CN214619893U - 空调器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种空调器，空调器包括：第一半导体模块(2)；冷媒管，包括沿直线方向延伸并配置成为所述第一半导体模块(2)降温的第一冷媒管(1)和与所述第一冷媒管(2)相连接的弯管(3)，所述弯管(3)包括与所述第一冷媒管(1)的进口端连通的出口(31)；以及所述第一半导体模块(1)在所述直线方向上与所述弯管(3)的出口(31)间隔设置。应用本实用新型的技术方案，第一半导体模块(2)的位置设置避开弯管(3)下游涡流高峰区，从而提高了半导体模块的散热效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷设备领域，具体而言，涉及一种空调器。
背景技术
1、变频空调外机的电控箱中一般装载有变频模块，这种半导体模块在整流或逆变等变流工作过程中发出大量的废热，其发热功率密度较高，通常需要施加单独的散热措施。冷媒在制冷系统流动过程中，存在冷媒温度保持在一恒定温度值附近波动的一段管路，这段管路一般用做冷媒散热管，给予模块散热。
2、传统的冷媒散热仅仅从增大接触面积、降低冷媒管与半导体模块之间压接热阻的角度进行设计，实际上半导体模块内部的热源分布完全非均匀，半导体模块散热基板的温度分布存在不均匀性，内部发热半导体模块的温度更是无法预估，存在着一定的盲目性。
3、当半导体模块的电压大幅提高时容易引起模块发热功率的快速增大，这种情况将需要更强大的冷媒散热措施，以适应模块电压、电流及机组功率的大型化发展。
图1示出了相关技术的空调器的为半导体模块散热的冷媒管的流场分布图；其中，白色部分流速低，黑色部分流速高。图2示出了相关技术的空调器的为半导体模块散热的冷媒管的温度分布图。
结合图1和图2所示，冷媒管包括平行且间隔设置的两个直管，两个直管分别为第一直管1和第二直管2。两个直管的第一端通过弯管3连接。冷媒由第一直管1流向弯管3，然后经弯管3转向后流向第二直管2。空调器包括呈板状的冷媒散热器，两个直管设在冷媒散热器的一侧，半导体模块设在冷媒散热器的另一侧。其中，第一直管1在平行于冷媒散热器的平面的投影与半导体模块在上述平面内的投影相交，第二直管2在上述平面内的投影与半导体在上述平面内的投影不想交。冷媒散热器为多个，多个冷媒散热器沿直管的延伸方向并排布置。
冷凝在第一直管1中流经半导体模块，然后经弯管3转向后流向第二直管，第二直管2中的冷媒流经冷媒散热器。进一步地通过冷媒散热器为半导体模块降温。冷媒折弯过程中，由于重力和折弯阻力的作用，流体会在折弯管的下游初始阶段产生阻滞性的涡流，即此涡流稳定在此位置不移动，且流速明显偏低，如图1所示。这就是造成多个模块串联时不同模块散热效果出现明显差异的原因，因此冷媒散热器与冷媒管的接触需要考虑内部冷媒流动的情况。
相关技术中，直管1或2为光滑的铜管。这是由于在加工时需要使得直管管与铝制的冷媒散热器紧密贴合，使得冷媒管与冷媒管与冷媒散热器之间具有较低的接触热阻。但实际冷媒管在吸收半导体模块的热量时，内部冷媒将形成一定的温度分布，如图2所示，半导体模块的发热功率密度较高，而冷媒的温度虽然相对较低，但冷媒本身导热系数较小，如液态R134a的导热系数在0.2W/(m·K)附近小幅波动，因此在冷媒管壁面处的冷媒温度较高，而在冷媒管中的同一截面上靠近管中心的冷媒温度较低，热量未能及时在冷媒中传导扩散。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种提高半导体模块的散热效果的空调器。
根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种空调器，空调器包括：
第一半导体模块；
冷媒管，包括沿直线方向延伸并配置成为第一半导体模块降温的第一冷媒管和与第一冷媒管相连接的弯管，弯管包括与第一冷媒管的进口端连通的出口；以及
