CN104822240A - 利用风能降温和发电的节能降温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有风能降温结构的节能降温系统，包括机房，还包括格架间、导气管道、连通格架间与导气管道的引气管及与机房连通的进风间，格架间的底部设置有透气孔，格架间内部设置有用于放置通信设备的格架，引气管设置于格架间的顶部，导气管道内设置有排风扇，排风扇的转轴A通过传动装置连接驱动电机，机房的外部设置有由风力驱动旋转的风机，排风扇的转轴A还通过传动装置连接风机的转轴B，转轴B上还安装有发电机，发电机包括定子、转子及转子轴，转子设置于转子轴上，转子轴套装于转轴B外部并由转轴B驱动旋转，定子固定设置于转子的外部。本发明结构简单，利用风能和电机结合的方式驱动电机抽风降温，能耗低，效率高。

Description

利用风能降温和发电的节能降温系统

技术领域

本发明涉及数据通信机房及基站降温技术领域，更具体的说是涉及一种利用风能降温和发电的节能降温系统 。

背景技术

通信基站是通信行业耗能大户，数量众多，从整个移动网络设备能源消耗分布来看，基站设备的能源消耗占到90％，而其他设备包括核心网和网管所占比例不足10％，目前全国通信基站超过70万台，仅基站年耗电量2011年就超过200亿千瓦时，如果考虑相关配套设备，耗电量更是惊人，不仅给运营商带来较大的运营成本负担，也给环境带来巨大污染，不符合国家可持续发展的国策。如何采用技术手段来达到给这些基站节能减排，特别是减少基站的降温耗电提高降温效率是当前急需解决的重点技术难题。一般通信基站都是建立在没有遮挡的位置较高较偏僻的地点，这些地点人员不方便随时进场巡查，场地狭窄施工困难。现如今基站有了采用光伏发电来降低基站能耗的技术，但是，太阳能光伏板必需有一个较大的安装场地，为了保障发电效率光伏面板需要随时进行清洁擦拭，它的初始建设投资金额很大，以上因素造成光伏发电在通信基站很难大规模推广应用。

随着风力发电的兴起，风能作为一种可再生的清洁能源在我国越来越受到重视以及利用，相关技术的发展越来越成熟。

发明内容

为克服传统的降温系统的缺陷，本发明提供了一种效率高、能耗少的利用风能降温和发电的节能降温系统 。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

利用风能降温和发电的节能降温系统 ，包括机房，该系统还包括设置于机房内部的格架间、设置于机房顶部的导气管道、连通格架间与导气管道的引气管及与机房连通的进风间，所述格架间的底部设置有透气孔，所述格架间内部设置有用于放置通信设备的格架，所述引气管设置于格架间的顶部，所述导气管道内设置有排风扇，排风扇的转轴A通过传动装置连接驱动电机，所述机房的外部设置有由风力驱动旋转的风机，排风扇的转轴A还通过传动装置连接风机的转轴B，所述转轴B上还安装有发电机，发电机包括定子、转子及转子轴，所述转子设置于转子轴上，所述转子轴套装于转轴B外部并由转轴B驱动旋转，所述定子固定设置于转子的外部。

作为本发明的第一个优化方案，所述风机为垂直轴风机，风机的转轴B的外圆周面呈圆周均匀安装有多个叶片，所述叶片包括上杆、下杆、限位杆及风袋，所述上杆和下杆平行设置且限位杆垂直安装于上杆和下杆之间，所述上杆和下杆之间沿上杆或下杆的轴向均匀设置有多个限位杆，所述上杆和下杆的两端均滑动安装于限位杆上，所述风袋的开口端通过上杆、下杆及限位杆固定，所述上杆、下杆及限位杆的连接处均为永磁部件，所述限位杆的中部同为永磁部件，所述上杆的永磁部件A与限位杆的永磁部件B之间、下杆的永磁部件C与限位杆的永磁部件B之间均采用异级相对的方式设置。

作为第一个优化方案的进一步优化，所述转轴B的外部套装有固定支架，固定支架固定安装于机房上部，所述固定支架上部活动连接有筒形支架，筒形支架的上部设置有与叶片相对应的支脚，支脚的端部铰接有滑块，所述叶片一端铰接于转轴B上，所述叶片底部设置有滑轨，所述滑块滑动安装于滑轨上，所述定子固定安装于固定支架内，所述的转轴B的外壁设置有轴向延伸的凸棱，转子轴的内壁设置有与转轴B的凸棱相配合的凹槽，位于转子轴的下部设置有用于支撑转子轴的支撑座，支撑座固定安装于固定支架上，支撑座的中心设置有供转轴B通过且不干涉转轴B旋转的通孔，转子轴可旋转的安装于支撑座上。

