CN111698874B - 空调器散热方法、散热装置及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器散热方法、散热装置及空调器，所述方法包括：获取散热器的采样温度；将所述采样温度与设定温度阈值作比较；在所述采样温度不大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；在所述采样温度大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行；所述第二风向与所述第一风向相反。应用本发明，可以减少空调器散热器因温度不均产生的热应力，提高发热器件的使用安全性能。

Description

空调器散热方法、散热装置及空调器

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体地说，涉及空调器，更具体地说，涉及空调器散热方法、散热装置及空调器。

背景技术

空调器的变频器上通常设有硅桥、IPM模块等发热器件，空调器使用过程中，这些器件随着空调器电流的增加会发热越来越大。发热器件的发热会造成器件寿命的降低，为了保证器件的使用寿命，通常会通过散热器给变频器散热，从而降低变频器上发热器件的温度。

空调器中设置有风扇，通过风扇的转动形成风场，利用风场可以加快散热器的散热。以顶出风为例，参见图1和图2，空调器工作时，风扇11以一种方向转动，形成送风方向为自下而上的风场，在图2中，送风方向为自A端吹向B端。风扇11的转动方向固定，风场的送风方向也是固定的。受到送风方向的影响，通常散热器12不同位置的温度会存在一定的温差，特别是当发热器件13的长边沿着送风方向时，发热器件13两端的温差较大，对发热器件13形成热应力。以发热器件13为IPM为例，见图3所示，IPM内部有6个IGBT，布设位置如图3所示。6个IGBT按照控制规则导通和关闭，原则上，6个IGBT的发热量相同。但是，在送风方向固定的风场内，沿着送风方向，因为散热器12的散热作用，热量向着送风远端（B端）集中。因此，在实际使用中，IPM中位于上端（靠近远风端B）的IGBT1的温度比位于下端（靠近近风端A）的IGBT3的温度高，造成了IPM温度不均衡，在IPM的上下两边产生较大的热应力。这种热应力累积，轻者会造成发热器件13使用寿命的降低，严重时会造成器件的断裂损坏，出现安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种空调器散热方法、散热装置及空调器，以减少散热器因温度不均而产生的热应力，提高发热器件的使用安全性能。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供一种空调器散热方法，包括：

获取散热器的采样温度；

将所述采样温度与设定温度阈值作比较；

在所述采样温度不大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；在所述采样温度大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行；所述第二风向与所述第一风向相反。

本发明还提供一种空调器散热装置，包括为发热器件散热的散热器，还包括：

采样温度获取单元，用于获取所述散热器的采样温度；

采样温度比较单元，用于将所述采样温度获取单元获取的所述采样温度与设定温度阈值作比较；

控制单元，至少用于在所述采样温度不大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；还用于在所述采样温度大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行；所述第二风向与所述第一风向相反。

本发明还提供一种空调器，包括发热器件，还包括上述的空调器散热装置。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的空调器散热方法及散热装置，获取散热器的采样温度，在采样温度不大于设定温度阈值时，判定散热器不同位置处的温差不大，控制散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；在采样温度大于设定温度阈值时，判定散热器不同位置处的温差较大，此情况下，控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行，第二风向与第一风向相反；由此，在散热器的温差较大时，控制风场的风向反向，散热方向也反向变化，从而逐渐地将散热器两端的温差降低，进而降低因散热器温度不均而易产生的热应力，对发热器件进行有效的保护，解决因热应力累积而降低发热器件的使用寿命问题及其他安全隐患问题，提高了发热器件的使用安全性能。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中空调器散热装置的结构示意图；

图2是图1的散热原理示意图；

图3是图2中发热器件的内部结构示意图；

图4是基于本发明的空调器一个实施例的部分结构示意图；

图5是图4中的部分结构分解示意图；

图6是图4的空调器第一种工作状态的示意图；

图7是图4的空调器第二种工作状态的示意图；

图8是基于本发明的空调器散热方法一个实施例的流程图；

图9是图8中获取散热器的采样温度的一个实施例的结构示意图；

图10是基于本发明的空调器散热装置一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图4至图7示出了基于本发明的空调器的一个实施例，其中，图1是该实施例的部分结构示意图，图5是图4中的部分结构的分解示意图，图6和图7分别为空调器在第一种工作状态和第二种工作状态下的示意图。

