发明内容
本发明解决的问题是如何对功率模块的散热进行有效地控制,从而避免安全隐患。
为解决上述问题,第一方面,本发明提供一种冷媒散热控制方法,应用于多联式空调,多联式空调包括功率模块,功率模块通过运行环线中蒸发器与冷凝器之间的冷媒进行散热,冷媒散热控制方法包括:
根据功率模块的温度与环境温度判断功率模块是否存在凝露风险;
在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量。
在本申请实施例中,首先判断功率模块是否存在凝露风险,而凝露风险与功率模块的温度以及环境温度是相关的,通常,功率模块的温度越低、环境温度越高,功率模块上越容易出现凝露。在判定存在凝露风险的情况下,通过增加运行环线中的冷媒量,可以使得冷凝器与蒸发器之间的冷媒温度提高。并且,膨胀阀的开度是根据对应的换热器的目标过冷度进行控制的,当进入循环的冷媒增加时,冷凝器内冷媒会增多,为了与目标过冷度匹配,会增加冷凝器下游的膨胀阀的开度,降低该膨胀阀的节流效果,下游冷媒温度提高。因此,增加运行环线中冷媒量能够避免功率模块的温度过低。
在可选的实施方式中,根据功率模块的温度与环境温度判断功率模块是否存在凝露风险的步骤,包括:
若功率模块的温度不大于环境温度,则判定功率模块存在凝露风险。
在本实施例中,若功率模块的温度高于环境温度,则无凝露风险;而若功率模块的温度不大于环境温度,功率模块附近的饱和蒸气压比较低,如果环境湿度较大,比如空气中水分趋近该环境温度下的饱和蒸气压,那么空气中的水蒸气容易在接近功率模块后凝结形成露珠。
在可选的实施方式中,多联式空调包括气液分离器;在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量的步骤,包括第一控制流程,第一控制流程包括:
将气液分离器和/或停机室内机中的冷媒释放至运行环线中。
在多联式空调中,室外机蒸发器、运行中室内机中的冷媒是必要的,其通过相变而放热或吸热;而气液分离器、停机室内机储存的冷媒为非必要的,并不为制冷或制热所用,因此可以将气液分离器和/或停机室内机中的冷媒释放至运行环线中参与循环。
在可选的实施方式中,将停机室内机中冷媒释放至运行环线中的步骤,包括:
降低停机室内机的换热器的目标过热度或者目标过冷度,根据降低后的停机室内机的换热器的目标过热度或者目标过冷度,增大停机室内机的内机膨胀阀的开度。
在本实施例中,通过降低停机室内机的换热器的目标过热度或者目标过冷度,控制器便会根据降低后的目标过热度或者目标过冷度,适应性地将停机室内机的内机膨胀阀的开度增大,从而降低室内机的换热器的过热度或过冷度。
在可选的实施方式中,运行环线上设置有第一膨胀阀和第二膨胀阀,沿冷媒流通方向,第一膨胀阀位于第二膨胀阀的上游,第一膨胀阀接收来自冷凝器的冷媒,经过第二膨胀阀的冷媒流向蒸发器,功率模块通过第一膨胀阀与第二膨胀阀之间的冷媒进行散热。
在可选的实施方式中,在将气液分离器和/或停机室内机中的冷媒释放至运行环线中后,第一控制流程还包括:
根据压缩机的排气温度,判断是否存在回液风险;
在判定存在回液风险的情况下,减小第二膨胀阀的开度。
当运行环线中冷媒量增大时,可能存在蒸发器中冷媒气化不充分的问题,导致蒸发器排出的冷媒中有较多液态冷媒,即存在回液风险。而液态冷媒在进入到压缩机后,会降低压缩机的排气温度,因此通过压缩机的排气温度能够判断是否存在回液风险。再判定存在回液风险的情况下,可以通过减小第二膨胀阀的开度,令进入到蒸发器中的冷媒可以更充分地转换为气态,避免回液风险。
在可选的实施方式中,根据压缩机的排气温度,判断是否存在回液风险的步骤,包括:
计算压缩机的排气温度与高压压力饱和温度的差值作为排气过热度,在排气过热度小于预设值的情况下,判定存在回液风险。
