CN212720364U - 热管与压缩制冷复合系统及空调设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热管与压缩制冷复合系统及空调设备，涉及空调技术领域，解决了现有技术中存在的氟泵循环与压缩制冷循环复合系统中，缺少用以控制流经功率模块散热器组件的制冷剂流量的技术问题。该复合系统包括监控装置和用以对功率模块进行散热的散热器组件，其中，监控装置设置在散热器组件的进液管道上，监控装置用以监控流经散热器组件冷媒的温度且能调节流入散热器组件冷媒的流量。本实用新型用于防止智能功率模块的工作温度出现大幅度的波动，防止功率模块因冷却过大造成凝露或者因散热不良导致温度超限烧毁芯片的情况。

Description

热管与压缩制冷复合系统及空调设备

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，尤其是涉及一种热管与压缩制冷复合系统及空调设备。

背景技术

随着4G的大量应用以及5G的逐渐普及，各种数据处理设备的发热量越来越大，数据中心对空调设备的制冷量和节能性要求也越来越高。

采用过渡季节和寒冷冬季的室外自然冷源对数据中心进行冷却，能大幅度降低空调设备的运行费用，常见的是采用氟泵空调，在冬季启用氟泵模式，停止压缩机的运行利用氟泵驱动制冷剂实现热管制冷运行，极大地降低了设备的运行费用。

分体式空调设备通常采用机械驱动的分离式热管，比如采用液泵或者气泵等氟泵驱动热管。热管系统与热泵系统又有两种结合方式：1)热管与热泵共用系统时，通常采用节流元件与电磁阀并联设计的方式。热泵运行时关闭电磁阀，制冷剂通过节流元件降压运行；热管运行时，打开电磁阀，制冷剂主要通过低阻力的电磁阀，以免节流元件的大阻力消耗掉大部分的重力作用或者大部分氟泵的机械扬程。2)热管与热泵采用独立系统布置。两套独立的系统的优化和控制就比较简单，也能相互配合实现更灵活的负荷匹配，但整个设备的零部件就相对较多。

由于数据中心热负荷的变化以及室外环境温度的变化，导致数据中心机房空调的制冷能力输出需要进行相应的智能调节控制，以便适应数据中心对空气调节恒温恒湿的要求，目前主流的变能力输出制冷系统多数都是采用变频控制。

复合了氟泵循环的变频压缩制冷循环系统，通常有一个发热量比较大的IPM智能功率模块。随着智能功率模块的发热量越来越大，对其散热系统的要求也越来越高，市面上的智能功率模块的横向热扩散性能差，热容量小，智能功率模块在瞬间开始工作的时候，功率芯片(如IGBT芯片、FRD芯片或MOS芯片等)会产生较大的热量，会导致IGBT芯片、FRD芯片或MOS芯片的温度骤增而损坏功率芯片。智能功率模块的发热量经常发生变化，但很多时候在设计时没有对冷却流体进行精准的控制，导致智能功率模块的工作温度波动比较大，容易出现超温或者表面温度低于露点温度。

氟泵循环因为用电功率比压缩制冷循环的用电功率要小得多，因此功率模块的发热量也比较小，相应地功率模块的冷却流体的流量可以小得多。

综上所述，氟泵循环与压缩制冷循环复合系统的智能功率模块的散热控制需要进行精准的控制，防止出现控温失效问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热管与压缩制冷复合系统及空调设备，解决了现有技术中存在的氟泵循环与压缩制冷循环复合系统中，缺少用以控制流经功率模块散热器组件的制冷剂流量的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种热管与压缩制冷复合系统，包括蒸发压缩制冷循环系统和热管系统，还包括功率模块降温管路，其中，所述蒸发压缩制冷循环系统以及所述热管系统均与所述功率模块降温管路相连接；所述功率模块降温管路上设置有监控装置和用以对功率模块进行散热的散热器组件，所述监控装置用以监控流经所述散热器组件冷媒的温度且能调节流入所述散热器组件冷媒的流量。

