用于冷却制冷剂压缩机的电力电子器件的系统和方法与流程

用于冷却制冷剂压缩机的电力电子器件的系统和方法
1.相关申请
2.本技术要求2020年4月30日提交的美国临时申请no.63/017,796的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
3.本发明涉及制冷剂压缩机，并且尤其涉及这种压缩机的电力电子器件的冷却。


背景技术：

4.制冷剂压缩机被用于通过制冷剂回路在冷却器或热泵中循环制冷剂。除了压缩机之外，已知制冷剂回路包括冷凝器、膨胀装置和蒸发器。一些压缩机通过将制冷剂从主回路输送到马达和/或电力电子器件来为马达和/或相关联的电力电子器件提供冷却。


技术实现要素：

5.根据本发明的一个示例性方面的制冷系统尤其包括与冷凝器、蒸发器和压缩机连通的主制冷剂回路。该制冷系统还包括至少一个冷却线路，该冷却线路被设置为引导来自主制冷剂回路的制冷剂来冷却包含电子部件的腔室。
6.在另一实施例中，软启动电路包含在腔室内。
7.在另一实施例中，软启动电路被设置为在压缩机启动期间防止突然的电流。
8.在另一实施例中，绝缘栅双极晶体管(igbts)和硅控整流器(scr)也在腔室内。
9.在另一实施例中，直流-直流转换器也在腔室内。
10.在另一实施例中，软启动电路相对于地表面或压缩机所在的表面竖直布置在igbts上方。
11.在另一实施例中，所述至少一个冷却线路包括第一冷却线路，该第一冷却线路被设置为引导制冷剂来冷却igbts和scr。
12.在另一实施例中，第一冷却线路包括响应于来自控制器的指令而选择性地打开的机电操作阀，以及机电操作阀下游和igbts与scr二者上游的节流孔。
13.在另一实施例中，所述至少一个冷却线路包括第二冷却线路，该第二冷却线路被设置为选择性地引导制冷剂来冷却压缩机的马达。
14.在另一实施例中，所述至少一条冷却线路包括第三冷却线路，该第三冷却线路被设置为引导制冷剂来冷却软启动电路，并且第一冷却线路、第二冷却线路和第三冷却线路从公共源分开，使得第一冷却线路、第二冷却线路和第三冷却线路被布置成彼此平行。
15.在另一实施例中，公共源是主制冷剂回路。
16.在另一实施例中，第三冷却线路包括热交换单元。
17.在另一实施例中，热交换单元包括邻近鼓风机的蒸发器。
18.在进一步的实施例中，热交换单元包括翅片和盘管中的一者或两者。
19.在另一实施例中，在热交换单元的上游，第三冷却线路包括流量调节器。
20.在另一实施例中，流量调节器是电子膨胀阀(exv)，该电子膨胀阀响应于来自控制器的指令而选择性地打开，所述来自控制器的指令基于布置在腔室中的温度传感器的输出。
21.在另一实施例中，流量调节器是热力膨胀阀(txv)。
22.在另一实施例中，流量调节器由固定节流孔或毛细管之一提供。
23.在另一实施例中，制冷系统是供暖、通风与空调(hvac)冷却器系统。
24.根据本发明的一个示例性方面的方法尤其包括从主制冷剂回路引导制冷剂以冷却制冷剂压缩机的腔室，其中该腔室包含包括软启动电路的电子部件，该软启动电路被设置为防止制冷剂压缩机启动期间的突然的电流。
附图说明
25.图1示意性地示出了示例性制冷剂回路。
26.图2示意性地示出了示例性压缩机冷却布置。
27.图3是示例性压缩机的局部剖视图。
28.图4示意性地示出了用于软启动电路的冷却线路的第一示例性布置。
29.图5示意性地示出了用于软启动电路的冷却线路的第二示例性布置。
30.图6示意性地示出了用于软启动电路的冷却线路的第三示例性布置。
31.图7示意性地示出了冷却的第四示例性布置。
具体实施方式