第一半导体模块在直线方向上与弯管的出口间隔设置。
在一些实施例中，第一半导体模块与弯管的出口在直线方向上的距离为L，弯管的曲率为K，其中，距离L与弯管3的曲率正相关。
在一些实施例中，第一半导体模块与弯管的出口在直线方向上的距离为20-30厘米。
在一些实施例中，还包括配置成与第一冷媒管换热的第二半导体模块，第二半导体模块与第一半导体模块沿第一冷媒管并排设置，第一冷媒管包括位于第一半导体模块和第二半导体模块之间的第一螺旋管段，第一螺旋管段的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
在一些实施例中，第二半导体模块沿第一冷媒管中的冷媒的流向位于第一半导体模块的下游或上游。
在一些实施例中，冷媒管还包括与第一冷媒管平行且间隔设置的第二冷媒管，第二冷媒管与弯管的进口连通，第二冷媒管配置成与第一半导体模块换热。
在一些实施例中，还空调器包括配置成与第一冷媒管和第二冷媒管均换热的第二半导体模块，第二冷媒管包括位于第一半导体模块和第二半导体模块之间的第二螺旋管段，第二螺旋管段的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
在一些实施例中，弯管为半圆形，弯管的出口和进口分别与第一冷媒管和第二冷媒管连接。
在一些实施例中，空调器还包括呈板状的第一冷媒散热器，第一冷媒管和第二冷媒管并排设置在第一冷媒散热器的一侧，第一半导体模块安装在第一冷媒散热器的另一侧。
在一些实施例中，第一半导体模块包括第一区域和第二区域，第一区域的发热量大于第二区域的发热量，第二区域沿冷媒管中的冷媒流动方向位于第一区域的下游。
应用本实用新型的技术方案，第一半导体模块的位置设置避开弯管下游涡流高峰区，从而提高了半导体模块的散热效果。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了相关技术的空调器的为半导体模块散热的冷媒管的流场分布图的结构示意图；
图2示出了相关技术的空调器的为半导体模块散热的冷媒管的温度分布图；
图3示出了本实用新型的实施例的空调器的半导体模块散热装置的结构示意图；
图4示出了本实用新型的实施例的空调器的半导体模块的结构示意图；
图5示出了本实用新型的另一可选的实施例的空调器的半导体模块散热装置的结构示意图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。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。
如图3所示，本实施例的空调器包括第一半导体模块2和冷媒管，冷媒管包括沿直线方向延伸并配置成为第一半导体模块2降温的第一冷媒管1和与第一冷媒管2相连接的弯管3，弯管3包括与第一冷媒管1的进口端连通的出口31；其中，第一半导体模块1在直线方向上与弯管3的出口31间隔设置。
本实施例中，第一半导体模块1的位置设置避开弯管下游涡流高峰区，涡流高峰区长度为20-30mm左右，如图3折弯处的延长管所示。第一半导体模块1在所述直线方向上与弯管3的出口31间隔设置，有利于避开弯管下游涡流高峰区，从而提高了半导体模块的散热效果。
涡流高峰区长度与冷媒流速无关，但与弯管3的几何形状有关，弯管3沿轴线截面的折弯曲线的曲率越平滑(曲率越小)，流动阻力越小，弯管3下游冷媒阻滞涡流区就越短，弯管3以正圆形为宜，在半圆处与直铜管以切线衔接，这样折弯曲线的曲率可以平滑过渡。，第一半导体模块2与弯管3的出口31在直线方向上的距离为L，弯管3的曲率为K，其中，所述距离L与所述弯管3的曲率正相关，也即弯管3的曲率越小，距离L也越小。
在一些实施例中，第一半导体模块2与弯管3的出口31在直线方向上的距离为20-30厘米。
空调器还包括配置成与第一冷媒管1换热的第二半导体模块8，第二半导体模块8与第一半导体模块2沿第一冷媒管1并排设置，第一冷媒管1包括位于第一半导体模块2和第二半导体模块8之间的第一螺旋管段6，第一螺旋管段6的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
