空调和空调功率元器件冷却方法

空调和空调功率元器件冷却方法
【专利摘要】本发明涉及一种空调和空调变频器冷却方法。该空调包括散热器，用于为空调的功率元器件散热；位于室外机换热器和室内机换热器之间的制冷剂管道，制冷剂管道经过散热器；节流装置，位于制冷剂管道上，用于控制制冷剂管道中的制冷剂使得制冷剂以两相流状态经过散热器。本发明可以防止位于空调室外机处的散热器凝露或结霜。
【专利说明】空调和空调功率元器件冷却方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及空调领域，特别地，涉及一种空调和空调功率元器件冷却方法。

【背景技术】
[0002] 变频空调功率元器件发热量非常大，因此需要设计较大的散热器以对变频空调的 功率元器件进行散热。尤其是，变频空调中的变频模块在整个变频器中起到一个功率转换 和放大的作用，其中的开关损耗和模块本身的电阻在工作过程中会产生大量的热量，如不 及时将这些热量散出，将会严重影响变频模块的性能甚至烧毁变频模块。
[0003] 但是，在很多情况下，由于产品结构空间的限制和散热器材料成本过高，导致无法 将功率元器件的温度降低至安全可靠的范围，为此提出了利用制冷剂冷却散热器的方案。
[0004] 由于变频模块处于空调室外机的电器盒内，在利用散热器对其进行散热的过程 中，如果不能很好地控制制冷剂的温度将导致散热器出现凝露或结霜等问题，这将严重危 害功率元器件的可靠性。


【发明内容】

[0005] 本发明鉴于以上问题中的至少一个提出了新的技术方案。
[0006] 本发明要解决的一个技术问题是提供一种用于防止空调功率元器件散热器凝露 或结霜的技术方案。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种空调，包括：
[0008] 散热器，用于为空调的功率元器件散热；
[0009] 位于室外机换热器和室内机换热器之间的制冷剂管道，制冷剂管道经过散热器；
[0010] 节流装置，位于制冷剂管道上，用于控制制冷剂管道中的制冷剂使得制冷剂以两 相流状态经过散热器。
[0011] 在本发明的一些实施例中，节流装置包括第一节流装置，第一节流装置位于室外 机换热器和散热器之间的制冷剂管道上；
[0012] 空调还包括：
[0013] 设置在室外机换热器上的第一温度传感器；
[0014] 其中，第一节流装置用于根据制冷过程中第一温度传感器检测出的外管温调节其 开度。
[0015] 在本发明的一些实施例中，节流装置还包括第二节流装置，第二节流装置位于室 内机换热器和散热器之间的制冷剂管道上；
[0016] 空调还包括：
[0017] 设置在室内机换热器上的第二温度传感器；
[0018]其中，
[0019] 第二节流装置用于根据制热过程中第二温度传感器检测出的内管温调节其开度。
[0020] 在本发明的一些实施例中，节流装置包括第二节流装置，第二节流装置位于室内 机换热器和散热器之间的制冷剂管道上；
[0021] 空调还包括：
[0022] 设置在室内机换热器上的第二温度传感器；
[0023] 其中，
[0024] 第二节流装置用于根据制热过程中第二温度传感器检测出的内管温调节其开度。
[0025] 在本发明的一些实施例中，如果在制热过程中第二温度传感器检测到的内管温低 于30摄氏度，则第二节流装置处于全开状态。
[0026] 在本发明的一些实施例中，第一温度传感器设置在室外机换热器中制冷剂在制冷 状态刚进入两相区域处。
[0027] 在本发明的一些实施例中，第二温度传感器设置在室内机换热器中制冷剂在制热 运行时排气高压对应的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
[0028] 在本发明的一些实施例中，节流装置为电子膨胀阀或短管节流装置。
[0029] 在本发明的一些实施例中，空调为变频空调，空调的功率元器件为空调变频器。
[0030] 根据本发明的另一方面，提供了一种空调功率元器件冷却方法，包括：
