基于TRIZ的分体式空调冷凝器节能装置创新设计

摘要： 本文通过TRIZ理论的问题分析、IFR法分析、资源分析、功能分析、物场分析和标准解，对冷凝器装置进行局部模块化改善，来解决夏季由于室外高温环境使得分体式空调冷凝器无法有效地将制冷剂循环携带的热量及时通过肋片传给室外空气，影响空调制冷效果，耗能大等问题。

Abstract： This article makes module improvement for condenser equipment through TRIZ theory of problem analysis， and IFR law analysis， and resources analysis， features analysis， and real field analysis and standard solutions， for resolving the problem that as outdoor high temperature the condenser can not effectively transfer the heat carried by cycled refrigeration agent to outdoor air， and effect air conditioning refrigeration effect， energy consumption is large.

关键词： 分体式空调器；冷凝器；TRIZ；创新设计

Key words： split-type air conditioners；condenser；TRIZ；innovative design

中图分类号：TM925.12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）08-0066-02

0 引言

空调冷凝器用于制冷空调系统，管内制冷液直接与管外空气强制进行热交换，以达到制冷空气的效果。

冷凝器即室外热交换器，在制冷时为系统的高压设备（冷暖热泵型在制热状态时为低压设备）装在压缩机排气口和节流装置（毛细管或电子膨胀阀）之间，由空调压缩机中排出的高温高压气体，进入冷凝器，通过铜管和铝箔片散热冷却，空调器中都装有轴流式冷却风扇，采用的是风冷式，使制冷剂在冷却凝结过程中，压力不变，温度降低，由气体转化为液体。

1 问题描述

现实生活中，数以亿计的分体式空调器遍布在家庭和小型办公场所，夏季高温，需要制冷提供优良的生活和工作环境，传统的分体式空调冷凝器一般采用风冷式，在室外风机的作用下，使得冷凝器散热效果不佳，影响了空调器的制冷效果，耗费了大量的能源[1]。同时由于室内蒸发器的温度在大多数情况下低于空气的露点温度，将空气中的部分水分凝结下来形成冷凝水，这样不仅浪费了冷凝水，而且外排的冷凝水直接滴落在人行道或住户窗台，既扰民又污染了环境。

2 技术系统确定

针对前述问题的现状，将分体式空调器室外冷凝器作为技术系统。该技术系统由制冷剂、散热铝肋片、底座、保护外壳、铜管等组件组成。

3 最佳理想解（IFR）的确定

根据TRIZ最佳理想解的分析方法，确定最佳理想解如下[2]：

（1）设计的最终目标是什么？

提高冷凝器散热能力。

（2）IFR是什么？

冷凝器能自主散发热量。

（3）达到最终理想结果的障碍是什么？

冷凝器内制冷剂与室外空气之间温差较小（夏季高温环境状态时）。

（4）它为什么成为你的障碍？

夏季室外环境空气的温度较高。

（5）你如何使障碍消失？

如果环境空气能自己在冷凝器肋片附近形成低温环境。

（6）什么资源可以帮助你？

空气、地下水、海水、河水、空调冷凝水、低温自来水、风扇……

（7）在其它领域中或其它工具可以解决这个问题吗？

大型空调装置使用地下水等冷媒实现了强化传热。

理想解的方案：借助分体式空调中冷凝水（或低温自来水）可以帮助我们提高散热效果。

4 系统功能分析

对现有系统进行组件分析、结构模型分析，并构建系统功能模型。

4.1 系统组件分析 技术系统：室外冷凝器；功能：移除热量。

系统组件包括：制冷剂、散热铝肋片、底座、保护外壳、铜管等组件组成。超系统组件包括：室外空气、轴流式冷却风扇、空调冷凝水、低温自来水、雨水、灰尘等。

4.2 系统结构模型分析 系统结构分析结果汇总表，如表1所示。

4.3 构建系统功能模型 将系统、超系统组件和被作用对象等之间的结构关系绘制系统功能模型，如图1所示。

4.4 功能分析结论 根据系统功能模型，分析得出结论如下：

（1）系统组件肋片对空气传递热量能力不足；

（2）超系统组件灰尘存储在肋片和铜管表面，该垢层对将制冷剂的热能传递给空气有抑制的有害作用；

（3）系统组件肋片表面存储灰尘带来影响热量辐射给空气的有害作用。

5 物场分析与标准解[3]

根据系统功能模型，得出问题物场模型，如图2所示。

根据问题物场模型，得出其部分标准解，如图3所示。

6 产生概念解

6.1 产生不足作用的物场模型 根据图3（a）所示物场模型与标准解，蒸发器室内换热表面所产生的冷凝水（温度一般为10～15℃）直接排向环境，未能得到利用，造成能源的浪费，故将超系统资源――蒸发器冷凝水通过管线收集、存储在冷凝器肋片上部，利用海绵虹吸现象和布水器，借助自身重力使低温冷凝水呈膜状流过肋片表面，形成局部低温环境，利用制冷剂传导来的热量将其蒸发，实现对高温高压制冷剂进行降温的目的，当冷凝水量不足时，采用低温自来水进行补充。

6.2 产生有害作用的物场模型 根据图3（b）、（c）所示物场模型与标准解，还是利用超系统的冷凝水和自来水对肋片表面进行清洗，防止灰尘的积累和附着、结垢，继而造成热传导系数的下降，同时也可利用冷却风扇的风力将灰尘吹走。

7 改善方案与结论

在技术系统概念设计的基础上，如图4所示，对分体式空调器改进设计如下：

对改进结构实行模块化设计，在肋片上部安装积水布水盘，从室内机排出的低温冷凝水借助自身重力、海绵的毛细和温度场作用流到冷凝器上部积水布水盘，盘内放置易于吸水、存水的海绵体材料，布水盘的开孔与肋片间隙等距并保证冷凝水能沿着肋片流下，直接与空气流接触进行热交换，冷凝水得以蒸发进入空气，既提高了冷凝器的换热量，又杜绝了冷凝水外排影响环境的问题，转害为利。考虑到室外冷凝器肋片有振动，需要将喷淋器和积水布水盘等做好固定、减振措施。另外，这里仅仅是将冷凝器的热量移走，资源利用上并未达到最优化，如果能设计、改造为加热热水，能量充分得到利用是今后的研究重点。

经过分体式空调冷凝器改进后的试验验证，该改善方案达到较好的节能降温效果经过测算大约可以增加制冷量7～10%，节约耗电量9～11%。其将具有极为广阔的市场。

参考文献：

[1]清华大学、同济大学.空气调节[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.

[2]杨清亮.发明是这样诞生的――TRIZ理论全接触[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]颜惠庚，赵昊昱.技术创新方法进阶―TRIZ实战[M].北京；化学工业出版社，2012.