如图3所示，螺旋管段一方面为流经下一半导体模块的冷媒提供旋转的角动量，增强湍动能和湍涡强度，进而加强湍流的壁面换热效果，另一方面将前一模块传递出的热量均匀化，降低壁面附近的冷媒温度，减小管壁面附近的温度边界层，从而增大冷媒与模块温差，强化下游的传导传热。螺旋管段的长度以第一半导体模块2和第二半导体体模块8之间间距的1/3到1/2为宜，剩余部分管留作光滑管与螺纹管衔接过渡阶段，同时也避免过长的螺纹管增大流动阻力。螺旋管端的外半径以铜管半径为准，小螺纹半径在1.5-3mm为宜。螺纹的手性应与冷媒流向保持一致，冷媒下游的螺纹管螺旋方向与上游的螺纹管螺旋方向相反，以降低流体阻力，顺应流动螺旋手性。
在本实施例中，第二半导体模块8沿第一冷媒管1中的冷媒的流向位于第一半导体模块2的下游。
在另一些实施例中，第二半导体模块8沿第一冷媒管1中的冷媒的流向位于第一半导体模块2的上游。
冷媒管还包括与第一冷媒管1平行且间隔设置的第二冷媒管5，第二冷媒管5与弯管3的进口连通，第二冷媒管5配置成与第一半导体模块2换热。
在本实施例中，第一冷媒管1和第二冷媒管5并行并间隔设置，第一冷媒管1和第二冷媒管5分别与弯管3的出口31和进口32连通。弯管3呈半圆形，第一冷媒管1和第二冷媒管均沿弯管3的切线方向延伸。
第一半导体模块2和第二半导体模块8沿第一冷媒管1的延伸方向并排布置。
本实施例中，冷媒由第二冷媒管5流向弯管3，经弯管3转向后的冷媒经第一冷媒管1流出。
空调器还包括第一冷媒散热器4，第一冷媒管1和第二冷媒管5并排设置在第一冷媒散热器4的一侧，第一半导体模块2安装在第一冷媒散热器4的另一侧。
第一冷媒管1在平行于第一冷媒散热器4的平面中的投影与第一半导体模块2在上述的平面内的投影不相交。第二冷媒管5在平行于第一冷媒散热器4的平面中的投影与第一半导体模块2在上述的平面内的投影相交。
空调器还包括与第一冷媒散热器4沿第一冷媒管1并排设置的第二冷媒散热器8，第一冷媒管1和第二冷媒管5并排设置在第二冷媒散热器8的一侧，第二半导体模块7安装在第二冷媒散热器8的另一侧。
如图5所示，在本申请的另一可选的实施例中，第一冷媒管1在平行于第一冷媒散热器4的平面中的投影与第一半导体模块2在上述的平面内的投影相交。第二冷媒管5在平行于第一冷媒散热器4的平面中的投影与第一半导体模块2在上述的平面内的投影不相交。
第一冷媒管1在平行于第二冷媒散热器8的平面中的投影与第二半导体模块7在上述的平面内的投影相交。第二冷媒管5在平行于第二冷媒散热器8的平面中的投影与第二半导体模块8在上述的平面内的投影不相交。
空调器还包括配置成与第一冷媒管1和第二冷媒管5均换热的第二半导体模块8，第二冷媒管5包括位于第一半导体模块2和第二半导体模块8之间的第二螺旋管段9，第二螺旋管段9的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
从冷媒管及冷媒整体的传导热通量来看，热通量最大部分为与最大发热区域距离最短的铜管壁与冷媒。另一方面，受到冷媒管折弯半径的影响，且为了减少冷媒进出口的总压降，穿过模块的冷媒管间距是固定的，因此需要调整冷媒管与模块内部发热元器件的位置。如图4中所示，半导体模块中发热较大的半导体芯片集中在模块横轴线下侧与模块整体右侧，逆变器的开关损耗和导通损耗较大，半导体模块的发热主要集中在模块整体中间和右侧，因此将冷媒的流动方向确定，冷媒从模块右侧流入，从左侧流出，若反向流动，则冷媒在流经左侧整流器后会在管壁面形成一层温度边界层，这层温度边界层的温度较高，并且在向右侧流动的过程逐渐变厚，故导致模块中间和右侧逆变器与冷媒之间的温差变小，换热量变小。冷媒上进下出时高温区集中在模块中间和右侧开关器件上，冷媒下进上出时高温区集中在模块中间的开关器件上，且IGBT最高温较上进下出时降低4.8℃。对于多模块热串联的情况，需要考虑模块的摆放是否符合冷媒由发热大的区域流向发热小的区域这一规则。
