CN213955476U - 制冷设备及空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种制冷设备及空调系统，该制冷设备包括：至少一个功率器件；冷媒换热管，所述冷媒换热管用于输入冷媒给所述功率器件散热；散热器，设置于所述冷媒换热管上，所述散热器具有对应至少一个功率器件的安装位，所述功率器件固定安装于所述安装位上。本实用新型利用冷媒换热管的低温工作环境，加快散热器的热量传递，有利于提高散热器上功率器件的散热速率。

Description

制冷设备及空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，特别涉及一种制冷设备及空调系统。

背景技术

目前，在大功率场合功率器件的发热需要使用散热器对功率器件进行散热。在空调器领域中，由于室外机的环境温度高，最高可达60度以上。通常是采用风冷散热方式对大功率器件进行散热，然而并且，风冷散热通过风冷散热需要在空调器上预存安装风扇的空间，造成空调器内部结构复杂，不利于空调内部空间布局，并且风冷散热的效率较低，无法满足散热要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种制冷设备及空调系统，旨在利用冷媒换热管的低温工作环境，提高了电控组件的散热速率。

为实现上述目的，本实用新型提出一种制冷设备，所述制冷设备包括：

至少一个功率器件；

冷媒换热管，所述冷媒换热管用于输入冷媒给所述功率器件散热；

散热器，靠近所述冷媒换热管设置，所述散热器具有对应至少一个功率器件的安装位，所述功率器件固定安装于所述安装位。

可选地，所述功率器件包括：

安装载体；

功率器件本体，安装于所述安装载体的的一表面；

封装壳体，所述安装载体及所述功率器件本体封装于所述封装壳体内，所述封装壳体的一侧与所述散热器抵接。

可选地，所述安装载体具有相对设置的第一表面和第二表面；

所述功率器件本体安装于所述安装载体的第一表面；

所述功率器件还包括：

散热件，设置于所述安装载体的第二表面，所述散热件靠近所述散热器的一侧呈裸露设置。

可选地，所述功率器件还包括：

绝缘件，所述绝缘件夹设于所述安装载体与所述散热件之间。

可选地，所述安装载体为引线框架或者陶瓷基覆铜板。

可选地，所述功率器件为整流桥堆、IGBT、IPM模块、FRD中的任意一种或者多种组合。

可选地，所述散热器的数量为两个，两个所述散热器相对设置于所述冷媒换热管的两侧；两个所述散热器通过连接件相互连接。

可选地，所述散热器与所述冷媒换热管之间还设置有导热黏连件。

可选地，所述散热器为金属散热器。

本实用新型还提出一种空调系统，所述空调系统包括如上所述的制冷设备。

本实用新型制冷设备通过设置散热器，并将散热器设置于所述冷媒换热管上，其中，所述散热器具有对应至少一个功率器件的安装位，所述功率器件固定安装于所述安装位上，以使冷媒换热管通过输入冷媒给所述功率器件散热。具体而言，在制冷设备进行制冷循环或者制热循环时，压缩机将冷媒压缩成高温高压气体，冷媒由排出管排出，经过室外换热器或者室内换热器进行换热之后，经室外换热器/室内换热器与压缩机之间的冷媒换热管回流至压缩机，此时功率器件产生的热量经散热器后传导至冷媒换热管，冷媒在冷媒换热管内流动并且与散热器进行热交换，吸收散热器上由功率器件产生并传递给散热器的热量，从而被冷媒汽化时带走和吸收，从而利用冷媒换热管的低温工作环境，加快散热器的热量传递，有利于提高散热器上功率器件的散热速率。同时，还可以保证整流桥、压缩机IPM模块、PFC功率开关及PFC电感等功率器件所产生的热量能够通过冷媒换热快速散热，无需散设置热风扇等散热器件，既可提高散热效率，同时还有利于PFC功率开关和压缩机IPM模块的驱动延时缩短，从而可以提高各功率开关管的开关速度，并且可以减小压缩机IPM模块的开关损耗及电磁干扰，保证压缩机IPM模块能够长期可靠的运行。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型制冷设备一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型制冷设备另一实施例的结构示意图；

图3为图1中功率器件一实施例的结构示意图；

图4为图1中功率器件另一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型制冷设备的电控组件一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	功率器件	150	绝缘件
200	冷媒换热管	160	引脚
				300	散热器	170	安装孔
110	安装载体	10	整流桥堆
				120	功率器件本体	20	PFC电路
130	封装壳体	30	IPM模块
				140	散热件

