风冷冷水机组冷凝部分的设计及探讨

风冷冷水机组冷凝部分的设计及探讨

许萍

北京贝科溥制冷设备有限公司北京102208

摘要:风冷冷凝部分是风冷冷水机组的重要组成部分，因此在设计中要加以重视。着重对风冷冷水机组冷凝部分的常规结构进行了阐述和分析，并针对性地提出了一些新的设计思路以解决实际应用中经常遇到的一些难题，希望对相关设计人员有一定的参考与借鉴意义。

关键词：风冷冷水机组；冷凝部分设计方案；隔风板

1原因分析

风冷冷水机组，其制冷系统（图1）。有压缩机、冷凝器械、膨胀阀以及蒸发器一同构成的。其工作过程如下：制冷剂在压力P0、温度t0下沸腾，t0低于被冷却流体的温度。压缩机连续的地吸走蒸发器制造的气体，并且把它压缩至冷凝压力Pk，之后运输至冷凝器，压力Pk后，等压冷却以及冷凝为液体，制冷剂冷却，以及冷凝的时候，释放的热量传送至空气，和Pk相对的冷凝温度：tk，其温度必须要大于冷却介质，冷凝后液体经过膨胀阀，输送到蒸发器。再经过膨胀阀的时候，压力从Pk降至P0，一些液体被气化，剩下的液体，其温度降到t0，离开膨胀阀的制冷剂，成为温度是t0的混合物体。其中的液体会在蒸发器中气化，从被冷却的物体里，吸收所需。

工业的风冷冷水机组，其冷凝环节一般依据图2方法，外界的冷空气通过U形的冷凝器，被其向上吹，冷风经过U形的冷凝器，将制冷剂温度降低，与冷凝时释放出的热量被带走，确保制冷系统可以正常的运作。冷凝器与冷凝风机的设计选择，要通过核算与试验，确保经过冷凝器的冷风风量，正好可以带走制冷剂冷却与冷凝时，释放出来的热量。下面以本人为冷却核磁共振设备设计的一款风冷冷水机组为例，分析随刮风风力增大，冷凝器换热情况。

图2冷凝部分布局、气流组织示意图

当出现0级至4级风，在图3，从A吹往C的时候，A冷凝器的进风外层正压会稍微提升，经过A冷凝器的风量也会稍有提升，经过A冷凝器翅片的风速，也会稍有提升，同时A冷凝器的传热指数也同样提升，导致A冷凝器的换热量一并提升；C冷凝器进风外层的风压稍有降低，那么经过C冷凝器的风量同样降低，经过C冷凝器翅片的风速也同样降低，C冷凝器的传热指数略也是一样，导致C冷凝器的换热量一并降低；经过B冷凝器的风量不改变的时候，B冷凝器的换热量也不改变。那么这样的总体效果就是，冷凝腔里的压力不会有变化，冷凝器的换热量也不会有变化，冷水机组可以达到控温精度的条件。

当出现5级至7级风，在图3，从A吹往C的时候，A冷凝器入风的外层正压会显著提升，经过A冷凝器的风量也会显著提升，经过A冷凝器翅片的风速同样提升，A冷凝器的传热指数也是一样提升，导致A冷凝器的换热量也一同被提升；C冷凝器入风的外层风压会显著减小，经过C冷凝器的风量也会减小，经过C冷凝器翅片的风速也是同样，C冷凝器的传热指数一同减小，导致C冷凝器的换热量一同减小；经过B冷凝器的风量没有变化，那么B冷凝器换热量也没有变化。整体的效果为冷凝腔里的压力会提升，冷凝风机的运作速度增加，可以为A换热量的提升不大于C冷凝器换的热量，冷水机组的制冷量就会减小，这时，设计冷水机组的剩余量正好可以控制制冷量的减小，就可以刚好达成控温精度的条件。

图3冷凝部分布局图

当出现8级风，在图3，从A吹往C的时候，A冷凝器入风的外层正压有提升，经过A冷凝器的风量也有提升，经过A冷凝器翅片的风速同样提升，A冷凝器的传热指数也是一样，导致A冷凝器的换热量一并提升；C冷凝器入风的外层风压减小，经过C冷凝器的风量出现降低，也有可能为0，经过C冷能器翅片的风速同样减小或为0，C冷凝器的传热指数也是减小，导致C冷凝器的换热量一并减小或者为0；经过B冷凝器的风量没有变化。整体的作用为冷凝腔内的压力提升，冷凝风机的运作速度增加，可是因为A换热量的提升，不大于C冷凝器换热量的降低，冷水机组的制冷量就会减小很多，低于热负荷，无法达成控温精度的条件。