在可选的实施方式中,在第一控制流程中,保持冷凝器的目标过冷度不变。在本实施例中,若增加冷媒的循环量后,冷凝器目标过冷度不变,那么控制器会将第一膨胀阀开度增加,来维持过冷度。第一膨胀阀开度增加意味着节流效果减弱,下游冷媒压力增高,温度增高,功率模块的温度也会随之增高。
在可选的实施方式中,在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量的步骤,还包括第二控制流程,第二控制流程包括:
在第一控制流程之后,再次判断功率模块是否存在凝露风险;
在功率模块存在凝露风险的情况下,降低冷凝器的目标过冷度,保持蒸发器的目标过热度不变,并根据冷凝器的目标过冷度增加第一膨胀阀的开度,根据蒸发器的目标过热度减小第二膨胀阀的开度。
在本实施例中,若第一控制流程中,通过增加运行环线中的冷媒不足以避免凝露风险,那么则通过第二控制流程来进行进一步调整。第二控制流程中,降低冷凝器的目标过冷度、保持蒸发器的目标过热度不变,那么控制器会适应性地增加第一膨胀阀的开度,减小第二膨胀阀的开度,那么第一膨胀阀与第二膨胀阀之间的冷媒会进一步增压、升温。
在可选的实施方式中,在第二控制流程之后,冷媒散热控制方法还包括:
判断功率模块是否存在凝露风险;
在功率模块存在凝露风险的情况下,判断第一膨胀阀和第二膨胀阀是否达到极限开度;
在第一膨胀阀和第二膨胀阀中任意一者达到极限开度的情况下,增加压缩机频率。
在使用第二控制流程控制完之后,如果依然存在凝露风险,则判断第一膨胀阀和第二膨胀阀是否达到极限开度,如果第一膨胀阀和第二膨胀阀中任意一者达到极限开度,意味着通过调节第一膨胀阀和第二膨胀阀难以避免凝露风险,在这种情况下,则增加压缩机频率,从而增加冷媒循环流量,进而提高功率模块处的冷媒温度。
在可选的实施方式中,在增加压缩机频率的步骤之后,若功率模块仍存在凝露风险,则停止空调运行。在本实施例中,如果通过增加压缩机频率依然无法避免凝露风险,意味着系统存在可靠性风险,因此出于保护而停机。
第二方面,本发明提供一种冷媒散热控制装置,应用于多联式空调,多联式空调包括功率模块,功率模块通过运行环线中的冷媒进行散热,冷媒散热控制装置包括:
风险判断模块,用于根据功率模块的温度与环境温度判断功率模块是否存在凝露风险;
第一调节模块,用于在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量。
第三方面,本发明提供一种多联式空调,多联式空调包括控制器,控制器用于执行可执行程序,以实现前述实施方式中任一项的冷媒散热控制方法。
具体实施方式
当前变频空调通过功率模块(IPM)来实现变频。但功率模块发热量大,传统的风冷散热、自然冷却已无法满足要求,因此现有多联式空调通常采用冷媒来对功率模块进行散热。但利用冷媒对功率模块进行降温,可能存在模块温度过低的情况,当功率模块的温度过低,其表面会有凝露产生,凝露可能导致控制板短路、烧毁等情况出现。
为了避免因功率模块的温度过低,表面产生凝露使得设备存在安全隐患,本申请实施例提供一种冷媒散热控制方法,针对多联式空调的功率模块的散热问题,通过对运行环线中的冷媒量进行调整,来调整功率模块处冷媒的温度,避免功率模块过度降温导致凝露。本申请实施例还提供一种冷媒散热控制装置和多联式空调。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1为本申请一种实施例中多联式空调010的示意图。如图1所示,多联式空调010包括室外机200和多个室内机100,室外机200和每个室内机100内分别设置有换热器,室内机100和室外机200的换热器通过环线连接形成环路,供冷媒循环。室内机100的换热器为室内换热器110,室外机200的换热器为室外换热器210。多联式空调010还包括四通阀240和压缩机230。本实施例中,多联式空调010还包括设置在环线上的膨胀阀,具体的,膨胀阀包括设置于室内机100的内机膨胀阀120和设置于室外机200的外机膨胀阀220。