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种制冷设备。

参照图1至图5，在本实用新型一实施例中，该制冷设备包括：

至少一个功率器件100；

冷媒换热管200，所述冷媒换热管200用于输入冷媒给所述电控组件散热；

散热器300，设置所述冷媒换热管200设置，所述散热器300具有对应至少一个功率器件100的安装位，所述功率器件100固定安装于所述安装位。

本实施例中，在制冷设备例如空调、冰箱等设备中，以下实施例以空调中设置有压缩机为例进行说明，空调器中通常还设置有风机、四通阀、室外交换器和室内换热器组成的冷媒循环回路，冷媒循环回路之间通过冷媒换热管200连通，空调器还包括设置在冷媒循环回路上的节流装置，所述节流装置由节流组件和控制阀连接而成；所述节流装置的一端与所述室外交换器连接，所述节流装置的另一端与所述室内换热器连接。

空调器具有制冷模式和制热模式，以制冷模式和制热模式两种场景进行描述，具体地：

在空调器接收到制冷模式的开启指令时，所述压缩机对气态冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒气体通过冷媒换热管200经过四通阀至室外交换器中，气态冷媒在室外交换器中进行散热冷凝，成为高压液态冷媒，经过节流组件节流后成为低温低压液态冷媒，至室内换热器中，在室内换热器进行吸热成为气态冷媒，以使室内温度降低实现制冷。接着，冷媒经过四通阀回到压缩机的气液分离器中。

在空调器接收到制热模式的开启指令时，所述压缩机对气态冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒气体通过冷媒换热管200经过四通阀至室内交换器中，气体冷媒在室内交换器中进行散热冷凝，成为高压液态冷媒，以使室内温度升高实现制热。液态冷媒经过节流组件节流后成为低温低压液态冷媒，至室外交换器中，在室外交换器进行吸热成为气态冷媒。接着，冷媒经过四通阀，回到压缩机的气液分离器中。

参照图5，本实施例中，所述功率器件100为整流桥堆10、IGBT、IPM模块30、FRD中的任意一种或者多种组合。多个功率器件100组成控制压缩机、风机、四通阀、室内换热器、室外换热器等部件工作的电控组件，可以理解的是，电控组件包括但不限于整流桥堆10、PFC电路20、直流母线电容、IPM模块30，整流桥堆10、PFC电路20及IPM模块30(风机IPM模块30和压缩机IPM模块30)依次连接，所述直流母线电容并联于所述PFC电路20的输出端，其中，PFC电路20包括PFC功率开关及PFC电感。考虑到冷媒换热管200的承重能力有限及安装难度，以及散热器300的体积等，本实施例中，可以将整流桥堆10、IGBT、IPM模块30、FRD中部分或者全部功率器件设置在散热器300上，而PFC电感、滤波电容等体积较大则可以设置于电控组件的电控板上，当然在其他实施例中，也可以将PFC电感、滤波电容等发热较严重的器件设置在散热器300上，此时散热器300的厚度、材料以及与冷媒换热管200可以做相应的调整，此处不做限制。

PFC功率开关与PFC二极管、PFC电感等其他元器件组成PFC电路20来实现对直流电源的功率因素校正。PFC电路20可以采用无源PFC电路20来实现，以构成升压型PFC电路20，或者降压型PFC电路20，或者升降压型PFC电路20。可以理解的是，在实际应用中，PFC功率开关与整流桥20位置及连接关系可以根据PFC电路20设置类型进行适应性调整。PFC电路20将整流桥20输入的直流电进行功率因素调整，例如将整流桥20输出的直流电电压升高并稳定在380V，以使输入电流跟随输入电压，保证直流电源的功率因素在0.9以上。调整后的直流电传输至直流母线电容40，经直流母线电容40滤波后输出至压缩机IPM模块30，以使压缩机IPM模块30驱动压缩机电机工作。

直流母线电容40的数量可以是一个，也可以是多个，具体可根据功率设备的匹数来设定，例如在1匹或2匹的空调器中，直流母线电容40的数量一般设置为一个，3匹及3匹以上的空调器中，直流母线电容40的数量一般设置为两个以上。当然在其他实施例中，直流母线电容40的数量可以根据功率设备的储能需求进行设定，此处不做限制。

压缩机IPM模块30均集成了多个功率开关管，多个功率开关管组成驱动逆变电路，例如可以由六个功率开关管组成三相逆变桥电路，或者由四个功率开关管组成两相逆变器桥电路。其中，各功率开关管可以采用MOS管或者IGBT来实现。压缩机IPM模块30用于驱动压缩机电机。当然在其他实施例中，压缩机IPM模块30还可以用于驱动其他电机的变频器和各种逆变电源，并应用于变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，及空调等变频家电等领域中。可以理解的是，为了提高压缩机IPM模块30的集成度，缩小电路板的体积，本实施例可以将所述PFC功率开关可集成于所述压缩机IPM模块30中。

