散热装置、散热控制方法、变频柜及制冷设备与流程

1.本技术属于变频柜技术领域，具体涉及一种散热装置、散热控制方法、变频柜及制冷设备。


背景技术：

2.制冷系统中功率模块运行时会产生大量热量，若不及时散热，会影响功率模块正常工作，甚至导致制冷系统工作异常。因此，功率模块散热器是制冷系统中变频器设计的关键环节，散热器性能直接决定了功率模块是否能够发挥最大能力。目前散热器常规使用自然冷却、风冷散热、水冷散热、冷媒冷却散热等，内部结构主要为铣槽直接通冷媒，散热效果好，但能量过剩，成本高，且散热器惯性较大，冷媒进入散热器铣槽后，散热器表面冷量从环境温度达到最大制冷量，时间较长，散热响应慢。另一种内部结构为管路加散热铝板结构，冷媒通过进出口进入管路，该结构增加了多处热阻，热阻分别设置在冷媒和铜管之间，铜管和铝板之间，直接影响换热效率和冷媒换热面积，冷量集中度不高，并且同样存在冷量从环境温度达到最大制冷量，时间较长，散热响应慢的问题。


技术实现要素：

3.为至少在一定程度上克服传统变频柜散热器存在散热响应慢、用于散热的冷量不集中、散热效率低的问题，本技术提供一种散热装置、散热控制方法、变频柜及制冷设备。
4.第一方面，本技术提供一种散热装置，包括：
5.散热管路、与所述散热管路连通的第一散热板和设置在所述第一散热板内部的至少一个制冷片；
6.每个制冷片设置于功率模块的下方，在满足散热条件时对所述功率模块进行散热；
7.所述第一散热板和所述散热管路中流通有冷媒，所述冷媒用于对所述制冷片和所述功率模块进行散热。
8.进一步的，所述制冷片，包括：
9.制冷端、散热端、供电电源和驱动电路；
10.所述驱动电路用于切换电源输出电流方向，以交换所述制冷片的制冷端和散热端；
11.在满足散热条件时，所述制冷端与所述功率模块贴合对所述功率模块进行散热；
12.所述散热管路用于对所述散热端进行散热。
13.进一步的，所述制冷片还用于：
14.在满足温度补偿条件时，所述散热端与所述功率模块贴合对所述功率模块进行温度补偿。
15.进一步的，所述驱动电路还用于调整所述制冷片的输入功率，以改变所述制冷片的温度。
16.进一步的，所述驱动电路为升降压驱动电路。
17.进一步的，所述制冷片为：
18.单级热电堆半导体结构或多级热电堆半导体结构；
19.所述多级热电堆半导体结构，包括串联二级热电堆、并联二级热电堆、串并联三级热电堆中的一种。
20.进一步的，所述第一散热板，包括：
21.与所述制冷片数量对应的铣槽和盖板；
22.所述制冷片埋藏在所述铣槽中，所述盖板用于密封所述制冷片。
23.进一步的，还包括：
24.散热膏，所述散热膏用于将所述制冷片固定贴合在所述铣槽和盖板之间，和/或，将所述功率模块贴合于所述盖板上方。
25.进一步的，还包括：
26.第二散热板，所述散热管路设置在所述第一散热板与所述第二散热板之间。
27.进一步的，所述散热管路包括：
28.多层毛细管结构、盘管结构和铣槽结构中的一种。
29.进一步的，还包括：
30.第一温度传感器，用于检测所述第一散热板进口冷媒温度；
31.第二温度传感器，用于检测所述第一散热板出口冷媒温度；
32.第三温度传感器，用于检测所述第一散热板中间位置冷媒温度；
33.温湿度传感器，用于检测所述功率模块的温度和湿度。
34.进一步的，所述散热条件包括：
35.所述功率模块的温度超过第一散热阈值；
36.和/或，
37.所述第一散热板温度超过第二散热阈值，所述第一散热板温度根据所述第一散热板进口冷媒温度、所述第一散热板出口冷媒温度和所述第一散热板中间位置冷媒温度确定。
38.进一步的，所述温度补偿条件包括：
39.所述功率模块的温度低于功率模块启动阈值，
40.和/或,所述功率模块的湿度大于湿度阈值。
41.第二方面，本技术提供一种散热控制方法，包括：
42.判断功率模块的温度是否超过第一散热阈值；
43.若是，控制散热装置中的驱动电路输出第一方向电流，以使制冷片对所述功率模块进行散热。
44.进一步的，还包括：