在制热时,室外换热器210为蒸发器(冷媒在其内蒸发、吸热),室内换热器110为冷凝器(气态冷媒在其内液化、放热);而在制冷时,室内换热器110为蒸发器,室外换热器210为冷凝器。多联式空调010还包括气液分离器250,气液分离器250设置在室外机200,用于将压缩机230排出的冷媒中的液态部分与气态部分分离,并将液态冷媒收集。在本实施例中,多联式空调010还可以包括用于检测室内环境温度、室外环境温度、蒸发器过热度、冷凝器过冷度、功率模块260温度以及压缩机230排气温度等相关传感器。本申请实施例中,环线上有冷媒冷却管270,其作为环线的一部分,用于对功率模块260进行散热。在本实施例中,冷媒冷却管270位于内机膨胀阀120和外机膨胀阀220之间,换言之,冷媒冷却管270位于冷凝器的下游,蒸发器的上游,并利用其内的液态冷媒对功率模块260进行降温。
在本实施例中,多联式空调010还包括控制器300(见图4),能够获取各种传感器反馈信息,能够进行逻辑判断,并控制膨胀阀的开度、压缩机230的频率等。
图2为本申请一种实施例中冷媒散热控制方法的流程图。该控制方法能够适用于上述实施例提供的多联式空调010。如图2所示,本申请实施例提供的冷媒散热控制方法包括:
步骤S100,根据功率模块的温度与环境温度判断功率模块是否存在凝露风险。
在本申请实施例中,该环境温度可以通过传感器检测,如果功率模块260设置在室内,则该环境温度应当对应室内环境温度,如果功率模块260设置在室外,则该环境温度应当对应室外环境温度。
在本申请实施例中,首先判断功率模块260是否存在凝露风险,而凝露风险与功率模块260的温度以及环境温度是相关的,通常,功率模块260的温度越低、环境温度越高,功率模块260上越容易出现凝露。
在一个具体的实施例中,若功率模块260的温度不大于环境温度,则判定功率模块260存在凝露风险。若功率模块260的温度高于环境温度,则无凝露风险;而若功率模块260的温度不大于环境温度,功率模块260附近的饱和蒸气压比较低,如果环境湿度较大,比如空气中水分趋近该环境温度下的饱和蒸气压,那么空气中的水蒸气容易在接近功率模块260后凝结形成露珠。
为了使得判断更加准确,可以在空调运行稳定后再进行判断,比如,在压缩机230运行10min后,再进行凝露风险判断。
步骤S200,在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量。
在本实施例中,判定存在凝露风险的情况下,通过增加运行环线中的冷媒量,可以使得冷凝器与蒸发器之间的冷媒温度提高。并且,当进入循环的冷媒增加时,冷凝器内冷媒会增多,为了与目标过冷度匹配,会增加冷凝器下游的膨胀阀的开度,降低该膨胀阀的节流效果,下游冷媒温度提高。因此,增加运行环线中冷媒量能够避免功率模块260的温度过低。
应当理解,本申请实施例中,运行环线是指运行中室内机100与室外机200之间的环线,运行环线中的冷媒是循环流动并参与制冷或制热的。在本实施例中,膨胀阀的开度是根据对应的换热器的目标过冷度(或过热度)进行控制的。因此,控制器300可以根据换热器的目标过冷度(或目标过热度)与当前过冷度(或当前过热度)来调整膨胀阀开度,开度越大,节流效果越弱,过冷度(或过热度)会降低。
在本实施例中,步骤S200可以包括第一控制流程。具体的,第一控制流程包括:
将气液分离器和/或停机室内机中的冷媒释放至运行环线中。
