無框架結構設計在空調箱中的應用

撰文/英格索蘭亞太研發中心 張晶

到很好的密封效果，所以需要先進的加工制造設備，例如Salvagnini折彎機進行加工折彎成型。圖4列舉了其中一塊面板的展開圖，角落的特征比較復雜，而且會有多次折彎，所以對工廠的加工制造能力有一定的要求，一般手動的折彎機很難實現，也不利于大批量生產。

無框架結構設計在空調箱中的應用

撰文/英格索蘭亞太研發中心 張晶

一、引言

隨著社會的不斷進步和經濟的發展，人們對空調所帶來的舒適體感已經漸漸產生了依賴，但是空調運行的能耗比較大，而且對環境也會造成一定的負面影響。隨著全球氣候變暖問題的出現，越來越多的專業人士已經開始研究并推出節能環保的綠色產品，對于空調箱體結構的優化設計成為實現此目的的途徑之一。對現有的空調箱體的結構進行解剖分析，了解這些設計所產生的泄漏、熱橋等常見問題發生的根本原因并對其進行改善，從而找到一種降低能耗，節省成本的設計方案，這就需要我們突破現有結構設計的束縛，創造一種新的箱體結構設計。

現在市場上的空調箱產品基本都是框架式結構，而且各種結構也大同小異，多年以來這些箱體結構一統天下，很少有工程師完全顛覆現有的設計。面對在實際生產維護過程中產生的種種問題，例如泄漏等，往往也都是通過在接縫處多貼一些保溫條，或者在泄漏的地方多打一些硅膠暫時地簡單解決。但是想要一勞永逸地防止這些問題重復發生，必須從結構上根本改善，打破傳統的框架式結構的思路，提出一種新概念結構——無框架結構。

二、傳統結構

縱觀空調箱的發展史，從最早的單壁空調箱，到焊接的框架結構空調箱，再發展到現今市場上最多的鋁型材框架結構空調箱，都無法跳出框架這兩個字。雖然傳統的空調箱框架式結構幾乎占領了整個市場，但是我們仍在不斷思考這種結構是否真的合理，分析它的特點和弊端，找到突破點并研究能否對其進行改進甚至是創新。

1.傳統框架結構的特征

框架結構的空調箱通常采用多個立柱作為框架（圖1），先把這些立柱進行安裝組成支撐框架，然后再把面板一塊接一塊地和框架進行固定，面板與面板之間都需要一個立柱作為固定（圖2），所以對于大型空調箱，就會有非常多的立柱。而且框架與立柱之間要留有一定裝配間隙，并用密封條在各個縫隙處進行密封。

圖1 鋁型材框架結構空調箱

圖2 框架與面板

2.傳統框架結構的缺點

框架結構雖然易于標準化，定型化的優點在空調箱的設計中被廣泛應用，但是這種結構中的零件數量比較多，不僅增加了裝配時間和零件管理，應力也容易集中在立柱上，一旦框架與面板在轉配過程中固定的不牢固，空調箱的可靠性就大打折扣，在運行時特別容易引起噪音。而且框架結構中，面板要和框架連接，每個接縫處必須要留有一定的裝配間隙，而對于連接處的密封卻只能采用平面密封條的方式。這種密封方式在大風量的情況下，非常容易漏風，漏風率一般是3%～5%，不利于機組的性能。

而且由于框架本身結構比較簡單，也無法解決熱橋的問題，容易結露生銹，若是為框架設計一些復雜的結構進行加強密封，也會為加工生產裝配帶來難度，且所帶來的改善程度也并不理想。

另外，框架結構的空調箱體內部看起來并不平整、不美觀，非常容易積垢，而且清洗也不方便，長期運行過程中會對室內空氣質量產生壞的影響。

三、無框架結構

對于現有框架結構的種種弊端要進行改善，就需要對各個零件之間的連接方式進行改變，需要有突破性的設計。是否能改變現有簡單的拼接方式，是否能把立柱去掉，是否能僅僅靠面板本身的結構來連接密封，這些問題給我們帶來了新的思路——無框架結構。

要實現無框架結構的設計，就要從箱體零件的各個方面進行全新設計，例如每個鈑金件自身的形狀設計，內外面板的裝配，各塊面板之間的水平連接，以及面板與面板之間的垂直連接等，都需要有所考量。

1.無框架結構的特征

（1）雙層面板。所有的面板都使用雙層發泡板，由內面板（Inner）和外面板（Outer）兩塊鍍鋅鋼板組合在一起，一般使用0.7mm厚的鋼板，并在雙層板組成的空間內進行填充發泡。為了方便安裝，外面板（Outer）設計了一道有角度的折彎邊，使內外面板能夠互相卡緊，這樣的連接就不需要用任何的螺釘，方便了工人安裝。