进一步地，所述监控装置为热力膨胀阀，所述监控装置设置在所述散热器组件的进液管道上。

进一步地，所述监控装置的感温包位于在所述散热器组件的出液管道上。

进一步地，所述散热器组件与所述功率模块的散热板相连接，所述散热器组件呈板块状结构且平行于所述散热板设置。

进一步地，所述散热器组件与所述散热板之间填充有导热硅胶材质。

进一步地，所述散热器组件包括散热器主体部以及封头部，所述散热器主体部的内部平行间隔设置有流水通道，所述流水通道为盲孔结构，所述流水通道内部端彼此之间相互连通；所述封头部设置在所述流水通道开口端的一侧，所述封头部内存在有进水通道和出水通道，存在与所述进水通道相连通的所述流水通道且该所述流水通道为进水流水通道，其余所述流水通道为出水流水通道且与所述出水通道相连通，制冷剂能通过所述流水通道进入并能依次经过所述进水流水通道和所述出水流水通道后从所述出水通道排出。

进一步地，所述封头部包括上封头部和下封头部，所述上封头部和所述下封头部均设置在所述散热器主体部同一侧，所述上封头部设置在所述下封头部的上方且两者相接触，所述上封头部和所述下封头部两者其中之一上形成有进水通道、另一上形成有所述出水通道。

进一步地，所述散热器主体部上设置有连通孔，所述连通孔为盲孔，所述连通孔连通所有所述流水通道的位于所述散热器主体部的内部端，所述连通孔上设置有用以封堵所述连通孔的堵头。

进一步地，所述复合系统中的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器依次连接形成所述蒸发压缩制冷循环系统；所述压缩机的两端并联有氟泵和单向阀；所述膨胀阀的两端并联有电磁阀；所述冷凝器的出液管路与所述蒸发器的出液管路之间连接有所述功率模块降温管路，所述功率模块降温管路上设置有所述散热器组件。

一种空调设备，包括所述的热管与压缩制冷复合系统。

本实用新型通过制冷剂支路引出冷却流体经过散热器组件时对智能功率模块进行降温冷却，支路上采用监控装置实现对流经散热器组件的冷却流体(制冷剂)的流量进行控制，防止智能功率模块的工作温度出现大幅度的波动，以尽量做到冷却负荷与智能功率模块热负荷的精准匹配，防止功率模块因冷却过大造成凝露或者因散热不良导致温度超限烧毁芯片的情况。

本实用新型优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：

本实用新型所涉及的散热器组件，仅需要3种物料通过焊接方式即可实现组装生产，零部件少，生产简单，物料通用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的热管与压缩制冷复合系统连接的结构简图；

图2是本实用新型实施例提供的散热器组件的主视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的散热器组件的左视示意图；

图4是本实用新型实施例提供的散热器主体部的主视示意图；

图5是本实用新型实施例提供的散热器主体部的右视示意图；

图6是本实用新型实施例提供的散热器主体部的左视示意图；

图7是本实用新型实施例提供的散热器主体部的俯视示意图；

图8是本实用新型实施例提供的上封头部的主视示意图；

图9是本实用新型实施例提供的上封头部的左视图的剖视图；

图10是本实用新型实施例提供的上封头部的俯视示意图；

图11是本实用新型实施例提供的堵头的主视示意图；

图12是本实用新型实施例提供的堵头的俯视示意图。

图中1-功率模块；2-散热器组件；21-散热器主体部；211-流水通道；22-上封头部；23-下封头部；24-连通孔；25-堵头；3-监控装置；31-感温包；4-压缩机；5-冷凝器；6-膨胀阀；7-蒸发器；8-气液分离器；9-电磁阀；10-第一单向阀；11-第二单向阀；12-氟泵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型所保护的范围。

参见图1-图12，本实用新型提供了一种热管与压缩制冷复合系统，包括蒸发压缩制冷循环系统和热管系统，还包括功率模块降温管路，其中，蒸发压缩制冷循环系统以及热管系统均与功率模块降温管路相连接；功率模块降温管路上设置有监控装置3和用以对功率模块1进行散热的散热器组件2，监控装置3用以监控流经散热器组件2冷媒的温度且能调节流入散热器组件2冷媒的流量。本实用新型通过制冷剂支路引出冷却流体经过散热器组件2时对智能功率模块1进行降温冷却，支路上采用监控装置3实现对流经散热器组件1的冷却流体(制冷剂)的流量进行控制，防止智能功率模块1的工作温度出现大幅度的波动，以尽量做到冷却负荷与智能功率模块热负荷的精准匹配，防止功率模块1因冷却过大造成凝露或者因散热不良导致温度超限烧毁芯片的情况。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，监控装置3优选为热力膨胀阀，监控装置3设置在散热器组件2的进液管道上。参见图1，示意出了热力膨胀阀在复合系统上的位置。热力膨胀阀的感温包31位于在散热器组件2的出液管道上。

