CN1266978A - 用以冷却制冷压缩机驱动装置动力电子器件的设备 - Google Patents

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Abstract

用以冷却变频驱动装置动力电子器件的设备,该变频驱动装置用于一制冷***压缩机的电动机。该电子器件安装在一散热片上,来自该***冷凝器的制冷剂借助于一流通管路通过该散热片,并且返回到该***的低压侧。一控制阀安装在流通管中,它调节通过管路的制冷剂,使散热片冷却,以将该电子器件的温度保持在需要的范围之内。

Description

用以冷却制冷压缩机驱动装置动力电子器件的设备
本发明涉及用以冷却与制冷压缩机相关的变频驱动装置的电子器件的方法和设备。
使用在许多制冷***中的压缩机通常需要对压缩机的电动机速度进行严密的控制，以在变化的负荷条件下将该***保持在需要的限定范围内。因此压缩机装配有变频驱动装置(VFD)，变频驱动装置包含有绝缘栅双极晶体管形式的动力电子器件，该电子器件可能会过热，因此需要冷却。给这些电子器件提供冷却、通常所能接受的方法是将晶体管安装在一散热片上，并且通过在散热片内部或周围循环散热剂，从而将热量从散热片上带走。散热片和冷却***的性能成了决定VFD容量的主要因素。
散热片通常是相对较大的块状材料的形式，它具有很好的热传导和热惯性性能。一流通通道形成在块状物中，散热剂通过该通道循环，它吸收了过多的热量且将其带出***。
用水来冷却VFD散热片已被证明是冷却VFD晶体管的一种满意的方法，但是，水冷却难以控制，并且散热片温度有时会超出需要的运行范围。这又会产生VFD电子器件的过热和阻碍制冷***的运作。此外，水冷却回路需要额外的水控制构件，例如水泵、热交换器及需要将热量从晶体管传送到外部环境的此类装置。此类冷却装置一般较为复杂、成本高且需要很大的安装空间。
因此本发明的一个基本目的是改进制冷***。
一种闭合回路制冷***可以达到该目的，该***具有通过制冷管路串联连接的一冷凝器、一蒸发器和一压缩机及位于一个制冷管路中用来调节在冷凝器和蒸发器之间从高压流向低压的制冷剂的一膨胀器。一变频驱动装置与压缩机相连，它包含有会产生热量的绝缘栅双极晶体管形式的电子器件，该电子器件需要加以冷却。该电子器件与较好热传导性能的块状材料安装成具有热传导关系。该块状材料作为散热片将热量从动力电子器件上带走。设置了一流通回路，以将制冷剂从***的冷凝器通过散热片传送到***压缩机的入口。一膨胀阀安装在流通回路中，它控制在回路中流动的制冷剂的膨胀，由此给散热片和其上的电子器件提供冷却。
为了更好地理解本发明的这些和其他目的，结合附图，参见以下本发明的详尽描述，在附图中：
图1是结合本发明的一制冷***的示意图；
图2是涉及本发明又一实施例的与图1类似的示意图；
图3仍然是涉及本发明又一实施例的示意图；
图4是本发明另一实施例的示意图；以及
图5是适于使用在本发明实践中的一温度膨胀控制阀的放大后的侧视图。
首先参见图1，它简要示出了以10标示的一制冷***，该***利用了卡诺制冷循环，该循环具有可操作地连接到各种***构件上的一系列制冷管路12。该***还具有通过一制冷管路12连接到一压缩机15出口侧的一冷凝器13。而该冷凝器又与一蒸发器17相串联，蒸发器17的出口借助于一制冷管路连接到该压缩机的入口侧，以完成该***的回路。一膨胀器20安装在冷凝器和蒸发器之间的制冷管路上，它将从冷凝器出来的高压制冷剂通过膨胀而使其成为低温低压。膨胀器可以是此类装置中的任何一种，例如本领域中众所周知和使用的节流阀或毛细管。
需要冷却的物质流经与低温制冷剂有热传递关系的蒸发器。在冷却过程中吸收了热量的制冷剂在一相当低的压力下被蒸发，而后制冷剂蒸汽被传送到压缩机入口，以通过该***再次循环。