[0031] 制冷剂经过室外机换热器与室内机换热器之间的制冷剂管道，期间经过空调功率 兀器件的散热器；
[0032] 控制节流装置使得制冷剂管道中的制冷剂以两相流状态经过散热器，其中，节流 装置位于制冷剂管道上。
[0033] 在本发明的一些实施例中，方法还包括：
[0034] 在制冷过程中接收自室外机换热器上检测到的外管温；
[0035] 控制节流装置使得制冷剂以两相流状态经过散热器的步骤包括：
[0036] 根据接收到的外管温和预先设置的外管温与节流开度之间的映射关系调节第一 节流装置的开度。
[0037] 在本发明的一些实施例中，外管温检测自所述室外机换热器中制冷剂在制冷状态 刚进入两相区域处。
[0038] 在本发明的一些实施例中，方法还包括：
[0039] 在制热过程中接收自室内机换热器上检测到的内管温；
[0040] 控制节流装置使得制冷剂以两相流状态经过散热器的步骤包括：
[0041] 根据接收到的内管温和预先设置的内管温与节流开度之间的映射关系调节第二 节流装置的开度。
[0042] 在本发明的一些实施例中，在制热过程中，如果检测到的内管温低于30摄氏度， 则第二节流装置处于全开状态。
[0043] 在本发明的一些实施例中，内管温检测自室内机换热器中制冷剂在制热运行时排 气高压对应的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
[0044] 在本发明的技术方案中，由于通过节流装置控制制冷剂管道中的制冷剂以气液两 相流状态经过与空调功率元器件相接触的散热器，能有效防止位于室外的散热器发生凝露 或结霜现象。

【专利附图】

【附图说明】
[0045] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附 图中：
[0046] 图1是根据本发明一个实施例的空调的结构示意图。
[0047] 图2是本发明另一实施例的空调的结构示意图。
[0048] 图3是本发明一个实施例的空调功率元器件冷却方法的流程示意图。

【具体实施方式】
[0049] 下面将参照附图描述本发明。要注意的是，以下的描述在本质上仅是解释性和示 例性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。除非另外特别说明，否则，在实施 例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并不限制本发明的范围。另外， 本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论，但在适当的情况下意在成为 说明书的一部分。
[0050] 图1是根据本发明一个实施例的空调的结构示意图。
[0051] 如图1所示，该实施例中的空调10可以包括散热器102、制冷剂管道104和节流装 置106。其中，散热器102,用于为空调的功率元器件散热；制冷剂管道104,位于室外机换 热器和室内机换热器之间，并经过散热器102 ;节流装置106,位于制冷剂管道104上，用于 控制制冷剂管道104中的制冷剂使得制冷剂以两相流状态经过散热器102。
[0052] 需要指出的是，该用于控制制冷剂状态的节流装置106可以位于室外机换热器与 散热器之间，也可以位于室内机换热器与散热器之间，或者在室外机换热器与散热器之间 和室内机换热器与散热器之间均设置节流装置106。
[0053] 在该实施例中，由于通过节流装置控制制冷剂管道中的制冷剂以气液两相流状态 经过与空调功率元器件相接触的散热器，因此能有效防止位于室外的散热器发生凝露或结 霜现象。
[0054] 在一个实例中，空调可以包括空调室内机、室外机和连接于室内机和室外机之间 的制冷剂管道。其中，室内机包括室内机换热器，室外机包括压缩机、室外机换热器、电器盒 和四通换向阀（简称：四通阀）。四通换向阀通过制冷剂管道分别与室外机换热器与室内 机换热器相连，其选择压缩机排出高温高压液态制冷剂的流动方向。电器盒内设有控制空 调室外机运行的控制器，控制器上设置有功率元器件。室外机还设有对功率元器件进行散 热的散热器；散热器与空调制冷剂管道连通，利用空调系统的制冷剂进行散热。室外机还包 括用于控制进入散热器的制冷剂处于两相流状态的节流装置。因为处于两相流状态的制冷 剂温度高于露点温度且低于功率元器件发热的温度，因此，既可以带走功率元器件的热量， 也不至于使功率元器件温度低至露点温度而产生凝露。
