空调器的制作方法

1.本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种空调器结构的改进。


背景技术：

2.现有研究已经揭示，换热器作蒸发器时的流路长度远小于冷凝器时的流路长度。见参考文献：《家用热泵空调器室外机换热器流路优化》。即同一台换热器，作蒸发器时所需要的最佳制冷剂分流路数多于作冷凝器时，比如换热器分为10路时蒸发器能力最大，而在6路时冷凝器才能发挥出最大能力，相同换热器配置仅仅流路方案不同对应的换热器性能差异高达20%以上，因此流路优劣是换热器以及空调器性能的关键。现有技术的流路一般有三种设计方法，一种是按照蒸发器能力最佳（比如上例中分为10路），一种是按照冷凝器能力最佳（比如上例中分为6路），一种是冷凝器和蒸发器之间平衡（比如上例中分为8路）。很显然，以上三种方法均在很大程度上牺牲了性能，难以同时兼顾冷凝器和蒸发器的需求。
3.制冷剂相态差异是换热器流路方案差异的根本原因之一。比如，换热器在冷凝工况下，管内存在较高比例的单相制冷剂换热区，导致制冷剂侧的平均换热系数被拉低，换热器散热慢，从而需要更长的流路长度，而在蒸发工况下，管内制冷剂以两相态为主，制冷剂侧平均换热系数非常高，换热器散热快，从而需要更短的流路长度。
4.现有换热器主要由于制冷制热模式，其内部制冷剂存在有汽态和汽液两相态差异，导致换热系数变化大，压损差异明显，最终导致在制冷制热模式下换热器需要流路支路数量和流路长度不一致，两者不能达到平衡需求。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中换热器在制冷和制热模式因相态差异导致其作为蒸发器和冷凝器所需流路长度和流路数量不能达到最佳的问题，本发明提供一种新型的空调器，其将换热器中的流路通过分流管和分流器进行连接，以使得换热器中形成有内部流动冷媒始终为两相态的中部换热流路，并在中部换热流路中设置一个流路结构即可，使得换热器作为蒸发器和冷凝器时采用同一流路，实现了最优流路长度的一致。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空调器，包括有：制冷循环回路，由压缩机、换热器、四通阀连接形成，所述换热器分别配置有和其连接的主气管和主液管；分流组件，连接在所述换热器的流路上，包括有分流管和分流器，以将所述换热器沿其高度方向从上到下分割形成：上部换热流路，连接在所述主气管和所述分流管之间；内部流动冷媒为汽液两相的中部换热流路，连接在所述分流管和所述分流器之间;以及下部换热流路，连接在分流器和主液管之间；
其中，中部换热流路所占换热器的高度比例大于上部换热流路、下部换热流路任一换热流路所占的高度比例。
7.在本技术的一些实施例中，所述上部换热流路高度、所述中部换热流路高度和所述下部换热流路高度分别为h1、h2、h3，其三者高度比例满足：h1/（h1 h2 h3）=0.1~0.3，h2/（h1 h2 h3）=0.6~0.8。
8.在本技术的一些实施例中，所述中部换热流路、上部换热流路和下部换热流路均对应配置有分流支路，所述中部换热流路对应的分流支路的数量大于上部换热流路和下部换热流路中任一换热流路对应的分流支路数量。
9.在本技术的一些实施例中，所述中部换热流路由连接在分流管和分流器之间的中部冷媒管组形成，所述中部换热流路包括有多条中部分流支路；其中，在制冷制模式和制热模式下对应的中部分流支路的数量相同；每一中部分流支路均包括有进口和出口；在制冷模式下，每一中部分流支路的出口数量不少于进口数量；在制热模式下，每一中部分流支路的进口数量不小于出口数量。
10.在本技术的一些实施例中，制冷模式下的中部分流支路出口数量和制热模式下中部分流支路的进口数量相同。
11.在本技术的一些实施例中，在制冷模式下冷媒在多条中部分流支路中的流动路径和制热模式下冷媒在多条中部分流支路中的流动路径相同，流动方向相反。
