變頻空調的防爆技術(shù)應用及設計

　　
　　隨著(zhù)資源節約型社會(huì )建設的大力發(fā)展，堅持開(kāi)發(fā)與節約并重、節約優(yōu)先的方針原則，能源行業(yè)大力推進(jìn)節能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用。生活中，隨著(zhù)人們對空調的要求從制冷、制熱的簡(jiǎn)單功能，發(fā)展到追求舒適、享受的多種功能，使得節能、高舒適度的空調——模糊控制變頻空調成為空調發(fā)展的方向。工業(yè)應用中，隨著(zhù)制冷產(chǎn)品在防爆場(chǎng)所的大量使用，防爆變頻調速技術(shù)，終將是節能*之選，并得以在爆炸性氣體環(huán)境中充分應用。鑒于此，結合防爆理論、熱管散熱技術(shù)對KFR一35變頻空調進(jìn)行完善的防爆技術(shù)改造并在工業(yè)環(huán)境中實(shí)踐應用
　　
　　1變頻空調基本原理
　　
　　1．1空調系統基本原理
　　
　　空調系統的壓縮機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。壓縮機不斷吸人和排出氣體，使制冷循環(huán)得以反復進(jìn)行?？照{制冷循環(huán)中，室外熱交換器為冷凝器，室內熱交換器為蒸發(fā)器，四通閥線(xiàn)圈斷電，控制壓縮機排氣口與室外冷凝器接通，吸氣口與室內蒸發(fā)器接通；空調制熱循環(huán)中，四通閥線(xiàn)圈得電，控制壓縮機排氣口與室內熱交換器接通，吸氣口與室外熱交換器接通，制冷劑蒸汽流動(dòng)方向改變，室內熱交換器向室內散熱而成為冷凝器，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。壓縮機的運轉依靠溫度調節器控制，溫度傳感器不斷檢測室內溫度，達到理想設定溫度后，發(fā)出指令控制壓縮機停止；否則，壓縮機重新開(kāi)始運轉?？照{系統原理框圖如圖1所示：
　　
　　1．2變頻空調基本原理
　　
　　變頻空調由微電腦控制，檢測室內外環(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)機轉速、壓縮機電機電流等信號并進(jìn)行計算分析。在電源和壓縮機之間利用變頻控制器中逆變環(huán)節改變壓縮機端電壓和頻率，從而發(fā)出風(fēng)機控制、壓縮機運轉速度、閥門(mén)切換、電子膨脹閥開(kāi)度、安全保護等信號，使壓縮機電機在不同轉速下運行，以此調節環(huán)保冷媒的流量來(lái)調節制冷量，從而控制室內溫度范圍。變頻控制器的電氣原理框圖如2所示：
　　
　　1．3變頻空調基本結構
　　
　　變頻空調系統包括制冷系統和電氣系統。如圖3所示。
　　
　　制冷系統由室內機和室外機組成，兩者通過(guò)制冷劑管道連接，由變頻壓縮機、四通閥、電子膨脹閥、室內換熱器、室外換熱器、外風(fēng)機等組成。電氣系統包括室外電路和室內電路，兩者通過(guò)通信連接，室外電路包括主控板、電源板、變頻驅動(dòng)模塊；室內電路包括遙控器、室內主控板、室內顯示板。
　　
　　2變頻空調防爆設計要點(diǎn)
　　
　　鑒于變頻空調的基本控制原理和基本結構，欲進(jìn)行完善的防爆技術(shù)設計和改造，整體防爆性能上要依據GB3836．15—20oO危險場(chǎng)所電氣安裝要求，綜合考慮使用環(huán)境和防爆規程，對空調外殼材質(zhì)及涂敷、防爆器件的安裝和接線(xiàn)、防爆場(chǎng)所電纜選型、防爆控制箱（盒）的選用、本安電路系統、接地系統幾個(gè)方面進(jìn)行*設計。防爆變頻空調局部零部件按照GB3836．1—2000、GB3836．2-2000、GB3836．4—20o0、GB3836．9--2000、GB3836．10__2000國家防爆標準要求，防爆技術(shù)改造應考慮如下lO個(gè)方面：①顯示板和遙控器；②室內外環(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室內電氣主控電路；④搖擺電機、室內外風(fēng)機；⑤電加熱器、輔助加熱帶；⑥電磁換向閥、電子膨脹閥；⑦壓力保護開(kāi)關(guān)；⑧室外電氣主控板；⑨模塊組；⑩調速壓縮機、風(fēng)機。這l0項防爆空調部件設計要點(diǎn)中除第⑨項外防爆設計和改造技術(shù)在之前的諸多關(guān)于非變頻防爆空調文獻已有較為詳盡的闡述并得以實(shí)際應用。但對于變頻防爆空調中隔爆型電氣控制箱內功率元件的散熱問(wèn)題仍屬于設計和改造難點(diǎn)，在此，采用一種新的散熱技術(shù)——熱管散熱技術(shù)來(lái)完善防爆變頻空調的技術(shù)和應用。
　　
　　3防爆變頻空調中熱管技術(shù)的應用
　　
