一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统的制作方法

一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统
【技术领域】
1.本发明涉及空调技术，尤其涉及一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统。


背景技术：

2.在空调行业的冷暖变频空调中，变频驱动电路模块是冷暖变频空调中必不可少的部件，用于驱动及控制变频压缩机的工作。在变频压缩机高频运行时，变频驱动电路模块会流通大电流，变频驱动电路会快速升温，在温度达到设定限值(一般设计限值为90℃)后，开始限制压缩机运行频率，影响空调设备的正常运转；同时，变频驱动电路持续高温运行也会影响其使用寿命；为了优化变频驱动电路发热，在空调设计过程中，一般会增加散热设计，防止变频驱动电路高温运行。
3.在变频空调中，变频驱动电路模块中发热量大的器件主要为智能功率器件(ipm)和电路驱动器件(pfc)，现有技术中，这两个器件通过铝板涂抹导热硅胶接触导热，并将两器件自身发热量通过导热硅胶更好的传导到铝板上；然后，如果采用风冷散热，则在铝板上采用一体连接的格栅肋片的方式与空气进行对流来散热，如果采用液冷散热，则是采用冷媒盘管与铝板插套配合或贴合连接，并在冷媒管与铝板之间的间隙涂抹导热硅胶进行接触、通过冷媒管中流动的冷媒带走热量进行散热；而且，变频驱动电路模块中智能功率器件(ipm)和电路驱动器件(pfc)的工作温度需要控制在50-60℃左右，温度太高会导致器件温升超标，减低使用寿命；温度太低，则有使变频驱动模块产生冷凝水的可能；因此，采用液冷方式散热，为了更好控制冷媒液管的温度，冷暖变频空调冷媒液管流经变频驱动电路铝板的冷媒状态，需要采用冷凝后且节流前的冷媒，该冷媒状态可以满足变频驱动电路的铝板散热，也不至于导致冷凝水的产生。
4.所以，由上可知，对变频驱动电路模块的散热，现有技术中常用的散热方式为风冷散热和液冷散热，风冷散热较为简单，但散热效率较低；液冷散热效率高，但是需额外增加主路电子膨胀阀组件及配套较复杂的控制逻辑，增加了空调系统的复杂程度及降低运行的可靠性。有鉴于此，迫切需要对现有的冷暖变频空调系统进行改进，简化变频驱动电路模块的散热控制显得尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明提供一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统，采用四个串并联的单向阀，具有结构简单、便于自动导流控制，有效满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态始终是冷凝后、且节流前的冷媒，有效简化变频驱动电路模块的降温控制。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统，用于变频空调工作时驱动模块的自动液冷散热降温，包括：
8.变频压缩机、用于制冷模式与制热模式相互切换的四通阀、设置于外部空间的外侧换热器、用于室内制冷或制热的内部换热器和气液分离器，所述变频压缩机、所述四通
阀、所述外侧换热器、所述内部换热器和所述气液分离器通过管路依次连接形成循环系统；
9.所述变频空调系统还包括：
10.驱动散热器，在制冷模式下与作为冷凝器的外侧换热器、或在制热模式下与作为冷凝器的内部换热器分别输出的高压冷媒管路连通、并用于对控制所述变频压缩机工作的变频驱动电路模块进行散热降温；
11.冷媒流向自动导流组件，由四个结构完全相同的第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀相互串并联组成，所述第一单向阀的输入端与第四单向阀的输出端并联后、通过管路连接于制冷模式下作为冷凝器的外侧换热器的输出端，所述第一单向阀的输出端与所述第二单向阀的输出端并联后、通过管路连接于所述驱动散热器的输入端，制冷模式下外侧换热器输出的高压液态冷媒通过所述第一单向阀后直接进入所述驱动散热器；
12.所述驱动散热器的输出端通过管路还连接有将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒的主路第一膨胀阀，所述第三单向阀的输入端与所述第四单向阀的输入端并联后、通过管路与所述主路第一膨胀阀的输出口连通，所述第三单向阀的输出端与所述第二单向阀的输入端并联后、通过管路与所述内部换热器相连；
