CN115523694A - 变频空调器及其制冷*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变频空调器及其制冷***。该制冷***包括制冷主循环,包括依次连接的压缩机、室外机换热组件、第一节流装置、室内机换热组件;补气支路连接于第一节流装置和压缩机的补气口之间,用于将制冷主循环中的部分气态冷媒导向压缩机的补气口进行补气;散热板设置在压缩机的电控板的高温区域处,并且补气支路被配置为流经散热板,以利用其内流动的制冷剂带走部分散热板的热量;流量控制装置设置于补气支路上,用于控制补气支路内制冷剂的流量。本发明的方案利用冷凝器的制冷剂对电控板散热,解决了散热效率低、结构复杂的问题,并且可使散热板的尺寸减小,减小了散热器件的成本。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域,具体而言,尤其涉及一种变频空调器及其制冷***。
背景技术
家用变频空调中电控板(或称变频板)的强电区域设置有大功率电控器件,其散热问题是急需解决的技术难题。上述大功率电控器件主要包括IPM(Intelligent PowerModule,智能功率模块)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)、二极管、整流桥等。其中IPM的发热量约占总发热量的60%,其热流密度最高。
上述大功率电控器件需要安装专门的散热模块,散热模块一般由均温板、散热翅片组成。大功率器件和均温板之间涂有导热硅脂,通过紧固件实现紧密两者的结合;均温板另一侧则安装有散热翅片,散热翅片可布置在空调器室外机的轴流风道里。IPM、IGBT、二极管、整流桥先通过热传导方式将热量经均温板传导给散热翅片,散热翅片再通过对流换热方式将热量散发出去。
传统的电控板散热方式主要借助于冷凝器的环境气流对散热翅片对流换热来实现散热。由于冷凝器本身为高温部件,通过冷凝器后的气流温度也会显著升高,从而严重影响电控器件的冷却效果。特别是在室外环境温度较高的情况下,电控器件工作温度很高,急需散热,而该工况下冷凝器温度同样升高,通过冷凝器后的气流温度会比自然气流高15℃以上。此时,IPM等电控器件散热状况易出现恶化,压缩机只能降低运行频率以减少电控器件的发热量,从而导致制整机冷量大大减小。
为保证冷却效果,现有技术的解决手段为使用更大规格的散热翅片,这会造成冷却模块耗材量大,进而导致成本大幅升高。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种提高电控板散热效率的变频空调器及其制冷***。
本发明一个进一步的目的是要提高电控板散热的可靠性。
本发明另一个进一步的目的是要降低电控板散热的器件成本。
根据本发明的一个方面,提供了一种变频空调器的制冷***,该变频空调器的制冷***包括:
制冷主循环,包括依次连接的压缩机、室外机换热组件、第一节流装置、室内机换热组件;
补气支路,连接于第一节流装置和压缩机的补气口之间,用于将制冷主循环中的部分气态冷媒导向压缩机的补气口进行补气;
散热板,设置在压缩机的电控板的高温区域处,并且补气支路被配置为流经散热板,以利用其内流动的制冷剂带走部分散热板的热量;
流量控制装置,设置于补气支路上,用于控制补气支路内制冷剂的流量。
可选地,该变频空调器的制冷***还包括:四通阀,其流入口与压缩机的冷媒排出口连接,其第二冷媒口与室内机换热组件相连,其第三冷媒口与室外机换热组件连接,其第四冷媒口与压缩机的冷媒回流口连接,用于控制制冷主循环的冷媒流向。
可选地,该变频空调器的制冷***还包括:第二节流装置,连接于室内机换热组件与补气支路的流入口之间,用于对制冷主循环进行节流。
可选地,当变频空调器的制冷***进入制冷工况时,四通阀被配置成流入口与第三冷媒口连通,第二冷媒口与第四冷媒口连通,由压缩机供出的制冷剂从流入口进入四通阀后,从第三冷媒口流出并进入室外机换热组件进行换热,经过第一节流装置节流后,部分制冷剂进入补气支路,剩余部分制冷剂再经第二节流装置节流后,进入室内机换热组件,完成换热后从第二冷媒口流入四通阀,再从第四冷媒口流出并回流进入压缩机。