如图4至图7所示，该实施例的空调器为顶出风式空调器，包括有风扇21、电器盒22及散热器23，风扇21位于电器盒22上部，用于形成散热风场，与散热器23配合，实现对电器盒22的散热。电器盒22中设置有发热器件221，为提高散热效果，发热器件221与散热器23相固定。而且，为了实现减少散热过程中产生的热应力，风扇21转动方向可变。具体来说，风扇21在第一转动方向（通常为正转方向）下转动时，形成风向为自下而上的第一风向的风场，此时，空调器处于图6示出的第一种工作状态，处于正常散热工作状态；风扇21在第二转动方向（第二转动方向与第一转动方向相反，在第一转动方向为正转方向时，第二转动方向为反转方向）下转动时，形成风向为自上而下的第二风向的风场，此时，空调器处于图7示出的第二种工作状态，为减少热应力的散热工作状态。

对于具有上述结构的空调器，采用图8示出的空调器散热方法流程执行散热。

具体而言，结合图4至图7所示，该实施例的空调器散热方法采用下述流程步骤构成的散热过程执行散热。

步骤81：获取散热器的采样温度，并与设定温度阈值作比较。

其中，散热器的采样温度为散热器上的温度，其大小能够反映是否容易产生热应力。

在一些优选实施方式中，采用下述方法采集并确定散热器的采样温度：

如图9所示的获取散热器的采样温度一个实施例的结构示意图，在散热器23上、沿送风方向的两端分别设置有温度检测单元A和B。结合图6所示，在该实施例中，温度检测单元A和温度检测单元B分别位于散热器23的下端和上端。更具体来说，温度检测单元A所在的下端在第一风向（自下而上）下为近风端，而温度检测单元B所在的上端在第一风向下为远风端。利用温度检测单元A，能够获得第一风向下近风端的实时温度TA；利用温度检测单元B，能够获得第一风向下远风端的实时温度TB。那么，散热器的采样温度Tfin采用下述公式确定：Tfin=a*TA+b*TB。

在上述确定Tfin的公式中，a、b为设定系数，满足：a+b=1。a、b的取值与通过散热器23进行散热的发热器件221的位置相关，具体的取值将根据实验测量综合评估来确定。

通过采集散热器两个不同位置的采样温度，经过设定系数处理后确定出散热器的采样温度Tfin，采集温度的位置及设定系数的大小根据发热器件的位置合理选定，使得采样温度能够合理、合适地反映出发热器件的温差，以便合理、及时地决定是否需要进行减少热应力的处理，既能够对发热器件进行及时有效的保护，且也不会造成频繁保护，避免因频繁进行发热器件的保护而降低空调器自身的制冷/制热效果。

空调器中还预存储有设定温度阈值，在获取了散热器的采样温度之后，将其和设定温度阈值作比较。设定温度阈值是决定是否需要执行减少热应力保护措施的一个阈值温度值，其取值可根据试验和经验确定。

步骤82：判断实时获取的散热器的采样温度是否大于设定温度阈值。若是，执行步骤84；否则，执行步骤83。

步骤83：如果判断实时获取的散热器的采样温度不大于设定温度阈值，认为散热器23不同位置处的温差不大，相应的，发热器件上的温差也不大，不易发生因温差过大而造成的发热器件的损坏等问题，则控制散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行，具体来说是通过控制风扇21工作在第一转动方向，空调器处于图6的第一工作状态，进行发热器件的正常散热运行。

步骤84：如果判断实时获取的散热器的采样温度大于设定温度阈值，认为此时散热器23不同位置处的温差较大，相应的，发热器件上的温差也较大，则控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行。具体来说，是通过控制风扇21反向转动，工作的第二转动方向下。此时，空调器处于图7示出的第二工作状态。

