CN113280500A - 换热组件以及具有其的空调器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种换热组件以及具有其的空调器，包括集气管、换热器、换热器边板和连接管，换热器边板上设置有连接孔；连接管连通集气管，连接管穿过连接孔连通至换热器；在集气管的轴向上，连接管与连接孔之间具有间隙。根据本申请的换热组件以及具有其的空调器，能够防止连接管断裂引起冷媒泄露。

Description

换热组件以及具有其的空调器

技术领域

本申请属于空调器技术领域，具体涉及一种换热组件以及具有其的空调器。

背景技术

目前，空调机组中，连接集气总管和换热器边板的集气连接管采用直管结构设计，且在连接集气管组件换热器边板处均采用圆形孔结构的设计布局方案。

但是，现有的空调机组有集气管接换热器边板连接孔根部冷媒泄漏和连接管冷媒泄漏两种类形。经过发明人仔细查看以及多角度考虑，其原因主要为：一方面，为压缩机的频繁开启引起管路在温度效益影响下出现热膨胀效应，导致管路产生热应力疲劳；另一方面，由于压缩机连接管路在运行状况下不可避免存在振动，经试验测试发现沿着集气管的轴向振动加速度值最大，集气连接管会在热应力作用下产生热变形膨胀，从而导致集气连接管上下切割换热器边板的圆形配合连接孔，引起管路热疲劳直接导致集气连接管口根部折弯断裂，冷媒泄露，严重影响空调的正常运行。

因此，如何提供一种能够防止连接管断裂引起冷媒泄露的换热组件以及具有其的空调器成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种换热组件以及具有其的空调器，能够防止连接管断裂引起冷媒泄露。

为了解决上述问题，本申请提供一种换热组件，包括：

集气管；

换热器；

换热器边板，换热器边板上设置有连接孔；

和连接管，连接管连通集气管，连接管穿过连接孔连通至换热器；在集气管的轴向上，连接管与连接孔之间具有间隙。

优选地，在第一方向上，连接孔横截面的长度为h1，在第二方向上，连接孔横截面的长度为h2；其中，h1>h2；第一方向与第二方向垂直，第一方向与集气管的轴向一致；

和/或，连接孔的数量设置为至少两个。

优选地，连接孔的横截面形状包括椭圆形、U形和腰形中的任一种或几种组合。

优选地，连接管包括弯管段；

和/或，连接管包括柔性段；

和/或，所述连接管的数量设置为至少两个。

优选地，连接管包括Z形管、U形管、螺旋形管、几字形管或M形管中的任一种或几种组合。

优选地，当连接管为Z形管时，Z形管包括依次连接的第一连接管、第二连接管和第三连接管；第一连接管与第三连接管平行，第二连接管与第一连接管呈夹角设置，第二连接管与第三连接管呈夹角设置。

优选地，Z形管的管长为L1；第一连接管和第二连接管的长度均为2L1/5；第一连接管的长度为L1/5；

和/或，第二连接管与第一连接管之间的夹角为60°；

和/或，第二连接管与第三连接管之间的夹角为60°。

优选地，当连接管为U形管时，U形管包括依次连接的第一直管、第二直管和第三直管；集气管与换热器边板之间的距离为L3；第一直管和第二直管之间的夹角小于60°；和/或，第二直管和第三直管之间的夹角为120°和/或，第一直管的管长为2L3/3；和/或，第二直管的长度为3L3/10；和/或，第三直管的长度为2L3/5。

优选地，当连接管为螺旋形管时，螺旋形管包括依次连接的进口直管段、螺旋段和出口直管段。

优选地，集气管与换热器边板之间的距离为L2，螺旋段的螺距为d1，螺旋段的内径为d2，螺旋形管的管径为d3；进口直管段的长度为2L2/5；和/或，d2＝2L2/5；和/或，d1<2d2/5；和/或，d1＝1.5d3～2d3。

优选地，螺旋段为由管弯曲形成的螺旋结构；进口直管段的延伸方向与螺旋结构的轴向一致；和/或，出口直管段的延伸方向与螺旋结构的轴向一致。

优选地，当连接管为几字形管或M形管时，几字形管或M形管的每个拐角的弯曲或弯折角度大于60°。

根据本申请的再一方面，提供了一种空调器，包括换热组件，换热组件为上述的换热组件。

本申请提供的换热组件以及具有其的空调器，通过在集气管的轴向上，对连接管与连接孔之间设置间隙，既扩大了连接管与换热器边板结构的配合空间，又释放了连接管与换热器边板孔径在周向的自由度，解决了由于连接管在温度效益影响下产生的热应力和热变形涨管，以及整机在正常运行状态下，连接管上下振动切割与其配合的换热器边板连接孔，而导致的连接管疲劳断裂问题，能够防止连接管断裂引起冷媒泄露。