复合系统中的压缩机4、冷凝器5、膨胀阀6、蒸发器7和气液分离器8依次连接形成蒸发压缩制冷循环系统；压缩机4的两端并联有氟泵12和第二单向阀11，第二单向阀11设置于氟泵12的出口，压缩机4的出口可以设置第一单向阀10，第一单向阀10和第二单向阀11的出口都连接到冷凝器5的进口；膨胀阀6的两端并联有电磁阀9；冷凝器5的出液管路与蒸发器7的出液管路之间连接有功率模块降温管路，功率模块降温管路上设置有散热器组件2。本实用新型在复合系统上增加制冷剂支路(功率模块降温管路)，用于变频控制系统中功率模块1的散热：从冷凝器5出口连接热力膨胀阀的进口，热力膨胀阀出口连接到散热器组件2，散热器组件2的出口连接到气液分离器8的进口，热力膨胀阀的感温包31放置在散热器组件2出口的管路上，用于探测散热器组件2出口流体的温度，从而自动控制热力膨胀阀的开度，保证散热器组件有较佳的冷却散热效果。

由于热力膨胀阀可以根据感温包所探测的温度自行调节本身的开度，从而调节制冷剂流量，因此可以保证复合系统在各种情况下有足够的散热能力。如果功率模块降温管路上未设置热力膨胀阀，功率模块降温管路内部的冷却流体流量与系统运行的频率、温度等有很大关系，经常出现压缩机低频运行散热不足、高温高频运行时功率模块超温报警以及氟泵热管流量不足导致散热不良。本实用新型通过热力膨胀阀自动控制冷却流体的流量可以有效克服这些问题，可以保证散热器组件2有良好的散热效果。

参见图1，压缩机4、第一单向阀10、冷凝器5、膨胀阀6、蒸发器7和气液分离器8通过适当的管路顺序连接形成一个完整的蒸汽压缩制冷循环；气液分离器8出口还连接氟泵12的进口，氟泵12出口通过第二单向阀11连接到冷凝器5的进口，电磁阀9与膨胀阀6并联安装并且两者的制冷剂流向相同，氟泵12、第二单向阀11、冷凝器5、电磁阀9、蒸发器7以及气液分离器8通过适当的管路顺序连接形成另外一个完整的氟泵驱动的热管循环流路。图1中的第一单向阀10和第二单向阀11都是保证制冷剂气体流向冷凝器5的进口。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，散热器组件2与功率模块1的散热板相连接，散热器组件2呈板块状结构且平行于散热板设置。散热器组件2与功率模块1的散热板紧密连接，两者之间通常均匀涂抹导热硅脂并通过固定螺钉固定。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，参见图2-图10，散热器组件2包括散热器主体部21以及封头部，参见图4-图7，散热器主体部21的内部平行均匀间隔设置有流水通道211，流水通道211为盲孔结构，流水通道211内部端彼此之间相互连通；参见图2，封头部设置在流水通道211开口端的一侧，封头部内存在有进水通道和出水通道，存在与进水通道相连通的流水通道211且该流水通道211为进水流水通道，其余流水通道211为出水流水通道且与出水通道相连通，制冷剂能通过流水通道211进入并能依次经过进水流水通道和出水流水通道后从出水通道排出。

参见图8-图10，封头部包括上封头部22和下封头部23，上封头部22和下封头部23均设置在散热器主体部21同一侧，上封头部22设置在下封头部23的上方且两者相接触，上封头部22和下封头部23两者其中之一上形成有进水通道、另一上形成有出水通道。上封头部22和下封头部23可以焊接在散热器主体部21上。参见图9，可以看出上封头部22的流道情况，下封头部23和上封头部22结构相同。

散热器主体部21上设置有连通孔24，连通孔24为盲孔，连通孔24连通所有流水通道211的位于散热器主体部21的内部端，连通孔24上设置有用以封堵连通孔24的堵头25。连通孔24应保证与所有的流水通道211相连通，连通孔24的开口端的直径较大，使得连通孔24呈阶梯孔状，连通孔24直径较大段的深度至触及第一个流水通道211(图4中设置在最上面的流水通道211)为止，以避免插入连通孔24的堵头25与流水通道211相互干涉。堵头25的形状为圆柱体，堵头25与连通孔24开口处相互配合，且堵头25插入到位后，堵头25采用焊接方式焊接在散热器主体部21上以实现密封。

