变频空调器及其制冷系统的制作方法

1.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系统。


背景技术：

2.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 power module，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。
3.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。
4.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，或者采用使用部分主冷媒流路对电控板进行散热，进而导致调温性能下降。


技术实现要素：

5.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系统。
6.本发明一个进一步的目的是要提高电控板散热的可靠性。
7.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。
8.根据本发明的一个方面，提供了一种变频空调器的制冷系统，该变频空调器的制冷系统包括：
9.制冷循环，其包括由冷媒管路依次串接的压缩机、冷凝器、节流装置、以及蒸发器；
10.散热板，用于设置在压缩机的电控板的高温区域处，其内开设有管槽；
11.散热分路，设置于压缩机与蒸发器之间，并且与压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路并联连接，并且部分散热分路穿设于管槽内，以利用其内流动的制冷剂带走部分散热板的热量。
12.进一步地，该变频空调器的制冷系统，还包括：
13.分流装置，设置于蒸发器的下游；
14.分流装置的第一分流口与散热分路相连，分流装置的第二分流口与冷媒管路相连。
15.进一步地，散热分路的冷媒流量在制冷系统的总冷媒量的占比为5％～30％。
16.进一步地，蒸发器包括：
17.排出口，与分流装置下游的冷媒管路连接；以及
18.供入口，用于供入冷凝器下游的冷媒。
19.进一步地，分流装置还包括：
20.储液器，用于对蒸发器供出冷媒中的残留液态冷媒进行分离，其入口用于接收经过与蒸发器换热的制冷剂，其排气口连接至散热管路，以将排气口供出的制冷剂供向散热管路与散热板的换热段。
21.进一步地，该变频空调器的制冷系统还包括：
22.流量调控装置，设置于冷媒管路上，用于对冷媒管路内的制冷剂进行流量调控。
23.进一步地，流量调控装置为毛细管或节流短管。
24.进一步地，管槽均匀布置在散热板内，并且散热管路的延伸构造与管槽的布置形状相适配；
25.管槽内表面与散热分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0.5～5。
26.进一步地，散热板包括：
27.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；
28.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。
29.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系统。
30.本发明的变频空调器的制冷系统，将散热板设置在压缩机的电控板的高温区域处，其内开设有管槽。散热分路设置于压缩机与蒸发器之间，并且与压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路并联连接，并且部分所述散热分路穿设于管槽内，以利用其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，减小了散热期间的成本。
31.进一步地，本发明的变频空调器的制冷系统，蒸发器的下游设置有分流装置，分流装置的第一分流口与散热分路相连，第二分流口与压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路相连，从而可以通过分流装置控制散热分路的冷媒流量，从而对散热功能进行控制。
32.更进一步地，本发明的变频空调器的制冷系统，散热分路的冷媒流量在制冷系统的总冷媒量的占比为5％～30％，进而在保证散热功能同时不影响主冷媒流路，保证空调器整体的调温效果。
33.更进一步地，本发明的变频空调器的制冷系统，压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路上设置有流量调控装置，用于对压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路内的制冷剂进行流量调控，进而可以更加精准控制散热分路和压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路的冷媒
流量比，且在分流装置产生故障时提供保障。
34.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
35.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：
36.图1是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统的示意图；
37.图2是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统中室外机电控盒的示意图；
38.图3是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统中电控板的示意图；
39.图4是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统中散热板的示意图；
40.图5是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统中散热板的分解图；
41.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
42.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
43.本实施例提供了一种变频空调器的制冷系统。图1是根据本发明一个实施例的变频空调器的制冷系统的示意图。该制冷系统利用压缩制冷循环来实现。制冷循环包括由冷媒管路依次串接的压缩机110、冷凝器120、节流装置130以及蒸发器140。压缩制冷循环利用制冷剂在压缩机110、冷凝器120、蒸发器140、节流装置130的压缩相变循环实现热量的传递。
44.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。
45.冷凝器120是热交换设备，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。
46.高压常温的制冷剂液体通过节流装置，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器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。
47.蒸发器140作为另一个热交换设备，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。
48.在空调器中，蒸发器140一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120布置在室外环境中，用于与室外空间换热，向外部释放热量。
49.在一些实施例中，制冷系统还可以设置换向阀，改变制冷剂的流向，交替改变蒸发器以及冷凝器的功能，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系统中增加设置换向阀。
50.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。
51.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。
52.针对上述问题，本实施例的变频空调器的制冷系统，增加设置了散热板210，利用制冷系统的中的制冷剂实现电控板的散热。制冷循环包括由冷媒管路依次串接的压缩机110、冷凝器120、节流装置130、以及蒸发器140，冷凝器120与压缩机110的排气口相连，用于冷却压缩机110排出的制冷剂。
53.变频空调器设置有散热板210。散热板210用于设置在电控板的高温区域处，并且设置有管槽。
54.变频空调器的制冷系统中的散热分路123设置于压缩机110与蒸发器140之间，并且与压缩机110与蒸发器140之间的部分冷媒管路122并联连接，并且部分散热分路122穿设于管槽内，以利用其内流动的制冷剂带走部分是散热板210的热量。
