一种基于热管的空调器电控散热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于热管的空调器电控散热系统及控制方法。

背景技术

空调器作为现代生活中常见的设备，从车载空调、家用空调，到商用中央空调，在人们生产生活的各种场景中得到了广泛的应用。空调器中，电控板是整个空调机组运行的核心控制电路，电控板上设有多个电子元器件，其中包含很多发热量较大的发热器件，例如变频模块等，若这些发热器件不能得到冷却，则会导致发热器件自身甚至周围电子元件的失效率大幅度增加。

现有空调器的电控散热结构中，普遍采用散热片被动散热或风冷散热器增加散热片的通风量，利用空气的强制对流实现散热。具体散热过程为先通过导热胶将电控模块板产生的热量传导到散热器上，再通过室外风机产生的气流来将散热器上的热量传递到空气中。自然散热虽然结构较为简单，但散热效果差，发热器件温度升高导致器件易坏，寿命短。此外，散热片也有着重量大，成本较高的问题。由于空调器内部有制冷剂管路，因此也有制冷剂散热的方式。制冷剂散热通常是通过将进行散热，相比自然散热，制冷剂散热的效果更好，可以有效降低发热器件的温度，延长发热器件的寿命。

申请号为CN201420056790.0的实用新型专利《连接在冷媒管路上的空调电控散热系统》以及申请号为CN201621032202.5的实用新型专利《一种用于空调器的电控散热结构及具有其的空调器的室外机、空调器》中，使用金属散热座进行制冷剂管路和电控发热元件的连接，为电控的散热器进行直接降温的方案。然而在环境温度较高时，该方案的开放式的主动制冷方式会导致大量冷凝水，对电控的电路产生危害，且当制冷剂为R290等可燃制冷剂时，发生泄漏时会与电控元件接触的电火花发生碰撞，加大了爆炸的风险。

综上，现有的空调制冷剂电控散热技术中存在以下问题：

(1)使用可燃制冷剂管路给电控元件散热时的可靠性问题；

(2)制冷剂管路与发热器件采用金属导热，低热交换效率的问题。

发明内容

本发明提出一种基于热管的空调器电控散热系统，其具有换热效率高、可靠性高、成本较低的优点，其与空调的耦合控制方法，可以保证空调器使用的安全可靠性和高效性，延长使用寿命。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于热管的空调器电控散热系统，其特殊之处在于：

包括热泵空调系统和微通道热管扁管；

所述微通道热管扁管蛇形弯折，微通道热管扁管包括蒸发段扁管、绝热段扁管、冷凝段扁管三段，所述蒸发段扁管与电控发热元件面直接面接触；

所述热泵空调系统包括制冷剂主路和旁通支路；所述制冷剂主路包括依次连接的压缩机、室内换热器、第一三通阀、主路电子膨胀阀、第二三通阀、室外换热器和四通换向阀，制冷剂在制冷剂主路内循环流动；所述旁通支路包括依次连接的第一电子膨胀阀、散热制冷剂管路和第二电子膨胀阀，第一电子膨胀阀与第一三通阀连接，第二电子膨胀阀与第二三通阀连接；冷凝段扁管通过金属换热块与热泵空调系统的散热制冷剂管路相接触；

或者，

所述热泵空调系统包括依次连接的压缩机、室内换热器、主路电子膨胀阀、散热制冷剂管路、单向节流阀、室外换热器和四通换向阀；冷凝段扁管通过金属换热块与热泵空调系统的散热制冷剂管路相接触；