13.在制冷模式下运行时，冷媒从所述变频压缩机的排气口流出，从所述四通阀的d口进入并从e口流出，流经作为冷凝器的外侧换热器，外侧换热器通过制冷热交换后向外部空间排出热量，高压液态冷媒通过所述第一单向阀后直接进入所述驱动散热器，对所述变频压缩机工作的变频驱动电路模块进行散热降温工作后，再流经主路第一膨胀阀将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒，相对高压液态冷媒，低压雾状冷媒只能通过管路流经所述第三单向阀进入作为蒸发器的内部换热器，内部换热器蒸发降温后对室内空间进行制冷，内部换热器流出的气态冷媒通过管路由所述四通阀的c口进入并从s口流出，经过所述气液分离器除去气态冷媒中凝液，回流至所述变频压缩机的吸入口，完成一次冷媒的制冷循环；同时满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态始终是冷凝后且节流前的冷媒；
14.在制热模式下运行时，冷媒从所述变频压缩机的排气口流出，从所述四通阀的d口进入并从c口流出，流经作为冷凝器的内部换热器，内部换热器通过制冷热交换后向室内空间排放热量，高压液态冷媒通过所述第二单向阀后直接进入所述驱动散热器，对所述变频压缩机工作的变频驱动电路模块进行散热降温工作后，再流经主路第一膨胀阀将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒，相对高压液态冷媒，低压雾状冷媒只能通过管路流经所述第四单向阀进入作为蒸发器的外侧换热器，内机换热器将热交换能量直接排放到外部空间后，外侧换热器流出的气态冷媒通过管路由所述四通阀的e口进入并从s口流出，经过所述气液分离器除去气态冷媒中凝液，回流至所述变频压缩机的吸入口，完成一次冷媒的制热循环；同时满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态始终是冷凝后且节流前的冷媒。
15.优选地，所述驱动散热器与所述主路第一膨胀阀之间的管路上还设置有用于所述变频压缩机回气及回油的经济器，所述驱动散热器的输入端管路上还通过管路分支连接有将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒的主路第二膨胀阀，所述主路第二膨胀阀输出的低压雾状冷媒通过管路经过所述经济器热交换后连接于所述变频压缩机的回气及回油口。
16.优选地，对应所述主路第二膨胀阀的连接管路，所述经济器的进口管路和出口管路处分别设有出口感温包和进口感温包。
17.优选地，所述主路第二膨胀阀为电子膨胀阀。
18.优选地，所述主路第一膨胀阀为电子膨胀阀。
19.优选地，所述外侧换热器为采用风机进行热交换的翅片换热器，翅片换热器上分别设置有环境感温包和化霜感温包。
20.优选地，所述变频压缩机的排气口管路上还连接有排气感温包和高压开关，所述变频压缩机吸入口连接的气液分离器回气端管路上还设置有吸气感温包。
21.优选地，所述内部换热器的输入端管路上还连接有高压储液罐。
22.优选地，所述内部换热器为风管机或壁挂式内机，对应的风管机或壁挂式内机输出管路上还设置有管温感温包。
23.优选地，所述内部换热器为采用水循环热交换的板式换热器，该板式换热器的冷媒输入端和冷媒输出端分别设有液管感温包和气管感温包，该板式换热器的进水输入端和出水输出端分别设有进水感温包和出水感温包，板式换热器的进水输入端和出水输出端连接一循环泵水系统。
24.优选地，所述循环泵水系统包括与外部水源或水箱连通的供水口、水泵和三通阀，所述水泵通过管路将供水口供给的水源循环从所述板式换热器的进水输入端泵入，所述三通阀通过两个输出管路连接有用于热交换水体直接排放的空调出水口和用于热交换水体存储利用的生活水箱口，所述板式换热器的出水输出端通过管路连接的三通阀将热交换的水体从空调出水口或生活水箱口排出。
25.优选地，所述水泵与所述供水口之间的管路上还设置有用于缓冲供水压力波动的膨胀罐。
26.优选地，所述板式换热器的出水输出端与所述三通阀之间的管路上还分别设置有对管路进行通断控制的水流开关、对管路进行自动排气控制的自动排气阀和防止管路压力超标的安全阀。
