具有电子装置冷却系统的压缩机组件及方法

专利名称：具有电子装置冷却系统的压缩机组件及方法
技术领域：
本公开涉及一种利用制冷剂来冷却系统的电子装置的压缩机系统。
背景技术：
本节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，但可能不构成现有技术。压缩机可利用电子装置来控制压缩机马达。这些电子装置可从外部安装于压缩机外机壳并用于例如通过改变马达速度而调整压缩机的负载量。然而在操作期间，这些电子 装置会产生热量。如果产生的热量过多，电子装置会过热。

发明内容
本公开提供了一种包括压缩机的系统，其中压缩机具有用于接收低压制冷剂的进 入侧和用于分送高压制冷剂的排出侧。一对热交换器与压缩机连通，并且热交换器之间设 有膨胀阀。温度传感器检测通过系统的低压制冷剂的温度，并且冷却设备接收低压制冷剂。 电子模块邻近冷却设备，与温度传感器通信并基于低压制冷剂的温度来控制膨胀阀从而控 制通过冷却设备的低压制冷剂的量。在上述系统中，所述电子模块控制所述低压制冷剂的液体干涸点(LDOP)。此外，所述电子模块还控制所述低压制冷剂的过热。在上述系统中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下降，则所述电子 模块使所述膨胀阀减少允许到达所述热交换器中的一个的制冷剂的量。如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度升高，则所述电子模块使所述膨胀 阀增加允许到达热交换器中的一个的制冷剂的量。所述温度传感器邻近所述冷却设备设置。可替代地，所述温度传感器可设置在所述冷却设备的入口处。 在又一可替代方式中，所述温度传感器设置在所述冷却设备的入口的下游。所述冷却设备可包括冷板，所述冷板具有用于输送所述低压制冷剂的多个通路。另外，所述压缩机可以是变速压缩机。另外，所述电子模块可包括逆变器。本公开还提供一种用于输送制冷剂的空调系统或热泵系统的压缩机。所述压缩机 包括机壳，其包括用于接收低压制冷剂的吸入管路和用于分送高压制冷剂的排出管路。电 子模块靠近所述机壳，冷却设备靠近所述电子模块并利用所述低压制冷剂来冷却所述电子 模块。温度传感器邻近所述冷却设备，与所述电子模块通信并用于检测所述低压制冷剂的温度。在上述压缩机中，所述冷却设备可包括冷板，所述冷板具有用于输送所述低压制 冷剂的多个通路。另外，所述传感器可位于通往所述冷却设备的入口处。可替代地，所述温度传感器可设置在所述冷却设备的入口的下游。
在上述压缩机中，所述电子模块控制通过所述冷却设备的所述制冷剂量。如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下降，则所述电子模块减少通过所述冷却设备的低压制冷剂的量。如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度升高，则所述电子模块增加通过所 述冷却设备的低压制冷剂的量。所述电子模块还控制所述制冷剂的液体干涸点(LDOP)。另外，所述电子模块控制所述低压制冷剂的过热。而且，所述电子模块可改变所述压缩机的速度。此外，所述电子模块可包括逆变器。本公开还提供了一种包括利用与电子模块通信的温度传感器检测低压制冷剂的 温度的方法。所述电子模块基于所述温度控制所述低压制冷剂的流量，并且利用所述低压 制冷剂冷却所述电子模块。在所述方法中，通过控制所述流量而控制所述低压制冷剂的液体干涸点(LDOP)。而且，通过控制所述LDOP而控制所述低压制冷剂的过热。如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下降，则所述电子模块减少所述低 压制冷剂的流量。如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度升高，则所述电子模块增加所述低 压制冷剂的流量。 另外，所述电子模块可包括逆变器。所述方法还可包括利用变速压缩机压缩制冷剂。本公开还提供了一种系统，所述系统包括压缩机，其排放高压制冷剂。一对热交换 器与所述压缩机连通。膨胀阀设置在所述热交换器之间并将所述高压制冷剂转换成低压制 冷剂，电子模块控制所述膨胀阀。温度传感器与所述模块通信，用于检测所述低压制冷剂的 温度。冷却设备邻近所述温度传感器，用于利用所述低压制冷剂冷却所述模块。其中，如果 所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下降，则所述电子模块使所述膨胀阀减少允许从 中通过的低压制冷剂的量；并且，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度升高，所述 电子模块使所述膨胀阀增加允许从中通过的低压制冷剂的量。