32.图1示意性地示出了制冷冷却系统10。制冷系统10包括与一个或多个压缩机14、冷凝器16、蒸发器18和膨胀装置20连通的主制冷剂回路或电路12。该制冷系统10可用于例如冷却器或热泵中。虽然示出了制冷系统10的特定示例，但是本发明延伸至其他制冷系统设置。例如，主制冷剂回路12可以包括冷凝器16下游和膨胀装置20上游的节热器。例如，制冷冷却系统10可以是空调系统。
33.图2示意性地示出了用于压缩机14和相关联的电力电子器件的示例性冷却布置。示例性压缩机14是两级离心式压缩机，其包括位于第二叶轮24上游的第一叶轮22。在其他实施例中，可以使用其他多级压缩机。每个叶轮22、24可以包括叶轮和护罩布置或另一种类型的布置。叶轮22、24由马达26驱动。
34.压缩机14可以由来自主制冷剂回路12(图1)的制冷剂源30冷却。在该示例中，制冷剂源30被设置为冷却压缩机14的马达26和相关联的电力电子器件。电力电子器件示意性地以32示出，并且包括绝缘栅双极晶体管(igbts)及其相关联的驱动器和信号调节电路34、硅控整流器(scr)36、以及软启动电路38。除了其他可能的电子部件之外，电力电子器件32还可以包括直流-直流转换器。软启动电路38被设置为防止压缩机14启动期间的突然的电流，并且特别地，被设置为通过使压缩机启动期间的过量的电流最小化来减慢输出电压的上升速率。
35.参考图3，软启动电路38可以相对于地表面或压缩机14所在的表面竖直布置在igbts 34的上方。软启动电路38可被布置在包含电力电子器件32的腔室40的顶部，该腔室的顶部可被称为顶腔室。在一个示例中，腔室40是压缩机14的一部分。相对于现有设计，本
发明为腔室40的顶部并且特别是为软启动电路38提供了额外的冷却。腔室40的顶部还可以包括与igbts 34相关联的驱动器和/或信号调节电路，并且还可以包括直流-直流转换器。在这种情况下，本发明还为这些部件提供了额外的冷却。
36.参考图2，第一冷却线路42从主制冷剂回路12抽取冷却流体，以冷却igbts 34和scr 36。第一冷却线路42包括机电操作阀44(例如电磁阀)和节流孔46。机电操作阀44可以响应来自控制器48的指令选择性地打开和关闭。机电操作阀44位于节流孔46的上游，节流孔46位于igbts 34和scr 36二者的上游。在igbts 34和scr 36的下游，第一冷却线路42被设置为在压缩机14入口附近将制冷剂返回到主制冷剂回路12。
37.在图2中两个位置处示意性示出的控制器48可以用可执行指令编程以接合和操作压缩机14的各种部件。控制器48被设置为接收来自压缩机14的信息，并被设置为解释该信息并向压缩机14的各种部件发出命令。控制器48可以包括硬件和软件。此外，控制器48可另外包括用于执行压缩机14的各种控制策略和模式的处理单元和非暂时性存储器。
38.第二冷却线路50被设置为选择性地引导来自源30的制冷剂来冷却马达26。第二冷却线路50包括响应于来自控制器48的指令而选择性地打开和关闭的机电操作阀52。第二冷却线路50也包括节流孔54。机电操作阀52位于节流孔54的上游，节流孔54位于马达26的上游。在马达26的下游，第二冷却线路50在压缩机14入口附近将制冷剂返回到主制冷剂回路12。
39.第三冷却线路56被设置为引导来自源30的制冷剂以冷却软启动电路38和/或与igbts 34和/或直流-直流转换器相关联的驱动器/信号调节电路。第三冷却线路56包括热交换单元58，该热交换单元在一个示例中是布置在鼓风机或风扇60附近的蒸发器。热交换单元58可以包括翅片和/或盘管。在吹过热交换单元58的空气和热交换单元58内的制冷剂之间进行热交换，使得在腔室40的顶部内循环的空气基本上是冷的。这样，实现了腔室40顶部内部的电子器件的增强冷却。