或者，

所述热泵空调系统包括依次通过管路连接的压缩机、室内换热器、主路电子膨胀阀、室外换热器和四通换向阀，冷凝段扁管缠绕在高压储液罐外围或制冷剂管路外围。

进一步地，所述微通道热管扁管的两个末端分别接入一个扁管通道连接件内，微通道热管扁管中的不同的微通道之间在扁管通道连接件内进行连通：

将微通道热管扁管内的微通道编号，在微通道热管扁管的一个末端，扁管奇数编号的微通道下端面开孔，扁管偶数编号的微通道上端面开孔，扁管通道连接件上部有连接编号为4n+2到4n+4通道的容纳空间(n为0，1，2……的整数)，下部有连接编号为4n+1到4n+3通道的容纳空间；在微通道热管扁管3另一末端，首尾编号的微通道下端面开孔，中间编号的微通道上端面开孔，扁管通道连接件4下部有连接首尾编号的通道的容纳空间，上部有连接两两中部通道的容纳空间；在微通道热管扁管3最终形成1→3→2→4→5→……4n+1→4n+3→4n+2→4n+4……的微通道内部流路。开孔的孔径径与微通道水力直径相当。

进一步地，所述蒸发段扁管与电控发热元件直接面接触，接触缝隙填涂导热硅脂。

进一步地，所述金属换热块上层槽道和下层槽道，所述冷凝段扁管嵌入金属换热块的下层槽道并蜿蜒排布，散热制冷剂管路嵌入金属换热块的上层槽道并蜿蜒排布，增加传热面积，接触缝隙填涂导热硅脂减小导热热阻。进一步地，所述微通道热管扁管抽真空后注入工质，充注量为内容积的40％-70％，优选地，该工质具有不可燃性，具有较高的比热容和饱和压温比、较低的气化潜热、动力粘度，例如R134a。

另外，本发明还提出一种关于上述基于热管的空调器电控散热系统中的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S101：热泵空调系统启动，获取电控发热元件T

S102：比较电控发热元件T

S103：电控散热系统启动，打开三通阀引入旁路制冷剂冷量，进入S104。

S104：判断空调器工况，比较环境温度T

S105a：夏季制冷工况，调节第一电子膨胀阀开度K

S105b：冬季制热工况，调节第一电子膨胀阀开度全开，K

S106：监测电控发热元件温度T

S107：比较电控发热元件温度T

S108a：夏季制冷工况，增加第一电子膨胀阀开度K

S108b：冬季制热工况，增加第二电子膨胀阀开度K

S109：维持阀门开度运行t分钟，夏季制冷工况则回到S105a，冬季制热工况则进入S105b，直至热泵空调系统结束运行。

进一步地，所述控制方法中：

测量电控发热元件的温度检测装置可以安装在热管蒸发段扁管或电控发热元件基板上。设定温度值T

设定温度值T

设定温度值T

设定值e

K

本发明的优点：

1)相较于传统的翅片风冷散热，提供了一种高换热效率、低成本的空调器电控的散热方法，尤其适用于使用了易燃易爆制冷剂的空调器，提高其安全性和可靠性。

2)使空调器电控元件较高温度时散热，较低温度时也可以加热，始终运行在安全温度区间内，保证了其稳定运行，延长了使用寿命。

3)提供了空调系统与电控散热系统的耦合控制，减少了由于加入电控散热而对房间制冷量的损失，提高能效。

附图说明

图1是本发明提供的基于热管的空调器电控散热系统的一个连接图；

图2是本发明提供的基于热管的空调器电控散热系统的另一种连接图；

图3是制冷剂管路和热管的连接方式图；

图4是一个扁管通道连接件的结构图；

图5是另一个扁管通道连接件的结构图；

图6是图1中基于热管的空调器电控散热系统的控制流程图。

其中：热泵空调系统1、电控发热元件2、微通道热管扁管3、扁管通道连接件4、金属换热块5、压缩机101、室内换热器102、第一三通阀103、主路电子膨胀阀104，四通换向阀105，室外换热器106、第一电子膨胀阀107、散热制冷剂管路108、第二电子膨胀阀109、单向节流阀110、第二三通阀111、蒸发段扁管301、绝热段扁管302、冷凝段扁管303。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例1

