多级蒸发式空调器 技术领域
本发明涉及制冷设备中的空调器，特别是一种能提高换热效率的多级蒸发式空调器。
技术背景
按照蒸汽压缩式制冷循环原理工作的制冷空调设备，包括家用空调(含除湿机)、商用空调、中央空调和车辆空调等，至少要包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个基本部件。制冷空调设备的蒸发器是制冷剂从系统外吸热的热交换器。
一类风冷管翅式蒸发器，制冷剂在管内侧蒸发吸热，空气在风机的作用下从管外侧流过被冷却。为了增大传热面积，管外一般多装有翅片(套片或绕片)，并采用双排或多排排管的方式。双排或多排排管蒸发器的迎风侧的前排蒸发器换热效率较高，但空气通过前排蒸发器后温度降低，与管内侧制冷剂传热温差减小，因而中间层和背风侧的后排蒸发器换热效率很低。
考察这种双排或多排排管的风冷管翅式蒸发器，由于管径较大(通常为6～18mm)，制冷剂在通过蒸发器时的压力损失也较小(通常为10～100kPa)，单一组分的制冷剂在整个蒸发器内的蒸发温度变化较小(通常为0.5～3℃)，可以近似认为管内侧制冷剂蒸发温度不变为TR。
管外侧的进风为温度较高的室温(T0)，与迎风侧的前排蒸发器换热时管内外传热温差TF＝T0-TR，空气流经前排蒸发器后温度降低为T1＜T0。再与背风侧的后排蒸发器换热时，管内与管外地传热温差也降低为TB＝T1-TR＜TF。根据传热学公式Q＝KAΔT(式中Q为传热量，K为传热系数，A为传热面积，ΔT为传热温差)可知，背风的后排蒸发器换热能力将明显小于迎风的前排蒸发器的换热能力。试验和计算机模拟结果均表明，如果使用面积、结构相同的双排蒸发器，且按照制冷剂前排进后排出的单路布管方式，在GB/T7725所规定的标准工况下，前排蒸发器的换热量约为总换热量的60～75％，而后排蒸发器的换热量约为总换热量25～40％。同样，对于多排排管的蒸发器，前排蒸发器换热效率最佳，中间蒸发器换热效率降低，后排蒸发器换热效率最差。
为了提高换热效率，人们采用非共沸混合工质制冷剂，由于这种制冷剂存在温度滑移而在蒸发器内的蒸发温度不同，通过设计布管方式使制冷剂与空气逆流换热，可以改善蒸发器的换热效率，但随着工况变化也不能有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有空调器的缺点，提供一种多级蒸发式空调器，使制冷剂在多级蒸发器内能以不同的蒸发温度蒸发，减小蒸发过程的不可逆损失，提高空调器的换热效率，即提高制冷效率。
实现本发明目的的技术方案是：本发明包括有封闭的制冷回路，制冷回路中依次包括有压缩机、冷凝器、主节流部件和蒸发器组，其中的蒸发器组由在空间上沿进风方向依次排列的至少两级蒸发器串联组成，在不同级的蒸发器之间连接有次级节流部件。
上述蒸发器组至少包含两级蒸发器，当然也可以包含多于两级的多级蒸发器。
上述蒸发器组中的两级或多级蒸发器可以是由两个或多个独立的蒸发器组成，也可以是由一体的两排或多排蒸发器组成，或由二者的组合组成。处于迎风位置的与主节流部件相接的一个或一排蒸发器称为初级蒸发器，沿着进风流过的顺序排列的下一个或下一排蒸发器称为次级蒸发器或下级蒸发器。由于空气流过每级蒸发器都要与蒸发器管内的制冷剂进行热交换，因此流经下级蒸发器的空气温度通常比流经上级蒸发器的空气温度低。
上述蒸发器组中的每级蒸发器的流路可以是单进单出的单流路，也可以是多进多出的多路分流，或由二者组合而成，但在上、下级蒸发器之间没有流路交叉。需要指出的是，多级蒸发器的分级虽然在总体的空间上与空气流经的顺序相对应，但由于空调器位置的限制或蒸发器制造工艺的需要，有时会出现上级蒸发器的某一部分在空间上处于下级蒸发器的位置中，但在制冷剂流路上并不与下级蒸发器交叉。
上述主节流部件位于冷凝器与初级蒸发器之间，是一个或一组毛细管，或热力膨胀阀，或电子膨胀阀。
上述次级节流部件位于上下两级不同的蒸发器之间，是一个或一组毛细管，或起节流作用的细管。制冷剂经过该次级节流部件后在下级蒸发器中的蒸发温度比在上级蒸发器中的蒸发温度有明显降低，上、下两级蒸发器之间典型的蒸发温度的差异为2～8℃。
上述技术方案中，还可以在制冷系统中设置四通换向阀，并将其中的所有次级节流部件与单向阀并联，从而使本发明成为冷暖空调器。单向阀在制冷工况时处于关闭状态，在制热工况时处于导通状态。这样可以使本发明在热泵制热运行时，前述多级蒸发器形成一个换热器整体，作为热泵制热的冷凝器，不会由于多级蒸发器之间的次级节流部件而影响空调器的制热效果。