40.在热交换单元58的上游，第三冷却线路56包括流量调节器62。流量调节器62可以是电子膨胀阀(exv)、热力膨胀阀(txv)或固定节流孔或毛细管。
41.在流量调节器62是exv的示例中，能够主动控制顶部腔室(即，邻近软启动电路38且在igbts 34上方的腔室40的部分)的温度。具体地，温度传感器t(图2和图3)邻近顶部腔室定位并被设置为产生信号，该信号能够被控制器48解释为腔室40顶部的温度。控制器48能够使用来自温度传感器t的信号来实时调节exv的位置，以调节软启动电路38的温度。
42.在流量调节器62是txv的示例中，也能够使用txv主动控制顶部腔室的温度。在该示例中，在没有控制器48的情况下，通过预设值在txv自身内实现温度的主动控制。
43.可选地，对于较低成本的选择，当流量调节器62是固定节流孔或毛细管时，通过第三冷却线路56的流量被被动控制。在该示例中，没有温度传感器t。
44.在另一示例中，热交换单元58直接安装在压缩机14的主壳体的一部分上。主壳体提供了冷却散热片(cold sink)来吸收顶盖腔室中的热量。在该选项中，没有冷却剂流向热交换单元58。
45.在热交换单元58的下游，第三冷却线路56在低压位置处将制冷剂返回到主制冷剂回路12。作为示例，示例位置包括抽吸返回处、沿着第一冷却线路42在scr 36下游的位置、沿着第二冷却线路50在节流孔54下游和马达26上游或下游的位置、或者级间返回处。
46.另外的示例包括沿着第一冷却线路42在igbt热交换单元64上游位置处(图4)、沿着第一冷却线路42在igbt热交换单元64下游位置处(图5)、或者沿着第二冷却线路50在马达冷却回路66下游和轴承/转子冷却回路68上游(图6)。在图7所示的另一示例性布置中，第一冷却线路42包括位于马达冷却回路66上游的igbt热交换单元64。在该示例中，在马达冷却回路66下游和轴承/转子冷却回路68上游的位置处第三冷却线路56与第一冷却线路42汇合。此外，在该示例中，因为阀44与固定节流孔46相关联，所以机电阀70平行于阀44和节流孔46布置(图2)。阀70能够被打开以允许流量绕过阀44和节流孔46，从而允许额外的流量进入系统，这在通过阀44和节流孔46的流量相对较低的情况下是有用的。根据特定的应用，每个选项都可能具有例如易于集成的优势，和/或例如流量匹配的挑战。此外，图4至图7是高度示意性的且仅示出了某些部件。作为示例，与阀42、52相关联的节流孔46、54没有在图4至图7中示出，但是基本上如图2中所示地存在和布置。
47.应该理解的是，在上文中使用的诸如“上”和“顶”的方向术语是以压缩机14相对于安装压缩机14的表面(即地表面或地板表面)的正常运行姿态为参考。此外，这些术语在这里是为了解释的目的而使用的，而不应该被认为是限制性的。诸如“通常”、“基本上”和“大约”的术语不是无边界的术语，并且应该与本领域技术人员解释这些术语的方式相一致。
48.尽管不同的示例具有图示中所示的特定部件，但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以将一个示例中的一些部件或特征与另一个示例中的特征或部件结合使用。此外，伴随本发明的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或缩小以示出特定部件或布置的某些细节。
49.本领域普通技术人员应当理解，上述实施例是示例性的而非限制性的。也就是说，对本发明的修改应当落入权利要求的范围内。因此，应该研究下面的权利要求来确定这些权利要求的真实范围和内容。