可选地,当变频空调器的制冷***进入制热工况时,四通阀被配置成流入口与第二冷媒口连通,第三冷媒口与第四冷媒口连通,由压缩机供出的制冷剂从流入口进入四通阀后,从第二冷媒口流出并进入室内机换热组件进行换热,经过第二节流装置节流后,部分制冷剂进入补气支路,剩余部分制冷剂再经第一节流装置节流后,进入室外机换热组件,完成换热后从第三冷媒口流入四通阀,再从第四冷媒口流出并回流进入压缩机。
可选地,流量控制装置控制补气支路的流量以保证散热板上游的冷媒管路中的制冷剂温度低于散热板下游的冷媒管路中的制冷剂温度。
可选地,散热板包括:管槽,均匀布置于散热板内,并且补气支路的延伸构造与管槽的布置形状相适配。
可选地,管槽内表面与补气支路的接触面积为第一接触面积,电控板与散热板的接触面积为第二接触面积,第一接触面积与第二接触面积之比为0.5倍至5倍。
可选地,散热板还包括:
第一板体,其第一侧用于覆盖压缩机的电控板的高温区域,其第二侧上开设有第一凹槽;
第二板体,设置于第一板体的第二侧,并且在其与第一板体相对的板面上开设有与第一凹槽对应的第二凹槽,以使得第一凹槽与第二凹槽共同限定出管槽。
根据本发明的另一个方面,提供了一种变频空调器,其包括上述任一种变频空调器的制冷***。
本发明的变频空调器的制冷***,除制冷主循环外还设置有补气支路。补气支路连接于第一节流装置和压缩机的补气口之间,用于将制冷主循环中的部分气态冷媒导向压缩机的补气口进行补气。并且补气支路流经设置在压缩机的电控板的高温区域的散热板,以利用其内流动的制冷剂带走部分散热板的热量,避免了单纯依靠空气对流散热效率低、结构复杂的问题。并且由于散热板的尺寸减小,减小了散热器件的成本。
进一步地,本发明的变频空调器的制冷***,利用温度高于周围环境的制冷剂进行散热,可以避免散热板温度低于周围环境导致的凝露问题。经过实际测试,本发明的方案冷却效果限制,能够满足IPM等电控器件在高温运行状态下的散热需求。
更进一步地,本发明的变频空调器的制冷***,在补气支路上设置了流量控制装置,该流量控制装置控制补气支路的流量以保证散热板上游的冷媒管路中的制冷剂温度低于散热板下游的冷媒管路中的制冷剂温度,以确保参与压缩机补气的冷媒全为气态,以保证压缩机平稳运行。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***的示意图;
图2是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中室外机电控盒的示意图;
图3是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中电控板的示意图;
图4是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中散热板的示意图;
图5是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中散热板的分解图;
图6是根据本发明一个实施例的变频空调器的示意框图;以及
图7是根据本发明一个实施例的变频空调器中室外机的示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种变频空调器的制冷***。图1是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***的示意图。该制冷***利用压缩制冷循环来实现,压缩制冷循环利用制冷剂在压缩机110、室外机换热组件120、室内及换热组件140、第一节流装置130的压缩相变循环实现热量的传递。
压缩机110作为制冷循环的动力,由电动机拖动而不停地旋转,抽出蒸发器内气态制冷剂,通过压缩提高制冷剂蒸气的压力和温度,创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件,也即压缩机110将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态。