参见图2，图2中示意出了制冷剂在散热器组件2上的流动情况，下封头部23上形成有进水通道，上封头部22上形成有出水通道，制冷剂通过进水通道流向进水流水通道，然后通过连通孔24流向出水流水通道，最后从上封头部22上的出水通道流出。另外要说明的是，图2中所示的流体箭头方向仅用于示意说明，并不是限定所为，也就是说下封头部23上可以形成出水通道，上封头部22可以上形成进水通道，流体也可以反方向实现流通。

冷却流体进口如图2所示为下部时，冷却流体进口温度过低导致散热器表面出现凝露，则凝露水可以尽快受重力作用聚集到下部滴落，影响范围降低。

本实用新型所涉及的散热器组件2，仅需要3种物料(上封头部22和下封头部23算一种物料)4个零件即可焊接成为一个完整的散热器组件3，零部件少、生产简单，且物料通用性高。物料可以采用一体式机加工方式制成，也可以通过铸造、焊接等方式实现。

一种空调设备，包括热管与压缩制冷复合系统，能防止智能功率模块1的工作温度出现大幅度的波动，以尽量做到冷却负荷与智能功率模块热负荷的精准匹配，防止功率模块1因冷却过大造成凝露或者因散热不良导致温度超限烧毁芯片的情况。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热管与压缩制冷复合系统，包括蒸发压缩制冷循环系统和热管系统，其特征在于，还包括功率模块降温管路，其中，

所述蒸发压缩制冷循环系统以及所述热管系统均与所述功率模块降温管路相连接；

所述功率模块降温管路上设置有监控装置(3)和用以对功率模块(1)进行散热的散热器组件(2)，所述监控装置(3)用以监控流经所述散热器组件(2)冷媒的温度且能调节流入所述散热器组件(2)冷媒的流量。

2.根据权利要求1所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述监控装置(3)为热力膨胀阀，所述监控装置(3)设置在所述散热器组件(2)的进液管道上。

3.根据权利要求2所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述监控装置(3)的感温包(31)位于在所述散热器组件(2)的出液管道上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述散热器组件(2)与所述功率模块(1)的散热板相连接，所述散热器组件(2)呈板块状结构且平行于所述散热板设置。

5.根据权利要求4所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述散热器组件(2)与所述散热板之间填充有导热硅胶材质。

6.根据权利要求4所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述散热器组件(2)包括散热器主体部(21)以及封头部，所述散热器主体部(21)的内部平行间隔设置有流水通道(211)，所述流水通道(211)为盲孔结构，所述流水通道(211)内部端彼此之间相互连通；

所述封头部设置在所述流水通道(211)开口端的一侧，所述封头部内存在有进水通道和出水通道，存在与所述进水通道相连通的所述流水通道(211)且该所述流水通道(211)为进水流水通道，其余所述流水通道(211)为出水流水通道且与所述出水通道相连通，制冷剂能通过所述流水通道(211)进入并能依次经过所述进水流水通道和所述出水流水通道后从所述出水通道排出。

7.根据权利要求6所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述封头部包括上封头部(22)和下封头部(23)，所述上封头部(22)和所述下封头部(23)均设置在所述散热器主体部(21)同一侧，所述上封头部(22)设置在所述下封头部(23)的上方且两者相接触，所述上封头部(22)和所述下封头部(23)两者其中之一上形成有进水通道、另一上形成有所述出水通道。

8.根据权利要求6所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述散热器主体部(21)上设置有连通孔(24)，所述连通孔(24)为盲孔，所述连通孔(24)连通所有所述流水通道(211)的位于所述散热器主体部(21)的内部端，所述连通孔(24)上设置有用以封堵所述连通孔(24)的堵头(25)。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的热管与压缩制冷复合系统，其特征在于，所述复合系统中的压缩机(4)、冷凝器(5)、膨胀阀(6)、蒸发器(7)和气液分离器(8)依次连接形成所述蒸发压缩制冷循环系统；所述压缩机(4)的两端并联有氟泵(12)和单向阀；所述膨胀阀(6)的两端并联有电磁阀(9)；所述冷凝器(5)的出液管路与所述蒸发器(7)的出液管路之间连接有所述功率模块降温管路，所述功率模块降温管路上设置有所述散热器组件(2)。

10.一种空调设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的热管与压缩制冷复合系统。

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