隨著資源節(jié)約型社會建設(shè)的大力發(fā)展，堅持開發(fā)與節(jié)約并重、節(jié)約優(yōu)先的方針原則，能源行業(yè)大力推進(jìn)節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)利用。生活中，隨著人們對空調(diào)的要求從制冷、制熱的簡單功能，發(fā)展到追求舒適、享受的多種功能，使得節(jié)能、高舒適度的空調(diào)——模糊控制變頻空調(diào)成為空調(diào)發(fā)展的方向。工業(yè)應(yīng)用中，隨著制冷產(chǎn)品在防爆場所的大量使用，防爆變頻調(diào)速技術(shù)，終將是節(jié)能*之選，并得以在爆炸性氣體環(huán)境中充分應(yīng)用。鑒于此，結(jié)合防爆理論、熱管散熱技術(shù)對KFR一35變頻空調(diào)進(jìn)行完善的防爆技術(shù)改造并在工業(yè)環(huán)境中實踐應(yīng)用
　　
　　1變頻空調(diào)基本原理
　　
　　1．1空調(diào)系統(tǒng)基本原理
　　
　　空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)把制冷劑蒸汽從低壓狀態(tài)壓縮至高壓狀態(tài)，使得制冷在蒸發(fā)器中低溫下蒸發(fā)制冷、在冷凝器中常溫液化。壓縮機(jī)不斷吸人和排出氣體，使制冷循環(huán)得以反復(fù)進(jìn)行。空調(diào)制冷循環(huán)中，室外熱交換器為冷凝器，室內(nèi)熱交換器為蒸發(fā)器，四通閥線圈斷電，控制壓縮機(jī)排氣口與室外冷凝器接通，吸氣口與室內(nèi)蒸發(fā)器接通；空調(diào)制熱循環(huán)中，四通閥線圈得電，控制壓縮機(jī)排氣口與室內(nèi)熱交換器接通，吸氣口與室外熱交換器接通，制冷劑蒸汽流動方向改變，室內(nèi)熱交換器向室內(nèi)散熱而成為冷凝器，而室外熱交換器成為蒸發(fā)器，制冷劑蒸發(fā)吸收室外熱量。壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)依靠溫度調(diào)節(jié)器控制，溫度傳感器不斷檢測室內(nèi)溫度，達(dá)到理想設(shè)定溫度后，發(fā)出指令控制壓縮機(jī)停止；否則，壓縮機(jī)重新開始運轉(zhuǎn)。空調(diào)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：
　　
　　1．2變頻空調(diào)基本原理
　　
　　變頻空調(diào)由微電腦控制，檢測室內(nèi)外環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度、冷凝器溫度、吸氣管口溫度、膨脹閥出人口溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓縮機(jī)電機(jī)電流等信號并進(jìn)行計算分析。在電源和壓縮機(jī)之間利用變頻控制器中逆變環(huán)節(jié)改變壓縮機(jī)端電壓和頻率，從而發(fā)出風(fēng)機(jī)控制、壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)速度、閥門切換、電子膨脹閥開度、安全保護(hù)等信號，使壓縮機(jī)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運行，以此調(diào)節(jié)環(huán)保冷媒的流量來調(diào)節(jié)制冷量，從而控制室內(nèi)溫度范圍。變頻控制器的電氣原理框圖如2所示：
　　
　　1．3變頻空調(diào)基本結(jié)構(gòu)
　　
　　變頻空調(diào)系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。如圖3所示。
　　