45.获取制冷设备启动时功率模块的温度和湿度；
46.若所述功率模块的温度低于功率模块启动阈值和/或所述功率模块的湿度大于湿度阈值，控制驱动电路输出第二方向电流，以使制冷片对所述功率模块进行温度补偿。
47.进一步的，还包括：
48.判断所述散热装置中的第一散热板温度是否超过第二散热阈值；
49.若是，控制驱动电路输出第一方向电流，以使制冷片对所述功率模块进行散热。
50.进一步的，所述第一散热板温度根据所述第一散热板进口冷媒温度、所述第一散热板出口冷媒温度和所述第一散热板中间位置冷媒温度确定。
51.进一步的，在制冷片对所述功率模块进行散热前，还包括：
52.判断所述制冷片的输入功率是否超过预设保护阈值；
53.若是，降低驱动电路输出的电源功率。
54.第三方面，本技术提供一种变频柜，包括：
55.如第一方面所述的散热装置和至少一个功率模块；
56.所述散热装置用于在满足散热条件时，控制制冷片对所述功率模块进行散热；
57.所述散热装置中的散热管路中流通有冷媒，所述冷媒用于对所述制冷片和所述功率模块进行散热。
58.进一步的，所述控制制冷片对所述功率模块进行散热，包括：
59.在满足散热条件时，控制制冷片的制冷端与所述功率模块贴合对所述功率模块进行散热。
60.进一步的，所述散热装置还用于：
61.在满足温度补偿条件时，控制制冷片的散热端与所述功率模块贴合对所述功率模块进行温度补偿。
62.进一步的，还包括：
63.控制器，所述控制器与所述散热装置中的驱动电路连接，用于控制驱动电路切换电源输出电流方向以及调整制冷片的输入功率。
64.第四方面，本技术提供一种制冷设备，包括：
65.如第三方面所述的变频柜。
66.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
67.本发明实施例提供的散热装置、散热控制方法、变频柜及制冷设备，散热装置包括散热管路、与散热管路连通的第一散热板和设置在第一散热板中的至少一个制冷片，每个制冷片设置于功率模块的下方，在满足散热条件时对功率模块进行散热，第一散热板和散热管路中流通有冷媒，冷媒用于对所述制冷片和功率模块进行散热，通过在传统冷媒散热器管路结构基础上增加制冷片，可以解决传统散热器响应时间长的问题，即使在无冷媒或冷媒量低时也能满足散热需求，并且实现将用于散热的冷量集中于功率模块下方位置，避免能量浪费。
68.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
69.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
70.图1为本技术一个实施例提供的一种散热装置的结构示意图。
71.图2为本技术一个实施例提供的一种传统散热器的结构示意图。
72.图3为本技术一个实施例提供的一种散热装置的侧视图。
73.图4为本技术一个实施例提供的一种制冷片的结构示意图。
74.图5为本技术一个实施例提供的另一种制冷片的结构示意图。
75.图6为本技术一个实施例提供的一种散热控制方法的流程图。
76.图7为本技术另一个实施例提供的一种散热控制方法的流程图。
77.图8为本技术一个实施例提供的一种变频柜的结构示意图。
具体实施方式
78.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
79.图1为本技术一个实施例提供的散热装置的结构示意图，如图1所示，该散热装置，包括：
80.散热管路1、与散热管路1连通的第一散热板2和设置在第一散热板2内部的至少一个制冷片3；
81.每个制冷片3设置于功率模块4的下方，在满足散热条件时对功率模块4进行散热；
82.功率模块4例如为设置在变频柜中的易产生大量热量的元器件模块，例如为电力二极管、绝缘栅双极型晶体管等功率模块。
83.第一散热板2和散热管路1中流通有冷媒，冷媒用于对制冷片3和功率模块4进行散热。
84.一些实施例中，第一散热板为铝板，包括：