作为第一个优化方案的进一步优化，所述上杆和下杆均为空心结构且二者内部均设置有多个滚珠。

作为上述任意一个优化方案的进一步优化，排风扇的转轴A与转轴B的连接部设置有一个塔型齿轮A，塔形齿轮A的外径从上到下逐渐减小，所述转轴B上设置与塔形齿轮A相配合的塔形齿轮B。

作为上述优化方案的进一步优化，所述转轴B上设置有磁体，位于磁体的侧面固定设置有磁控开关。

与现有技术相比而言，本发明具有以下的有益效果：

1、    本发明结构简单，利用风能和电机结合的方式驱动电机抽风降温，并利用风机进行发电补充能源，能耗低，效率高。

2、    本发明利用风机叶片在旋转的圆周运动中，等腰三角形的迎风面会不停的改变，在这种圆周运动中风袋在风力和磁力作用会自动开合动作，加大风机的风压差，进而极大的提高风机的工作效率

3、    本发明利用磁件的“异极相吸”力，作为风袋闭合的动力，这种方式相较弹簧，不存在因为金属疲劳原因造成弹簧失效，开启和闭合都非常轻松且快捷，使用耐久、稳定。

4、    本发明用钢珠的滚动来加强控制杆的移动、电源通断及塔形齿轮啮合脱离，相较太阳能光伏方案，成本低施工简单，可24小时持续工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明风机的结构示意图；

图3 为本发明风机叶片迎风时的结构示意图；

图4 为本发明风机叶片背风时的结构示意图；

图5 为本发明叶片迎风时永磁体的结构示意图；

图6 为本发明叶片背风时永磁体的结构示意图；

图7 为本发明风机工作时的结构示意图；

图8 为本发明风机停止工作时的结构示意图；

图9 为本发明转轴B与转子轴配合结构示意图；

图10本发明叶片内安装滚珠的结构示意图；

图11 为本发明转轴A和转轴B的配合结构示意图；

图中的标号分别表示为：1、机房；2、格架间；3、导气管道；4、引气管；5、通信设备；6、进风间；7、排风扇；8、风机；9、转轴B；10、叶片；11、上杆；12、下杆；13、限位杆；14、风袋；15、永磁部件A；16、永磁部件B；17、永磁部件C；18、固定支架；19、筒形支架；20、支脚；21、滑块；22、滑轨；23、滚珠；24、塔型齿轮A；25、塔形齿轮B；26、磁体；27、磁控开关，28、发电机；29、定子；30、转子；31、转子轴；32、凸棱；33、凹槽；34、支撑座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1-图10所示，具有风能降温结构的节能降温系统，包括机房1，该系统还包括设置于机房1内部的格架间2、设置于机房1顶部的导气管道3、连通格架间2与导气管道3的引气管4及与机房1连通的进风间6，所述格架间2的底部设置有透气孔，所述格架间2内部设置有用于放置通信设备5的格架，所述引气管4设置于格架间2的顶部，所述导气管道3内设置有排风扇7，排风扇7的转轴A通过传动装置连接驱动电机，所述机房1的外部设置有由风力驱动旋转的风机8，排风扇7的转轴A还通过传动装置连接风机8的转轴B9，所述转轴B9上还安装有发电机28，发电机28包括定子29、转子30及转子轴31，所述转子30设置于转子轴31上，所述转子轴31套装于转轴B9外部并由转轴B9驱动旋转，所述定子29固定设置于转子30的外部。

更优的，所述风机8为垂直轴风机，风机8的转轴B9的外圆周面呈圆周均匀安装有多个叶片10，所述的叶片10包括上杆11、下杆12、限位杆13及风袋14，所述上杆11和下杆12平行设置且限位杆13垂直安装于上杆11和下杆12之间，所述上杆11和下杆12之间沿上杆11或下杆12的轴向均匀设置有多个限位杆13，所述上杆11和下杆12的两端均滑动安装于限位杆13上，所述风袋14的开口端通过上杆11、下杆12及限位杆13固定，所述上杆11、下杆12及限位杆13的连接处均为永磁部件，所述限位杆13的中部同为永磁部件，所述上杆11的永磁部件A15与限位杆13的永磁部件B16之间、下杆12的永磁部件C17与限位杆13的永磁部件B16之间均采用异级相对的方式设置。