在以上系统中，通过利用所述膨胀阀增加和减少所述制冷剂而控制所述制冷剂的 液体干涸点(LDOP)。另外，通过控制所述LDOP而控制所述低压制冷剂的过热。在所述系统中，所述传感器可设置在所述冷却设备的入口处。可替代地，所述传感器可设置在所述冷却设备的入口的下游。在所述系统中，所述压缩机可为变速压缩机。另外，所述电子模块可包括逆变器。从本文提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。应当理解，这些描述及具体示 例仅用于说明的目的而非意在限制本公开的范围。


在此描述的附图仅用于说明而非意在以任何方式限制本公开的范围。
图1是空调或热泵系统的示意图；图2是压缩机及其具有冷却装置的相应的电子模块的立体图；图3是空调或热泵系统中的导管的剖视图，示出了制冷剂由液相到气相的转变。
具体实施例方式以下描述本质上仅是示例性的而非意在限制本发明的公开、应用或用途。应当理 解，附图中自始至终，对应的附图标记指相同或对应的部件和特征。图1是空调或热泵系统10的示意图。空调或热泵系统10 —般可包括压缩机12、 冷凝器14以及蒸发器16。在冷凝器14与蒸发器16之间可设置膨胀阀18。空调或热泵系 统10还可设有换向阀20，吸入和排出管路22和24分别穿过换向阀20。换向阀20使系统 10能够操作为制冷系统或热泵。无论系统10是操作为制冷系统还是热泵，压缩机12都在 吸入侧接收低压制冷剂并在排出侧分送高压制冷剂。当操作为制冷系统时，系统10利用制冷剂蒸发的冷却效应来降低靠近一个热交 换器(即，蒸发器16)的围绕物的温度，并且利用高温高压气体的加热效应来提高靠近另一 个热交换器(即，冷凝器14)的围绕物的温度。这通常通过将加压制冷剂(通常为液相) 释放到低压区域从而使制冷剂膨胀成为液体和蒸汽的低温混合物而实现。通常，该低压区 域包括用作蒸发器并且可形成于蒸发器16中的盘管(未示出)。一旦处于蒸发器盘管中， 制冷剂混合物会与盘管的管道系统进行热交换，盘管的管道系统又与待冷却区域的高温环 境空气进行热交换。制冷剂由液体到气体的蒸发从环境空气吸热并由此冷却环境空气。制冷剂向低压蒸发器盘管中的释放通常由膨胀阀18定量。如今有各式各样不同 类型的膨胀阀投入使用，范围从简单的不可调式毛细管或孔口到诸如脉冲宽度调制阀和步 进电机阀等可电调节的阀。蒸发器16的输出端处的制冷剂通过压缩机12压缩回到高压状态并通过冷凝器14 冷凝成液相，使其能够再次使用。在某些系统中，压缩机12可以是变速或变容量的，这样压 缩机12也控制制冷剂流过限流孔的速率。为了以变速或变容量操作压缩机12，压缩机12 可包括包含电子逆变器的电子模块26。电子逆变器还可称为变频驱动器(VFD)，其从电源接收电力并将电力传送至压缩 机12。通过调制传送到压缩机12的电动马达的电力频率，逆变器可由此调制并控制压缩 机12的速度进而调制并控制其容量。为了调制电力频率，逆变器可包括调制电力频率的固 态电子装置。通常，逆变器更具体地包括转换器，其将输入的电力从AC(交流电)转换成 DC(直流电)，然后逆变器再将电力从DC转回处于期望频率的AC。图2示出了其上装有电子模块26的示例性压缩机12。电子模块26包括电器外罩 或壳体28，其容置诸如控制模块30等各种电子部件。控制模块30 (诸如受让人的美国专利 No. 6，302，654，在此将其全文以参引的方式结合进来)可控制压缩机容量或监测压缩机的 操作状况。控制模块30 —般可包括控制块、微处理器、存储器模数转换器、通信接口、上述逆 变器以及多个端子，所述端子连接于监测压缩机参数的不同传感器。包括处理电路的控制 块可控制压缩机容量。模数转换器可用于将由不同传感器发送的模拟信号在输入控制模块 30之前转换成数字信号。通信接口可提供从外源或服务器通过例如互联网或局域网连接而与控制块进行的通信。电子模块26还可容置压缩机保护或诊断系统，其可包括诸如上述那样的控制器 30和电力中断系统(未示出)。诊断系统可包括多个传感器，并通过接收和分析马达、压缩 机以及系统的参数来诊断操作状况。另外，诊断数据可用于控制基于由传感器检测到的系 统状况而进行的压缩机调制。受让人的提交于2005年2月16日的共有美国专利申请序列 号No. 11/059，646、以及美国专利No. 6，615，594中描述了一种示例性压缩机保护和控制诊 断系统，在此将它们的全文以参引的方式结合进来。当系统10操作时，电子模块26的部件会产生热量。