85.与制冷片3数量对应的铣槽和盖板；
86.制冷片3埋藏在铣槽中，盖板用于密封制冷片。
87.一些实施例中，该散热装置还包括：
88.散热膏，散热膏用于将制冷片3固定贴合在铣槽和盖板之间，并且，将功率模块4贴合于盖板上方。
89.在传统采用铣槽、管路结构的传统冷媒散热器基础上，增加灵活的制冷片结构，制冷片设置在功率模块下方，制冷片的数量可以根据功率模块的数量选择，使制冷片发出的散热能量集中在功能模块处，提升散热能量的集中度，通过设计严密贴合面，添加散热膏，降低热阻，通过铝板改板压合制冷片，达到半导体制冷片与传统冷媒散热器完美结合的目的。
90.一些实施例中，该散热装置还包括：
91.第一温度传感器6，用于检测第一散热板2进口冷媒温度；
92.第二温度传感器7，用于检测第一散热板2出口冷媒温度；
93.第三温度传感器8，用于检测第一散热板2中间位置冷媒温度；
94.传统散热器内部结构主要为铣槽直接通冷媒，散热效果好，但能量过剩，成本高，且散热器惯性较大，冷媒进入散热器铣槽后，散热器表面冷量从环境温度达到最大制冷量，时间较长，散热响应慢。
95.另一种散热器内部结构为管路加散热铝板结构，如图2所示，正常运行时，冷媒进
口通入冷媒，从冷媒出口流出，功能模块开机运行，待负载变大，功率模块输出功率变高，消耗功率随之变高，控制器控制用于调节冷媒的电子膨胀阀的阀门开度，控制进口冷媒流量，进而控制散热器面板温度，将功率模块发热量通过冷媒带走，从冷媒出口带出。当出现冷媒量少，或者没有冷媒时，电子膨胀阀即便开到最大，但功率模块散发出的热量没有冷媒带出，只通过散热器铝板自然散热，散热效率急剧下降，直到功率模块过流、功率模块温度过高、散热器铝板温度过高后设备进入保护模式，开始限降频或停机。并且传统散热器结构增加了多处热阻，热阻分别设置在冷媒和铜管之间，铜管和铝板之间，直接影响换热效率和冷媒换热面积，冷量集中度不高，并且同样存在冷量从环境温度达到最大制冷量，时间较长，散热响应慢的问题。
96.本实施例中，散热装置包括散热管路、与散热管路连通的第一散热板和设置在第一散热板中的至少一个制冷片，每个制冷片设置于功率模块的下方，在满足散热条件时对功率模块进行散热，第一散热板和散热管路中流通有冷媒，冷媒用于对所述制冷片和功率模块进行散热，通过在传统冷媒散热器管路结构基础上增加制冷片，可以解决传统散热器响应时间长的问题，即使在无冷媒或冷媒量低时也能满足散热需求，并且实现将用于散热的冷量集中于功率模块下方位置，避免能量浪费。
97.图3为本技术一个实施例提供的散热装置的侧视图，如图3所示，在上一实施例的基础上该散热装置还包括：
98.第二散热板5，散热管路1设置在第一散热板2与第二散热板5之间。
99.第二散热板5为铝板，散热管路1为铜管，散热装置1包括上下两层铝板，铜管位于两层铝板之间，通过散热管路1和第一散热板2与第二散热板5为变频柜中的功率模块4散热，同时也为制冷片3散热。
100.一些实施例中，散热管路1为多层毛细管结构、盘管结构和铣槽结构中的一种。
101.温湿度传感器9，用于检测功率模块4的温度和湿度。
102.传统散热器温度通过电子膨胀阀控制冷媒进出口流量，控制温度，控制不灵活，且惯性大，不能及时响应散热。
103.本实施例中，增加功率器件表面湿度检测、温度检测、散热器表面温度检测等检测功能，实时准备调节电子膨胀阀和制冷片的温度，实现高效控制散热器温度以及功率模块的温度的目的。由于制冷片贴近功率模块，制冷温度范围大，局部制冷效果明显，并且制冷片背部贴近散热管路，散热管路可以为制冷片进行散热，通过对变频器内部散热装置自身散热以及为功率模块进行散热，保证设备正常运行，并且使得功率模块能够发挥最优能力。
104.图4为本技术一个实施例提供的制冷片的结构示意图，如图4所示，该制冷片为半导体制冷片，包括：
105.制冷端31、散热端32、供电电源33和驱动电路(图中未示出)；
106.驱动电路用于切换电源输出电流方向，以交换所述制冷片的制冷端和散热端；