本实施例制冷设备通过设置散热器300，并将散热器300设置于所述冷媒换热管200上，所述散热器300具有对应至少一个功率器件100的安装位，所述功率器件100固定安装于所述安装位上，以使冷媒换热管通过输入冷媒给所述功率器件100散热，具体而言，在制冷设备进行制冷循环或者制热循环时，压缩机将冷媒压缩成高温高压气体，冷媒由排出管排出，经过室外换热器或者室内换热器进行换热之后，经室外换热器/室内换热器与压缩机之间的冷媒换热管200回流至压缩机，此时功率器件100产生的热量经散热器300后传导至冷媒换热管200，冷媒在冷媒换热管200内流动并且与散热器300进行热交换，吸收散热器300上由功率器件100产生并传递给散热器300的热量，从而被冷媒汽化时带走和吸收，从而利用冷媒换热管200的低温工作环境，加快散热器300的热量传递，有利于提高散热器300上功率器件100的散热速率。可以保证整流桥、压缩机IPM模块30、PFC功率开关产生的热量能够通过冷媒管200换热快速散热，无需散设置热风扇等散热器300件，既可提高散热效率，同时还有利于PFC功率开关和压缩机IPM模块30的驱动延时缩短，从而可以提高各功率开关管的开关速度，并且可以减小压缩机IPM模块30的开关损耗及电磁干扰，保证压缩机IPM模块30能够长期可靠的运行。

可以理解的是，由于压缩机IPM模块30、整流桥堆10、IGBT、FRD等发热较严重的功率元件的温度可以降的很低，因此，同等条件下，可以提高功率器件100的耐高温能力，进而模块(芯片)可发热的功率可以做的更高，即采用目前的芯片可以驱动更大功率负载，而不会过热损坏，换言之，即可以实现小模块驱动更匹数空调。

参照图3或图4，在一实施例中，所述功率器件100包括：

安装载体110；

功率器件本体120，安装于所述安装载体110的一表面；

封装壳体130，所述安装载体110及所述功率器件本体120封装于所述封装壳体130内，所述封装壳体130的一侧与所述散热器300抵接。

本实施例中，安装载体110可以采用引线框架、DCB板(陶瓷基覆铜板)，PCB板、半玻纤板、玻纤板等材料所制成的电路基板实现，还可以采用铝基板、铝合金基板、铜基板或者铜合金基板中的任意一种来实现。安装载体110的形状可以根据驱动功率模组的具体位置、数量及大小确定，可以为方形，但不限于方形。安装载体110在采用陶瓷覆铜板来实现时，所述陶瓷覆铜板包括引线层及绝缘层，所述电路布线层设置于所述绝缘散热层上；所述驱动功率模组设置于所述电路布线层形成的焊盘上。陶瓷基覆铜板可以将铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)陶瓷基片表面上，陶瓷基片厚度0.25-1.0mm，瓷片介电强度14KV/mm以上。

封装壳体130可以采用环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成，其中，导热填充材料可以是氮化硼、氮化铝材质，氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，使得氮化铝和氮化硼有较高的传热能力。在制作封装壳体130时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体130材料进行轧制成形，以形成封装壳体130，再将芯片和安装基板封装在封装壳体130内。或者通过注塑工艺及封装模具，将安装有芯片的安装基板放置于模具后，在模具中注入封装材料，将芯片和安装基板封装在封装壳体130内，以在成型后形成封装壳体130。如此，可以实现对芯片进行绝缘处理，以及提高智能功率模块的EMI性能。

可以理解的是，功率器件本体120和安装载体110均封装在安装载体110内，也即以全塑封的形式进行塑封，因全塑封本身已经具有绝缘性，在将功率器件100安装在散热器300上时不需要额外的绝缘措施，同时安装比较方便。采用全塑封功率器件100，可以在冷媒散热铜管以及室外换热器与连接室外机接地线连通时，采用冷媒散热铜管散热方式，保证电路板、功率器件100的带电部分与散热器300、冷媒散热铜管之间绝缘，可以满足空调器室外机需要连接大地保证触电安全需求。