然而，随着越来越多的热量产 生，电子模块26的部件(例如，逆变器部件)会过热并使系统10或者停工或降低容量直至 部件冷却，或者部件不能正确操作从而使系统10出错或故障。为了减小电子模块26的部 件会因过热而故障的可能性，可以采取措施来冷却电子模块。再次参见图2，冷却设备50可安装至电子模块26以冷却电子模块26。冷却设备 50可为冷板，其可包括大体平面的构件52，该平面构件52包括多个通道54。通道54构造 成支承其中输送制冷剂的管状组件56。通过管状组件56和平面构件52的制冷剂吸收由 电子模块26产生的、从电子组件26传递至平面构件52的热量。通过这种方式，由电子模 块26产生的热量可有效传递至流过冷却设备50的制冷剂(S卩，吸入气体)从而冷却电子 模块26。在系统10的吸入管路60内、冷却设备50的入口 58处可设置有温度传感器62。 尽管在图2中温度传感器62被示为设置在入口 58处的上游，但是本公开并不局限于此。 而是说，温度传感器62可设置在入口 58的上游、邻近入口 58或位于冷却设备50内的入口 58的下游。无论如何，温度传感器62感测吸入管路60的制冷剂的温度——该温度表明制 冷剂进入冷却设备50之前或之后的状况，并将吸入管路60中的制冷剂的温度通信至电子 模块26。由温度传感器62检测并通信至电子模块26的制冷剂温度的波动可用于控制膨胀 阀18以增大或减小进入蒸发器16的制冷剂的量。也就是说，电子模块26还与膨胀阀18 通信以控制经膨胀阀18进入蒸发器16的制冷剂的量。通过基于由温度传感器62检测的 制冷剂温度而控制膨胀阀18，可以控制进入蒸发器16的制冷剂的量，从而提高冷却设备50 对电子模块26的冷却效果。而且，通过控制膨胀阀18，可以控制系统10中的制冷剂的液体干涸点(LD0P)。 LD0P在受让人的美国专利No. 5，502，970中进行了描述，在此将其全文通过参引结合进来。 LD0P以这样的原理操作随着制冷剂在蒸发器16的盘管64中获得热量，制冷剂的流型逐 渐发展并最终完成从液体到蒸汽的相变。参见图3，示出了蒸发器16的蒸发器盘管64的截 面。具体地，以放大的形式示出了盘管64的邻近出口端的部分，以便示出制冷剂的状态是 如何随不断吸热而变化的。在区域a中，制冷剂主要处于液相，其中制冷剂的一些悬浮气泡处于气相。如图所 示，气泡倾向于沿盘管的顶部流动。随着不断吸热，制冷剂逐渐呈现出区域b中所示的制冷 剂流。在区域b中，如图所示，子弹形气泡形成并倾向于沿盘管的顶部移动。随着制冷剂流前进到区域c，制冷剂进入分层流态，其特征在于液态制冷剂沿盘管 的底部流动而气态制冷剂沿顶部流动。随着制冷剂进一步吸收热能，液态制冷剂发展出区 域d中所示的波浪。这些波浪通过多蒸汽的制冷剂的增大的速度而形成在液/气界面上。
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接着，如在区域e中示出的，发展成段塞流态。液态制冷剂和波浪长大到足以触及 盘管的上表面，大的多泡的液体段塞中散布有分层液体流区域。最终，在区域f 中，几乎全 部制冷剂都处于气相并且制冷剂流变成环型。液态制冷剂粘附于盘管侧壁，其中由于重力 作用在盘管底部存在较大量的液态制冷剂。当粘附于侧壁的液相基本上消失时出现LD0P或“耗尽”点。LD0P大致在图3中的 区域g处被示出。但是，当系统10操作时，LD0P的确切位置会随机或不规律地来回(即， 图3中左右)移动。利用LD0P理念，将传感器62设置在临近冷却设备50的入口 58的位置处，使得如 果极小量液态制冷剂前进到传感器62的位置(即，LD0P向传感器62的下游朝冷却设备50 移动)，那么传感器62可检测到温度突变(因为液态制冷剂的温度一般低于气态制冷剂)。 如果这种温度变化由传感器62检测到并通信到电子模块26，那么电子模块26会与膨胀阀 18通信以减少流到蒸发器16的制冷剂量。减少流到蒸发器16的制冷剂量可使LD0P向传 感器62的上游移动。相反，当传感器62检测到的制冷剂温度升高从而表明LD0P在传感器62的上游 时，电子模块26可控制膨胀阀18以增大流到蒸发器16的制冷剂流量从而使LD0P向下游 朝传感器62回移。通过这种方式，可通过控制膨胀阀18而通过蒸发器16来控制制冷剂流 量从而控制LD0P。通过控制LD0P使得LD0P基本上在传感器62的位置处，可尽量减少进入 冷却设备50的液态制冷剂的量。基于LD0P的波动来控制膨胀阀18还允许使制冷剂的过热最小化，这样提高了蒸 发器16的热交换表面的性能。这又使蒸发器16的尺寸能够最小化。而且，由于制冷剂的 过热最小化，因此可以实现对电子模块26的较低温冷却。与如常规制冷系统中采用的使用 冷凝液相比，这种对电子模块36的较低温冷却可使得电子装置成本较低。