　　室外壓縮機變頻核心部件II）M模塊等發(fā)熱元件及其散熱裝置原依靠風(fēng)道內風(fēng)機強制散熱，以求達到散熱效果。欲進(jìn)行防爆技術(shù)設計和改造，從隔爆技術(shù)理論考慮將該部分元件（包括壓縮機控制繼電器、電流檢測板和保護電路、風(fēng)機控制繼電器、室內外機通訊線(xiàn)路板、觸發(fā)板、嗍功率模塊）置于隔爆型電氣控制箱內。如此一來(lái)，存在整流和逆變等功率器件在正常運行中產(chǎn)生的熱量在箱內積累而出現可控硅過(guò)溫保護。因此，經(jīng)過(guò)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(wèn)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(wèn)題。
　　
　　3．1熱管技術(shù)原理
　　
　　熱管是一種具有高導熱性能的傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管殼內工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結來(lái)傳遞熱量。重力熱管原理如圖4所示，在密閉的管內先抽成真空，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，凝結為液體。冷凝液在重力的作用下，沿熱管內壁返回到受熱段，并再次受熱汽化，如此循環(huán)往復，連續不斷的將熱量由一端傳向另一端。
　　
　　由于是相變傳熱，因此熱管內熱阻很小，熱管的高導熱能力與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)數量級的熱量，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率，且結構簡(jiǎn)單，具有單向導熱的特點(diǎn)，特別是由于熱管的*機理，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，由于熱管內部一般抽成真空，工質(zhì)極易沸騰與蒸發(fā)，熱管啟動(dòng)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，根據用戶(hù)現場(chǎng)的條件，配以相應的流通結構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、結構緊湊、工作可靠、維護費用少等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　3．3熱管散熱器的計算選型
　　
　　本設計中以KFR一35變頻空調為例：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結合隔爆箱殼體本身的散熱功能，無(wú)需考慮隔爆箱內其它電氣元件的熱量積累。為此，為避免IPM模塊出現熱保護，并考慮裕量，進(jìn)行詳細計算，采用80w熱管散熱器可滿(mǎn)足散熱設計要求。
　　
　　3．4隔爆型控制箱的結構設計
　　
　　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安裝板，IPM模塊發(fā)熱元件安裝熱阻相對較小的鋁板過(guò)渡散熱器上，鋁板過(guò)渡散熱器后壁上嵌入熱管散熱器，鋁板過(guò)渡散熱器。這樣，變頻器功率元件產(chǎn)生的熱量就通過(guò)導熱硅脂一鋁板一熱管一散熱器散發(fā)出去。依據隔爆型電氣設備標準，對鋁板過(guò)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計圖紙和制作完成的熱管散熱器如圖5所示：
　　
　　變頻空調經(jīng)總裝完成后，經(jīng)過(guò)對空調機組的滿(mǎn)載試驗運行測試，測量環(huán)境氣溫35c時(shí)，隔爆箱內zui高溫度達到44℃，散熱器*散熱需要，達到設計要求?，F該產(chǎn)品已在用戶(hù)現場(chǎng)穩定運行。
　　
　　4防爆變頻空調的特點(diǎn)
　　
　　適用環(huán)境：有爆炸性氣體的ⅡA、ⅡB、ⅡC場(chǎng)所；適應負荷：自動(dòng)適應負荷的變化進(jìn)行自動(dòng)低速維持或自動(dòng)高速運轉；電壓適應：電網(wǎng)波動(dòng)較大，電網(wǎng)電壓較低時(shí)（150V）可照常運轉；節能效果：自動(dòng)以低速維持室溫基本恒定，避免壓縮機頻繁開(kāi)啟，節能30％左右。
　　
　　5結束語(yǔ)
　　
　　變頻空調的諸多優(yōu)點(diǎn)，兼防爆技術(shù)和熱管技術(shù)的設計改造和成功應用，*變頻空調在防爆領(lǐng)域應用的一項空白。隨著(zhù)熱管技術(shù)的應用和完善，甚至其他更為經(jīng)濟適用的散熱技術(shù)的發(fā)展，使變頻空調的防爆處理技術(shù)將更進(jìn)一步完善、可靠，將變頻空調這一節能產(chǎn)品在防爆領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。
　　
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