在散热器的采样温度大于设定温度阈值时，通过控制风场的风向反向，散热方向也反向变化，在第一风向下，散热器23上端的温度会高于下端的温度，而在风向发生改变后的第二风向下，散热器23下端的温度会逐渐升高，相应的，其上端的温度会逐渐降低，从而会逐渐地将散热器23两端的温差降低，相应的，发热器件221两端的温差也会降低，进而降低了因温差大而产生的热应力，对发热器件221进行有效的保护，解决因热应力累积而降低发热器件的使用寿命问题及其他安全隐患问题，提高了发热器件的使用安全性能。

在通过控制风扇21反向转动而改变风场后，虽然能够降低散热器23两端的温差，但是，也会造成短时间内空调散热风量不足，因为正常散热时风扇21工作在第一转动方向。散热风量不足，会使得空调器制冷剂热转换效率变差，因此，在保护发热器件的同时，还需要考虑空调器整体的工作性能。因此，在一些优选实施例中，空调器散热方法还包括下述过程：

从控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向开始计时，在计时时间达到设定运行时间时，控制散热器所在风场内的风向改变为第一风向。也即，对风场内的风向改变后的运行时间进行限制，避免长时间运行导致空调器热转换效率变差的问题，达到发热器件的保护与换热效率的均衡。

对于设定运行时间，可以是预设的一个固定时间。但是，考虑到空调器***的动态变化，为提高空调器运行性能，设定运行时间优选为实时可变。具体来说，是根据实时采集的散热器的采样温度以及实时采集的空调器的排气压力实时确定设定运行时间。其中，空调器的排气压力的获取，是在控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行的过程中，执行排气压力的采集，具体可以是通过在排气管路中设置的压力传感器采集获取。

在其他一些优选实施例中，采用PID算法，根据采样温度和排气压力实时确定设定运行时间。具体确定方法如下：

根据下述公式实时确定设定运行时间t：

t＝Kp×{⊿Tfin(n)－⊿Tfin(n-1)}＋Ki×⊿Tfin(n)×DT

＋Kd×{⊿Tfin(n)－2×⊿Tfin(n-1)＋⊿Tfin(n-2)}/DT

-Ks×{⊿Pd(n)－⊿Pd(n-1) }

式中，⊿Tfin(n)=Tfin(n)－Tdo，⊿Tfin(n-1)=Tfin(n-1)－Tdo，

⊿Tfin(n-2)=Tfin(n-2)－Tdo，⊿Pd(n)=Pd(n)－Pdo,

⊿Pd(n-1)=Pd(n-1)－Pdo,

其中，n为采样时间，Tfin为采样温度，Tdo为已知的发热器件的保护温度，Pd为所述排气压力，Pdo为已知的保护压力，Kp、Ki、Kd、Ks为已知的PID控制系数，DT为控制周期。

在一个具体实施例中，PID控制参数取值及控制周期如下：

Kp=4，Ki=1/60，Kd=120，Ks=40，DT=60S。

上述各实施例中，是以顶出风空调器为例进行描述，对应的第一风向是自下而上的方向，第二风向是自上而下的方向。如果空调器为其他方向出风，相应的，第一风向和第二风向根据出风风向适应性改变。譬如，空调器为前出风，第一风向是自后向前的方向，第二风向是自前向后的方向，风向的改变仍以风扇转动方向的不同进行调整。

图10示出了基于本发明的空调器散热装置一个实施例的结构示意图，对于该实施例的散热装置，除了包括有为发热器件散热的散热器之外，还包括有采样温度获取单元101、采样温度比较单元102及控制单元103。各单元的功能、彼此之间的连接关系具体描述如下：

采样温度获取单元101用于获取散热器的采样温度。更优选的采样温度获取方式，参见上述方法实施例的描述。

采样温度比较单元102用于将采样温度获取单元101获取的采样温度与设定温度阈值作比较。

控制单元103，至少用于在采样温度比较单元101比较出采样温度不大于设定温度阈值时，控制散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；还用于在采样温度比较单元101比较出采样温度大于设定温度阈值时，控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行，第二风向与第一风向相反。改变散热器所在风场内的风向，通过控制风扇的转动方向来实现。