更优的，所述转轴B9的外部套装有固定支架18，固定支架18固定安装于机房1上部，所述固定支架18上部活动连接有筒形支架19，筒形支架19的上部设置有与叶片10相对应的支脚20，支脚20的端部铰接有滑块21，所述叶片10一端铰接于转轴B9上，所述叶片10底部设置有滑轨22，所述滑块21滑动安装于滑轨22上，所述定子29固定安装于固定支架18内，所述的转轴B9的外壁设置有轴向延伸的凸棱32，转子轴31的内壁设置有与转轴B9的凸棱32相配合的凹槽33，位于转子轴31的下部设置有用于支撑转子轴31的支撑座34，支撑座34固定安装于固定支架18上，支撑座34的中心设置有供转轴B9通过且不干涉转轴B9旋转的通孔，转子轴31可旋转的安装于支撑座34上。

更优的，所述上杆11和下杆12均为空心结构且二者内部均设置有多个滚珠23。

更优的，所述排风扇7的转轴A与转轴B9的连接部设置有一个塔型齿轮A24，塔形齿轮A24的外径从上到下逐渐减小，所述转轴B9上设置与塔形齿轮A相配合的塔形齿轮B25。

更优的，所述转轴B9上设置有磁体26，位于磁体26的侧面固定设置有磁控开关27。

本实施例中风机8由外部自然风驱动工作，排风扇7可由驱动电机驱动，也可由风机8驱动，二者相互可相互转换。

本实施例的工作过程如下：排风扇7转动，格架间2内部空气在压力作用下上升，通信设备5放置在格架间2内部的格架上，机房1内部的冷空气在牵引下通过格架间2底部的通气孔进入格架间2，冷空气上升与通信设备5接触并带走通信设备5散热的热量形成热空气，热空气通过引气管4进入导气管道3排出，如此循环即可将机房1内部热空气带走；

在外部存在风源时，风带动风机8转动，风机8带动排风扇7转动并断开排风扇的驱动电机，则排风扇7在风机作用下转动从而带走机房1内部热空气，可以减少排风扇7能耗，且能持续降温；进风间6通过对外部空气处理后提供给机房1干净的外部冷空气，补充机房1内部空气。磁控开关27的作用是：当风机8停止工作时控制驱动电机开始工作；当风机8开始工作时控制驱动电机停止工作，用于及时的对风机8的驱动电机进行通断，节约能源的同时保护电机。

当风机8转动时，带动发电机28的转子转动发电，发电机28发出的电可用于机房1内部使用，进一步降低机房1内部能耗。

风机8采用垂直轴结构，不管风向如何，风机8的四个侧面中总有一个面会迎向迎风面，如图1、图2、图3及图5所示，风力把风袋14鼓满，上杆11和下杆12之间的距离在限位杆13的范围内达到最大，风力对该侧面的作用最大；如图1、图2、图4及图6所示，随着转动，其背面即B面迎向了迎风面，这时由于风的压迫力和限位杆13的永磁部件B16对上杆11的永磁部件A15及下杆12的永磁部件C17的相吸磁力的双重作用，上杆11和下杆12之间的间距为最小，风力在这一侧面的作用力最小，从而能够获得最大的风压差，风机8在很小风速的情况下也能够顺利工作。

如图8所示，在没有风时，风机8基本静止，由于叶片10端部铰接转轴B9，并由支脚20支撑，叶片10的外端部会稍许有一些上翘，如图9所示，上杆11和下杆12内的滚珠23会自行滑动到根部，这就使得叶片10继续向内侧倾斜，从而转轴B9下落，如图10所示，转轴B9上的磁体26通过磁控开关27所在的位置，磁控开关27闭合，接通驱动电机的电源，由驱动电机驱动排风扇7工作，此时排风扇7的工作是依靠电力；当有风时，风机8的叶片10转动，上杆11和下杆12内的滚珠23因为离心力的作用会向杆的外端滚动，到达外端后对上杆11和下杆12起到了加强离心力效果，随着叶片10向外伸展，驱动转轴B9上移，转轴B9上的磁体26再次通过并离开磁控开关27，磁控开关27断开，排风扇7的驱动电机的电源随机被断开，而转轴B9上的塔形齿轮B25与转轴A上的塔形齿轮A紧紧啮合在一起，排风扇7的转动就由风机8来驱动，机房1内换气快，热量很快被带离，节能效果显著。