附图说明

图1为本申请实施例的换热组件的结构示意图；

图2为本申请实施例的换热边板的结构示意图；

图3为本申请实施例的Z形连接管的结构示意图；

图4为本申请实施例的Z形连接管的结构示意图；

图5为本申请实施例的U形管的结构示意图；

图6为本申请实施例的螺旋形连接管的结构示意图；

图7为本申请实施例的螺旋形连接管的结构示意图。

附图标记表示为：

1、换热器边板；11、连接孔；2、集气管；3、连接管；31、Z形管；311、第一连接管；312、第二连接管；313、第三连接管；32、U形管；321、第一直管；322、第二直管；323、第三直管；33、螺旋形管；331、进口直管段；332、螺旋段；333、出口直管段。

具体实施方式

结合参见图1所示，一种换热组件，包括集气管2、换热器、换热器边板1和连接管3，换热器边板1上设置有连接孔11；连接管3连通集气管2，连接管3穿过连接孔11连通至换热器；在集气管2的轴向上，连接管3与连接孔11之间具有间隙，通过在集气管2的轴向上，对连接管3与连接孔11之间设置间隙，既扩大了连接管3与换热器边板1结构的配合空间，又释放了连接管3与换热器边板1孔径在周向的自由度，解决了由于连接管3在温度效益影响下产生的热应力和热变形涨管，以及整机在正常运行状态下，连接管3上下振动切割与其配合的换热器边板1连接孔11，而导致的连接管3疲劳断裂问题，能够防止连接管3断裂引起冷媒泄露。

结合参见图2所示，本申请还公开了一些实施例，在第一方向上，连接孔11横截面的长度为h1，在第二方向上，连接孔11横截面的长度为h2；其中，h1>h2；第一方向与第二方向垂直，第一方向与集气管2的轴向一致，扩大了连接管3与换热器边板1结构的配合空间，释放了连接管3与换热器边板1孔径在上下左右向的自由度，解决了由于连接管3在温度效益和整机运行振动双重作用影响下产生的热应力疲劳和热变形涨管，导致的连接管3疲劳断管，而导致的售后问题，避免了不必要的售后问题的出现。能够有效提高管路的抗热疲劳能力和降低边板热应力。

本申请还公开了一些实施例，连接孔11的数量设置为至少两个。

本申请还公开了一些实施例，连接孔11的横截面形状包括椭圆形、U形或腰形中的任一种或几种组合。当连接孔11的横截面形状为椭圆形时，椭圆形的长轴方向与集气管2的长轴方向一致；从与连接管3装配的换热器边板1连接孔11角度出发，通过将换热器边板1连接孔11设计为椭圆形结构，由于扩大了连接管3与其配合的换热器边板1孔径结构的装配间隙空间，从而直接增大了换热空间，从而释放连接管3与换热器边板1孔径在周向的自由度，解决了由于连接管3在温度效益影响下产生的热应力疲劳和热变形涨管，避免了整机在正常运行状态情况下，连接管3振动上下切割与其配合的换热器边板1连接孔11而导致连接管3疲劳断裂，而导致的售后问题，避免了不必要的售后问题的出现。椭圆形的长短轴方向可以根据空调内部的换热器边板1和连接管3的实际布局情况调整，但必须保证椭圆形孔长轴方向和集气管2轴向的一致性，这样才能有效避免连接管3热应力产生热变形上下切割换热器边板1孔口，才能有效避免连接管3的断管问题出现。

当连接孔11为U形孔或腰形孔时，保证U形孔或腰形孔的长轴方向和集气管2的轴向一致，能够有效提高管路的抗热疲劳能力和降低边板热应力。当连接孔11的数量为多个时，连接孔11的横截面形状也可以为椭圆形、U形和腰形中的任一种或几种组合。

结合参见图3-7所示，本申请还公开了一些实施例，连接管3包括弯管段；弯管段以一定角度折弯的方式过度，从而增加连接管3柔性，降低了管路刚度，有效避免连接管3在热膨胀效应下导致的热应力疲劳断管问题。