参照图4，在一实施例中，所述安装载体110具有相对设置的第一表面和第二表面；

所述功率器件本体120安装于所述安装载体110的第一表面；

所述功率器件100还包括：

散热件140，设置于所述安装载体110的第二表面，所述散热件140靠近所述散热器300的一侧呈裸露设置。

本实施例中，散热件140可以采用铜基板或者铝基板来实现，以增大安装基板散热器300之间的接触面积，使的功率器件100与散热器300之间更好的贴合，有利于提高功率器件100的。

进一步地，所述功率器件100还包括：绝缘件150，所述绝缘件150夹设于所述安装载体110与所述散热件140之间。

全塑封功率器件100的热阻一般为1.3℃/W，铁封的功率器件100热阻一般为0.66℃/W，而采用DCB框架时，热阻为0.72℃/W。若散热器300温度为70度，当发热功率为20W时，采用全塑封器件，其内部温度为96度，而采用DCB框架时，温度为84.4度，温度下降10度以上。晶圆，也即功率器件本体120安装在铜框架上，金属层通过绝缘层隔离与底部散热器300件接触(本实施例金属层为铜)。晶圆的发热通过底部散热器300快速把热量散发到功率器件100外。对于功率器件100，例如IGBT，温度越高，其导通电压压降越高，损耗越大。若通流为40A时，温差10度时，管压降最高可达0.1V，则损耗相差4W。为此，智能功率模块可以采用全包封封装和半包封封装。而在为了提高智能功率模块的散热效率，在在采用半包封封装时，采用DCB框架时搭配半包封，可以将智能功率模块的安装基板部分裸露在封装壳体130外，安装基板裸露于智能功率模块的封装壳体130之外的表面可以更好的与散热器300贴合，有利于降低功率器件100内部温度，而且能够降低功率器件100的工作损耗，提高能效。

参照图3或图4，在一实施例中，所述功率器件100还包括引脚160，多个所述引脚160的一端固定设置于所述安装载体110上，朝远离所述安装载体110的方向延伸。

本实施例中，对应的在引线层上，还设置有引脚160的引脚160焊盘，引脚160对应焊接于该引脚160焊盘上。

引脚160可选为直插型引脚160，引脚160焊接在电路布线层对应的安装位上的引脚160焊盘位置，并通过金属引线与功率器件本体110实现电气连接。在另一实施例中，各个引脚160的一端固定于所述安装载体110上，引脚160的另一端朝远离所述安装载体110的方向延伸，引脚160的延伸方向与所述安装载体110所在的平面平行。

参照图3或图4，在一实施例中，所述封装壳体130和所述安装载体110上还设置有安装孔170。

可以理解的是，功率器件100在工作时产生的热量通常较多，因此需要在功率器件100对应的位置设置散热器300，为了实现散热器300和功率器件100的固定连接，在功率器件100上还设置有安装孔170，从而通过螺钉、螺栓等连接件将功率器件100固定在散热器300上，从而防止功率器件100与散热器300发生相对运动，而导致功率器件100散热不及时。

参照图1或图2，在一实施例中，所述散热器300的数量为两个，两个所述散热器300相对设置于所述冷媒换热管200的两侧；两个所述散热器300通过连接件相互连接。

本实施例中，散热器300的数量为两个，两个所述散热器300相对设置，所述冷媒管夹设于两个所述散热器300之间。通过两个所述散热器300同时对功率器件100进行降温，以提高所述功率器件100的降温效率；也可以将所述功率器件100设于所述散热器300外侧，通过两个散热器300增大所述散热器300与所述冷媒散热管的换热效率，以增强所述功率器件100的降温效果；在功率器件100为多个时，可以多个所述功率器件100分设在两个所述散热器300外侧，通过两个所述散热器300分别对各所述功率器件100进行降温，从而充分利用所述冷媒散热管产生的冷量，提高冷量的利用效率，进而可以提升所述散热器300与所述功率器件100的热交换效率，使其具有更好的散热效果。

在进行安装时，两个散热器300之间可以通过螺钉、螺栓、铆接、焊接、卡接和插接方式中一种或多种组合固定安装在所述冷媒换热管200上，实现与冷媒换热管200可拆卸固定，散热器300的材质可以是铝及铝制合金，铜及铜制合金，或者其他金属材料制得的钣金，将散热器300在冷媒换热管200上，从而减少冷媒换热管200与发生相对运动而产生振动，影响功率器件100正常工作。

并且，为了增大散热器300与冷媒换热管200之间的接触面积，提高散热器300的散热效率以及散热器300与冷媒换热管200之间的紧固性，在进一步地实施例中，所述散热器300与所述冷媒换热管200之间还设置有导热黏连件。如此，有利于整流桥20、压缩机IPM模块30、PFC功率开关及PFC电感等元器件及电路模块在工作时，产生的热量通过散热器300及导热黏连件将热量传导至散热器300上，通过散热器300加快热量传递至冷媒换热管200上的速度，提高散热速率。