另外，控制膨胀 阀18使得LD0P停留在冷却设备50上游使得电子模块26经受的温度波动最小化。此外，由于能够根据压缩机12的操作而冷却电子模块26，所以可将在电子模块26 和冷却设备50上可能形成的冷凝保持最小化。也就是说，当压缩机12的容量增大时，能够 控制膨胀阀18的操作以使进入蒸发器16和冷却设备50以冷却电子模块26的制冷剂的量 最大化。利用LD0P还使得能够将冷却设备50的尺寸构造成能够通过确保较低的固态电子 部件(未示出)结点温度(junction temperature)而使电子模块26最小化。系统10使 用的电子模块26可具有最大额定电流由其结点温度TJ限制的电子部件。通常TJ不应超 过160摄氏度，并且一般地，对于给定的固态包装外壳温度Tc，TJ为大约150摄氏度。外壳 温度影响固态开关的最大额定电流。例如，固态开关在Tc为25摄氏度的额定值可为60安 培而在Tc为100摄氏度的额定值为30安培。这种额定电流差异源于固态开关与其包装的 连结处的热阻。仅利用与包装外壳接触的典型热沉(heat sink)上的空气的强制对流，在全额定 电流时也不能获得25摄氏度的Tc，更不用说使用自然对流。但是，采用这些方法较容易得 到100摄氏度的Tc，因此利用与包装外壳接触的热沉上的空气的强制对流和自然对流一般 能够实现大约30安培的额定电流。然而，通过使用制冷剂冷却并通过控制膨胀阀18而控 制LD0P，冷却设备50在电子模块26和壳体28上可表现出的冷却量可将额定电流扩大到大
9约39安培(即，提高百分之三十)。也就是说，冷却设备50——其基于控制LD0P而具有从 中通过的气态制冷剂——造成较低的电子部件结点温度，这使得固态开关、进而使得电子 模块26能够以较高的额定电流工作。因为可以这种方式提高额定电流，所以，可降低运行 系统10的成本，并且还可降低用于电子模块26的电子装置的成本。
以上描述实质上仅是示例性的，因此不背离本公开主旨的变型应当认为是在本教 示的范围内。这种变型不应当看作背离本教示的精神和范围。
权利要求
一种系统，包括压缩机，其具有用于接收低压制冷剂的吸入侧和用于分送高压制冷剂的排出侧；一对热交换器，其与所述压缩机连通；膨胀阀，其设置在所述热交换器之间；温度传感器，其用于检测通过所述系统的所述低压制冷剂的温度；冷却设备，其用于接收所述低压制冷剂；以及电子模块，其邻近所述冷却设备，与所述温度传感器通信，并基于所述低压制冷剂的所述温度来控制所述膨胀阀从而控制通过所述冷却设备的所述低压制冷剂的量。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电子模块控制所述低压制冷剂的液体干涸点 (LDOP) ο
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述电子模块控制所述低压制冷剂的过热。
4.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下 降，则所述电子模块使所述膨胀阀减少允许到达所述热交换器中的一个的制冷剂的量。
5.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述传感器检测到所述制冷剂的温度升高，则 所述电子模块使所述膨胀阀增加允许到达所述热交换器中的一个的制冷剂的量。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器邻近所述冷却设备设置。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器设置在所述冷却设备的入口处。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度传感器设置在所述冷却设备的入口的下游。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述冷却设备包括冷板，所述冷板具有用于输送所 述低压制冷剂的多个通路。
10.一种用于输送制冷剂的空调系统或热泵系统的压缩机，包括机壳，其包括用于接收低压制冷剂的吸入管路和用于分送高压制冷剂的排出管路；靠近所述机壳的电子模块；靠近所述电子装置的冷却设备，所述冷却设备利用所述低压制冷剂来冷却所述电子模 块；以及邻近所述冷却设备的温度传感器，所述温度传感器与所述电子模块通信并用于检测所 述低压制冷剂的温度。
11.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述冷却设备包括冷板，所述冷板具有用于输 送所述低压制冷剂的多个通路。