根据上述的解析，我们能看出：跟着风力的提升，冷凝器入风一侧的风压，和冷凝腔风压会出现很大的变革，风力高于8级的时候，会出现制冷量急剧减小，热负荷会大于制冷量，冷水机组无法达到控温精度的条件。

2冷凝部分设计方案探讨

根据上述原因分析，笔者对冷凝部分的结构作过改进设计，改进后的结构布局图见图4。于冷凝腔中，增添隔风板，让原有的一个冷凝腔成为三个冷凝腔，既能合理的解决风力对冷空气经过A、B、C时，冷凝风量的变化，确保制冷量没有减小，保证冷水机组的制冷量和控温精度。下面分别介绍如下。

图4冷凝部分布局改进图

当出现0级至4级风，在图4，从A吹往C的时候，A冷凝器入风的外层正压会有提升，经过A冷凝器的风量也有提升，经A冷凝器翅片的风速同样提升，A侧冷凝器的传热指数也会提升，导致A冷凝器的换热量一并提升；C冷凝器入风的外层风压会有减小，经过C冷凝器的风量也会降低，经过C冷凝器翅片的风速同样减小，C冷凝器的传热指数也是，导致C冷凝器的换热量一并减小；经过B冷凝器的风量没有变化。整体的作用为，a冷凝腔的压力提升，b冷凝腔的压力没有变化，c冷凝腔中的压力减小，冷凝器的整体换热量没有变化，冷水机组可以达到控温精度的条件。

当出现5级至7级风，在图4，从A吹往C的时候，A冷凝器入风的外层正压会有提升，经过A冷凝器的风量也提升，经过A冷凝器翅片的风速同样提升，A冷凝器的传热指数也会提升，导致A冷凝器的换热量一并提升；C冷凝器入风的外层风压会有减小，可是c冷凝腔的压力也在减小，经过C冷凝器的风量同样降低，经过C冷凝器翅片的风速也是，C侧冷凝器的传热系数也减小，导致C冷凝器的换热量一并降低；经过B冷凝器的风量没有变化，B冷凝器的换热量也没有变化，整体的作用为a冷凝腔的压力提升，A冷凝器换热量提升；b冷凝腔的压力没有变化，B冷凝器换热量没有变化；c冷凝腔内的压力减小，C冷凝器换热量减小；冷凝器整体的换热量没有变化，冷水机组可以达到控温精度的条件。

当出现8级风，在图4，从A吹往C的时候，A冷凝器入风的外层正压会明显提升，经过A冷凝器的风量也会提升，经过A冷能器翅片的风速同样提升，A冷凝器的传热指数也是一同提升，导致A冷凝器的换热量也提升；C冷凝器入风的外层风压会减小，c冷凝腔中，压力也会降低，经过C冷凝器的风量同样降低，经过C冷凝器翅片的风速一同减小，C冷凝器的传热指数也是减小，导致C冷凝器的换热量一并减小；经过B冷凝器的风量没有变化，B冷凝器的换热量也没有变化。整体的作用为a冷凝腔的压力提升，A冷凝器换热量提升；b冷凝腔的压力没有变化，B冷凝器换热量也没有变化；c冷凝腔中压力减小，C冷凝器换热量减小；冷凝器整体的换热量没有变化，冷水机组就可以达成控温精度的条件。假如风从不同的方向吹往冷凝器的时候，那么效果和上述解析一样。

据上述剖析，我们能知道，在冷凝这部分的构造改善之后，跟着风力的提升，冷凝器的进风侧风压和相对的冷凝腔风压，都会出现不同的转变，在风力高于8级的时候，制冷量依旧不降低，冷水机组能满足控温精度要求。

结束语

对于风冷冷水机组，冷凝腔内加隔风板，使隔风板与“U”形冷凝器的不同侧面形成新的冷凝腔，这样当有风从不同侧面吹过来时，刮风只影响冷凝部分迎风面的那个新冷凝腔的压力（且起到加强换热作用），对背风面的冷凝翅片的进风量影响很小，从而保证了冷凝器在刮风时的换热效果与不刮风时基本一致，提高了机组抗大风影响性能，即提高了机组的环境适应性，经过多次实验验证，此改进有效。此案例具有一定的工程实际意义及参考价值，希望能为相关空调设计人员提供新的借鉴。

参考文献：

1.第四机械工业部第十设计研究院.空气调节设计手册[M]

2.陈卓如.工程流体力学（第二版）