12.在本技术的一些实施例中，多条中部分流支路对应的流路长度不同。
13.在本技术的一些实施例中，上部换热流路，由连接在主气管和分流管之间的上部冷媒管组形成;其中，上部换热流路包括有蒸发模式和冷凝模式，在冷凝模式时，在主气管和分流管之间的上部冷媒管组依次连接形成一进一出的上部冷媒流路；在蒸发模式时，在分流管和主气管之间的冷媒管组之间形成多条n进m出的上部分流流路，其中， n》1,m≥n。
14.在本技术的一些实施例中，下部换热流路，由分流管与主液管之间的下部冷媒管组连接形成。
15.在本技术的一些实施例中，在上部换热流路中，主气管与换热器靠近出风一侧的换热管连接，分流管与换热器靠近进风一侧的换热管连接；在中间换热流路中，分流管与所述换热器靠近出风一侧的换热管连接，分流器与换热器靠近进风一侧的换热管连接；在下部换热流路内，所述分流器与换热器靠近出风一侧的换热管连接，所述主液管与换热器靠近进风一侧的换热管连接。
16.本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明提出的空调器，在结构设置时，将换热器中的换热管组通过分流器和分流管的连接作用以将换热器内部分割形成上部换热流路、中部换热流路和下部换热流路，并且使得起主要换热作用的中部换热流路中的冷媒无论在制冷还是制热下始终为汽液两相态，使得在中部换热流路中的流路变化不受冷媒相态影响，即制冷或制热模式下，中部换热流路采用一种流路结构即可实现冷凝工况和蒸发工况性能均处于最佳状态，从根本上消除了换热器作为冷凝器和蒸发器间的流路诉求的矛盾；并且，占换热器比例最高的中部换热流路冷媒始终处于两相态，还消除了换热管之间因温度差异导致的无效热传递，使换热器性能提升1%~3%，提高了换热器的能效；相比现有可变流路技术和高额的成本增加，本发明的换热器无任何新增零部件，对于空调器及换热器而言，成本几乎零增加，降低了生产成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例中空调器的结构原理图；图2为本发明实施例中空调器的换热器的结构示意图；图3为本发明实施例中空调器的上部换热流路处于冷凝模式的流路结构图；图4为本发明实施例中空调器的上部换热流路处于蒸发模式的流路结构图；图5为本发明实施例中空调器的中部换热流路的一种实施方式的流路在制冷模式下冷媒流向结构示意图；图6为本发明实施例中空调器的中部换热流路的一种实施方式的流路在制热模式下冷媒流向结构示意图；图7为本发明实施例中空调器的中部换热流路的另一种实施方式的流路在制冷模式下冷媒流向结构示意图；图8为本发明实施例中空调器的中部换热流路的另一种实施方式的流路在制热模式下冷媒流向结构示意图；图9为本发明实施例中空调器的下部换热流路的一种实施方式的流路结构示意图。
19.图10为本发明实施例中空调器的流路结构对应的换热器作为蒸发器和冷凝器对应的流路长度曲线图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
23.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.实施例一本实施例提供的一种空调器通过使用压缩机810、冷凝器、四通阀820、蒸发器来执行空调器的制冷制热循环。制冷制热循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，对室内空间进行制冷或制热。
25.本实施例中空调器中包含的换热器为蒸发器和冷凝器。
26.低温低压制冷剂进入压缩机810，压缩机810压缩成高温高压状态的冷媒汽体并排出压缩后的冷媒汽体。所排出的冷媒汽体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的冷媒冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。