55.变频空调器的制冷系统中的节流装置130，设置于冷凝器120的下游，用于对冷凝器120排出的制冷剂进行节流。蒸发器140连接于节流装置130与压缩机110的回气口之间，使得流经的制冷剂蒸发，以实现冷量释放。最终制冷剂通过蒸发器140返回压缩机，完成整个制冷循环。
56.本发明的变频空调器的制冷系统，将节流装置130与蒸发器140之间的冷媒管路设置为并联的散热分路123和压缩机110与蒸发器140之间的部分冷媒管路122。在压缩机110的电控板230的高温区域设置了散热板210，散热板210上开设有管槽，部分散热分路123穿设在该管槽内，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，减小了散热期间的成本。
57.变频空调器中设置有分流装置150。分流装置150设置于冷凝器120的下游。分流装置包括第一分流口、第二分流口和冷媒流入口。冷媒分流口与位于冷凝器120下游的冷媒管路相连，分流装置150的第一分流口与散热分路123相连，分流装置150的第二分流口与压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122相连。蒸发器140包括第一入口、第二入口以及排出口。第一入口与散热分路123连接，第二入口与压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122连接，排出口连接至压缩机110的回气口。散热分路123一端连接于分流装置150第一分流口，而后经过散热板210，另一端连接至蒸发器140的第一入口。压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122一端连接于分流装置150的第二分流口，另一端连接至蒸发器的第二入口。在一些实施例中，散热分路123与压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122可在分流装置150与蒸发器140之间汇流，而后直接通入蒸发器140。
58.本发明的变频空调器的制冷系统，冷凝器120的下游设置有分流装置150，分流装
置150的第一分流口与散热分路123相连，第二分流口与压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122相连，从而可以通过分流装置150控制散热分路123和压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122的冷媒流量，从而对散热功能进行控制。
59.分流装置150包括储液器，储液器用于对蒸发器140供出冷媒中的残留的液态冷媒进行分离，其入口用于接收经过与蒸发器140换热的制冷剂，其排气口连接至散热分路122，以将排气口供出的制冷剂供向散热分路122。
60.在一些可选实施例中，散热分路123的冷媒流量在制冷系统的总冷媒量的占比为5％～30％。流量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系统本身制冷功能的影响。经过实际测试，散热分路123的冷媒流量在制冷系统的总冷媒量的占比为5％～30％。在本实施例的制冷系统中，压缩机110压缩排出的高温高压制冷剂经冷凝器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。
61.在一些实施例中，变频空调器还包括流量调控装置160。流量调控装置160设置在压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122上，用于对压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122内的制冷剂进行流量调控。流量调控装置160可以为毛细管或节流短管。本发明的变频空调器的制冷系统，压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122上设置有流量调控装置160，用于对压缩机与所述蒸发器之间的部分冷媒管路122内的制冷剂进行流量调控，进而可以更加精准控制散热分路123和压缩机与蒸发器之间的部分冷媒管路122的冷媒流量比，且在分流装置150产生故障时提供保障。
62.在分体式变频空调器中，压缩机110及其电控板230、散热板210、冷凝器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系统中电控盒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系统中电控板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系统中散热板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系统中散热板210的分解图。
63.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。散热分路123从电控盒220与冷凝器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。
64.管槽均匀布置在散热板210内，并且散热分路123的延伸构造与管槽的布置形状相适配。管槽内表面与散热分路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0.5～5，确保第一支路散热分路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。
65.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。散热分路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。
66.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。
67.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。
68.管槽的截面形状也可以与散热分路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，可以优选采用圆形散热分路123以及圆形界面的管槽。为了保证换热效率更高，散热分路123与管槽内壁之间可以涂覆导热硅胶等导热介质。
69.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。
70.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系统。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省略了节流装置。
71.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。
72.室内机30中包含蒸发器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蒸发器140的气流，对室内环境进行调温。室内风机的风速与蒸发器140温度相配合，可以使得室内环境更加满足调温的需求。
73.图7是根据本发明一个实施例的变频空调器中室外机20的示意图。室外机包括机箱201、冷凝器120(或称为室外换热器)、室外风机202、压缩机110、节流装置130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。冷凝器120用于冷却压缩机110排出的制冷剂。室外风机202产生用于对冷凝器120散热的散热气流。
74.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以冷凝器120。室外风机202吸入环境气流使其通过冷凝器120，实现散热。
75.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。冷凝器120中的制冷剂引入电控板230上的散热板210，带走至少部分热量。制冷剂返回冷凝器120，继续与室外风机202的环境气流换热，完成冷凝后，经过节流装置，进入蒸发器140。
76.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。
77.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。
78.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。