27.本发明的有益效果是：
28.本发明中利用作为冷凝器的换热器流出的冷媒为高压液态冷媒，而经过电子膨胀阀的冷媒由高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒，采用四个结构完全相同的第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀相互串并联组成冷媒流向自动导流组件，利用冷媒高压侧与低压侧对单向阀的自动截流模式，对冷媒流向自动导流，使得流经驱动散热器对变频驱动电路模块散热冷媒，始终满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态是冷凝后且节流前的冷媒，有效简化现有技术中需额外增加主路电子膨胀阀组件及配套较复杂的逻辑控制电路问题，实现自动导流控制。
29.同时，冷媒流向自动导流组件具有结构简单、成本低，通过驱动散热器对变频驱动电路模块散热不需要电子元器件进行控制，有效避免现有变频控制中主路电子膨胀阀结构复杂，需要配备对应的电子膨胀阀线圈用于驱动电子膨胀阀动作且成本高、易出故障的问题，采用冷媒流向自动导流组件有效提高系统运行的可靠性。
【附图说明】
30.图1是本发明实施例一中的系统原理示意图；
31.图2是本发明实施例二中的系统原理示意图；
32.图3是本发明实施例三中的系统原理示意图；
33.图4是本发明实施例四中的系统原理示意图。
34.图中
“→”
表示制冷模式下冷媒的流向，
“‑‑‑→”
表示制热模式下冷媒的流向。
【具体实施方式】
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
37.实施例一
38.一种驱动模块采用液冷散热的变频空调系统，如图1所示，用于变频空调工作时驱动模块的自动液冷散热降温，包括变频压缩机1、用于制冷模式与制热模式相互切换的四通阀2、设置于外部空间的外侧换热器3、用于室内制冷或制热的内部换热器4、气液分离器5、驱动散热器6和冷媒流向自动导流组件，该变频压缩机1、四通阀2、外侧换热器3、内部换热器4和气液分离器5通过管路依次连接形成循环系统；其中，该驱动散热器6在制冷模式下与作为冷凝器的外侧换热器3、或在制热模式下与作为冷凝器的内部换热器4分别输出的高压冷媒管路连通、并用于对控制变频压缩机1工作的变频驱动电路模块进行散热降温。
39.继续如图1所示，该冷媒流向自动导流组件由四个结构完全相同的第一单向阀7、第二单向阀8、第三单向阀9和第四单向阀10相互串并联组成，第一单向阀7的输入端与第四单向阀10的输出端并联后、通过管路连接于制冷模式下作为冷凝器的外侧换热器3的输出端，第一单向阀7的输出端与第二单向阀8的输出端并联后、通过管路连接于驱动散热器6的输入端，制冷模式下外侧换热器3输出的高压液态冷媒通过第一单向阀7后直接进入驱动散热器6；该驱动散热器6的输出端通过管路还连接有将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒的主路第一膨胀阀11，该主路第一膨胀阀11在该实施例中采用电子膨胀阀；第三单向阀9的输入端与第四单向阀10的输入端并联后、通过管路与主路第一膨胀阀11的输出口连通，第三单向阀9的输出端与第二单向阀8的输入端并联后、通过管路与内部换热器4相连。
40.继续如图1所示，该外侧换热器3为采用风机进行热交换的翅片换热器，翅片换热器上分别设置有环境感温包12和化霜感温包13。另外，在变频压缩机1的排气口管路上还连接有排气感温包14和高压开关15，变频压缩机1吸入口连接的气液分离器5回气端管路上还设置有吸气感温包16，四通阀2的c口处还设有对管路压力进行监测的高压传感器160，内部换热器4的输入端管路上还连接有高压储液罐17。其中，内部换热器4为风管机或壁挂式内机，对应的风管机或壁挂式内机输出管路上还设置有管温感温包18。
41.该实施例中，在制冷模式下运行时，冷媒从变频压缩机1的排气口流出，从四通阀2的d口进入并从e口流出，流经作为冷凝器的外侧换热器3，外侧换热器3通过制冷热交换后向外部空间排出热量，高压液态冷媒通过第一单向阀7后直接进入驱动散热器6，对变频压缩机1工作的变频驱动电路模块进行散热降温工作后，再流经主路第一膨胀阀11将高压液