在多联式空调010中,室外机200蒸发器、运行中室内机100中的冷媒是必要的,其通过相变而放热或吸热;而气液分离器250、停机室内机100储存的冷媒为非必要的,并不为制冷或制热所用,因此可以将气液分离器250和/或停机室内机100中的冷媒释放至运行环线中参与循环。具体的,可以降低停机室内机100的换热器的目标过热度或者目标过冷度,根据降低后的停机室内机100的换热器的目标过热度或者目标过冷度,增大停机室内机100的内机膨胀阀120的开度。应当理解,根据制冷工况与制热工况的不同,当室外机200的换热器为蒸发器时,降低停机室内机100的换热器的目标过冷度;当室外机200的换热器为冷凝器时,降低停机室内机100的换热器的目标过热度。在本实施例中,通过降低停机室内机100的换热器的目标过热度或者目标过冷度,控制器300便会根据降低后的目标过热度或者目标过冷度,适应性地将停机室内机100的内机膨胀阀120的开度增大,从而降低室内机100的换热器的过热度或过冷度。通过调大停机室内机100的内机膨胀阀120开度,能够使停机室内机100的换热器中的冷媒更多地流入到运行环线中来。
在本实施例中,将对应冷凝器的膨胀阀确定为第一膨胀阀,对应蒸发器的膨胀阀确定为第二膨胀阀,沿冷媒流通方向,第一膨胀阀位于第二膨胀阀的上游,第一膨胀阀接收来自冷凝器的冷媒,经过第二膨胀阀的冷媒流向蒸发器,功率模块260通过第一膨胀阀与第二膨胀阀之间的冷媒进行散热。液态冷媒先经过第一膨胀阀进行第一级节流,压力、温度降低后,对功率模块260进行散热,然后经过第二膨胀阀进行第二级节流,压力、温度再一次降低,再流入到蒸发器。具体在本实施例中,在制热工况下,则室内换热器110为冷凝器,内机膨胀阀120为第一膨胀阀,室外换热器210为蒸发器,外机膨胀阀220为第二膨胀阀;在制冷工况下则相反,则室内换热器110为蒸发器,内机膨胀阀120为第二膨胀阀,室外换热器210为冷凝器,外机膨胀阀220为第一膨胀阀。
在将气液分离器250和/或停机室内机100中的冷媒释放至运行环线中后,可选的,第一控制流程还包括:
根据压缩机的排气温度,判断是否存在回液风险;在判定存在回液风险的情况下,减小第二膨胀阀的开度。
当运行环线中冷媒量增大时,可能存在蒸发器中冷媒气化不充分的问题,导致蒸发器排出的冷媒中有较多液态冷媒,即存在回液风险。而液态冷媒在进入到压缩机230后,会降低压缩机230的排气温度,因此通过压缩机230的排气温度能够判断是否存在回液风险。再判定存在回液风险的情况下,可以通过减小第二膨胀阀的开度,令进入到蒸发器中的冷媒可以更充分地转换为气态,避免回液风险。
可选的,判断是否存在回液风险的步骤,具体可以包括:
计算压缩机230的排气温度与高压压力饱和温度的差值作为排气过热度,在排气过热度小于预设值的情况下,判定存在回液风险。高压压力饱和温度是指冷媒在压缩机230的高压侧的气态冷媒达到饱和所需要的温度。排气过热度过低,意味着压缩机230的排气温度较低,那么压缩机230排气侧可能存在液态冷媒。预设值可选为10~25℃,比如20℃。
在本实施例中,在第一控制流程中,保持冷凝器的目标过冷度不变。在本实施例中,若增加冷媒的循环量后,冷凝器目标过冷度不变,那么控制器300会将第一膨胀阀开度增加,来维持过冷度。第一膨胀阀开度增加意味着节流效果减弱,下游冷媒压力增高,温度增高,功率模块260的温度也会随之增高。
进一步的,步骤S200还包括第二控制流程,第二控制流程包括:
1)在第一控制流程之后,再次判断功率模块是否存在凝露风险;
2)在功率模块存在凝露风险的情况下,降低冷凝器的目标过冷度,保持蒸发器的目标过热度不变,并根据冷凝器的目标过冷度增加第一膨胀阀的开度,根据蒸发器的目标过热度减小第二膨胀阀的开度。
在本实施例中,若第一控制流程中,通过增加运行环线中的冷媒不足以避免凝露风险,那么则通过第二控制流程来进行进一步调整。第二控制流程中,降低冷凝器的目标过冷度、保持蒸发器的目标过热度不变,那么控制器300会适应性地增加第一膨胀阀的开度,减小第二膨胀阀的开度,那么第一膨胀阀与第二膨胀阀之间的冷媒会进一步增压、升温。应当理解,为确保压缩机230的高压/低压稳定,可有两种方式达成:一种是增加第一膨胀阀开度(减小一级节流),减小第二膨胀阀的开度(增二级节流);另一种是减小第一膨胀阀开度(增加一级节流),增大第二膨胀阀的开度(减小二级节流),这两种方式的总体节流程度是一致的。显然,需要将第一膨胀阀与第二膨胀阀之间的冷媒温度提高,应增大第一膨胀阀开度、减小第二膨胀阀开度,增加中间冷媒的压力和温度,为了确保第一膨胀阀开度能够调大,因此本实施例将冷凝器的目标过冷度降低。可选的,可将冷凝器的目标过冷度降低1~4℃,比如2℃。
