一种基于电场强化换热的数据机房自然冷却系统的制作方法

本发明属于数据机房空调节能技术领域，具体涉及一种基于电场强化板式空气换热器的数据机房自然冷却系统。

背景技术：

电场流体动力学ehd(electrohydrodynamics)理论主要应用是将电场理论引入到传热领域进行强化传热，属于一种主动强化传热技术。电场强化传热技术基本原理是在流体中施加电场，利用电场、流场和速度场的相互作用和协同作用，达到强化传热的目的。在电场作用下，电极附近的气体分子发生电离，大量离子运动产生的电晕风对换热面附近的气体运动产生很大的扰动，从而大大地加强了流体与换热面之间的换热。在自然对流以及速度较低的强制对流中，电场强化传热效果十分显著。

owsenek等研究表明，电场强化下的自然对流换热系数远远大于没有电场强化的自然对流换热系数。在实验条件下，以空气为介质，调整电极与换热面距离，限定电压等实验参数，电场强化传热效果十分明显，电场强化下的自然对流换热系数可达到没有电场强化时的25倍(owsenekb.l.,seyed-yagoobij.,pager.h.experimentalinvestigationofcoronawindheattransferenhancementwithaheatedhorizontalflatplate.asmejournalofheattransfer,1995,117(5):309-315；owsenekb.l.,seyed-yagoobij.,theoreticalandexperimentalstudyofelectrohydrodynamicheattransferenhancementthroughwire-platecoronadischarge.asmejournalofheattransfer,1997,119:604-610)。

对于强迫对流，研究表明，随着雷诺数的增加，电场强化作用则相应减小。研究表明在实验条件下，在雷诺数re较小的强迫对流换热中，以空气为介质的实验条件下，对流换热系数可增强2～2.5倍。在雷诺数re大于4000以上的强迫对流换热中，电场强化传热效果则不明显(velkoffh.r.,godfreyr.low-velocityheattransfertoaflatplateinthepresenceofcoronadischargeinair.asmejournalofheattranfer,1979,101(2):157～163；mizushimat.,uedah,etal.effectofelectricallyinducedconvectiononheattransferofairflowinanannulus.j.chen.eng.japan,1976,9:97-102)。

国内相关研究也指出，采用电场强化能显著地提高空气与换热面之间的换热效率(许洁.以空气为介质的电场强化换热理论与数值计算.东华大学硕士学位论文，2009；岳永刚等.气体放电对金属平板强化传热作用的研究.中国机电工程学报.vol.26,no.2,2006:91-95)。

电场强化传热虽然电极需要施加高电压，但是其电流极小，所消耗的电功率几乎可以忽略不计。所以，电场强化传热具有强化传热效果显著、功耗低、易于控制、成本低等优点。电场强化传热作为有效的节能技术，有十分广阔的应用。

保持数据机房中空气在允许的温度、湿度及洁净度范围内，是数据机房正常运行的必要条件。数据机房通常需要常年不间断运行，数据机房设备运行时发热量很大，所以，需要对数据机房空气进行常年不间断降温处理。数据机房采用传统的蒸汽压缩式制冷降温系统常年运行，其降温系统能耗巨大，空调能耗将占到整个数据机房能耗的一半左右。然而，室外空气全年温度变化范围大，在过渡季节及冬季室外空气温度较低时，可以作为数据机房的自然冷源加以利用，以减少压缩式制冷数据机房空气降温系统的运行时间，将大大减少数据机房降温系统的能量消耗。

目前，利用室外空气作为数据机房自然冷源的技术方案有以下几种常见方式。一是直接将室外冷空气过滤后送入数据机房，这种方式存在新风过滤设备初投资大以及运行费高等不足。二是采用转轮式空气换热器，室外空气与回风换热，回风被冷却后再送入数据机房，这种方式具有换热效率高的优点，但是也存在设备尺寸大，占用机房面积多，以及转轮式空气换热器中空气渗透量较大，导致回风容易被污染等不足。三是采用板翅式空气换热器，这种方式具有换热效率较高及回风不易被污染等优点，但是存在板翅式空气换热器内部结构复杂、空气阻力较大、易积灰、不易清洗等不足。

技术实现要素：

本发明针对采用室外空气作为数据机房自然冷源常用方式的不足，提出一种基于电场强化板式空气换热器的数据机房自然冷却系统。

本发明采用的技术方案为：一种基于电场强化换热的数据机房自然冷却系统，新风进风口7一端连通室外空气，另一端与换热器2的新风通道8连通，新风通道8与新风出风口6连通，新风出风口6与室外空气连通；回风进风口1一端与数据机房内空气连通，另一端连通换热器2的回风通道9，回风通道9与冷气送风口3连通；通过冷气送风口3将冷却后的回风送入数据机柜5内冷却数据服务器；通过回风口4将数据机柜5内的热风排入数据机房内。