在其他一些实施例中，散热控制装置还包括有排气压力获取单元及设定运行时间确定单元。其中，排气压力获取单元至少用于在控制单元103控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行的过程中，获取空调器的排气压力。而设定运行时间确定单元，用于根据采样温度获取单元101所获取的采样温度以及排气压力获取单元所获取的排气压力实时确定设定运行时间。在这些实施例中，控制单元103还用于从控制散热器所在风场内的风向改变为第二风向开始计时，在计时时间达到设定运行时间确定单元所确定的设定运行时间时，控制散热器所在风场内的风向改变为第一风向。更优选的设定运行时间的确定方法，参见上述方法实施例的描述。

上述各实施例的空调器散热装置运行相应的软件程序，按照上述方法实施例的过程实现空调器散热，产生的技术效果参考上述方法实施例的描述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种空调器散热方法，其特征在于，所述方法包括：

获取为空调器发热器件散热的散热器的采样温度；将所述采样温度与设定温度阈值作比较；

在所述采样温度不大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；在所述采样温度大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行；所述第二风向与所述第一风向相反；

所述采样温度为Tfin，并采用下述方法确定Tfin：

Tfin=a*TA+b*TB；

其中，a、b为设定系数，满足：a+b=1，并根据所述发热器件与所述散热器的位置确定；TA、TB分别为所述第一风向下近风端的实时温度和远风端的实时温度。

2.根据权利要求1所述的空调器散热方法，其特征在于，所述方法还包括：

从控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向开始计时，在计时时间达到设定运行时间时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为所述第一风向。

3.根据权利要求2所述的空调器散热方法，其特征在于，所述设定运行时间采用下述方法确定：

在控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行的过程中，获取空调器的排气压力；

根据所述采样温度和所述排气压力实时确定所述设定运行时间。

4.根据权利要求3所述的空调器散热方法，其特征在于，根据所述采样温度和所述排气压力实时确定所述设定运行时间，具体包括：

根据下述公式实时确定设定运行时间t：

t＝Kp×{⊿Tfin(n)－⊿Tfin(n-1)}＋Ki×⊿Tfin(n)×DT ＋Kd×{⊿Tfin(n)－2×⊿Tfin(n-1)＋⊿Tfin(n-2)}/DT

-Ks×{⊿Pd(n)－⊿Pd(n-1) }

式中，⊿Tfin(n)=Tfin（n）－Tdo，⊿Tfin(n-1)=Tfin(n-1)－Tdo，

⊿Tfin(n-2)=Tfin(n-2)－Tdo，⊿Pd(n)=Pd(n)－Pdo,

⊿Pd(n-1)=Pd(n-1)－Pdo,

其中，n为采样时间，Tfin为所述采样温度，Tdo为已知的发热器件的保护温度，Pd为所述排气压力，Pdo为已知的保护压力，Kp、Ki、Kd、Ks为已知的PID控制系数，DT为控制周期。

5.一种空调器散热装置，包括为发热器件散热的散热器，其特征在于，所述装置还包括：

采样温度获取单元，用于获取所述散热器的采样温度；采样温度比较单元，用于将所述采样温度获取单元获取的所述采样温度与设定温度阈值作比较；

控制单元，至少用于在所述采样温度不大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向保持在第一风向运行；还用于在所述采样温度大于所述设定温度阈值时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行；所述第二风向与所述第一风向相反；

所述采样温度为Tfin，所述采样温度获取单元采用下述方法确定Tfin：

Tfin=a*TA+b*TB；

其中，a、b为设定系数，满足：a+b=1，并根据所述发热器件与所述散热器的位置确定；TA、TB分别为所述第一风向下近风端的实时温度和远风端的实时温度。

6.根据权利要求5所述的空调器散热装置，其特征在于，所述控制单元还用于从控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向开始计时，在计时时间达到设定运行时间时，控制所述散热器所在风场内的风向改变为所述第一风向。

7.根据权利要求6所述的空调器散热装置，其特征在于，所述装置还包括：

排气压力获取单元，至少用于在所述控制单元控制所述散热器所在风场内的风向改变为第二风向运行的过程中，获取空调器的排气压力；

设定运行时间确定单元，用于根据所述采样温度和所述排气压力实时确定所述设定运行时间。

8.一种空调器，包括发热器件，其特征在于，还包括上述权利要求5至7中任一项所述的空调器散热装置。

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