12.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述传感器位于通往所述冷却设备的入口处。
13.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述温度传感器设置在所述冷却设备的入口 的下游。
14.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述电子模块控制通过所述冷却设备的所述 制冷剂的量。
15.如权利要求14所述的压缩机，其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温 度下降，则所述电子模块减少通过所述冷却设备的低压制冷剂的量。
16.如权利要求14所述的压缩机，其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温 度升高，则所述电子模块增加通过所述冷却设备的低压制冷剂的量。
17.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述电子模块控制所述制冷剂的液体干涸点 (LDOP) ο
18.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述电子模块控制所述低压制冷剂的过热。
19.一种方法，包括利用与电子模块通信的温度传感器监测低压制冷剂的温度； 利用所述电子模块基于所述温度控制所述低压制冷剂的流量； 利用所述低压制冷剂冷却所述电子模块。
20.如权利要求19所述的方法，其中，通过控制所述流量而控制所述低压制冷剂的液 体干涸点(LDOP)。
21.如权利要求19所述的方法，其中，通过控制所述流体干涸点而控制所述低压制冷 剂的过热。
22.如权利要求19所述的方法，其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度 下降，则所述电子模块减少所述低压制冷剂的流量。
23.如权利要求19所述的方法，其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度 升高，则所述电子模块增加所述低压制冷剂的流量。
24.一种系统，包括 压缩机，其排放高压制冷剂；一对热交换器，其与所述压缩机连通；设置在所述热交换器之间的膨胀阀，所述膨胀阀将所述高压制冷剂转换成低压制冷剂；电子模块，其用于控制所述膨胀阀；以及温度传感器，其与所述模块通信，用于检测所述低压制冷剂的温度； 邻近所述温度传感器的冷却设备，用于利用所述低压制冷剂冷却所述模块， 其中，如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度下降，则所述电子模块使所述膨 胀阀减少允许从中通过的低压制冷剂的量；并且如果所述传感器检测到所述低压制冷剂的温度升高，则所述电子模块使所述膨胀阀增 加允许从中通过的低压制冷剂的量。
25.如权利要求24所述的系统，其中，通过利用所述膨胀阀增加和减少所述制冷剂而 控制所述制冷剂的液体干涸点(LDOP)。
26.如权利要求24所述的系统，其中，通过控制所述流体干涸点而控制所述低压制冷 剂的过热。
27.如权利要求24所述的系统，其中，所述传感器设置在所述冷却设备的入口处。
28.如权利要求24所述的系统，其中，所述传感器设置在所述冷却设备的入口的下游。
29.如权利要求1所述的系统，其中，所述压缩机是变速压缩机。
30.如权利要求1所述的系统，其中，所述电子模块包括逆变器。
31.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述电子模块改变所述压缩机的速度。 30.如权利要求31所述的压缩机，其中，所述电子模块包括逆变器。
32.如权利要求19所述的方法，其中，所述电子模块包括逆变器。
33.如权利要求19所述的方法，还包括利用变速压缩机压缩所述制冷剂。
34.如权利要求24所述的系统，其中，所述压缩机是变速压缩机。
35.如权利要求24所述的系统，其中，所述电子模块包括逆变器。
全文摘要
用低压制冷剂冷却电子模块的系统、压缩机和方法。所述系统、压缩机和方法使用温度传感器，该温度传感器检测低压制冷剂的温度并与电子模块通信。基于由温度传感器检测到的温度，电子模块控制用于冷却电子模块的制冷剂的液体干涸点。
文档编号F04B53/08GK101815868SQ200880110266
公开日2010年8月25日 申请日期2008年10月3日 优先权日2007年10月5日
发明者让-吕克·M·卡伊拉特 申请人:艾默生环境优化技术有限公司