当然,冷凝器的目标过冷度的降低量可以根据需要进行选择,在制热工况下,冷凝器为室内换热器110,如果过冷度过低可能导致冷媒无法充分液化,气液两相流经过内机膨胀阀120时噪音增大。
在可选的实施方式中,在第二控制流程之后,冷媒散热控制方法还包括:
步骤S300,判断功率模块是否存在凝露风险。
步骤S400,在功率模块存在凝露风险的情况下,判断第一膨胀阀和第二膨胀阀是否达到极限开度;
步骤S500,在第一膨胀阀和第二膨胀阀中任意一者达到极限开度的情况下,增加压缩机频率。
步骤S300的具体实施方式与步骤S100相同,此处不再赘述。在使用第二控制流程控制完之后,如果依然存在凝露风险,则判断第一膨胀阀和第二膨胀阀是否达到极限开度,如果第一膨胀阀和第二膨胀阀中任意一者达到极限开度,意味着通过调节第一膨胀阀和第二膨胀阀难以避免凝露风险,在这种情况下,则增加压缩机频率,从而增加冷媒循环流量,进而提高功率模块260处的冷媒温度。具体的,压缩机230的频率的增量可选为2~6Hz,比如3Hz。
进一步的,在增加压缩机频率的步骤之后,若功率模块260仍存在凝露风险,则停止空调运行。在本实施例中,如果通过增加压缩机频率依然无法避免凝露风险,意味着系统存在可靠性风险,因此出于保护而停机。可选的,还可以在停机时发出报警信息,提示用户设备存在风险。
本申请实施例通过多种手段联动控制,调节冷媒对功率模块260的散热能力,并尽可能减少对正常系统的干扰,同时确保可靠性。
图3为本申请一种实施例中冷媒散热控制装置500的示意图。如图3所示,本申请实施例提供的冷媒散热控制装置500包括:
风险判断模块510,用于根据功率模块的温度与环境温度判断功率模块是否存在凝露风险;
第一调节模块520,用于在功率模块存在凝露风险的情况下,增加运行环线中的冷媒量;
第二调节模块530,用于判断第一膨胀阀和第二膨胀阀是否达到极限开度,在第一膨胀阀和第二膨胀阀中任意一者达到极限开度的情况下,增加压缩机频率。
冷媒散热控制装置500及其包含的各个模块均可以是可执行程序,被控制器300调用执行后实现本申请实施例提供的冷媒散热控制方法。应理解,冷媒散热控制装置500可以包含更多的模块,各个模块也可以具有更多的功能。上述各个模块对应的功能实现方式可以参考本申请对冷媒散热控制方法的介绍,此处不再赘述。
图4为本申请一种实施例中多联式空调010的方框示意图。如图4所示,多联式空调010还包括存储器400和总线600,控制器300通过总线600与存储器400连接。
控制器300可以是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。上述的控制器300可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及流程框图。
存储器400用于存储程序,例如图3所示的冷媒散热控制装置500。冷媒散热控制装置500包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器400中或固化在多联式空调010的操作系统中的软件功能模块,控制器300在接收到执行指令后,执行上述程序以实现上述实施例揭示的控制方法。存储器400的形式可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)等各种可以存储程序代码的介质。在可选的一些实施例中,存储器400还可以与控制器300集成设置,例如存储器400可以与控制器300集成设置在一个芯片内。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。