[0055] 图2是本发明另一实施例的空调的结构示意图。
[0056] 如图2所示，该实施例中的空调可以包括空调室内机、室外机和连接于室内机和 室外机之间的制冷剂管道。其中，室内机包括室内机换热器，室外机包括压缩机、室外机换 热器、第二节流装置、电器盒和四通换向阀。第二节流装置的控制与常规变频空调控制模式 相同；电器盒内设有控制空调室外机运行的控制器，控制器上设置有功率元器件；室外机 还设有对功率元件进行散热的散热器；散热器与空调制冷剂管道连通，利用空调系统的制 冷剂进行散热；室外机还包括设置在室内机换热器与散热器之间用于控制制冷剂管道中的 制冷剂使得制冷剂以两相流状态经过散热器的第一节流装置；其中，压缩机、四通换向阀、 室外机换热器、第一节流装置、散热器、第二节流装置和室内机换热器依次连接在制冷剂管 道上。当该空调工作于制冷模式时，在对空调的功率元器件进行散热时，不会在散热器上出 现凝露现象。
[0057] 该空调还包括设置在室外机换热器上的第一温度传感器，其位置位于制冷时室外 排气高压对应的饱和温度±3°C之间的管处，S卩，制冷剂在制冷状态刚进入两相区域处，此 处温度最接近于制冷循环的冷凝温度；其中，第一节流装置用于根据制冷过程中第一温度 传感器检测出的室外机换热器的管温调节其开度，以控制经过散热器的制冷剂的状态。
[0058] 需要指出的是，当空调工作于制冷模式时，室外机换热器的管温与第一节流装置 的开度之间的关系是：管温温度越高，自室外机换热器出来的制冷剂的干度越高，因此，需 要调小第一节流装置的开度，降低进入散热器的制冷剂的干度，以保持在合适的干度。例 如，调节第一节流装置的开度，将其控制在50 %?80%，使得进入散热器的干度在0. 3? 〇. 5之间，进而可以保证进入散热器的制冷剂为两相流状态。
[0059] 该空调的工作原理是：当空调运行于制冷模式时，进入到室外机换热器内的为高 温高压液态制冷剂，此时，为了实现制冷效果，室外机换热器发挥冷凝器的作用，制冷剂冷 凝放热变为常温高压液态制冷剂，在经过处于节流状态的第一节流装置后，制冷剂管道中 的制冷剂温度再次下降同时压力也会下降，此时，由于压力下降会导致部分液态制冷剂转 换为气态，进而使得经过散热器的制冷剂形成气液两相流状态。因为处于两相流状态的制 冷剂的温度高于露点温度且低于功率元器件的发热温度，因此在经过散热器的制冷剂处于 气液两相流状态时可以有效地防止制冷过程中的散热器发生凝露现象。
[0060] 再参见图2,在一个实例中，空调可以包括空调室内机、室外机和连接于室内机和 室外机之间的制冷剂管道。其中，室内机包括室内机换热器，室外机包括压缩机、室外机换 热器、第一节流装置、电器盒和四通换向阀。第一节流装置的控制与常规变频空调控制模式 相同；电器盒内设有控制空调室外机运行的控制器，控制器上设置有功率元器件；室外机 还设有对功率元器件进行散热的散热器；散热器与空调制冷剂管道连通，利用空调系统的 制冷剂进行散热。室外机还包括设置在室内机换热器与散热器之间用于控制制冷剂管道 中的制冷剂使得制冷剂以两相流状态经过散热器的第二节流装置；其中，压缩机、四通换向 阀、室外机换热器、第一节流装置、散热器、第二节流装置和室内机换热器依次连接在制冷 剂管道上。当该空调工作于制热模式时，在对空调的功率元器件进行散热时，不会在散热器 上出现结霜现象。
[0061] 该空调还包括设置在室内机换热器上的第二温度传感器；其位置处于制热运行时 排气高压对应的饱和温度±3°c之间的管处，其中，第二节流装置用于根据制热过程中第 二温度传感器检测出的室内机换热器的管温调节其开度，以控制经过散热器的制冷剂的状 态，在经过散热器的制冷剂处于气液两相流状态时，既可以对空调的功率元器件进行散热， 同时也能防止经过散热器的制冷剂温度过低而使得散热器表面的温度降至露点温度以下， 导致散热器周围空气中的水分凝结到散热器上而形成凝露甚至结霜的现象。