该压缩机的电动机装配有控制发动机速度的变频驱动装置(VFD)25。该装置以虚线示出在图1中。在该领域中众所周知，VFD一般容纳有需要冷却的动力电子器件，以使驱动装置能在该***运行范围中的最优条件下运作。在实践中，需要冷却的电子器件通常是图中以27简要示出的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。如上所述，迄今该电子器件是通过将其与一散热片放置成热传递关系和循环冷却水进行冷却的。此类冷却***相当复杂，需要较大的空间，且难以控制。
如图1所示，VFD的电子器件直接安装在一散热片30上，散热片30形成了在此所说的VFD蒸发器29的一部分。该散热片是用具有较高热传导系数的块状材料构造，因此该电子器件所产生的热能被快速传递走且吸入到散热片中。一内部流通通道32安装该块状材料中。该通道沿一弯曲路径通过该块状材料，以提供通道和散热片之间最大的接触面。在实践中，该流通通道可以是嵌入散热片中的一段铜管或者类似物，并且它具有一入口33和一出口34。
内部流通通道的入口33通过一供给管36连接在该***冷凝器的制冷剂出口35上。而该流通通道的出口通过一排放管39连接在压缩机入口上。以40标示的一控制阀容纳在供给管中，通过控制阀，制冷剂从较高的冷凝器压力调节到一较低的压力，由此给散热片提供低温的制冷剂来冷却该电子器件。
控制阀40的细节示出在图5中。该阀具有嵌入散热片中的一探测头42，探测头42尽可能地接近该电子器件，以最佳地测定运行温度。该阀可以是能对探测头所感应的温度作出响应的一温控阀，或者是能对散热片中温度变化所导致的在探测头处的压力变化作出响应的一温度膨胀阀。在本实施例中，该阀是一个温度膨胀阀，它具有安装在壳体44内部的一横隔膜43。依据散热片的温度，球状测头的压力有所变化，随之设定了横隔膜的上侧腔体45上的压力。横隔膜下侧腔体46上的压力由一预设的可调节弹簧47和一均压端口49来决定，均压端口49在腔体的低压侧和阀门体50的低压侧之间延伸。横过该阀的横隔膜的压力平衡使阀门体定位在阀通道中，由此控制提供给散热片的冷却量。较佳地，将散热片的温度控制在90°F至140°F的范围内。
从以上公开可以看出，带有内部流通通道的散热片可作为用于VFD的制冷剂蒸发器，通过利用制冷循环给电子器件提供严密控制的冷却，以从VFD中除去热量。可以看出，传递到VFD蒸发器中制冷剂的热量被该***的压缩机传导至该***的冷凝器，在那里，热量被排放到冷凝器冷却回路中。
图2描述的是本发明的另一实施例，其中相同的构件用图1中相同的标号来标示。在本发明的该实施例中，VFD蒸发器的排放管39连接到***蒸发器17中，且与流经该蒸发器进行处理的制冷剂结合在一起。所示的阀探测头42安装在VFD蒸发器的排放管上，而不是嵌入在散热片中。该探测头将温度信息反馈给控制阀40，而控制阀40根据所感应的制冷剂温度来设定阀门体的位置，从而将散热片的温度保持在冷却电子器件需要的运行范围之内。
现参见图3，所示的仍然是本发明的另一实施例，其中相同的标号再次用来标示与以上相同的构件。在本发明的该另一实施例中，控制阀40安装在VFD蒸发器29的排放管中，在此情况下，控制阀40直接连接在压缩机入口处。但是，如上所述，排放管也可以直接连接在该***上。温度探测头42嵌入VFD蒸发器的散热片30中，且给控制阀提供相关的温度信息。一般从***冷凝器出来的制冷剂的温度低于140°F，因此分流入VFD蒸发器的制冷剂很好地处在冷却电子器件所需的散热片温度范围之内。
图4所示的仍然是本发明的另一实施例，其中相同的标号再次用来标示与以上相同的构件。在本发明的该实施例中，从***冷凝器出来的制冷剂的一部分通过温控阀40膨胀进入VFD蒸发器29中。温度探测头42还是嵌在散热片30中，且给微处理器50相关温度信息，微处理器50编有处理数据的程序，且给控制阀发出控制信号。其他***相关信息也可以送给微处理器，再经微处理器处理后达到需要的阀设定值，以在***总体性能消耗最小的条件下给电子器件提供冷却。
从以上的公开可证实，本发明是对制冷压缩机的变频驱动装置的动力电子器件加以冷却的一种简单有效的解决办法。本***消除了传统的水冷却***的复杂性，并且易于安装，且更能够控制冷却过程。因为其有效性，本***允许比已有技术中当前使用在一制冷***的压缩机驱动装置中的那些器件容量更大的电子器件的更为广泛的应用。