　　制冷系統(tǒng)由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成，兩者通過制冷劑管道連接，由變頻壓縮機(jī)、四通閥、電子膨脹閥、室內(nèi)換熱器、室外換熱器、外風(fēng)機(jī)等組成。電氣系統(tǒng)包括室外電路和室內(nèi)電路，兩者通過通信連接，室外電路包括主控板、電源板、變頻驅(qū)動模塊；室內(nèi)電路包括遙控器、室內(nèi)主控板、室內(nèi)顯示板。
　　
　　2變頻空調(diào)防爆設(shè)計要點
　　
　　鑒于變頻空調(diào)的基本控制原理和基本結(jié)構(gòu)，欲進(jìn)行完善的防爆技術(shù)設(shè)計和改造，整體防爆性能上要依據(jù)GB3836．15—20oO危險場所電氣安裝要求，綜合考慮使用環(huán)境和防爆規(guī)程，對空調(diào)外殼材質(zhì)及涂敷、防爆器件的安裝和接線、防爆場所電纜選型、防爆控制箱（盒）的選用、本安電路系統(tǒng)、接地系統(tǒng)幾個方面進(jìn)行*設(shè)計。防爆變頻空調(diào)局部零部件按照GB3836．1—2000、GB3836．2-2000、GB3836．4—20o0、GB3836．9--2000、GB3836．10__2000國家防爆標(biāo)準(zhǔn)要求，防爆技術(shù)改造應(yīng)考慮如下lO個方面：①顯示板和遙控器；②室內(nèi)外環(huán)境、蒸發(fā)器、冷凝器、吸氣管口、膨脹閥出人口等溫度傳感（變送）器，；③室內(nèi)電氣主控電路；④搖擺電機(jī)、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)；⑤電加熱器、輔助加熱帶；⑥電磁換向閥、電子膨脹閥；⑦壓力保護(hù)開關(guān)；⑧室外電氣主控板；⑨模塊組；⑩調(diào)速壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)。這l0項防爆空調(diào)部件設(shè)計要點中除第⑨項外防爆設(shè)計和改造技術(shù)在之前的諸多關(guān)于非變頻防爆空調(diào)文獻(xiàn)已有較為詳盡的闡述并得以實際應(yīng)用。但對于變頻防爆空調(diào)中隔爆型電氣控制箱內(nèi)功率元件的散熱問題仍屬于設(shè)計和改造難點，在此，采用一種新的散熱技術(shù)——熱管散熱技術(shù)來完善防爆變頻空調(diào)的技術(shù)和應(yīng)用。
　　
　　3防爆變頻空調(diào)中熱管技術(shù)的應(yīng)用
　　
　　室外壓縮機(jī)變頻核心部件II）M模塊等發(fā)熱元件及其散熱裝置原依靠風(fēng)道內(nèi)風(fēng)機(jī)強制散熱，以求達(dá)到散熱效果。欲進(jìn)行防爆技術(shù)設(shè)計和改造，從隔爆技術(shù)理論考慮將該部分元件（包括壓縮機(jī)控制繼電器、電流檢測板和保護(hù)電路、風(fēng)機(jī)控制繼電器、室內(nèi)外機(jī)通訊線路板、觸發(fā)板、嗍功率模塊）置于隔爆型電氣控制箱內(nèi)。如此一來，存在整流和逆變等功率器件在正常運行中產(chǎn)生的熱量在箱內(nèi)積累而出現(xiàn)可控硅過溫保護(hù)。因此，經(jīng)過對風(fēng)冷、水冷等強制散熱方法的綜合比較，均存在二次防爆處理的問題，遂決定采用新型散熱技術(shù)即熱管散熱器解決其強制散熱問題。
　　
　　3．1熱管技術(shù)原理
　　
　　熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量。重力熱管原理如圖4所示，在密閉的管內(nèi)先抽成真空，在此狀態(tài)下充人適量工質(zhì)，在熱管的下端加熱，工質(zhì)吸收熱量汽化為蒸汽，在微小的壓差下，上升到熱管上端，并向外界放出熱量，凝結(jié)為液體。冷凝液在重力的作用下，沿?zé)峁軆?nèi)壁返回到受熱段，并再次受熱汽化，如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷的將熱量由一端傳向另一端。