参见图1，一种基于热管的空调器电控散热系统，包括热泵空调系统1、微通道热管扁管3和金属换热块5。

所述热泵空调系统1包括制冷剂主路和旁通支路，所述旁通支路并联在制冷剂主路上。

所述制冷剂主路包括依次连接的压缩机101、室内换热器102、第一三通阀103、主路电子膨胀阀104、第二三通阀111、室外换热器106和四通换向阀105，制冷剂在制冷剂主路内循环流动；所述旁通支路包括依次连接的第一电子膨胀阀107、散热制冷剂管路108和第二电子膨胀阀109，第一电子膨胀阀107与第一三通阀103连接，第二电子膨胀阀109与第二三通阀111连接。

所述微通道热管扁管3蛇形弯折，微通道热管扁管3包括蒸发段扁管301、绝热段扁管302、冷凝段扁管303三段；所述蒸发段扁管301与电控发热元件2面接触，冷凝段扁管303通过金属换热块5与热泵空调系统1的散热制冷剂管路108相接触。

夏季需要电控散热时，打开第一三通阀103和第二三通阀111，调整第二电子膨胀阀109开度作为调整旁路制冷剂的温度的方法，调节第一电子膨胀阀107开度作为支路节流装置。制冷剂经压缩机101升压、室外换热器106(冷凝器)冷凝，为30-40℃的液体，主路制冷剂经过节流装置104进入室内换热器102(蒸发器)，散热制冷剂管路108内的支路制冷剂经金属换热块5与冷凝段扁管303换热，再经微通道热管扁管3内部两相传热，冷却电控发热元件2。

冬季时，打开第一三通阀103和第二三通阀111，热泵空调系统1经四通换向阀105反向工作，调整第一电子膨胀阀107开度作为调整旁路制冷剂的温度的方法，调节第二电子膨胀阀109开度作为支路节流装置。使用室内换热器102(冷凝器)出口的制冷剂旁通至散热制冷剂管路108。冬夏季时，虽然热泵空调系统1会换向工作，但始终使用冷凝器出口制冷剂，避免了使用蒸发器入口制冷剂温度过低导致凝露，威胁电控元件安全性。同时，冬季电控发热元件2温度较低时，使用冷凝器出口制冷剂热量通过微通道热管扁管3也可以将电控发热元件2加热，保持正常的温度区间，保障机组运行。

实施例2

参见图2，本实施例与实施例1的结构不同之处在于：所述热泵空调系统1包括压缩机101、室内换热器102、主路电子膨胀阀104、散热制冷剂管路108、单向节流阀110、室外换热器106和四通换向阀105；压缩机101、室内换热器102、主路电子膨胀阀104、散热制冷剂管路108、单向节流阀110、室外换热器106和四通换向阀105依次进行串联。夏季时，主路电子膨胀阀104全开，单向节流阀110进行工作起节流作用。冬季时，电子膨胀阀104调整开度进行节流，而单向节流阀110仅作流通管路使用。

实施例3

本实施例与实施例1的结构不同之处在于：所述热泵空调系统1只保留制冷剂主路部分。即所述制冷剂主路包括依次通过管路连接的压缩机101、室内换热器102、主路电子膨胀阀104、室外换热器106和四通换向阀105，制冷剂在制冷剂主路内循环流动。由于冷凝段扁管303是铝制微通道扁管，延展性较好，直接将冷凝段扁管303缠绕在适宜温度的制冷剂管路上，例如：直接将冷凝段扁管303缠绕在热泵空调系统1的高压储液罐外围或其他制冷剂管路外围，作为冷凝段扁管303的冷源。所述高压储液罐是布置在冷凝器出口的，用于储存制冷剂中的液体成分，避免冷凝液在冷凝器中积存过多而使传热面积变小，影响传热效果，也可以调节系统中的制冷剂量。由于热泵空调器夏天工况时室外换热器106为冷凝器，冬天工况时室内换热器102为冷凝器，因此所述高压储液罐布置在热泵空调系统1的室内换热器102和主路电子膨胀阀104中间，或室外换热器106和主路电子膨胀阀104中间。使用高压储液罐内制冷剂的冷量，可以减少对制冷系统整体性能的影响。所述其他制冷剂管路，指的是热泵空调系统1的室内换热器102和主路电子膨胀阀104中间，或室外换热器106和主路电子膨胀阀104中间的管路，管路内是制冷剂液体，传热系数较高。