在制冷工况中,室外机换热组件120为冷凝器组件,利用环境冷却制冷剂,将来自压缩机110的高温高压制冷蒸气的热量带走,使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。
高压常温的制冷剂液体通过第一节流装置130,得到低温低压制冷剂,再送入室内机换热组件140内吸热蒸发。根据饱和压力与饱和温度的对应原理,降低制冷剂液体的压力,可以降低制冷剂液体的温度。
室内机换热组件140为蒸发器组件,节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发(沸腾)变为蒸气,吸收周围热量,使周围温度下降,达到制冷的目的。
在空调器中,蒸发器组件一般布置在室内环境中,用于与室内空气换热,实现室内降温。冷凝器组件布置在室外环境中,用于与室外空间换热,向外部释放热量。
在一些实施例中,制冷***还可以设置换向阀,改变制冷剂的流向,交替改变室内机换热组件140以及室外机换热组件120的功能,实现制冷或者制热功能。由于制冷剂换向实现制冷和制热功能的切换,为本领域技术人员所习知,在此不做赘述。本领域技术人员易于在本实施例提供的制冷***中增加设置换向阀。
变频空调器使用变频压缩机。压缩机110的转速根据制冷需求进行调整。从而通过提高压缩机110转速提高空调器的制冷能能力。变频空调器利用变频技术提高电能效率,减少了温度波动。其中变频技术是将电网的交流电经过整流、滤波、逆变等一系列处理,改变压缩机110的供电频率,其一般通过电控板实现其功能。由于变频技术本身,为本领域技术人员所习知,在此不做赘述。
对于分体式空调器,压缩机110及其电控板布置于室外机内。电控板上的大功率电控器件在运行过程中,会严重发热。而现有的对流散热方式并不能实现可靠散热。而且由于电控板上带有强电,在对其进行布置时,还需要考虑用电安全规范,这进一步导致电控板上散热器件难于布置。
针对上述问题,本实施例的变频空调器的制冷***,增加设置了散热板210,利用制冷***的中的制冷剂实现电控板的散热。在该制冷***中,压缩机110用于在电控板的驱动下提供制冷剂循环的动力,通过电控板调整供电频率,实现转速的调整。
本实施例的变频空调器的制冷***包括制冷主循环和补气支路123。制冷主循环包括依次连接的压缩机110、室外机换热组件120、第一节流装置130、室内机换热组件140。补气支路123连接于第一节流装置130和压缩机110的补气口之间,用于将制冷主循环中的部分气态冷媒导向压缩机110的补气口进行补气。
散热板210设置在压缩机110的电控板的高温区域处,并且补气支路123被配置为流经散热板210,以利用其内流动的制冷剂带走部分散热板210的热量,避免了单纯依靠空气对流散热效率低、结构复杂的问题。并且由于散热板210的尺寸减小,减小了散热器件的成本。流经补气支路123的制冷剂温度高于周围环境,利用制冷剂带走散热板210的温度,可以避免散热板210温度低于周围环境导致的凝露问题,也提高了电气安全性能。
本实施例的变频空调器的制冷***还包括流量控制装置132。流量控制装置132设置于补气支路123上,用于控制补气支路123内制冷剂的流量。流量控制装置132控制补气支路123的流量以保证散热板210上游的冷媒管路中的制冷剂温度低于散热板210下游的冷媒管路中的制冷剂温度,以确保参与压缩机110补气的冷媒全为气态,以保证压缩机110平稳运行。
本实施例的变频空调器的制冷***还设置有四通阀150。其流入口与压缩机110的冷媒排出口连接,其第二冷媒口与室内机换热组件140相连,其第三冷媒口与室外机换热组件120连接,其第四冷媒口与压缩机110的冷媒回流口连接,用于控制制冷主循环的冷媒流向。
本实施例的变频空调器的制冷***还设置有第二节流装置131。第二节流装置131连接于室内机换热组件140与补气支路123的流入口之间,用于对制冷主循环进行节流。
