机6工作，涵道式小型风力发电机6产出的电储存于蓄电池7中。经过涵道式小型风力发电机6后的自然风通过布置于数据机房11墙上的进风口10进入数据机房11内，流入数据机房11内的自然风带动室内空气循环，实现对数据机柜的散热。数据机房11内的热空气经出风口12进入排风管道，排风管道接入热交换器13，经由热交换器13后的废气经排风口14排入大气。
36.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种节能型数据机房通风系统，包括数据机房及通风系统，所述数据机房设置进风口和排风口，其特征在于，所述通风系统包括喇叭口形集风装置、引风弯管、文丘里管、涵道式小型风力发电机及壳式热交换器，所述喇叭口形集风装置与所述引风弯管的一端连通，所述引风弯管的另一端与所述文丘里管连接，所述涵道式小型风力发电机安置于所述文丘里管的出口处，并与所述文丘里管的出口连通，所述壳式换热器安置于所述数据机房室内，且与所述数据机房的排风口连接，所述喇叭口形集风装置、引风弯管及文丘里管均安置于所述数据机房的室外侧，所述文丘里管的位于所述数据机房的进风口所处的平面。2.根据权利要求1所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述喇叭口形集风装置包括集风喇叭口和渐缩型引风管道，所述集风喇叭口的喇叭口朝上设置，所述集风喇叭口的上端高于数据机房的外墙高度，所述集风喇叭口的下端口与所述渐缩型引风管道的粗端口连接为一体结构，所述渐缩型引风管道的细端口与其下方的一个自然风除湿装置的上端口连接，所述自然风除湿装置的下端口与所述引风弯管连接，所述引风弯管内部包含导流槽。3.根据权利要求2所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述集风喇叭口的上部通过支撑部件连接一个倒圆锥形雨帽，所述倒圆锥形雨帽的直径大于所述渐缩型引风管道的直径，所述倒圆锥形雨帽的表面涂有隔热层。4.根据权利要求1-3任一项所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述涵道式小型发电机包括风轮轴、转子涡旋叶片及发电装置，所述风轮轴横向布置，所述风轮轴上周向均匀布置有所述转子涡旋叶片，所述风轮轴的末端连接所述发电装置，所述风力叶片及发电装置设置在所述文丘里管内。5.根据权利要求4所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述发电设备包括发电机涡轮壳、永磁体、电枢线圈、发电机主轴、集电环、碳刷组、连接装置、输出导线、整流调压器、轴承、转子涡旋叶片整流罩、转子涡旋叶片整流罩支架及十字轴承支架，所述发电机主轴通过转子涡旋叶片整流罩支架、发电机主轴以及所述连接装置和十字轴承支架的支撑组，安装在所述发电机涡轮壳体之中，所述集电环安装在所述发电机主轴上，所述转子涡旋叶片安装在所述转子涡旋叶片整流罩上，所述电枢线圈通过所述连接装置安装在所述发电机主轴上，所述整流调压器、永磁体安装在所述发电机涡轮壳的内壁上，所述碳刷组、输出导线安装在所述十字轴承支架上。6.根据权利要求4所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述转子涡旋叶片还配置一套液压式螺距调节系统，所述液压式螺距调节系统包括一套液压系统和变距螺旋桨调节结构两部分，所述液压系统固定于所述发电机涡轮壳的外壁上，所述液压系统包括重锤、重锤圆盘、第一弹簧及换向阀，所述变距螺旋桨调节机构固定在发电机主轴上，所述变距螺旋桨调节机构包括伺服机构油缸、导槽、伺服机构油缸抜销及第二弹簧。7.根据权利要求5所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述转子涡旋叶片还配置一套液压式螺距调节系统，所述液压式螺距调节系统包括一套液压系统和变距螺旋桨调节结构两部分，所述液压系统固定于所述发电机涡轮壳的外壁上，所述液压系统包括重锤、重锤圆盘、第一弹簧及换向阀，所述变距螺旋桨调节机构固定在发电机主轴上，所述变距螺旋桨调节机构包括伺服机构油缸、导槽、伺服机构油缸抜销及第二弹簧。8.根据权利要求6所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述变距螺旋桨调节
机构还从属于一套温度反馈调节系统，所述温度反馈调节系统包括温度传感器、蓄电池及外接电源，所述变距螺旋桨调节机构由安装于所述数据机房内的所述温度传感器反馈调节，通过所述蓄电池或外接电源供能。9.根据权利要求7所述的节能型数据机房通风系统，其特征在于，所述变距螺旋桨调节机构还从属于一套温度反馈调节系统，所述温度反馈调节系统包括温度传感器、蓄电池及外接电源，所述变距螺旋桨调节机构由安装于所述数据机房内的所述温度传感器反馈调节，通过所述蓄电池或外接电源供能。

技术总结
本发明供一种节能型数据机房通风系统，包括数据机房及通风系统，所述数据机房设置进风口和排风口，其特点是：通风系统中的喇叭口形集风装置通过引风弯管与文丘里管连接，涵道式小型风力发电机安置于文丘里管的出口处，并与文丘里管的出口连通。壳式换热器安置于数据机房室内，且与数据机房的排风口连接，喇叭口形集风装置、引风弯管及文丘里管均安置于数据机房的室外侧，文丘里管的位于数据机房的进风口所处的平面，喇叭口形集风装置的上端高于数据机房的高度。可以充分利用风能，以极小的电耗实现数据机房降温的目的，并可实现通风废气的再利用。本发明的结构简单，且耗材低，维修成本低，减少电能消耗，具有环境友好的特点。具有环境友好的特点。具有环境友好的特点。


技术研发人员：王孟飞 张嶔 王智程 梁丙臣 史宏达 王鑫宇
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/9/12