[0062] 需要指出的是，如果第二温度传感器检测到的温度过低时，例如，检测到的室内机 换热器的管温低于30°C时，第二节流装置全开，不产生节流作用，使得第二节流装置不再对 制冷剂进行再次降温，防止由于制冷剂温度的再次降低而引起散热器结霜。此外，如果在制 热过程中第二温度传感器检测到的管温大于30摄氏度，则第二节流装置需调节其开度以 控制经过散热器的制冷剂的状态。例如，如果检测出的内管温温度较高，则可以适当调小第 二节流装置的开度，这样既可以降低经过散热器的制冷剂的温度，又可以让部分液态制冷 剂转换为气态，进行形成气液两相流状态。
[0063] 此外，在制热状态下，如果室外温度较低，散热情况良好，进入散热器的制冷剂的 状态可以保持为气态，而不需要通过节流将制冷剂控制为两相状态。
[0064] 该空调的工作原理是：当空调运行于制热模式时，进入到室内机换热器内的为高 温高压液态制冷剂，此时，为了实现制热效果，室内机换热器发挥冷凝器的作用，流经室内 机换热器的制冷剂冷凝放热变成常温高压液态制冷剂，在经过处于节流状态的第二节流装 置后，制冷剂管道中的制冷剂温度再次下降同时压力也会下降，此时，由于压力下降会导致 部分液态制冷剂转换为气态，进而使得经过散热器的制冷剂形成气液两相流状态。
[0065] 此外，在对室外机换热器进行化霜的过程中，第一节流装置与第二节流装置的节 流方式与上述描述的制冷运行时的节流方式相同，通过第二节流装置的制冷剂的温度为 40°C左右可以带走功率元器件80°C左右的热量。
[0066] 在另一实例中，空调还可以包括：设置在室外机换热器上的第一温度传感器；设 置在室内机换热器上的第二温度传感器；其中，第一节流装置用于根据制冷过程中第一温 度传感器检测出的外管温调节其开度，以使经过散热器的制冷剂处于气液两相流状态；第 二节流装置用于根据制热过程中第二温度传感器检测出的内管温调节其开度，以使经过散 热器的制冷剂处于气液两相流状态。
[0067] 其中，第一温度传感器可以设置在室外机换热器中制冷剂在制冷状态刚进入两相 区域处。
[0068] 第二温度传感器可以设置在室内机换热器中制冷剂在制热运行时排气高压对应 的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
[0069] 该实施例通过制冷剂可以将为功率元器件散热的散热器的温度控制在可靠的温 度范围内；由于设置了第一节流装置和第二节流装置，因此在利用制冷剂冷却散热器时不 会产生凝露和结霜问题；相对于传统空调元器件散热器能够减小散热材料的使用；散热效 果更佳；能够保证各个控制器元器件的工作温度在60?70摄氏度之间，有效提升了元器件 的运行可靠性。
[0070] 需要指出的是，如果检测到的室外机换热器的管温温度越高，则自室外机换热器 出来的制冷剂的干度越高，因此，可以通过调小第一节流装置的开度，降低进入散热器的制 冷剂的干度来使其干度保持在合适的范围内，例如，介于〇. 3与0. 5之间，进而使得进入散 热器的制冷剂处于两相流状态。
[0071] 上述实施例将制冷剂引入散热器内，充分利用制冷剂的单液相流或者气液两相流 传热系数大的优点，能够快速带走元器件所产生的热量，不仅减少了散热器的耗材、节省了 材料，同时也保证了元器件工作时温度不会过高。由于减少了散热器的耗材，从而减小了散 热器对空调室外机风道的影响，在一定程度上能够增大风量。
[0072] 利用制冷剂带走室外控制器元器件所产生的热量，减小了散热器空气强制对流换 热，因此电器盒可以小型化、密封化设计，特别是在R32等新型冷媒系统中密封电器盒设计 更大限度地提升了电器安全可靠性及整机运行的安全性。
[0073] 而且整个空调系统采用两个节流装置调节制冷剂的流量与状态，确保制冷、制热 运行时不会出现散热器凝露或结霜现象，保证了元器件运行的可靠性与安全性。
