冷媒散熱的雙層電器盒在變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)上的應(yīng)用

溫得賢 劉文華 黃仲林 聶鵬飛

（廣東TCL智能暖通設(shè)備有限公司 中山 528427）

引言

隨著變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)的普及，用戶對(duì)多聯(lián)機(jī)空調(diào)的要求也越來(lái)越高，多聯(lián)機(jī)的安裝空間和普通空調(diào)相比需要更大的空間，特別是空間緊湊的公寓大樓，多聯(lián)機(jī)空調(diào)的安裝空間十分有限，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)盡量將多聯(lián)機(jī)空調(diào)設(shè)計(jì)得更小。為保證機(jī)組的安裝空間，解決多聯(lián)機(jī)在空間小的樓房的安裝問題，開發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊的空調(diào)已經(jīng)成為了多聯(lián)機(jī)空調(diào)發(fā)展的一種趨勢(shì)。電器盒作為機(jī)組配電和控制中心，也面臨著散熱和小型化設(shè)計(jì)的要求?，F(xiàn)在的空調(diào)逐步切換成變頻空調(diào)，變頻驅(qū)動(dòng)板放置在電器盒中散熱和空間問題成為首要解決的問題。本文詳細(xì)介紹一種冷媒散熱的雙層電器盒在多聯(lián)機(jī)空調(diào)上面的應(yīng)用研究，探討解決多聯(lián)機(jī)空調(diào)電器盒的散熱和空間小型化解決方案。

1 常規(guī)空調(diào)機(jī)組的電器盒現(xiàn)狀

在空調(diào)通用要求的國(guó)標(biāo)《家用和類似用途電器的安全》中對(duì)電器盒內(nèi)部的電器件根據(jù)不同的絕緣等級(jí)有著不同的溫升要求，具體要求如表1所示[1]，根據(jù)不同的使用環(huán)境要求，電器盒在設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)來(lái)滿足空調(diào)設(shè)備的空間要求和發(fā)熱要求。

表1 空調(diào)通用國(guó)標(biāo)對(duì)電器件發(fā)熱的要求

在結(jié)構(gòu)方式上，常規(guī)空調(diào)的電器盒的結(jié)構(gòu)是單層多邊形殼體結(jié)構(gòu)。電器盒除了在形狀上會(huì)有不同外，更多的不同點(diǎn)體現(xiàn)在散熱方式上。在散熱方式上的處理上，電器盒可以分成3種大的類型，分別如圖1、2、3。一種是開放式的自然散熱電器盒，一種是封閉式的自然散熱電器盒，還有一種是帶風(fēng)扇的電器盒，這種電器盒是針對(duì)空調(diào)使用環(huán)境溫度特別高的地方，多聯(lián)機(jī)空調(diào)機(jī)組會(huì)通過加裝風(fēng)扇進(jìn)行輔助散熱，滿足電器件的發(fā)熱要求。

圖1 開放式的自然散熱電器盒

圖2 封閉式的自然散熱電器盒

圖3 帶風(fēng)扇的電器盒

2 雙層電器盒的應(yīng)用研究

為滿足空調(diào)的節(jié)能和各種智能功能的需求，多聯(lián)機(jī)空調(diào)設(shè)備會(huì)采用變頻壓縮機(jī)，這樣使得多聯(lián)機(jī)空調(diào)的電器盒除了會(huì)配置主板外，還會(huì)配置多塊變頻驅(qū)動(dòng)板和濾波板來(lái)滿足變頻和智能控制的功能。這樣也使得電器盒需要更大的安裝空間，同時(shí)驅(qū)動(dòng)板的散熱問題也成了電器盒設(shè)計(jì)時(shí)最大的難點(diǎn)。

多聯(lián)機(jī)空調(diào)在空間上的特點(diǎn)一般是壓縮機(jī)上方會(huì)放置電器盒，這樣可以充分利用好機(jī)組的設(shè)計(jì)空間。這樣單層電器盒的設(shè)計(jì)方案就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是電器盒和壓縮機(jī)之間在結(jié)構(gòu)安裝上會(huì)產(chǎn)生干涉，這樣就需要把機(jī)組設(shè)計(jì)得更大，也就無(wú)法滿足多聯(lián)機(jī)空調(diào)小型化的設(shè)計(jì)需求。第二個(gè)問題是單層電器盒需要把所有電器件都放置在同一個(gè)平面，這樣在走線上就很難到到強(qiáng)弱電的分開，在設(shè)計(jì)時(shí)需要增加很多輔助走線的支架來(lái)滿足走線，這樣也會(huì)使得電器盒做得更大。

