关于电柜空调及冷凝器设计的一些看法

                       上海衍海制冷设备有限公司 徐衍隽

一、 摘要

电柜空调是指使用在电气控制柜上，能有效对于柜内发热元件冷却的空调装置，其基本原理与家用空调相似，但对于电气控制柜的特殊性（如安装特性、电源特性、控温特性和环境特性等）做了完全的特殊设计。

对于任何空调而言，冷凝器的设计都是至关重要的，往往直接决定着系统的运行稳定性。

二、 电柜空调冷凝器的一些类型

由于电气控制柜对于水的禁忌，目前国内外主流电柜空调均采用空气冷却式冷凝器，只有少数特殊场合(主要是大制冷量需求的现场)采用了水冷式冷凝器。

目前来说，空气冷却式冷凝器主要采用的是高效套片管式冷凝器，其中还有很多分类，在本文论述的制冷系统中，主要采用的是空气受迫运功的高效套片管式冷凝器。

它是用0.1～0.4mm厚的铝片套在φ7.94～φ16的紫铜管上组成(如图一所示)翅片上的管孔系冲压而成，且带有翻边，以增加翅片与管子间的接触面积，还可以保证翅距的作用。目前主流的生产厂商均已采用机械胀管，胀管量比较均匀，接触热阻也小，管内的清洁度也有保障。

                                 图一

为了强化空气侧的换热，还将翅片压成凹凸形，波纹形或条形，约可提高空气侧换热系数20～60%。

另外，由于系统设计的一些特殊要求（对于电气柜空调而言主要的安装面的尺寸）也会采用一些新颖的换热器做为冷凝器。如我公司（衍海制冷）在GYF-300H中采用的铝制单侧边翅片盘管（如图二所示），其优点就是在小制冷量需求（500W以下）时可以按设计要求盘成各种形状，灵活多变。

                                    图二

三、 目前电气柜空调冷却器设计的局限和改进

由于电气柜尺寸的特殊性，一般给予空调的安装面都比较窄，一般都在500mm以下，少数的在400mm以下（如我司改造的上海通用汽车南厂喷漆线（德国杜尔）的项目）。

因此，在为了既要满足足够的换热面积，还要满足尺寸的限制，国外很多厂商最初采用了如图三所示的布局方法。

                                  图三

同样的，当类似设备引入国内的时候，国内很多厂商也就直接抄袭，其实这里有很多局限性。

(一)、由于空气流动方向为换热器的高度方向，1其途径的管数远远超过6排以上，而冷凝器沿空气流动方向的管排数愈多，则后面几排的传热量愈少。因此，当超过6排（其实最佳是4排）后，再多的换热面积也是没有效率的，还会徒增风阻。

(二)、如此的布局对于风机风压得要求也高，一般来说迎面风速愈高，则传热系数也愈高，但迎面风速愈高时阻力增大，风机消耗的电能也相应增加，所以风速一般取2.5～3.5m/s为宜，而且由于风压得高要求，厂商直接采用离心风机吹，这样不仅噪音会大，而且对于冷凝器来说边缘的不均匀性会加剧，这样也会降低冷凝器效率。

(三)、这样的布局在空调停机时在冷凝器顶部积灰尘，由于很多电柜是安放在车间环境中的（特别有些在机床旁边），属于严重的油雾环境，所以一旦积灰很难清除，这时冷凝器的效率会大幅下降。

而我公司目前采用了一种特殊布局法（如图四所示）来避免上述三个问题。

                                 图四

(一)、由于本方案中我们采用了常规进气方式，空气流动方向冷凝器的排数不高于4排（绝大多数机型设计时控制在排），这样的传热效率是最高效的，风阻也小。

(二)、我们采用两台轴流风扇的吸风式布局方式，噪音低，风量的边缘均匀性好，在特殊的场合两台风机也可以起到备份作用。

    当然，我们这样的布局方式会导致成本增加，而且，机组的厚度会比较厚，这样会增加一些重量。

         以上两种布局方式的优劣在一些高温现场表现的尤为明显。例如海尔合肥工厂的两条冰箱内胆生产线上，原先一条采用的是国外的这种布局方式的空调，另一条则是衍海制冷的电柜空调。到了夏季，采用国外的布局方式的空调全部故障，而我们的机组运行正常，后来在海尔专业的研判下也认同了布局方式的影响，最终将国外布局方式机组的生产线也改造成我司的产品。

            当然，国外的这种布局方式也是应对欧洲（特别是德国28℃环境温度的设计工况）的低温工况以及工厂车间整体的恒温条件，但对于我们国内目前的工厂环境和工况要求是严重不适的。

            正是由于原先吸风布局存在的局限性，国外一些大厂商也在一直进行探索，目前某厂商的产品已经做了修改，如图五所示：

                                              图五

            这样的修改也能使空气流动方向的管排数降低到6排以内，能部分达到提高换热效率的目的，但是风流的不均匀性依然没有改善。而且，这样的布局也会带来成本和重量的增加，并且机组的高度方向尺寸也会偏大。

四、 总结

    以上只是个人一些在实际设计工作中的心得体会而已。由于换热器设计本身是一项艰巨的挑战，在不同的环境下，不同的数学模型下，结果相差很大，甚至相反。

    对于这样一个热力学部件其实最关键的是不停的试验实践，符合需求的设计才是一个好的设计。

    相信经过我们行业内大量工程技术人员的努力，一定会找出一个符合行业需求的相对完美的数学模型来。

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