[0074] 上述的节流装置可以为电子膨胀阀或短管节流装置，但并不限于此，其可以是任 何对制冷剂流量进行控制的装置。具体地，第一节流装置和第二节流装置可以为上述中的 任一种，并且第一节流装置和第二节流装置可以是上述装置的任意组合。
[0075] 在一个实施例中，空调为变频空调，空调的功率元器件为空调变频器。
[0076] 图3是本发明一个实施例的空调功率元器件冷却方法的流程示意图。
[0077] 如图3所示，该实施例中的空调功率元器件冷却方法可以包括以下步骤：
[0078] S302,制冷剂经过室外机换热器与室内机换热器之间的制冷剂管道，期间经过空 调功率元器件的散热器；
[0079] S304,控制节流装置使得制冷剂管道中的制冷剂以两相流状态经过散热器，S卩，调 节节流装置的开度以使制冷剂以气液两相流状态经过散热器，其中，节流装置位于制冷剂 管道上。
[0080] 在该实施例中，由于通过节流装置控制制冷剂管道中的制冷剂以气液两相流状态 经过与变频器相接触的散热器，因此使得无论空调工作于制冷模式还是制热模式均能有效 防止位于室外的散热器发生凝露或结霜现象。
[0081] 在一个实施例中，当空调工作于制冷模式时，该方法还可以包括：在制冷过程中接 收自室外机换热器上检测到的外管温，其中，外管温可以检测自室外机换热器中制冷剂在 制冷状态刚进入两相区域处。
[0082] 控制节流装置使得制冷剂以两相流状态经过散热器的步骤可以包括：根据接收 到的外管温和预先设置的外管温与节流开度之间的映射关系调节第一节流装置的开度，其 中，在经过散热器的制冷剂处于两相流状态情况下，外管温与节流开度之间的映射关系可 以预先根据实验数据得出。
[0083] 具体地，在空调处于制冷模式下，当经过散热器的制冷剂处于气液两相流状态并 且经过散热器的制冷剂的干度处于设定范围内时，既能对散热器进行很好地散热，同时散 热器也不会处于凝露状态。例如，该制冷剂的干度的设定范围可以是〇. 3?0. 5,进而可以 将散热器内制冷剂的干度设定在此范围内，根据外管温可能检测到的温度范围确定对应的 第一节流装置的开度。
[0084] 在一个实施例中，当空调工作于制热模式时，该方法还可以包括：在制热过程中接 收自室内机换热器上检测到的内管温，其中，内管温可以检测自室内机换热器中制冷剂在 制热运行时排气高压对应的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
[0085] 控制节流装置使得制冷剂以两相流状态经过散热器的步骤可以包括：根据接收 到的内管温和预先设置的内管温与节流开度之间的映射关系调节第二节流装置的开度，其 中，在经过散热器的制冷剂处于两相流状态情况下，内管温与节流开度之间的映射关系可 以预先根据实验数据得出。
[0086] 此外，在制热过程中，如果检测到的内管温低于30摄氏度，则第二节流装置处于 全开状态。
[0087] 本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其 他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于装置实施例 而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例 部分的说明。
[0088] 虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于上述的示例性 实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本发明的范围和精神的条件下修改 上述的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修 改以及等同的结构和功能。
【权利要求】
1. 一种空调，其特征在于，包括： 散热器，用于为所述空调的功率元器件散热； 位于室外机换热器和室内机换热器之间的制冷剂管道，所述制冷剂管道经过所述散热 器； 节流装置，位于所述制冷剂管道上，用于控制所述制冷剂管道中的制冷剂使得所述制 冷剂以两相流状态经过所述散热器。