　　
　　由于是相變傳熱，因此熱管內(nèi)熱阻很小，熱管的高導(dǎo)熱能力與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數(shù)量級的熱量，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率，且結(jié)構(gòu)簡單，具有單向?qū)岬奶攸c，特別是由于熱管的*機(jī)理，使冷熱流體間的熱交換均在管外進(jìn)行，這就可以方便地進(jìn)行強化傳熱。此外，由于熱管內(nèi)部一般抽成真空，工質(zhì)極易沸騰與蒸發(fā)，熱管啟動非常迅速。熱管這種傳熱元件，可以單根使用，也可以組合使用，根據(jù)用戶現(xiàn)場的條件，配以相應(yīng)的流通結(jié)構(gòu)組合成各種形式換熱器，熱管散熱器具有傳熱效率高、阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、維護(hù)費用少等優(yōu)點。
　　
　　3．3熱管散熱器的計算選型
　　
　　本設(shè)計中以KFR一35變頻空調(diào)為例：變頻器模塊功率：1．45kW變頻器模塊發(fā)熱量保守估算：1．45×55W80W結(jié)合隔爆箱殼體本身的散熱功能，無需考慮隔爆箱內(nèi)其它電氣元件的熱量積累。為此，為避免IPM模塊出現(xiàn)熱保護(hù)，并考慮裕量，進(jìn)行詳細(xì)計算，采用80w熱管散熱器可滿足散熱設(shè)計要求。
　　
　　3．4隔爆型控制箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　
　　將室外電氣回路繼電器、控制板等元件安裝于隔爆型控制箱內(nèi)安裝板，IPM模塊發(fā)熱元件安裝熱阻相對較小的鋁板過渡散熱器上，鋁板過渡散熱器后壁上嵌入熱管散熱器，鋁板過渡散熱器。這樣，變頻器功率元件產(chǎn)生的熱量就通過導(dǎo)熱硅脂一鋁板一熱管一散熱器散發(fā)出去。依據(jù)隔爆型電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，對鋁板過渡散熱器進(jìn)行隔爆面的精加工，使隔爆面與隔爆型控制箱配合符合防爆要求，已嵌入熱管散熱器的散熱組件設(shè)計圖紙和制作完成的熱管散熱器如圖5所示：
　　
　　變頻空調(diào)經(jīng)總裝完成后，經(jīng)過對空調(diào)機(jī)組的滿載試驗運行測試，測量環(huán)境氣溫35c時，隔爆箱內(nèi)zui高溫度達(dá)到44℃，散熱器*散熱需要，達(dá)到設(shè)計要求。現(xiàn)該產(chǎn)品已在用戶現(xiàn)場穩(wěn)定運行。
　　
　　4防爆變頻空調(diào)的特點
　　
　　適用環(huán)境：有爆炸性氣體的ⅡA、ⅡB、ⅡC場所；適應(yīng)負(fù)荷：自動適應(yīng)負(fù)荷的變化進(jìn)行自動低速維持或自動高速運轉(zhuǎn)；電壓適應(yīng)：電網(wǎng)波動較大，電網(wǎng)電壓較低時（150V）可照常運轉(zhuǎn)；節(jié)能效果：自動以低速維持室溫基本恒定，避免壓縮機(jī)頻繁開啟，節(jié)能30％左右。
　　
　　5結(jié)束語
　　
　　變頻空調(diào)的諸多優(yōu)點，兼防爆技術(shù)和熱管技術(shù)的設(shè)計改造和成功應(yīng)用，*變頻空調(diào)在防爆領(lǐng)域應(yīng)用的一項空白。隨著熱管技術(shù)的應(yīng)用和完善，甚至其他更為經(jīng)濟(jì)適用的散熱技術(shù)的發(fā)展，使變頻空調(diào)的防爆處理技術(shù)將更進(jìn)一步完善、可靠，將變頻空調(diào)這一節(jié)能產(chǎn)品在防爆領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。
　　
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