请继续参阅图3，在进一步的实施例中，所述空调系统还可以设置有电控盒，所述冷媒换热管200和所述功率器件100设于所述电控盒内。所述冷媒换热管200集中设置在所述电控盒内，当冷媒经由所述冷媒散热管输送时，其产生的冷量会集中在所述电控盒内，此时，所述电控盒内温度降低，实现对所述功率器件100的降温。所述冷媒换热管200可以采用弯管结构，以增加所述冷媒在所述电控盒内的输送时长，使冷媒能够充分与功率器件100进行热交换。当所述冷媒换热管200设置有所述散热器300时，可以将所述散热器300和所述冷媒散热管均设于所述电控盒内，通过所述电控盒限制所述冷媒换热管200的冷量散失，增强所述功率器件100的降温效果。

本实用新型还提出一种空调系统，所述空调系统包括如上所述的制冷设备；该制冷设备的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调系统中使用了上述制冷设备，因此，本实用新型空调系统的实施例包括上述制冷设备全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。其中，所述制冷设备的冷媒换热管200给所述功率器件100提供散热。

参照图1至图5，本实施例中，功率器件100安装在散热器300上，散热器300上设置有安装孔170。功率器件100通过螺钉等固定在散热器上。

在一实施例中，所述空调系统还包括：

依次串接并形成制冷回路的压缩机、室外换热器和室内换热器，及用于控制冷媒流向的换向元件；所述制冷回路具有冷媒高压侧输出端和冷媒低压侧输入端，其中，

所述制冷设备的冷媒换热管200串联设置于所述冷媒高压侧输出端和冷媒低压侧输入端之间；

或者，所述制冷设备的冷媒换热管200串联设置于所述冷媒高压侧输出端与压缩机之间。

本实施例中，压缩机、室外换热器和室内换热器通过冷媒管连通，压缩机具有排气口和回气口；换向元件为四通阀，用于根据冷却和供热模式选择地切换冷媒通道，使得冷媒通过冷媒管在室内机和室外机之间流动。根据工作模式的不同，在制冷模式下，室外换热器作为冷凝器运行，室内换热器作为蒸发器运行，在制热模式下其作为蒸发器运行，室内换热器则作为冷凝器运行。室外换热器的一端与E端口连通，室内换热器的一端与C端口连通；室外换热器和室内换热器的另一端均可以设置为冷媒高压侧输出端和冷媒低压侧输入端，例如空调系统运行在制冷模式下时，室外换热器的输出端则为冷媒高压侧输出端，此时室内换热器则为冷媒低压侧输入端；而在制热模式下，则反之。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括：

至少一个功率器件；

冷媒换热管，所述冷媒换热管用于输入冷媒给所述功率器件散热；

散热器，靠近所述冷媒换热管设置，所述散热器具有对应至少一个功率器件的安装位，所述功率器件固定安装于所述安装位。

2.如权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述功率器件包括：

安装载体；

功率器件本体，安装于所述安装载体的一表面；

封装壳体，所述安装载体及所述功率器件本体封装于所述封装壳体内，所述封装壳体的一侧与所述散热器抵接。

3.如权利要求2所述的制冷设备，其特征在于，所述安装载体具有相对设置的第一表面和第二表面；

所述功率器件本体安装于所述安装载体的第一表面；

所述功率器件还包括：

散热件，设置于所述安装载体的第二表面，所述散热件靠近所述散热器的一侧呈裸露设置。

4.如权利要求3所述的制冷设备，其特征在于，所述功率器件还包括：

绝缘件，所述绝缘件夹设于所述安装载体与所述散热件之间。

5.如权利要求2所述的制冷设备，其特征在于，所述安装载体为引线框架或者陶瓷基覆铜板。

6.如权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述功率器件为整流桥堆、IGBT、IPM模块、FRD中的任意一种或者多种组合。

7.如权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述散热器的数量为两个，两个所述散热器相对设置于所述冷媒换热管的两侧；两个所述散热器通过连接件相互连接。

8.如权利要求7所述的制冷设备，其特征在于，所述散热器与所述冷媒换热管之间还设置有导热黏连件。

9.如权利要求1至8任意一项所述的制冷设备，其特征在于，所述散热器为金属散热器。

10.一种空调系统，其特征在于，所述空调系统包括如权利要求1至9任意一项所述的制冷设备。

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