所述的换热器2的腔体通过换热板10分隔为新风通道8和回风通道9，换热板10的两侧分别设置两排电极11，其中一排电极位于新风通道，另一排电极位于回风通道；在换热器2内，新风与回风通过换热板10交换热量，新风与回风不直接接触，所以回风不受新风污染。

按上述技术方案，新风进风口7位于换热器2的下部，回风进风口1位于换热器2上部，有利于形成较强的逆流换热效果。

按上述技术方案，电极11下部部分插入l形下电极固定端13内，下电极固定端设有圆形凹槽，便于电极插入；电极上部则穿过l形上电极固定端12，上电极固定端设有穿透的圆柱形孔洞，便于电极固定及电线14引出；分别在上下位置处，将一根u形螺杆15穿过换热板，通过压紧螺母将电极固定端压紧在u形螺杆上；电极11上部由电线14将其与电压发生器相连，电极11被施加电压后，将大大地增强空气与换热板的换热效率；上电极固定端12和下电极固定端13采用绝缘材料制作而成。

按上述技术方案，换热板10与换热器外壳19与大地连接，形成地极。

按上述技术方案，所述的换热器2的腔体内设置有多个换热板，每个换热板两侧各有新风通道和排风通道。

本发明提出采用电场强化的板式空气换热器对数据机房回风进行自然冷却的方法。由于本发明采用电场强化传热，板式换热器中的换热板可采用光板，不需要新风过滤设备等。所以，本发明具有换热效率高、回风不易被新风污染、空气阻力小，积灰少、结构简单、尺寸适中、运行费用低等优点。电场强化传热虽然电极需要施加高电压，但是其电流极小，所消耗的电功率几乎可以忽略不计。所以，电场强化传热具有强化传热效果显著、功耗低、易于控制、成本低等优点。

本发明主要优点为：电场强化传热具有强化传热效果显著、不污染回风、能耗低、空气阻力小、积灰少、设备简单、尺寸适中、初投资低、运行费用低、易于控制等优点。

附图说明：

图1本发明实施例示意图

图2电场强化板式空气换热器实施例结构示意图

图3多通道电场强化板式空气换热器实施例气流组织示意图

具体实施方式

为了直观地阐述本发明的技术方案，结合图1、图2和图3对本发明实施例进行说明。

如图1和图2所示，一种基于电场强化换热的数据机房自然冷却系统，换热器2置于制冷机房21内，换热器2的回风通道9与数据机房20之间开有回风进风口1，换热器2的回风通道9与数据机柜5之间开有冷气送风口3，数据机柜5与数据机房20之间开有回风口4。新风进风口7一端连通室外空气，另一端与换热器2的新风通道8连通，新风通道8与新风出风口6连通，新风出风口6与室外空气连通；回风进风口1一端与数据机房20内空气连通，另一端连通换热器2的回风通道9，回风通道9与冷气送风口3连通；通过冷气送风口3将冷却后的回风送入数据机柜5内冷却数据服务器；通过回风口4将数据机柜5内的热风排入数据机房20内。

如图1和图2所示，换热器2的腔体通过换热板10分隔为新风通道8和回风通道9，换热板10的两侧分别设置两排电极11，其中一排电极位于新风通道，另一排电极位于回风通道；换热器2内，新风与回风通过换热板10交换热量，新风与回风不直接接触，所以回风不受新风污染；电极11被施加电压后，将大大地增强空气与换热板10的换热效率。

如图2所示，电极11各自被固定在换热板10附近，电极11下部部分插入l形下电极固定端13内，下电极固定端设有圆形凹槽，便于电极插入；电极上部则穿过l形上电极固定端12，上电极固定端设有穿透的圆柱形孔洞，便于电极固定及电线14引出；分别在换热板上下位置处，将一根u形螺杆15穿过换热板，通过压紧螺母18将电极固定端压紧在u形螺杆上；电极11上部由电线14将其与电压发生器相连，电极11被施加电压后，将大大地增强空气与换热板的换热效率；在u形螺杆15穿越换热板处，于换热板两侧设置密封垫片17，通过压紧螺母16将密封垫片17紧贴换热板10，密封垫片17的作用是阻止空气通过u形螺杆15与换热板10之间的缝隙进行渗透，防止回风被新风污染。上电极固定端12和下电极固定端13采用绝缘材料制作而成。换热板10与换热器外壳19与大地连接，形成地极。

根据换热量大小，换热器2的腔体内可设置多个换热板，每个换热板两侧各有新风通道和回风通道；图3为设置三个换热板、四个气流通道的电场强化换热器实施例的气流组织示意图，该实施例设置有三个换热板：换热板10-1、换热板10-2、换热板10-3，形成四个气流通道：新风通道8-1、回风通道9-1、新风通道8-2、回风通道9-2。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。