变频空调室外机电子模块冷却用散热器的分析

【摘要】在变频空调中，最受限制的就是电子变频模块以及电子变频模块附属的散热器尺寸。在这样狭小的空间范围中排出散热器的热量具有非常大的难度，所以在实际排放热量的过程这就需要应用到紧凑而有效的散热器。在实际研究变频空调室外机电子模块冷却用散热器的状况时，需要在其安装位置以及几何形状不同的状况下考虑到风扇和散热器的相互作用、散热器的热性能。为了更加细致化地了解变频空调室外机电子模块冷却用散热器的状况，本文探析了室外机和电子模块散热器、测试实验与数值模拟方法。

【关键词】变频空调；室外机；电子模块；冷却；散热器

引言

一直以来，人们在关注电子产品的同时，散热问题就是他们最为重视的问题之一。由于电子产品散热性会对其主要的使用年限以及可靠性造成直接性的影响，只有电子产品散热性良好才能够拥有更加有效的使用性以及具有更长的使用年限。在人们生活水平不断提高的同时，人们加强了节能环保意识以及更加重视空调的舒适性，人们日常首选的产品就是新型环保空调中的变频空调。相比于普通空调，变频空调加强了专用的变频控制电子模块以及变频压缩机。

1.室外机和电子模块散热器

在变频空调室外机电子模块中，室外机，主要的部件含有散热器、变频电子模块、轴流风扇、换热器、前面板、上盖板，以及出风网罩等。其中，最主要的发热原件就是整流桥堆以及IGBT变频原件，在发热元件中，常常会固定散热器，散热器主要的材质就是6065T5铝合金，将0.2毫米的导热硅胶涂在发热元件和散热器之间，这样可以有效地将发热原件的导热性增强。散热器的安装位置、风扇性能，以及几何形状都会对其掠过散热器表面的气流流动特性造成直接性的影响，这样就会对散热器的散热性能造成严重的影响[1]。

2.测试实验与数值模拟方法

2.1测试实验

在变频空调室外机电子模块中，做测试实验主要是研究在设计不一样的散热器以及不一样的安装位置上，其空调系统性能、声学性能、风扇气动以及散热器的性能的变化规律。为了避免制冷压缩机振动影响到测量的数据，在开展气动声学特性以及风扇气动力学性能的实验中，都需要将制冷压缩机关闭[2]。由此可知，变频器在此时就没有进行正常的工作，实质上就是电子变频模块发热为零。

2.2数值计算方法

在实际研究的过程中，研究计算数值的主要需要商业软件一起协助完成，求解主要是应用能量方程和雷诺平均方法一起结合模型求得，这样可以对空调室外机风扇系统的散热器的性能以及流动性能进行研究。在真实的空调室外机环境中，在完成建模的基础之上，可以很好地计算温度场以及流场，这样也可以将整个风扇的系统以及换热器之间的作用考虑进去。在整个计算的过程中，需要计算两个部分，分别是流动域以及实体域这两个部分，流体流动域主要含有：出口流道、箱体通道、带导风圈的叶轮旋转流道、进口流道[3]。另外，出口流道以及进口流道都会被进行适当的延伸，这样可以将促进流场计算的稳定性，以及将影响进出口边界条件的影响力降低。然而，实体域部分主要是应用在传热计算的过程中，其主要含有桥堆、电子元件IGBT，以及散热器等。事实上，计算的时候常常会忽略掉导热硅脂膏的影响以及作用，这样也可以将计算进行简化。传热计算的过程中主要会应用到实体域以及流动域这两个部分，对于物理模型在简化后，计算整个域主要是采用商业软件来进行网格划分。

按照相关的制造厂家提供出来的参数数据，对主要的两种发热元件的热功率进行估算，两种发热元件的热功率分别是： 832×106W・m-3和986×106W・m-3和，在散热特性模拟中这两个主要的数据是主要的输入热源。

3.实验结论分析

在此次实验结束之后，其得出的主要实验结果分析如下所述：（1）变频空调电子模块散热器的安装位置以及形状对轴流风扇的对空调系统性能、气动声学性能以及风扇空气动力学具有非常小的影响，甚至可以忽略不计。（2）将散热器底面积增加，可以有效地将散热器的散热性能提升。同时，对电子模块散热器选择合理的位置进行安装，可以很好地对散热器表面的冷却气流行为进行良好的改进，还可以加强散热器的对流换热性能，以及将散热器的散热性能提高[4]。（3）在实验的过程中，由于考虑到风扇系统以及散热器在实际运行过程中会出现的相互影响，所以在实际运行空调室外机的环境中，在深入研究散热器的散热性能的时候，主要采取的研究方法就是数值模拟以及实验测量的方法，最后取得了一致的实测结果以及数值结果，这样更加有效地证明了其主要应用的研究方法以及数值传热模型具有非常好的合理性。

4.结语

综上所述，本文主要分析以及验证了散热器的安装位置以及几何形状对空调系统性能、风扇整体性能以及散热器热性能的影响，散热器热性能会受到其散热器底面积的直接性影响，同时期也会发挥着十分重要的作用。只有对安装散热器的位置进行适当的调整，这样就可以强化空气对流，还可以对散热器的热性能进行显著的改进。另外，散热器的安装位置以及几何形状对空调系统性能、气动声学性能以及风扇空气动力学具有非常小的影响。

参考文献：

[1]赵忠超，叶锐，陈育平，等.高热流密度电子器件冷却用热管散热器传热性能的红外成像研究[J].江苏科技大学学报：自然科学版，2014，129（22）：20642065

[2]李毛古，汪俊勇，李志强，等.用于冷却变频空调器IPM的制冷剂散热的设计和试验研究[J].制冷与空调，2013，115（11）：102103

[3]马颖江.节能补贴来临时家电企业当自强――变频空调电子散热仿真优化设计[J].日用电器，2014，213（06）：254256

[4]赵希枫，王志刚，赵可可.家用变频空调大功率变频控制器散热性能的研究[C].中国家用电器技术大会.2014，27（25）：192202

作者简介：

黄万海（1975.11-），男，汉族，广东海康人，毕业于武汉水利电力大学，电子工艺经理，研究方向：电力系统及其自动化。