圖3 雙層發泡板

（2）面板結構。鈑金件的外形結構設計比較復雜，這樣的結構可以很好地進行面板與面板之間的連接，并達

到很好的密封效果，所以需要先進的加工制造設備，例如Salvagnini折彎機進行加工折彎成型。圖4列舉了其中一塊面板的展開圖，角落的特征比較復雜，而且會有多次折彎，所以對工廠的加工制造能力有一定的要求，一般手動的折彎機很難實現，也不利于大批量生產。

圖4 面板展開圖

（3）面板裝配。面板和面板直接鏈接，沒有任何立柱（圖5），整個箱體沒有任何立柱支撐，完全靠鈑金件的陰陽互扣連接起來。先裝好底座（Base），然后安裝箱體內部設備，再把面板一塊一塊的互相固定到底座上，最后把頂板蓋上，整臺機組就安裝完成。

圖5 無框架結構裝配示意圖（頂板已隱藏）

2.無框架結構設計細節

要保證面板與面板連接的可靠性，必須對各個位置的面板分別進行設計，不同的面板由于位置功能不同，連接方式也會有所區別，但是目的都是一致的，為了保證連接牢固，并且可以更好的防漏風、防熱橋。對于空調箱體的六個面上的面板，就分別設計了如下一些新的連接方式，這些連接不僅可以保證箱體外觀平整美觀，還能達到更好的箱體密封性。

（1）側板（Side Wall）與機組端板(EOU Wall)的連接設計。在側板上設計了一個“舌頭”的特征，同時在端板上設計了一個U型卡槽特征，側板可以插入端板，同時側板外的折邊蓋住端板，形成了“S”型的接縫，如圖6所示。

圖6 側板與端板的連接示意圖

（2）側板(Side Wall)與側板(SideWall)的連接設計。類似的“S”型接縫設計，唯一的小區別是側板的卡槽設計成了“V”型，內外面板都減少了一次折彎，簡化了零件的加工，因為對于整臺機組來說，側板的連接遠遠多于側板與端板的連接，這樣的簡化既能保證“S”型接縫，又能降低加工成本，如圖7所示。

圖7 側板與側板的連接示意圖

（3）側板(Side Wall)與底座(Base)的連接設計。側板與底座的連接相對簡單，因為可以依靠重力站立在底座上，僅在側板的底部設計了折邊蓋住底座，也能形成“7”型接縫，如圖8所示。

圖8 側板與底座的連接示意圖

（4）頂板(Roof)與側板(SideWall)的連接設計。頂板設計了一個大的“C”字空間，可以蓋住整個側板上部，這樣的設計既能保證接縫的可靠，防止水滲漏進機組內部，又能方便整機最后一步頂板的安裝，如圖9所示。

圖9 頂板與側板的連接示意圖

四、優勢分析

1.減少零件數量，方便安裝

無框架結構設計中去掉了所有立柱，僅僅靠面板的陰陽結構就能把整個箱體裝配起來，不僅減少了立柱的零件號，同時也減少了螺釘的使用量，這個在大型機組上的優勢會更明顯。對于裝配線上的工人來說，也可以提高裝配速度和難度，減少工人的工作量，同時也可以防止裝配錯誤。

2.更好的密封性，減少泄露

使用無框架設計的結構使面板之間的連接更加緊密，由于面板與面板之間的連接結構復雜，互相交錯，接縫都是S型或者C型，再配合適量保溫條的使用，能夠很好地保證機組的密封性，而且去掉立柱以后，接縫數量也隨之減少，原本兩塊面板加一個立柱帶來的兩個接縫變成兩塊面板直接連接的一個接縫，這樣就很大程度上降低了漏風的風險，能夠保證機組運行時候的性能。

3.減少熱橋影響，防止能量傳遞

無框架結構中雙層發泡板以及新型接縫的使用很好地保證了空調箱內部的溫度濕度，不論是制冷還是制熱，整個空調箱隔熱保溫，減少由熱橋產生的影響，防止結露生銹，有利于整個空調機組的穩定運行，減少機組工作的能耗，延長使用壽命，實現綠色環保。

五、結語

本文主要闡述了無框架結構設計在空調產品開發中的應用，通過對鈑金件輪廓的設計配合實現陰陽互扣連接的無立柱空調箱結構，面板之間各種復雜的接縫保證了空調箱的密封性。為了迎合日益變化的市場需求，這種新型的空調箱設計體現了它的獨特優勢，能夠快速安裝且密封性強的無框架空調箱設計將是未來發展的趨勢。