浅析家用空调室外机轻薄化设计

　　摘要：家用空调室外机的轻薄差异化特征是未来空调发展的方向之一，通过对当前空调室外机的结构形式进行研究，从拓扑的角度结合当前空调行业新型技术，分析空调室外机整体轻薄化的优化设计方向，不仅有利于资源的有效利用，也对空调产品设计有一定的参考意义。
　　
　　关键词：家用空调；室外机；结构；轻薄化
　　
　　1、前言
　　
　　随着我国居民生活水平的提高及生活环境的日益恶化，空调成为了人们在生活中最不可或缺的家电之一。根据《2016年中国空调产业白皮书》所述，截止到2016年底，我国目前空调保有量约4亿台（套），研究机构预测这一数值预计将会在未来十年内增长近一倍。用户在购买空调时会考虑包括品牌、价格、性能和外观等多重因素进行指导参考[1].因此，抓住用户痛点需求，进行前沿技术研究转化为产品优势，进而扩大市场份额也是当前国内外各大空调厂商的努力方向。
　　
　　2、家用空调室外机轻薄化的必要性
　　
　　2.1 差异化产品发展
　　
　　近年来，格力的玫瑰柜机和油画空调、美的智能王球形挂机和海尔的天樽风洞柜机等差异化的空调产品在各大展销会上引人注目，一方面说明各大空调厂商的技术实力不断提升，另一方面也说明用户差异化需求也在逐步扩大。未来将差异化作为卖点的空调产品会越来越多，差异化也会成为用户购买空调的主要参考因素之一[2].但是上述的差异化空调侧重差异化的室内空调器，室外机则是采用标准化平台设计，没有显着的亮点。而本文中提出的室外机的轻薄化设计即可作为差异化特征，用以与其他产品区分，增加产品的卖点和溢价能力[3].
　　
　　2.2 空调室外机的轻薄化
　　
　　当前家用空调的室外机主要是利用支架固定在住宅墙体外侧或者预留安装位，位置固定单一，但是也容易被其他潜在用户观察和认知。轻薄化的室外机不仅在用户购买时，会对其造成直接的视觉冲击，也会对其他观察者产生深刻的印象，甚至会影响到品牌的口碑。大金公司推出的VRV住宅P系列的室外机小型化就是一个主要卖点[4].
　　
　　空调室外机轻薄化技术作为前沿技术，不仅可以作为差异化产品进行设计，也可以作为全新的基础平台进行研究。对企业而言，轻薄化的产品意味着更少的定额成本消耗，进而带来的更多利润可以进一步的加大研发投入，从而形成“产品-研发-产品”的良性循环[5].此外，从保护自然环境角度而言，空调室外机轻薄化技术提高了自然资源的利用率，有利于可持续性发展。
　　
　　2.3 室外机轻薄化的影响
　　
　　轻薄化的室外机可能让用户产生室外机是否存在偷工减料的疑惑。所以，室外机轻薄化不仅仅是要做到结构尺寸的轻薄化，对标机型的性能指标如噪音、能力等参数也不能降低，且要对关键零部件及整机结构进行充分可靠性验证，确认室外机轻薄化的质量保证。在保证自身质量的前提下，也要投入相应的宣传力度，确保用户不会被竞争对手所误导迷惑。
　　
　　3、家用空调室外机轻薄化的结构设计分析
　　
　　当前各品牌空调室外机的结构形式基本一致，如图1所示，整个室外机主要分为两部分：风机腔和压缩机腔，两个部分被中隔板分开左右分布。其中风机腔的组件主要包括：换热器、电机固定支架、电机、风叶、导风圈和出风网罩等；压缩机腔的组件主要有：压缩机、四通阀（部分机型没有）、节流部件和管路等。由于生产工艺和性能参数需求，近似能力的空调室外机厚度尺寸基本一致且零部件的尺寸规格也都基本相似。
　　