当变频空调器的制冷***进入制冷工况时,四通阀150被配置成流入口与第三冷媒口连通,第二冷媒口与第四冷媒口连通,由压缩机110供出的制冷剂从流入口进入四通阀150后,从第三冷媒口流出并进入室外机换热组件120进行换热,经过第一节流装置130节流后,部分制冷剂进入补气支路123,剩余部分制冷剂再经第二节流装置131节流后,进入室内机换热组件140,完成换热后从第二冷媒口流入四通阀150,再从第四冷媒口流出并回流进入压缩机110。第一节流装置130的节流程度小于第二节流装置131的节流程度。在一些实施例中,第一节流装置130可以为全开状态也可以为部分节流状态,通过控制流量控制装置132的开度从而控制通过补气支路123进入压缩机的冷媒状态。
当变频空调器的制冷***进入制热工况时,四通阀150被配置成流入口与第二冷媒口连通,第三冷媒口与第四冷媒口连通,由压缩机110供出的制冷剂从流入口进入四通阀150后,从第二冷媒口流出并进入室内机换热组件140进行换热,经过第二节流装置131节流后,部分制冷剂进入补气支路123,剩余部分制冷剂再经第一节流装置130节流后,进入室外机换热组件120,完成换热后从第三冷媒口流入四通阀150,再从第四冷媒口流出并回流进入压缩机110。第一节流装置130的节流程度大于第二节流装置131的节流程度。
本发明的变频空调器的制冷***,室外机换热器120的下游可以设置有分流装置,分流装置的第一分流口与补气支路123相连,第二分流口与制冷主循环相连,从而可以通过分流装置控制补气支路123的冷媒流量,从而对散热功能进行控制。
在一些可选实施例中,第一分流口的流通面积和第二分流口的流通面积之比为0.5%~2%。流通面积的大小比例可以根据通过对散热板210的散热效果以及变频空调器的调温效果进行测试得到,一方面保证制冷剂可靠地带走电控板的热量,另一方面还要避免对制冷***本身制冷功能的影响。经过实际测试,将第一分流口的流通面积和第二分流口的流通面积之比为0.5%~2%,可以满足上述技术要求。在本实施例的制冷***中,压缩机110压缩排出的高温高压制冷剂经室外机换热器120冷却后,进一步与散热板210换热,对电控板(特别是IPM模块等功率器件所在的区域)进行冷热,降低其温度。
在分体式变频空调器中,压缩机110及其电控板、散热板210、室外机换热组件120、均设置于室外机上。一般而言,电控板一般布置在一电控盒内,而电控盒整体设置在压缩机110的上方。图2是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中电控盒220的示意图,图3是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中电控板230的示意图;图4是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中散热板210的示意图;图5是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷***中散热板210的分解图。
电控盒220整体呈长方体盒状,一般布置在室外机中压缩机110所在区域的顶部。电控板230布置在电控盒220内部。补气支路123从电控盒220与室外机换热组件120所在区域相对的一侧进入电控盒220,并最终接入散热板210。电控板230上的大功率电控器件一般集中布置。散热板210的布置位置以及覆盖区域根据电控板230上的大功率电控器件的布置状态进行设置。
散热板内设置有管槽,管槽均匀布置在散热板210内,并且补气支路123的延伸构造与管槽的布置形状相适配。管槽的分布情况可以根据散热板210的尺寸以及结构进行配置。例如对于图4-6所示的长度方向明显大于宽度方向的散热板210,管槽可为平行于长度方向的多条。补气支路123嵌入在管槽内,并在通入方向的另一侧形成U形连接段124。管槽内表面与补气支路123的接触面积为第一接触面积,电控板230与散热板210的接触面积为第二接触面积,第一接触面积与第二接触面积之比为0.5倍至5倍,确保补气支路123的有效散热面积为合理值,避免电控板230过度冷却以及欠冷,保证电控板230散热效果的同时节省耗材。