作为本发明的一个优选实施例，参见图1和图2，所述微通道热管扁管3的两个末端分别接入一个扁管通道连接件4内，微通道热管扁管3中的不同的微通道之间在扁管通道连接件4内进行连通。

具体地，参见图4和图5，将微通道热管扁管3内的微通道编号，在微通道热管扁管3的一个末端，扁管奇数编号的微通道下端面开孔，扁管偶数编号的微通道上端面开孔，扁管通道连接件4上部有连接编号为4n+2到4n+4通道的容纳空间，下部有连接编号为4n+1到4n+3通道的容纳空间；在微通道热管扁管3另一末端，首尾编号的微通道下端面开孔，中间编号的微通道上端面开孔，扁管通道连接件4下部有连接首尾编号的通道的容纳空间，上部有连接两两中部通道的容纳空间；在微通道热管扁管3最终形成1→3→2→4→5→……4n+1→4n+3→4n+2→4n+4……的微通道内部流路。开孔的孔径与微通道水力直径相当。

通过扁管通道连接件4的设置，将微通道热管扁管3内部的微通道全部有序地串联连接起来，一方面，增加了弯头数(匝数)，匝数越多，热管内部工质越易形成稳定的单向循环，提高了热管的传热极限；另一方面，形成闭合回路，闭环回路提供了热管内部工质循环流动的空间，避免发生气液反向碰撞，降低了热管传热热阻。

作为本发明的一个优选实施例，参见图1和图2，所述蒸发段扁管301与电控发热元件2直接面接触，接触缝隙填涂导热硅脂。

作为本发明的一个优选实施例，参见图3，金属换热块5上设有上层槽道和下层槽道，所述冷凝段扁管303嵌入金属换热块5的下层槽道并蜿蜒排布，散热制冷剂管路108嵌入金属换热块5的上层槽道并蜿蜒排布，增加传热面积，接触缝隙填涂导热硅脂减小导热热阻。

作为本发明的一个优选实施例，所述蒸发段扁管301、绝热段扁管302、冷凝段扁管303三段长度比约为1：0.7：1。所述微通道热管扁管3抽真空后注入工质，充注量为内容积的40％-70％，并且，该工质具有不可燃性，具有较高的比热容和饱和压温比、较低的气化潜热、动力粘度，例如R134a。

实施例4

参见图6，一种基于热管的空调器电控散热系统的控制方法，包括以下步骤：

S101：热泵空调系统启动，获取电控发热元件2的温度T

S102：比较电控发热元件2的温度T

S103：电控散热系统启动，打开三通阀引入旁路制冷剂冷量，进入S104；

S104：判断空调器工况，比较环境温度T

S105a：夏季制冷工况，调节第一电子膨胀阀107开度K

S105b：冬季制热工况，调节第一电子膨胀阀107开度全开，K

S106：监测电控发热元件2温度T

S107：比较电控发热元件2温度T

S108a：夏季制冷工况，增加第一电子膨胀阀107开度K

S108b：冬季制热工况，增加第二电子膨胀阀109开度K

S109：维持阀门开度运行t分钟，夏季制冷工况则回到S105a，冬季制热工况则进入S105b，直至热泵空调系统结束运行。

上述控制方法中：

所述测量电控发热元件2的温度检测装置安装在热管蒸发段扁管301或电控发热元件2基板上。

设定温度值T

设定温度值T

设定温度值T

K

开度变化量△K是降低旁路制冷剂温度的调节指标，根据电子膨胀阀规格、初始开度K

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。