27.膨胀阀使在冷凝器中冷凝形成的高温高压状态的液相冷媒膨胀为低压的液相冷媒。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的冷媒，并使处于低温低压状态的冷媒汽体返回到压缩机810。蒸发器可以通过利用冷媒的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调器可以调节室内空间的温度。
28.空调器的室外机是指制冷循环的包括压缩机810、室外换热器840和室外风机的部分，空调器的室内机包括室内换热器830和室内风机的部分，并且节流装置（如毛细管或电子膨胀阀）可以提供在室内机或室外机中。
29.室内换热器830和室外换热器840均为换热器，其均可以用作冷凝器或蒸发器。当室内换热器830用作冷凝器时，空调器执行制热模式，当室内换热器830用作蒸发器时，空调器执行制冷模式。
30.其中，室内换热器830和室外换热器840转换作为冷凝器或蒸发器的方式，一般采用四通阀820，具体参考常规空调器的设置，在此不做赘述。
31.空调器的制冷工作原理是：压缩机810工作使室内换热器830（在室内机中，此时为蒸发器）内处于超低压状态，室内换热器830内的液态冷媒迅速蒸发吸收热量，室内风机吹出的风经过室内换热器盘管降温后变为冷风吹到室内，蒸发汽化后的冷媒经压缩机810加压后，在室外换热器840（在室外机中，此时为冷凝器）中的高压环境下凝结为液态，释放出热量，通过室外风机840，将热量散发到大汽中，如此循环就达到了制冷效果。
32.空调器的制热工作原理是：汽态冷媒被压缩机810加压，成为高温高压汽体，进入
室内换热器830（此时为冷凝器），冷凝液化放热，成为液体，同时将室内空汽加热，从而达到提高室内温度的目的。液体冷媒经节流装置减压，进入室外换热器840（此时为蒸发器），蒸发汽化吸热，成为汽体，同时吸取室外空汽的热量（室外空汽变得更冷)，成为汽态冷媒，再次进入压缩机810开始下一个循环。
33.本技术中提出的换热器为蒸发器或者冷凝器。
34.本实施例中的换热器流路结构与现有技术中换热器流路不同。
35.在具体设置时，在换热器中连接分流组件，所述分流组件包括有分流管300和分流器400。
36.由于换热器在进行换热过程中，在冷媒流经过其内部进行换热时必然会经过从汽态到汽液两相态再到液态的变化，即在其内部必然会存在有部分区域为汽态，部分区域为汽液两相态，部分区域为液态。
37.本实施例中通过设置的分流器400和分流管300，以将整个换热器的整体流路进行分开，以使得换热器内部沿其高度方向从上到下形成有：上部换热流路500、中部换热流路600和下部换热流路700。
38.其中，上部换热流路500，连接在所述主气管100和所述分流管300之间；中部换热流路600，连接在所述分流管300和所述分流器400之间，内部流动冷媒为汽液两相；以及下部换热流路700，连接在分流器400和主液管200之间；其中，中部换热流路600所占换热器的高度比例大于上部换热流路500、下部换热流路700任一换热流路所占的高度比例。
39.中部换热流路600所占换热器的高度比例较大，可确保中部换热流路600为换热器的主要换热部分，即表示中部换热器的换热性能变化对整个换热器影响变化较大，而上部换热流路500和下部换热流路700对换热器的换热性能影响较小。
40.通过分流器400和分流管300的分割以及连接作用形成的中间换热流路，可保证无论在制冷还是制热模式下，在中间换热流路中的流动的冷媒始终处于两相状态，这样无论换热器应用于空调器中进行制冷或进行制热，其受冷媒相态变化影响不大。
41.并且，由于内部冷媒的相态始终为两相态，对应的制冷或制热状态时的冷媒的压损和换热系数相近，这样可使得在对中间换热流路的流路结构进行设置时，使得制冷制热采用同一流路结构即可。