在本实施例中，第一半导体模块2包括第一区域和第二区域，第一区域的发热量大于第二区域的发热量，第二区域沿冷媒管中的冷媒流动方向位于第一区域的下游。
以上仅为本实用新型的示例性实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空调器，其特征在于，包括：
第一半导体模块(2)；
冷媒管，包括沿直线方向延伸并配置成为所述第一半导体模块(2)降温的第一冷媒管(1)和与所述第一冷媒管(1)相连接的弯管(3)，所述弯管(3)包括与所述第一冷媒管(1)的进口端连通的出口(31)；以及
所述第一半导体模块(2)在所述直线方向上与所述弯管(3)的出口(31)间隔设置。
2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述第一半导体模块(2)与所述弯管(3)的出口(31)在所述直线方向上的距离为L，所述弯管(3)的曲率为K，其中，所述距离L与所述弯管(3)的曲率正相关。
3.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述第一半导体模块(2)与所述弯管(3)的出口(31)在所述直线方向上的距离为20-30厘米。
4.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，还包括配置成与所述第一冷媒管(1)换热的第二半导体模块(8)，所述第二半导体模块(8)与所述第一半导体模块(2)沿所述第一冷媒管(1)并排设置，所述第一冷媒管(1)包括位于所述第一半导体模块(2)和所述第二半导体模块(8)之间的第一螺旋管段(6)，所述第一螺旋管段(6)的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
5.根据权利要求4所述的空调器，其特征在于，所述第二半导体模块(8)沿所述第一冷媒管(1)中的冷媒的流向位于所述第一半导体模块(2)的下游或上游。
6.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述冷媒管还包括与所述第一冷媒管(1)平行且间隔设置的第二冷媒管(5)，所述第二冷媒管(5)与所述弯管(3)的进口连通，所述第二冷媒管(5) 配置成与所述第一半导体模块(2)换热。
7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，还包括配置成与所述第一冷媒管(1)和第二冷媒管(5)均换热的第二半导体模块(8)，所述第二冷媒管(5)包括位于所述第一半导体模块(2)和所述第二半导体模块(8)之间的第二螺旋管段(9)，所述第二螺旋管段(9)的内壁上设置有螺旋延伸的流道。
8.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述弯管(3)为半圆形，所述弯管(3)的出口(31)和进口(32)分别与所述第一冷媒管(1)和所述第二冷媒管(5)连接。
9.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，还包括呈板状的第一冷媒散热器(4)，所述第一冷媒管(1)和第二冷媒管(5)并排设置在所述第一冷媒散热器(4)的一侧，所述第一半导体模块(2)安装在所述第一冷媒散热器(4)的另一侧。
10.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述第一半导体模块(2)包括第一区域和第二区域，所述第一区域的发热量大于所述第二区域的发热量，所述第二区域沿所述冷媒管中的冷媒流动方向位于所述第一区域的下游。
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