和/或，连接管3包括柔性段，柔性段也可以降低管路刚度，进而避免连接管3在热膨胀效应下导致的热应力疲劳断管问题。

本申请还公开了一些实施例，连接管3包括Z形管31、U形管32、螺旋形管33、几字形管或M形管中的任一种或几种组合。

本申请还公开了一些实施例，当连接管3为Z形管31时，Z形管31包括依次连接的第一连接管311、第二连接管312和第三连接管313；第一连接管311与第三连接管313相互平行，第二连接管312与第一连接管311呈夹角设置，第二连接管312与第三连接管313呈夹角设置。连接后，第一连接管311与集气管2相互垂直，第三连接管313与集气管2相互垂直，即第一连接管311和第三连接管313在水平方向延伸，集气管2在竖直方向延伸。

本申请还公开了一些实施例，Z形管31的管长为L1；第一连接管311和第二连接管312的长度均为2L1/5；第一连接管311的长度为L1/5；

和/或，第二连接管312与第一连接管311之间的夹角为60°；

和/或，第二连接管312与第三连接管313之间的夹角为60°。将Z形管连接集气管部分的第一和第三直管323段的管长设计成2L1/5，折弯方便易加工，工艺简单，而中间的第二连接直管设计成L/5，且以60°折弯，管道柔性较佳，抗热疲劳能力强，且折弯余量充足，安装定位方便。

本申请还公开了一些实施例，当连接管为U形管32时，U形管32包括依次连接的第一直管321、第二直管322和第三直管323；集气管2与换热器边板1之间的距离为L3；第一直管321和第二直管322之间的夹角小于60°；和/或，第二直管322和第三直管323之间的夹角为120°和/或，第一直管321的管长为2L3/3；和/或，第二直管322的长度为3L3/10；和/或，第三直管323的长度为2L3/5。第一直管321和第二直管322通过第一弯管连接，第一弯管有一个拐弯或拐折；第二直管322和第三直管323通过第二弯管连接，第一弯管形成U形的底，第一直管321连接于第一弯管的第一侧，第二直管322、第二弯管和第三直管323位于第一弯管的第二侧。第一直管321的长度为2L3/3，第二直管322的长度为3L3/10，第三直管323的长度为2L3/5，水平管与斜管之间的夹角以120°折弯过渡。将直管段a的长度设计成2L3/3，直管b的长度为3L3/10，直管c的长度为2L3/5，管长余量充足，连接装配方便，柔性较好，抗热疲劳能力强。第一直管321和第二直管322之间的夹角小于60°的原因：一方面，折弯角度过大(大于60°)则会导致管道柔性减低，抗热疲劳性能下降，另一方面，由于集气管2和换热器边板1的连接孔11的位置是确定的，为了满足连接管和换热器连接孔11的同轴度要求，且设计成U形管32，第一直管321和第二直管322之间夹角已设计为120°(这一端满足装配要求)，另一端再设计成大于60°的话，同轴度也以保证，装配困难，管路适应性差。

本申请还公开了一些实施例，当连接管3为螺旋形管33时，螺旋形管33包括依次连接的进口直管段331、螺旋段332和出口直管段333。

本申请还公开了一些实施例，集气管2与换热器边板1之间的距离为L2，螺旋段332的螺距为d1，螺旋段332的内径为d2，螺旋形管33的管径为d3；进口直管段331的长度为2L2/5；和/或，d2＝2L2/5；和/或，d1<2d2/5；和/或，d1＝1.5d3～2d3。螺旋形进出口管段设计成2L/5，装配定位方便，中间管段设计成螺旋形结构，散热能力好，柔性极佳，抗热疲劳能力强。

本申请还公开了一些实施例，螺旋段332为由管弯曲形成的螺旋结构；进口直管段331的延伸方向与螺旋结构的轴向一致；和/或，出口直管段333的延伸方向与螺旋结构的轴向一致。

本申请还公开了一些实施例，当连接管3为几字形管或M形管时，几字形管或M形管的每个拐角的弯曲或弯折角度大于60°。折弯角保证大于60°，这样连接管3才有充足的柔性，才能保证连接管3有足够柔性去抵抗热应力疲劳，避免断管问题发生。

本申请通过CAE仿真的方法建立有限元分析模形，通过对比本申请连接管3(“Z”字形、“U”字形和螺旋形连接管3结构)与现有技术连接管3(直管)在计算工况(静态热应力分析)、管路壁厚δ、分气总管出口至换热器进管口直线距离长度L、材料参数C、水平管和斜管段之间的折弯角为60°以及边界约束相同的情况下，计算分气连接管3的最大应力，发现本申请管路形状的设计能够有效的降低管路应力集中位置的应力值。