107.变频器中的控制器与制冷片的驱动电路连接，供电电源33的电源线采用埋藏式，通过铝板铣槽引出，控制器发出控制指令，包括控制电源功率调大指令，控制电源功率调小指令，控制输出电源极性方向变换指令以及驱动电路开断指令；接收指令主要包括半导体制冷片驱动电路过流指令、过压指令。
108.在满足散热条件时，制冷端31与功率模块贴合对功率模块进行散热；
109.散热管路用于对散热端32进行散热。
110.散热条件例如为功率模块的温度超过第一散热阈值；或，
111.第一散热板温度超过第二散热阈值，第一散热板温度根据第一散热板进口冷媒温度、第一散热板出口冷媒温度和第一散热板中间位置冷媒温度确定。
112.本实施例中，第一散热阈值和第二散热阈值可以相同也可以不同，具体阈值可根据本领域技术人员经验设定，本技术不做限定。
113.制冷片还用于：
114.在满足温度补偿条件时，散热端32与功率模块贴合对功率模块进行温度补偿。
115.若变频柜在严寒地区工作，各个功率模块常常因环境温度过低导致无法启动，半导体制冷片在满足温度补偿条件时，进行对功率模块的预热，使其处于正常运行温度范围以内，以使应用其的设备正常启动。
116.本实施例中，将制冷片集中布置在功率模块底部，通过控制系统，控制半导体制冷片通入电流，灵活调整散热器温度。
117.一些实施例中，驱动电路还用于调整制冷片的输入功率，以改变所述制冷片的温度。驱动电路例如为升降压驱动电路。
118.通过调整制冷片的输入功率的可以改变制冷片的温度，从未改变制冷片输出的制冷量，避免能量浪费。
119.需要说明的是，制冷片可以为单级热电堆半导体结构或多级热电堆半导体结构(如图5所示)；也可以为多级热电堆半导体结构，包括串联二级热电堆、并联二级热电堆、串并联三级热电堆中的一种，本技术不做限定。
120.本实施例中，通过改变电流方向，可对功率模块进行加热，防止凝露积水，待功率模块温度达到环境温度以上时，检测湿度、温度条件，判断功率模块是否存在凝露现象，若是，切换半导体制冷片电流方向，开始对功率模块进行散热处理，有利于设备在严寒地区工作。
121.图6为本技术一个实施例提供的散热控制方法的流程图，如图7所示，该散热控制方法，包括：
122.s61：设备启动时，获取制冷设备启动时功率模块的温度和湿度；
123.s62：若功率模块的温度低于功率模块启动阈值和/或所述功率模块的湿度大于湿度阈值，控制驱动电路输出第二方向电流，以使制冷片对功率模块进行温度补偿。
124.s63：设备运行后，判断功率模块的温度是否超过第一散热阈值；
125.s64：若是，控制散热装置中的驱动电路输出第一方向电流，以使制冷片对功率模块进行散热。
126.一些实施例中，还包括判断所述散热装置中的第一散热板温度是否超过第二散热阈值；
127.若是，控制驱动电路输出第一方向电流，以使制冷片对功率模块进行散热。
128.第一散热板温度根据第一散热板进口冷媒温度、第一散热板出口冷媒温度和第一散热板中间位置冷媒温度确定。
129.一些实施例中，在制冷片对所述功率模块进行散热前，还包括：
130.判断制冷片的输入功率是否超过预设保护阈值；
131.若是，降低驱动电路输出的电源功率。
132.如图7所示，设备开始上电后，设备启动变频器环境电子温度监控模块，检测环境温度是否在设定温度内，或者是否有温度信号，如果不在温度范围内，或者没有温度信号，则开启环境加热器，加热器发出热量，当温度达到设备启动的设定温度范围内时，关闭环境加热器回路，停止对环境加热。启动控制器，通过温度传感器检测散热器、功率模块温度，检测温度是否正常，如果不正常，则控制器发出控制指令，开启半导体制热片，为功率模块加热，温度正常后，检测散热器、功率模块湿度是否在设定范围以内，如果不在，则控制器发出控制指令，开启半导体制热片，为散热器、功率模块加热，减小散热器、功率模块湿度，待检测湿度达到正常工作范围以内时，控制器发出控制指令，关闭半导体制热片。