42.制冷和制热时均采用同一流路，实现了换热器作为冷凝器和蒸发器的最大能力所对应的最优流路长度趋于一致，如图10所示，充分提升和释放了换热器的性能。
43.此外，由于中间换热流路换热管内制冷剂处于两相态，此时无论流路如何变化，在中间换热流路的所有换热管内制冷剂温度近似相等，制冷剂持续与空汽发生潜热交换，但是制冷剂温度近似恒定，从而消除了换热管内制冷剂因为温度差异导致的无效热传递的现象（ "热短路"），从而提升换热器性能。本实施例中分流管300和分流器400的具体连接位置会因为换热器高度和大小不同而改变，但上部换热流路500、中部换热流路600、下部换热流路700沿着换热器高度方向具有特定的比例。
44.在本技术的一些优选的实施例中，
上部换热流路500高度、中部换热流路600高度和下部换热流路700高度分别为h1、h2、h3，其比例满足：h1/（h1 h2 h3）=0.1~0.3，h2/（h1 h2 h3）=0.6~0.8。
45.同一台换热器，h1、h2和h3可用根据应用场景变化，并通过外设流动控制阀和管组进行调节。
46.通过合理设置规划设定上部换热流路500高度、下部换热流路700高度和中部换热流路600高度可以保证处于中间位置处的中部换热流路600中流动的冷媒无论在制冷和制热模式下流动冷媒均为汽液两相态冷媒。
47.在本技术的一些实施例中，中部换热流路600对应的分流支路数量大于上部换热流路500和下部换热流路700中任一换热流路对应的分流支路数量，以使得中部换热流路600为主要换热流路，保证了其主要的换热作用。
48.在本技术的一些实施例中，所述中部换热流路600由连接在分流管300和分流器400之间的中部冷媒管组形成，所述中部换热流路600包括有多条中部分流支路610；其中，在制冷制模式和制热模式下对应的中部分流支路610的数量相同；每一中部分流支路610均包括有进口和出口；在制冷模式下，每一中部分流支路610的出口数量不少于进口数量；在制热模式下，每一中部分流支路610的进口数量不小于出口数量。
49.实际上，制冷和制热模式下的进出口对调，流路未发生改变。
50.制冷模式下的中部分流支路610出口数量和制热模式下中部分流支路610的进口数量相同。
51.在本技术的一些实施例中，在流路结构设置时，将中间换热流路设置为包括有4条中部分流支路610，每一条中部分流支路610均包括有一个进口和一个出口；在制冷模式时，中部分流支路610的出口数量和进口数量相等，均为1，在制热模式时，中部分流支路610的出口数量和进口数量相等，均为1，即满足在制冷模式下，每一中部分流支路610的出口数量不少于进口数量；在制热模式下，每一中部分流支路610的进口数量不小于出口数量。
52.在制冷模式下冷媒流动时，冷媒分别沿4条中部分流支路610如图5所示的箭头流动；在制热模式下冷媒流动时，冷媒同样沿4条中部分流支路610流动，但其流动方向与制冷模式流向相反，如图6箭头所示。
53.即在制冷和制热模式下，位于中部换热流路600中的冷媒流经过的为同一流路结构，使得换热器作为蒸发器和作为冷凝器使用时最优流路长度趋于统一，解决了换热器作为蒸发器和冷凝器使用时流路不能平衡的问题，如图10曲线所示。
54.在本技术的一些实施例中，在制冷模式下冷媒在多条中部分流支路610中的流动路径和制热模式下冷媒在多条中部分流支路610中的流动路径相同，流动方向相反。
55.在本技术的另一些实施例中，将中间换热流路设置为包括有2条中部分流支路610，每一条中部分流支路610在制冷模式时均包括有一个进口和2个出口；
在制热模式时，冷媒反向流动，其对应的每一中部分流支路610则对应的包含有2个进口，1个出口。
56.在冷媒流动时，制冷和制热模式下仅仅是进出口进行了对调，而整个流路结构未发生改变。