进一步地，仿真分析：1、在完成CAD模型建模后，通过CAE软件完成管路厚度、材料参数、边界及计算工况的设定，由基础力学可知：

热应变：S_γ＝α·ΔT(1)α为热膨胀系数、ΔT为温差；

热应力：σ_γ＝S_γ·E(2)E为材料弹性模量；

热变形：L_γ＝L·S_γ(3)L_γ为变形量、L为管路原长。

由公式1和2知，热应力仅与材料属性相关，与管路结构无关，但由公式3知，热应力会引起管路的变形，因此以(L＝90mm；α＝1.75e-5；ΔT＝72铜管为例)通过式3计算得出，连接管3的管端变形量约为0.00126mm，变形量远小于连接管3的总变形量0.1134mm。因此可以认为，引起连接管3应变超标的原因为：连接管3在温度效益影响下产生热膨胀响应的周期性形变，且由于管路刚度较大，柔性不足，导致端部应力过大，不能有效的释放，且整机在正常运行状态下，连接管3振动上下切割其配合的换热器边板1孔口导致疲劳断管，从而引起连接管3端部热应力疲劳，最终导致连接管3应力集中的端部出现屈服断裂。

进一步地，为验证连接管3设计成“Z”字形、“U”字形结构和螺旋形连接管3结构和换热器边板1上的孔口设计成椭圆形能降低热应力的有效性，同步仿真分析本申请装置(“Z”形+椭圆孔边板、“U”字形结构和螺旋形连接管3结构)和现有技术(直管+圆孔边板)的热应力对比情况。

现有技术中的技术方案，即直管配合边板为圆形孔，连接管3的热应力主要集中于连接管3直管段靠近换热器边板1的孔口端，其应力呈分散式，且越靠近冷凝边板孔口处，热应力值越大，在连接管3与换热器边板1配合孔口处达到最大值，应力值高达558.131MPa。

表1不同方案下管形应力值

本申请的三种连接管3形(Z形、U形和螺旋形)方案通过仿真结果应力云图和表1可知，对连接管3采用“Z”形结构、“U”字形结构和螺旋形连接管3结构，以及对换热器边板1采用椭圆形孔口的结构，都能对连接管3根部应力值有较大的减少，其中采用“Z”形+换热器边板1孔口椭圆形结构最大应力值在由原方案管端入口位置的558.131Mpa降低至223.259Mpa，有约60％的减少量；采用“U”字形结构最大应力值在由原方案管端入口位置的558.131Mpa降低至145.517Mpa，有约74％的减少量；采用螺旋形连接管3结构最大应力值在由原方案管端入口位置的558.131Mpa降低至54.1Mpa，有约90％的减少量。表1中的现有技术、Z形连接管+边板椭圆形孔、U形管+边板椭圆形孔和螺旋形连接管+边板椭圆形孔中采用的管路总长度相同、管径大小相等。并且在表1中，Z形管31：管长为L1；Z形管31的第一连接管311和第二连接管312的长度均为2L1/5；第一连接管311的长度为L1/5，第二连接管312与第一连接管311之间的夹角为60°，第二连接管312与第三连接管313之间的夹角为60°。

在表1中，U形管32中：集气管2与所述换热器边板1之间的距离为L3；第一直管321和第二直管322之间的夹角为60°；和/或，第二直管322和所述第三直管323之间的夹角为120°，第一直管321的管长为2L3/3；第二直管322的长度为3L2/10；第三直管323的长度为2L3/5。

在表1中，螺旋形管33中：集气管2与换热器边板1之间的距离为L2，螺旋段332的螺距为d1，螺旋段332的内径为d2，螺旋形管33的管径为d3；进口直管段331的长度为2L2/5；d2＝2L2/5；d1<2d2/5；d1＝1.5d3～2d3。

表2不同方案下管形应力值

在表2中：Z形连接管+边板圆孔，指的是连接管3为Z形管、且连接孔11为圆形孔时，应力的变化。

Z形管夹角90°折弯指的是：连接管3为Z形管，连接孔采用椭圆形孔，其中第二连接管312与第一连接管311之间的夹角为60°，第二连接管312与所述第三连接管313之间的夹角为60°时，同时采用本申请椭圆形连接孔时，应力的变化。