本实施例中，变频器正常启动运行，随后，控制器随工况发指令，开启电子膨胀阀，调整冷媒流量，检测冷媒流量，判断散热铝板和功率模块温度是否超过阈值，如果超出，则开启半导体制冷片，控制器控制驱动电路输出特定功率电源，检测半导体制冷片输入功率是否超过保护阈值，如果超过阈值，则降低半导体制冷片的输入功率，控制器控制驱动电路输出功率电源；如果检测半导体制冷片输入功率没有超过保护阈值，则半导体制冷片运行制冷，背面铜管冷媒为制冷片散热端进行散热，然后回到控制器随工况发指令，调节电子膨胀阀，循环往复，待散热器和功率模块的温度阈值范围内时，则设备正常运行，并时刻接收控制器指令，调节电子膨胀阀开度，待发出停机指令时结束设备运行工作。
133.传统散热器内部功率模块散热量不断聚集，无法散热导致的过流、过温等工程问题，甚至防止功率模块瞬间过流导致温度上升过快，冷媒散热响应不急时导致的器件炸裂等恶劣工况的出现。
134.本实施例中，通过检测到的温度实时控制半导体制冷片运行制冷为功率模块散热，并且，对半导体制冷片进行保护，从而提升设备使用寿命。
135.图8为本技术一个实施例提供的变频柜的结构示意图，如图8所示，该变频柜包括：
136.如上述实施例所述的散热装置和至少一个功率模块；
137.散热装置用于在满足散热条件时，控制制冷片对功率模块进行散热；
138.散热装置中的散热管路中流通有冷媒，冷媒用于对制冷片和所述功率模块进行散热。
139.进一步的，控制制冷片对功率模块进行散热，包括：
140.在满足散热条件时，控制制冷片的制冷端与功率模块贴合对所述功率模块进行散热。
141.散热装置还用于：在满足温度补偿条件时，控制制冷片的散热端与功率模块贴合对功率模块进行温度补偿。
142.该变频柜还包括：
143.控制器，控制器与散热装置中的驱动电路连接，用于控制驱动电路切换电源输出电流方向以及调整制冷片的输入功率。
144.传统散热器存在在冷媒未流入散热装置时散热效果差、在冷媒正常流通而设备低功率运行时散热能量过剩，成本过高等问题，并且变频器散热器温度分散，铝板面散热面比较分散、散热器温度惯性大，响应不及时、功率模块长期不使用时，冷媒流量持续时间长后，冷板、功率模块上容易出现凝露现象，变频运行容易因为水珠存在导致短路等现象出现。
145.本实施例中，在变频柜内增加散热装置，散热装置在传统冷媒散热器管路结构基础上增加制冷片，可以解决传统散热器响应时间长的问题，即使在无冷媒或冷媒量低时也能满足散热需求，并且实现将用于散热的冷量集中于功率模块下方位置，避免能量浪费。
146.本实施例中，变频柜为大功率变频柜，散热装置可同步应用于其他需要散热器的相关设备中。
147.本发明实施例提供一种制冷设备，包括：如上述实施例所述的变频柜。
148.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
149.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
150.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
151.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
152.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
153.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
154.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
155.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
156.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
157.需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。