57.本实施例中将中部换热流路600中的多条中部分流支路610的进口和出口进行设置，可进一步提高中部换热流路600部分对应的换热性能。
58.当换热器处于制冷模式时，冷媒从换热器上部、中间内均为两相制冷剂，上部为两相或者汽相制冷剂，沿着流动方向，中间换热流路的所有中部分流支路610内的制冷剂干度和流速逐渐增加，制冷剂的压力损失也越来越大，因此需要增加支路数量，以减小压力损失，也即出口的数量不少于进口数量。当换热器处于制热模式下，换热器上部、下部均为单相制冷剂，中间换热流路主要为两相制冷剂，沿着流动方向，中间换热流路的所有中部分流支路610的制冷剂干度和流速逐渐减小，制冷剂的换热系数也趋于降低，因此需要减少支路数量，以提升制冷剂流速和换热系数，也即进口的数量不少于出口数量。
59.在本技术的一些实施例中，多条中部分流支路610对应的流路长度不同，每个中部分流支路610会对应不同流路长度，每个中部分流支路610的流路长度取决于该支路所对应的迎面风速。
60.在本技术的一些实施例中，上部换热流路500，由连接在主气管100和分流管300之间的上部冷媒管组形成;其中，上部换热流路500包括有蒸发模式和冷凝模式，在冷凝模式时，在主气管100和分流管300之间的上部冷媒管组依次连接形成一进一出的上部冷媒流路；在蒸发模式时，在分流管300和主气管100之间的冷媒管组之间形成多条n进m出的上部分流流路，其中， n》1,m≥n。
61.n进m出的上部分流流路可通过连接在上部冷媒管组中的弯头、异形三通来连接构成，具体可参照现有技术中还的流路设计方式，在此不做赘述。
62.主要由于：在冷凝模式从主气管100进入换热器的制冷剂为过热汽体，而单相汽态制冷剂的换热系数低下，此时1进1出流路可用最大限度提升汽态制冷剂的流速，进而增大对流换热系数，提升上部换热流路500的换热能力。
63.在蒸发模式下从分流管300进入上部换热流路500的制冷剂为接近饱和的汽液两相态，此时制冷剂的对流换热系数极高，需要增加分路数降低制冷剂的流阻，采用n进m出的流路（n》1,m≥n）对换热器性能有利。
64.在本技术的一些实施例中，下部换热流路700，由分流管300与主液管200之间的下部冷媒管组连接形成。
65.下部换热流路700可采用一进一出的流路即可，在此不做赘述。
66.空调产品中的换热器一般具有多列、固定的送风方向和制冷剂进出口方向，当制冷剂从靠近进风方向的某一列的换热管进入换热器时，常常将之为顺流，当制冷剂从靠近出风方向的某一列的换热管进入换热器时，常常称之为逆流。
67.换热器在逆流时的效率高于顺流，但是受结构限制，换热器只能在制热或者制冷中选择一种模式进行逆流流路设计。相比制热模式，制冷模式下制冷剂与空气的换热温差
相对较小，采用顺流对换热器性能的影响较小。如果在制热模式下采用顺流，此时换热器性能将出现严重降低，空调性能不达标。因此，本实施例中采用制热模式下逆流，而制冷模式下顺流，以提高换热器效率。
68.在本技术的一些实施例中，在上部换热流路500中，主气管100与换热器靠近出风一侧的换热管连接，分流管300与换热器靠近进风一侧的换热管连接；在制冷模式时，冷媒从分流管300到主气管100，处于顺流，在制热模式下，其则处于逆流。
69.在中间换热流路中，分流管300与所述换热器靠近出风一侧的换热管连接，分流器400与换热器靠近进风一侧的换热管连接；在制冷模式时，冷媒从分流器400到分流管300，处于顺流，在制热模式下，冷媒从分流管300到分流器400则处于逆流。
70.在下部换热流路700内，所述分流器400与换热器靠近出风一侧的换热管连接，所述主液管200与换热器靠近进风一侧的换热管连接。
71.同样的，在制冷模式时，冷媒从主液管200到分流器400，处于顺流，在制热模式下，冷媒从分流管300到分流器400则处于逆流。
72.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。