U形管夹角90°折弯指的是：连接管3为U形管32，且第二直管322和第三直管323之间的夹角为90°时，同时采用本申请椭圆形连接孔时，应力的变化。

螺旋管直管长不一致：连接管3为螺旋形管33，且进口直管段长度为L/5，出口直管段长度为3L/5，同时采用本申请椭圆形连接孔时，应力的变化。

由此可见，本申请的三种新型连接管3和换热器边板1椭圆孔口的装置可在很大程度上，降低管路因热疲劳而引起的管路失效问题，提高了管路的可靠性，有效避免了整机在正常运行状态情况下，连接管3振动上下切割与其配合的换热器边板1孔口而导致连接管3疲劳断裂，而导致的售后问题，避免了不必要的售后问题的出现。

根据本申请实施例，提供了一种空调器，包括换热组件，换热组件为上述的换热组件。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种换热组件，其特征在于，包括：

集气管(2)；

换热器；

换热器边板(1)，所述换热器边板(1)上设置有连接孔(11)；

和连接管(3)，所述连接管(3)连通所述集气管(2)，所述连接管(3)穿过所述连接孔(11)连通至所述换热器；在所述集气管(2)的轴向上，所述连接管(3)与所述连接孔(11)之间具有间隙。

2.根据权利要求1中所述的换热组件，其特征在于，在第一方向上，所述连接孔(11)横截面的长度为h1，在第二方向上，所述连接孔(11)横截面的长度为h2；其中，h1>h2；所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一方向与所述集气管(2)的轴向一致；

和/或，所述连接孔(11)的数量设置为至少两个。

3.根据权利要求1中所述的换热组件，其特征在于，所述连接孔(11)的横截面形状包括椭圆形、U形和腰形中的任一种或几种组合。

4.根据权利要求1中所述的换热组件，其特征在于，所述连接管(3)包括弯管段；

和/或，所述连接管(3)包括柔性段；

和/或，所述连接管(3)的数量设置为至少两个。

5.根据权利要求1中所述的换热组件，其特征在于，所述连接管(3)包括Z形管(31)、U形管(32)、螺旋形管(33)、几字形管或M形管中的任一种或几种组合。

6.根据权利要求5中所述的换热组件，其特征在于，当所述连接管(3)为Z形管(31)时，所述Z形管(31)包括依次连接的第一连接管(311)、第二连接管(312)和第三连接管(313)；所述第一连接管(311)与所述第三连接管(313)平行，所述第二连接管(312)与所述第一连接管(311)呈夹角设置，所述第二连接管(312)与所述第三连接管(313)呈夹角设置。

7.根据权利要求6中所述的换热组件，其特征在于，所述Z形管(31)的管长为L1；所述第一连接管(311)和所述第二连接管(312)的长度均为2L1/5；所述第一连接管(311)的长度为L1/5；

和/或，所述第二连接管(312)与所述第一连接管(311)之间的夹角为60°；

和/或，所述第二连接管(312)与所述第三连接管(313)之间的夹角为60°。

8.根据权利要求5中所述的换热组件，其特征在于，当所述连接管(3)为U形管(32)时，所述U形管(32)包括依次连接的第一直管(321)、第二直管(322)和第三直管(323)；所述集气管(2)与所述换热器边板(1)之间的距离为L3；所述第一直管(321)和所述第二直管(322)之间的夹角小于60°；和/或，所述第二直管(322)和所述第三直管(323)之间的夹角为120°和/或，所述第一直管(321)的管长为2L3/3；和/或，所述第二直管(322)的长度为3L2/10；和/或，所述第三直管(323)的长度为2L3/5。

9.根据权利要求5中所述的换热组件，其特征在于，当所述连接管(3)为螺旋形管(33)时，所述螺旋形管(33)包括依次连接的进口直管段(331)、螺旋段(332)和出口直管段(333)。

10.根据权利要求9中所述的换热组件，其特征在于，所述集气管(2)与所述换热器边板(1)之间的距离为L2，所述螺旋段(332)的螺距为d1，所述螺旋段(332)的内径为d2，所述螺旋形管(33)的管径为d3；所述进口直管段(331)的长度为2L2/5；和/或，d2＝2L2/5；和/或，d1<2d2/5；和/或，d1＝1.5d3～2d3。

11.根据权利要求9中所述的换热组件，其特征在于，所述螺旋段(332)为由管弯曲形成的螺旋结构；所述进口直管段(331)的延伸方向与所述螺旋结构的轴向一致；和/或，所述出口直管段(333)的延伸方向与所述螺旋结构的轴向一致。

12.根据权利要求5中所述的换热组件，其特征在于，当所述连接管(3)为几字形管或M形管时，所述几字形管或所述M形管的每个拐角的弯曲或弯折角度均大于60°。

13.一种空调器，包括换热组件，其特征在于，所述换热组件为权利要求1-12中任一项所述的换热组件。

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