　　3.1 室外机整体厚度减薄设计
　　
　　以图1中的空调器为例，对现有的空调室外机结构拓扑，如图2左图所示，当前的室外机的厚度l是由风机腔的厚度l1和压缩机腔的厚度l2共同决定的，按照现有的结构设计，单独减薄某一部分的尺寸无法使整机的厚度减薄。针对以上问题，本文中提出两种方案，如图2中图和右图所示，即①同时对风机腔和压缩机腔进行轻薄化设计和②对风机腔的结构厚度轻薄化设计。
　　
　　3.2 两部分结构厚度同时减薄
　　
　　如图2中图，现有的结构布置方式不变，分别对风机腔的厚度l1和压缩机腔的厚度l2进行轻薄化设计。其中风机腔的零部件的几何拓扑结构如图3所示。
　　
　　其中，A代表换热器，B代表电机支架，C代表电机，D代表轴流风叶，E代表导风圈，F代表出风网罩。现有的结构布局基本可以认为是线性布置，导致部分空间没有得到充分利用，例如轴流风叶轮毂与出风网罩之间的空间。此外电机支架作为风叶电机的固定结构占用大量的空间，也可以重新布置空间位置。
　　
　　针对以上问题，对风机腔的部分部件进行空间优化，如图3中的下图所示，将电机支架与出风网罩进行组合设计，使电机直接固定在出风网罩上，能够有效地减少风机腔的厚度。
　　
　　此外，考虑对轴流风叶进行优化设计，可以采用大风量高效轴流风叶等形式有效地降低叶高；目前的轴流风叶的轮毂直径与电机外径尺寸也基本相似，可以采用部分电机结构包容于轮毂内部的结构形式，以上都是风机腔的空间轻薄化的方案，可以进行可行性分析和设计。
　　
　　相比于风机腔，压缩机腔的结构比较单一，其结构尺寸主要受限于压缩机、储液罐和配管的空间需求。对于压缩机腔的厚度减薄方案，可以考虑采用尺寸更小的更高效的压缩机等方案。压缩机目前的高能效方案包括节流部件的控制策略优化、更加高效的冷媒和压缩机高频率运行等方案。
　　
　　3.3 风机腔的结构厚度减薄
　　
　　此种方案主要是针对现有的风机腔与压缩机腔现有布置形式而言。其中方案中风机腔的结构厚度减薄方案同上述方案一致，但压缩机腔考虑采用卧式压缩机置于风机腔的底部，或者是压缩机置于室内侧等方案。并且，采用此种方案，风机腔的宽度大幅度增大，即风叶的径向尺寸增大、冷凝器的效率更高、噪音值降低。
　　
　　3.4 方案可能存在的限制
　　
　　以上的结构减薄方案在实现的过程中，可能存在部分难题。风机腔减薄方案中，要充分验证电机固定形式的可靠性及散热能力，保证风机的正常工作；压缩机减薄方案中，高能效小尺寸的压缩机的成本问题及其他形式压缩机的使用限制等也是需要解决的问题。
　　
　　4、结束语
　　
　　综上所述，家用空调室外机的轻薄化作为空调行业的前沿技术，无论是从用户角度还是企业角度还是社会环保方面，都有一定的研究意义价值。本文中就室外机结构进行轻薄化设计进行几何拓扑分析，提出了可行解决方案，对于空调室外机的轻薄化结构设计具有一定的指导意义。

　　参考文献

　　[1]李颖.购买空调消费者最关心啥.中国质量万里行，2016（4）：24
　　[2]涂菁，史本凤.美的空调战略分析.社会科学家，2005（10）：168～169
　　[3]黄德忠.美的的竞争战略--既成本领先又差异化战略.南华大学学报.2005（5）：47～49
　　[4]陆玮铭.以小巧的体积提供更高能效的服務.建材与装修情报，2013（5）：134～135
　　[5]朱建平.空调室外机整体优化设计及延伸.制冷与空调，2004（5）：86～88