2. 根据权利要求1所述的空调，其特征在于，所述节流装置包括第一节流装置，所述第 一节流装置位于所述室外机换热器和所述散热器之间的所述制冷剂管道上； 所述空调还包括： 设置在所述室外机换热器上的第一温度传感器； 其中，所述第一节流装置用于根据制冷过程中所述第一温度传感器检测出的外管温调 节其开度。
3. 根据权利要求2所述的空调，其特征在于，所述节流装置还包括第二节流装置，所述 第二节流装置位于所述室内机换热器和所述散热器之间的所述制冷剂管道上； 所述空调还包括： 设置在所述室内机换热器上的第二温度传感器； 其中， 所述第二节流装置用于根据制热过程中所述第二温度传感器检测出的内管温调节其 开度。
4. 根据权利要求1所述的空调，其特征在于，所述节流装置包括第二节流装置，所述第 二节流装置位于所述室内机换热器和所述散热器之间的所述制冷剂管道上； 所述空调还包括： 设置在所述室内机换热器上的第二温度传感器； 其中， 所述第二节流装置用于根据制热过程中所述第二温度传感器检测出的内管温调节其 开度。
5. 根据权利要求3或4所述的空调，其特征在于，如果在制热过程中所述第二温度传感 器检测到的内管温低于30摄氏度，则所述第二节流装置处于全开状态。
6. 根据权利要求2或3所述的空调，其特征在于，所述第一温度传感器设置在所述室外 机换热器中制冷剂在制冷状态刚进入两相区域处。
7. 根据权利要求3或4所述的空调，其特征在于，所述第二温度传感器设置在所述室内 机换热器中制冷剂在制热运行时排气高压对应的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
8. 根据权利要求1所述的空调，其特征在于，所述节流装置为电子膨胀阀或短管节流 装直。
9. 根据权利要求1所述的空调，其特征在于，所述空调为变频空调，所述空调的功率元 器件为空调变频器。
10. -种空调功率元器件冷却方法，其特征在于，包括： 制冷剂经过室外机换热器与室内机换热器之间的制冷剂管道，期间经过所述空调功率 元器件的散热器； 控制节流装置使得所述制冷剂管道中的制冷剂以两相流状态经过所述散热器，其中， 所述节流装置位于所述制冷剂管道上。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述方法还包括： 在制冷过程中接收自所述室外机换热器上检测到的外管温； 所述控制节流装置使得所述制冷剂以两相流状态经过所述散热器的步骤包括： 根据接收到的外管温和预先设置的外管温与节流开度之间的映射关系调节所述第一 节流装置的开度。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，外管温检测自所述室外机换热器中制 冷剂在制冷状态刚进入两相区域处。
13. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述方法还包括： 在制热过程中接收自所述室内机换热器上检测到的内管温； 所述控制节流装置使得所述制冷剂以两相流状态经过所述散热器的步骤包括： 根据接收到的内管温和预先设置的内管温与节流开度之间的映射关系调节所述第二 节流装置的开度。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在制热过程中，如果检测到的内管温低 于30摄氏度，则所述第二节流装置处于全开状态。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，内管温检测自所述室内机换热器中制 冷剂在制热运行时排气高压对应的饱和温度±3摄氏度之间的位置。
【文档编号】F24F1/24GK104089346SQ201410321382
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】熊军, 梁博, 张辉 申请人:珠海格力电器股份有限公司