由于一般垂直轴风机有一个最大的缺陷就是它的叶片产生的风压差比较小，其发电效率较水平轴风机要低很多。本发明很好的克服了这个缺陷，利用风机8的风袋14自动开合动作，加大风机8的风压差，进而极大的提高风机8的工作效率；本发明利用磁件的“异极相吸”力，作为风袋14闭合的动力，这种方式相较弹簧，不存在因为金属疲劳原因造成弹簧失效的问题；开启和闭合都非常轻松且快捷；磁件端面可粘接橡胶垫，闭合时无噪声、振动；本发明用滚珠23的滚动来加强转轴B9的移动，来控制电源通断以及塔形齿轮啮合脱离与风机8的转动。相较太阳能光伏方案，成本低施工简单，白天黑夜均可工作。

如上所述即可较好的实现本发明。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.利用风能降温和发电的节能降温系统 ，包括机房（1），其特征在于：该系统还包括设置于机房（1）内部的格架间（2）、设置于机房（1）顶部的导气管道（3）、连通格架间（2）与导气管道（3）的引气管（4）及与机房（1）连通的进风间（6），所述格架间（2）的底部设置有透气孔，所述格架间（2）内部设置有用于放置通信设备（5）的格架，所述引气管（4）设置于格架间（2）的顶部，所述导气管道（3）内设置有排风扇（7），排风扇（7）的转轴A通过传动装置连接驱动电机，所述机房（1）的外部设置有由风力驱动旋转的风机（8），排风扇（7）的转轴A还通过传动装置连接风机（8）的转轴B（9），所述转轴B（9）上还安装有发电机（28），发电机（28）包括定子（29）、转子（30）及转子轴（31），所述转子（30）设置于转子轴（31）上，所述转子轴（31）套装于转轴B（9）外部并由转轴B（9）驱动旋转，所述定子（29）固定设置于转子（30）的外部。

2.根据权利要求1所述的利用风能降温和发电的节能降温系统 ，其特征在于：所述风机（8）为垂直轴风机，风机（8）的转轴B（9）的外圆周面呈圆周均匀安装有多个叶片（10），所述的叶片（10）包括上杆（11）、下杆（12）、限位杆（13）及风袋（14），所述上杆（11）和下杆（12）平行设置且限位杆（13）垂直安装于上杆（11）和下杆（12）之间，所述上杆（11）和下杆（12）之间沿上杆（11）或下杆（12）的轴向均匀设置有多个限位杆（13），所述上杆（11）和下杆（12）的两端均滑动安装于限位杆（13）上，所述风袋（14）的开口端通过上杆（11）、下杆（12）及限位杆（13）固定，所述上杆（11）、下杆（12）及限位杆（13）的连接处均为永磁部件，所述限位杆（13）的中部同为永磁部件，所述上杆（11）的永磁部件A（15）与限位杆（13）的永磁部件B（16）之间、下杆（12）的永磁部件C（17）与限位杆（13）的永磁部件B（16）之间均采用异级相对的方式设置。

3.根据权利要求2所述的利用风能降温和发电的节能降温系统 ，其特征在于：所述转轴B（9）的外部套装有固定支架（18），固定支架（18）固定安装于机房（1）上部，所述固定支架（18）上部活动连接有筒形支架（19），筒形支架（19）的上部设置有与叶片（10）相对应的支脚（20），支脚（20）的端部铰接有滑块（21），所述叶片（10）一端铰接于转轴B（9）上，所述叶片（10）底部设置有滑轨（22），所述滑块（21）滑动安装于滑轨（22）上，所述定子（29）固定安装于固定支架（18）内，所述的转轴B（9）的外壁设置有轴向延伸的凸棱（32），转子轴（31）的内壁设置有与转轴B（9）的凸棱（32）相配合的凹槽（33），位于转子轴（31）的下部设置有用于支撑转子轴（31）的支撑座（34），支撑座（34）固定安装于固定支架（18）上，支撑座（34）的中心设置有供转轴B（9）通过且不干涉转轴B（9）旋转的通孔，转子轴（31）可旋转的安装于支撑座（34）上。

4.根据权利要求2所述的利用风能降温和发电的节能降温系统 ，其特征在于：所述上杆（11）和下杆（12）均为空心结构且二者内部均设置有多个滚珠（23）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的利用风能降温和发电的节能降温系统 ，其特征在于：所述排风扇（7）的转轴A与转轴B（9）的连接部设置有一个塔型齿轮A（24），塔形齿轮A（24）的外径从上到下逐渐减小，所述转轴B（9）上设置与塔形齿轮A相配合的塔形齿轮B（25）。

6.根据权利要求5所述的利用风能降温和发电的节能降温系统 ，其特征在于：所述转轴B（9）上设置有磁体（26），位于磁体（26）的侧面固定设置有磁控开关（27）。