态冷媒变换为低压雾状冷媒，相对高压液态冷媒，低压雾状冷媒只能通过管路流经第三单向阀9进入作为蒸发器的内部换热器4，内部换热器4蒸发降温后对室内空间进行制冷，内部换热器4流出的气态冷媒通过管路由四通阀2的c口进入并从s口流出，经过气液分离器5除去气态冷媒中凝液，回流至变频压缩机1的吸入口，完成一次冷媒的制冷循环；且同时满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态始终是冷凝后且节流前的冷媒。
42.在制热模式下运行时，冷媒从变频压缩机1的排气口流出，从四通阀2的d口进入并从c口流出，流经作为冷凝器的内部换热器4，内部换热器4通过制冷热交换后向室内空间排放热量，高压液态冷媒通过第二单向阀8后直接进入驱动散热器6，对变频压缩机1工作的变频驱动电路模块进行散热降温工作后，再流经主路第一膨胀阀11将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒，相对高压液态冷媒，低压雾状冷媒只能通过管路流经第四单向阀10进入作为蒸发器的外侧换热器3，内机换热器将热交换能量直接排放到外部空间后，外侧换热器3流出的气态冷媒通过管路由四通阀2的e口进入并从s口流出，经过气液分离器5除去气态冷媒中凝液，回流至变频压缩机1的吸入口，完成一次冷媒的制热循环；同样满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态始终是冷凝后且节流前的冷媒。
43.实施例二
44.如图2所示，该实施例与实施例一的不同之处在于，该驱动散热器6与主路第一膨胀阀11之间的管路上还设置有用于变频压缩机1回气及回油的经济器19，在驱动散热器6的输入端管路上还通过管路分支连接有将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒的主路第二膨胀阀20，该主路第二膨胀阀20也为电子膨胀阀，主路第二膨胀阀20输出的低压雾状冷媒通过管路经过经济器19热交换后连接于变频压缩机1的回气及回油口21。其中，对应主路第二膨胀阀20的连接管路，该经济器19的进口管路和出口管路处分别设有出口感温包22和进口感温包23。
45.实施例三
46.如图3所示，该实施例与实施例一的不同之处在于，该内部换热器4为采用水循环热交换的板式换热器，该板式换热器的冷媒输入端和冷媒输出端分别设有液管感温包24和气管感温包25，板式换热器的进水输入端和出水输出端分别设有进水感温包26和出水感温包27，板式换热器的进水输入端和出水输出端连接一循环泵水系统，该循环泵水系统包括与外部水源或水箱连通的供水口28、水泵29和三通阀30，水泵29通过管路将供水口28供给的水源循环从板式换热器的进水输入端泵入，三通阀30通过两个输出管路连接有用于热交换水体直接排放的空调出水口31和用于热交换水体存储利用的生活水箱口32，板式换热器的出水输出端通过管路连接的三通阀30将热交换的水体从空调出水口31或生活水箱口32排出；其中，在水泵29与供水口28之间的管路上还设置有用于缓冲供水压力波动的膨胀罐33，在板式换热器的出水输出端与三通阀30之间的管路上还分别设置有对管路进行通断控制的水流开关34、对管路进行自动排气控制的自动排气阀35和防止管路压力超标的安全阀36。
47.实施例四
48.如图4所示，该实施例与实施例三的不同之处在于，该驱动散热器6与主路第一膨胀阀11之间的管路上还设置有用于变频压缩机1回气及回油的经济器19，在驱动散热器6的输入端管路上还通过管路分支连接有将高压液态冷媒变换为低压雾状冷媒的主路第二膨
胀阀20，该主路第二膨胀阀20也为电子膨胀阀，主路第二膨胀阀20输出的低压雾状冷媒通过管路经过经济器19热交换后连接于变频压缩机1的回气及回油口21。其中，对应主路第二膨胀阀20的连接管路，该经济器19的进口管路和出口管路处分别设有出口感温包22和进口感温包23。
49.以上四个实施例中，采用第一单向阀7、第二单向阀8、第三单向阀9和第四单向阀10相互串并联组成冷媒流向自动导流组件，利用冷媒高压侧与低压侧对单向阀的自动截流模式，对冷媒流向自动导流，始终满足冷媒液管流经变频驱动电路模块的冷媒状态是冷凝后且节流前的冷媒，实现驱动散热器6对变频驱动电路模块进行有效散热。
50.以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。