散热板210可以包括:第一板体211和第二板体212。第一板体211的第一侧用于覆盖压缩机110的电控板230的高温区域,其第二侧上开设有第一凹槽213。在一些实施例上第一板体211可以通过紧固件或者胶粘方式贴靠于电控板230的发热器件上。
第二板体212设置于第一板体211的第二侧,并且在其与第一板体211相对的板面上开设有与第一凹槽213对应的第二凹槽214,以使得第一凹槽213与第二凹槽214共同限定出管槽。第一板体211和第二板体212可以通过紧固件或者胶粘方式进行连接,保证两者可靠结合以便于顺利传热。也就是说,第一板体211和第二板体212相对的板面上分别形成凹槽213、214,在第一板体211和第二板体212扣合后,相对的凹槽213、214共同限定出管槽。
管槽的截面形状也可以与补气支路123的形状相适配,例如可以设置为圆形、椭圆形、方形、长方形等。为了提高传热效率,在本实施例中,可以优选采用圆形补气支路123以及圆形界面的管槽。为了保证换热效率更高,补气支路123与管槽内壁之间可以涂覆导热硅胶等导热介质。
散热板210采用板体的结合的方式形成管槽,可以便于制备和维修,另外也便于与变频板进行连接。散热板210可以使用铝制材料制成,提高散热效率。
本实施例还提供了一种变频空调器。该变频空调器具有上述任一实施例的变频空调器的制冷***。图6是根据本发明一个实施例的变频空调器的示意框图。图6省略了第一节流装置、第二节流装置、流量控制装置以及四通阀。
变频空调器包括设置于换热环境中的室内机30以及设置在室外环境中的室外机20。室外机20和室内机30通过制冷管路以及电气线路彼此相连。其中制冷管路用于将室内机30中的制冷部件与室外机20中的制冷部件连接成制冷剂循环回路。通过制冷剂的循环流动实现室内外的热量交换。
室内机30中包含室内机换热组件140(或称为室内换热器)、室内风机(图中未示出)等,其可以设置为壁挂式、立式、天花机等各种结构,室内风机用于促使形成流经室内机换热组件140的气流,对室内环境进行调温。室内风机的风速与室内机换热组件140温度相配合,可以使得室内环境更加满足调温的需求。
图7是根据本发明一个实施例的变频空调器的示意图。室外机包括机箱201、室外机换热组件120(或称为室外换热器)、室外风机202、压缩机110等部件。室内机包括室内机换热组件140、室内风机204等部件。压缩机110优选采用变频电机拖动的变频压缩机。根据制冷需求,调整其转速。通过提高压缩机110转速提高空调器的制冷能能力。压缩机110用于在电控板230的驱动下提供制冷剂循环的动力,通过电控板230调整供电频率,实现转速的调整。室外机换热组件120用于冷却压缩机110排出的制冷剂。室外风机202产生用于对室外机换热组件120散热的散热气流。
机箱201可以为长方体状,其内部由隔板分隔成多个腔室,其中一个腔室用于布置压缩机110及其附属部件,另一腔室布置室外风机202以室外机换热组件120。室外风机202吸入环境气流使其通过室外机换热组件120,实现散热。
电控板230用于对室外机20的运行状态进行控制,其中包括对压缩机110进行驱动的变频装置。电控板230驱动压缩机110运转时,其功率元件发热,随着制冷负荷增加以及状态变化频率增加、发热量可能增大。
本实施例利用流经的制冷剂带走部分电控板230的热量,避免了单纯依靠空气对流散热效率低、结构复杂的问题。并且由于散热板210的尺寸减小,减小了散热器件的成本。经过对试制样品的测试,在室外机20周围温度达到60℃的极端工况下,电控板230上的最高温度也仅在70℃左右(该温度值远低于保护温度),结果表明冷却效果显著,能够满足电控板230在高温极端运行状态下的散热需求。同时对空调器自身的调温功能基本无不良影响。