本发明与现有技术相比，其有益效果是所提供的多级蒸发器的蒸发温度不同，减小了制冷循环的不可逆损失，提高了背风侧蒸发器的换热效率，可以提高空调器的制冷效率3～6％。
附图说明
图1为本发明采用两级蒸发器的制冷系统原理图；
图2为本发明实施例一(窗式空调器)的侧视图；
图3为本发明实施例一(窗式空调器)的俯视图；
图4为本发明实施例二(分体壁挂式空调器)室内机的侧视图。
上述附图中省略了部分与本发明的发明点无关的部件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，本发明包括有封闭的制冷回路，制冷回路中包括有压缩机101、冷凝器102、主节流部件103，在主节流部件103与压缩机101之间连接有蒸发器组，该蒸发器组由初级蒸发器104和次级蒸发器105这两级蒸发器串联组成，在初级蒸发器104和次级蒸发器105之间连接有次级节流部件106。
初级蒸发器104和次级蒸发器105是由两个独立的蒸发器组成；在实际使用中也可以是由一体的两排蒸发器组成，或者是由二者的组合组成，其中与主节流部件103相接的初级蒸发器104处于迎风位置，而次级蒸发器105沿着进风流过的顺序排列在初级蒸发器104之后的位置上。由于空气流过初级蒸发器104要与蒸发器管内的制冷剂进行热交换，因此流经次级蒸发器105的空气温度比流经初级蒸发器104的空气温度低。无论初级蒸发器104，还是次级蒸发器105的流路可以是单进单出的单流路，也可以是多进多出的多路分流，或由二者组合而成，但在两级蒸发器之间没有流路交叉。需要指出的是，多级蒸发器的分级虽然总体上与空气流经的顺序相对应，但由于空调器位置的限制或蒸发器制造工艺的需要，有时会出现初级蒸发器104的某一部分在空间上处于次级蒸发器105的位置中，但在制冷剂流路上，初级蒸发器104并不与次级蒸发器105交叉。上述主节流部件103位于冷凝器102与初级蒸发器104之间，是一个或一组毛细管或热力膨胀阀或电子膨胀阀，而次级节流部件106是一个或一组毛细管，或起节流作用的细管。制冷剂经过次级节流部件106后在次级蒸发器105中的蒸发温度比在初级蒸发器104中的蒸发温度有明显降低，两级蒸发器之间典型的蒸发温度的差异为1～5℃。在上述技术方案中，还可以在制冷系统中设置四通换向阀，并将次级节流部件106与单向阀并联，从而使本发明成为冷暖空调器。单向阀在制冷工况时处于关闭状态，在制热工况时处于导通状态。这样可以使本发明在热泵制热运行时，前述两级蒸发器形成一个换热器整体，作为热泵制热的冷凝器，不会由于两级蒸发器之间的次级节流部件106而影响空调器的制热效果。
实施例一：
图2是应用本发明的窗机的侧视图，图3是其俯视图。本发明由压缩机101的排气口、冷凝器102、主毛细管103、初级蒸发器104、次级毛细管106、次级蒸发器105和压缩机101的吸气口依次连通形成封闭的制冷回路。初级蒸发器104位于次级蒸发器105的前排迎风侧。初级蒸发器104和次级蒸发器105都是风冷管翅式换热器，并配有前风道108与离心风扇109。冷凝器102是风冷管翅式换热器，并配有后风道110和轴流风扇111。空调器箱体107用于安装上述制冷系统的部件和用于控制空调器运行的电器系统112。
实施例二：
图4是应用本发明的分体壁挂式空调器室内机的侧视图。本发明由压缩机、冷凝器、主毛细管、初级蒸发器104、次级毛细管106与次级蒸发器105组成封闭的制冷回路，其中压缩机、冷凝器与主毛细管安装在空调器室外机中。制冷剂经主毛细管节流后进入室内侧高压进液管128，由三通管127分为上下两路进入位于外侧迎风层的初级蒸发器1041、1042，然后分别由次级毛细管1061、1062节流后进入位于内侧的次级蒸发器1051、1052，最后两路制冷剂经三通管125合为一路由低压回气管124返回室外机的压缩机回气口。工作时，室内空气经外罩126、面板129上的栅格进入室内机与蒸发器进行热交换。初级蒸发器1041、1042位于次级蒸发器1051、1052的外侧迎风面。初级蒸发器1041、1042和次级蒸发器1051、1052都是风冷管翅式换热器，安装在室内机底座121上，并配有室内电机123、贯流风扇122。
本发明也可采用三级、四级或更多级蒸发器，只需要在次级蒸发器105之后的位置上增加串接一级、二级或多级蒸发器，同时每增加一级蒸发器就增加一次级毛细管即可。如果要制成多级冷暖空调器，只需要在制冷系统中设置四通换向阀，并将其中的所有次级节流部件与单向阀并联即可。