如圖4，將單層電器盒更改為雙層電器盒的設(shè)計(jì)，就可以很好地解決單層電器盒會(huì)出現(xiàn)的兩點(diǎn)問題。第一個(gè)是電器盒在高度上可以設(shè)計(jì)得更加緊湊，在高度上可以做得更小，從而滿足多聯(lián)機(jī)空調(diào)上下安裝的結(jié)構(gòu)要求。第二個(gè)是雙層電器盒在電器的布局上，驅(qū)動(dòng)板和濾波板等強(qiáng)電主板一般會(huì)放置在底層，一是可以方便冷媒管進(jìn)行散熱，二是可以將強(qiáng)電的走線隔離到底層，主板等弱電板會(huì)放置在上層，這樣將弱電的走線隔離到上層，從而實(shí)現(xiàn)將強(qiáng)弱電獨(dú)立的分開到上下層，滿足空調(diào)的緊湊性設(shè)計(jì)，同時(shí)提升了變頻空調(diào)的電磁兼容特性。

圖4 雙層電器盒

3 冷媒散熱的應(yīng)用研究

多聯(lián)機(jī)空調(diào)在配置變頻壓縮機(jī)時(shí)，需要在電器盒內(nèi)配置變頻驅(qū)動(dòng)板。變頻驅(qū)動(dòng)板在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，變頻驅(qū)動(dòng)板自身會(huì)設(shè)置過熱溫度保護(hù)，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)通過停止工作來(lái)保護(hù)自身內(nèi)部芯片，這樣就會(huì)使得空調(diào)機(jī)組出現(xiàn)頻繁的啟停操作，同時(shí)芯片在長(zhǎng)期高溫的環(huán)境下運(yùn)行，壽命將減短30～50 %。為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須解決驅(qū)動(dòng)板的散熱問題。隨著近幾年全球氣溫的上升，在面對(duì)高溫環(huán)境時(shí)，驅(qū)動(dòng)板的散熱變得更為重要。為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)板散熱更快、更穩(wěn)定，多聯(lián)機(jī)空調(diào)的電器盒將冷媒散熱技術(shù)運(yùn)用到驅(qū)動(dòng)板上。

多聯(lián)機(jī)空調(diào)通過冷媒散熱在結(jié)構(gòu)上是將一根空調(diào)管路引入到驅(qū)動(dòng)板上，利用鋁板將管路固定在驅(qū)動(dòng)板上面，在固定前在管路上和鋁板上分別涂上散熱膠，使兩者在熱交換上面更加的均勻，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 冷媒散熱在電器盒上的實(shí)現(xiàn)圖

冷媒散熱技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理需要利用單向節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的原理如圖6所示[2]，這一過程是利用機(jī)組在制冷運(yùn)行過程中，從壓縮機(jī)中排出的高溫高壓冷媒氣體在經(jīng)過單向節(jié)流閥后，將高壓冷媒降壓成低壓的液態(tài)冷媒。低壓的液態(tài)冷媒在經(jīng)過電器盒時(shí)，液態(tài)冷媒會(huì)吸收驅(qū)動(dòng)板上的熱量轉(zhuǎn)化成氣態(tài)冷媒，將電器盒內(nèi)驅(qū)動(dòng)板的熱量帶走，在電器盒進(jìn)出位置分別安裝一個(gè)單向節(jié)流閥，可以實(shí)現(xiàn)在多聯(lián)機(jī)空調(diào)制冷和制冷狀態(tài)下均能實(shí)現(xiàn)冷媒的降壓，從而實(shí)現(xiàn)電器盒內(nèi)部的降溫。如果不利用單向節(jié)流閥直接對(duì)電器盒進(jìn)行散熱，電器盒內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)凝露的問題，為解決這一問題，采用單向節(jié)流閥可以通過不同孔徑的選擇來(lái)控制冷媒的降溫效果，解決電器盒內(nèi)部的凝露問題，從而實(shí)現(xiàn)變頻驅(qū)動(dòng)板快速、平穩(wěn)的降溫，最終使機(jī)組能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖6 冷媒散熱實(shí)現(xiàn)原理

4 結(jié)束語(yǔ)

在多聯(lián)機(jī)空調(diào)小型化和智能化的趨勢(shì)下，雙層電器盒相較于單層電器盒有著很多優(yōu)勢(shì)，可以很好的解決多聯(lián)機(jī)空調(diào)結(jié)構(gòu)緊湊化的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)滿足強(qiáng)弱電控制的分離，提高機(jī)組的電磁兼容性。

在散熱的處理上，利用機(jī)組自身的冷媒進(jìn)行散熱，可以更加快速、平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)變頻驅(qū)動(dòng)板的降溫，從而使機(jī)組能夠更加穩(wěn)定的長(zhǎng)期運(yùn)行，給客戶更好的使用體驗(yàn)。