Claims (16)

1.一种用于变频驱动装置的动力电子器件的冷却设备，所述变频驱动装置用以控制一制冷***中的压缩机的电动机，其特征在于：
一制冷***，该***还具有通过制冷管路串联连接的一压缩机、一冷凝器和一蒸发器及位于其中一个所述制冷管路中来调节在冷凝器和蒸发器之间流动的制冷剂的一膨胀器，
连接在压缩机的电动机上的一变频驱动装置，所述驱动装置包含有需要冷却的动力电子器件，
使制冷剂的一部分从***冷凝器分流至压缩机入口的一个回路，
安装在所述回路中一变频驱动蒸发器，所述蒸发器与所述变频驱动装置的电子器件存在热传导关系；
所述回路中的一控制阀，所述控制阀用以膨胀制冷剂，使其通过所述回路从***冷凝器处的压力达到压缩机入口处的压力，由此冷却所述电子器件。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述变频驱动蒸发器具有一散热片，所述散热片用具有较高热传导系数的块状材料制成，所述流通通道穿过所述块状材料，其中，所述动力电子器件与所述散热片安装成具有热传导关系。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还具有一温度探测头，所述探测头给所述阀提供相关的散热片温度信息，由此所述阀响应所感应到的温度而打开或闭合。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述温度探测头嵌响应在所述散热片中。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述探测头安装在所述流通回路中的散热片的下游。
6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制阀是一温度膨胀阀，并且还具有能依据散热片的温度给所述阀提供压力信息的一温度探测头。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述探测头嵌在所述散热片中。
8.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制阀位于所述散热片的上游侧。
9.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制阀位于所述散热片的下游侧。
10.如权利要求3所述的设备，其特征在于，还具有一微处理器，该微处理器被设置为可接受所述探测头的输入数据且给所述阀提供一输出控制信号，以将散热片温度保持在需要的温度范围之内。
11.一种冷却变频驱动装置(VFD)的动力电子器件的方法，所述变频驱动装置用以控制一制冷***中的压缩机的电动机，其特征在于：
将VFD的动力电子器件安装成与一散热片具有热传导关系，
使从制冷冷凝器输出的制冷剂与散热片具有热传导关系，
将从冷凝器输出的制冷剂加以膨胀，使其压力下降至一低压，以使散热片温度保持在需要的范围之内。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：使从所述散热片出来的制冷剂进入到***压缩机的入口中。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：使从所述散热片出来的制冷剂进入到***蒸发器中。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：在使所述制冷剂与所述散热片具有热传导关系之前，使所述制冷剂通过一控制阀，从而使其膨胀。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：感应所述散热片的温度，且依据所述感应到的温度来定位所述控制阀。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：感应所述散热片的温度，将感应到的温度数据提供给一微处理器进行处理，所述微处理器给所述控制阀提供一输出信号，以将所述散热片的温度保持在需要的范围之内。
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