需要进一步说明的是,在本实施例的描述中,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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种变频空调器的制冷***,包括:
制冷主循环,包括依次连接的压缩机、室外机换热组件、第一节流装置、室内机换热组件;
补气支路,连接于所述第一节流装置和所述压缩机的补气口之间,用于将所述制冷主循环中的部分气态冷媒导向所述压缩机的补气口进行补气;
散热板,设置在所述压缩机的电控板的高温区域处,并且所述补气支路被配置为流经所述散热板,以利用其内流动的制冷剂带走部分所述散热板的热量;
流量控制装置,设置于所述补气支路上,用于控制所述补气支路内制冷剂的流量。
2.根据权利要求1所述的变频空调器的制冷***,还包括:
四通阀,其流入口与所述压缩机的冷媒排出口连接,其第二冷媒口与所述室内机换热组件相连,其第三冷媒口与所述室外机换热组件连接,其第四冷媒口与所述压缩机的冷媒回流口连接,用于控制所述制冷主循环的冷媒流向。
3.根据权利要求2所述的变频空调器的制冷***,还包括:
第二节流装置,连接于所述室内机换热组件与所述补气支路的流入口之间,用于对所述制冷主循环进行节流。
4.根据权利要求3所述的变频空调器的制冷***,其中,
当所述变频空调器的制冷***进入制冷工况时,所述四通阀被配置成所述流入口与所述第三冷媒口连通,所述第二冷媒口与所述第四冷媒口连通,由所述压缩机供出的制冷剂从所述流入口进入四通阀后,从所述第三冷媒口流出并进入所述室外机换热组件进行换热,经过所述第一节流装置节流后,部分制冷剂进入所述补气支路,剩余部分制冷剂再经所述第二节流装置节流后,进入所述室内机换热组件,完成换热后从所述第二冷媒口流入所述四通阀,再从所述第四冷媒口流出并回流进入所述压缩机。
5.根据权利要求3所述的变频空调器的制冷***,其中,
当所述变频空调器的制冷***进入制热工况时,所述四通阀被配置成所述流入口与所述第二冷媒口连通,所述第三冷媒口与所述第四冷媒口连通,由所述压缩机供出的制冷剂从所述流入口进入四通阀后,从所述第二冷媒口流出并进入所述室内机换热组件进行换热,经过所述第二节流装置节流后,部分制冷剂进入所述补气支路,剩余部分制冷剂再经所述第一节流装置节流后,进入所述室外机换热组件,完成换热后从所述第三冷媒口流入所述四通阀,再从所述第四冷媒口流出并回流进入所述压缩机。
6.根据权利要求1所述的变频空调器的制冷***,其中
所述流量控制装置控制所述补气支路的流量以保证所述散热板上游的冷媒管路中的制冷剂温度低于所述散热板下游的冷媒管路中的制冷剂温度。
7.根据权利要求1所述的变频空调器的制冷***,其中所述散热板包括:
管槽,均匀布置于所述散热板内,并且所述补气支路的延伸构造与所述管槽的布置形状相适配。
8.根据权利要求7所述的变频空调器的制冷***,其中,
所述管槽内表面与所述补气支路的接触面积为第一接触面积,所述电控板与所述散热板的接触面积为第二接触面积,所述第一接触面积与所述第二接触面积之比为0.5~5。
9.根据权利要求8所述的变频空调器的制冷***,其中所述散热板还包括:
第一板体,其第一侧用于覆盖所述压缩机的电控板的高温区域,其第二侧上开设有第一凹槽;
第二板体,设置于所述第一板体的第二侧,并且在其与所述第一板体相对的板面上开设有与所述第一凹槽对应的第二凹槽,以使得所述第一凹槽与第二凹槽共同限定出所述管槽。
10.一种变频空调器,包括:
根据权利要求1至9中任一项所述的变频空调器的制冷***。
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CN202110712348.3A CN115523694A (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 变频空调器及其制冷*** |
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