用于冷水机组的变频柜冷却装置及变频柜的制作方法

1.本实用新型属于制冷换热技术领域，具体涉及一种制冷换热机组中的变频柜冷却装置及变频柜。


背景技术：

2.现有冷水机组运行过程中，变频柜持续工作，内部电气元件不断散发热量，会造成热量聚集，使散热元件及柜内环境温度不断升高，严重时导致电气元件烧毁，机组无法运行。为保证变频柜正常工作，需采用散热板对变频柜内电气元件进行冷却，同时采用风机盘管对柜内空气进行冷却，使电气元件及柜内环境温度维持在合理范围内。
3.目前变频柜常用冷却方式有冷媒冷却、水冷、风冷等方式。风冷适用于小容量，散热小的变频柜；水冷方式一旦发生泄露会造成安全隐患，对水循环系统工艺要求高，后期维护工作量大。冷媒冷却时多采用在变频柜入口增加电子膨胀阀进行节流，节流后低温冷媒进入变频柜内对其进行冷却。但是，此种冷却方式机组在低负荷时，电气元件发热量小，所需冷媒液体流量小，电子膨胀阀开度小，阀门频繁动作，影响电子膨胀阀的控制精度和使用寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种用于冷水机组的变频柜冷却装置及变频柜，可以避免在机组低负荷运转时，阀门频繁动作带来的控制精度和阀体使用寿命问题，特别适用于低压变频柜冷却。
5.进一步地，本实用新型可以减小变频柜内电器元件凝露风险，减小电器元件短路风险，可防止机组散热板或igbt因温度过高而烧毁，又可以增加机组运行范围，减少机组启停次数。
6.为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种用于冷水机组的变频柜冷却装置，其特征在于：冷凝器包括两路冷却输出，一路冷却输出连入变频柜中的散热板，另路一冷却输出连入变频柜中的风机盘管；在变频柜出口，散热板和风机盘管至少通过电子膨胀阀连入蒸发器。
8.上述技术方案中，在变频柜出口，散热板和风机盘管依次通过电子膨胀阀和球阀连入蒸发器。
9.上述技术方案中，散热板通过一路制冷剂管路连入蒸发器，风机盘管通过另一路制冷剂管路连入蒸发器，所述一路制冷剂管路和另一路制冷剂管路上沿流动方向均各自至少设置电子膨胀阀。
10.上述技术方案中，所述一路制冷剂管路和另一路制冷剂管路上沿流动方向均各自依次设置电子膨胀阀和球阀。
11.上述技术方案中，冷凝器过冷液体输出口依次经球阀和过滤器后再分为两路冷却输出连入变频柜。
12.上述技术方案中，在过滤器下游方向设置节流孔板。
13.上述技术方案中，冷凝器过冷液体输出口经两路冷却输出分别连入变频柜，且两路冷却输出上均依次设置球阀、过滤器和节流孔板。
14.上述技术方案中，在散热板冷却进口、散热板冷却出口、散热元件igbt、变频柜内部和变频柜外部均设置温度采集点。
15.上述技术方案中，适用于输入功率500至1000kw的冷媒冷却低压变频柜。
16.一种变频柜，其特征在于采用上述的用于冷水机组的变频柜冷却装置。
17.其中：
18.所述散热板冷却控制原理如下：
19.冷媒液体进入散热板对变频柜内发热元件进行冷却，从散热板流出的冷媒经所述一路制冷剂管路回到蒸发器，通过所述一路制冷剂管路上的电子膨胀阀对进入散热板中的冷媒流量进行调节，当散热板温度高于散热板目标温度时，该电子膨胀阀动作，开度增大，增加散热板冷媒供液量，降低散热板温度至散热板目标温度；当散热板温度低于散热板目标温度时，该电子膨胀阀动作，开度减小，减小散热板冷媒供液量，提高散热板温度至散热板目标温度；
20.所述风机盘管冷却控制方式包括如下步骤：冷媒液体进入风机盘管，通过风机盘管对柜内空气进行冷却，从风机盘管流出的冷媒经所述另一路制冷剂管路回到蒸发器，通过所述另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀对进入风机盘管中的冷媒流量进行调节，当柜内环境温度高于风机盘管目标温度时，该电子膨胀阀动作，开度增大，增加风机盘管冷媒供液量，降低柜内环境温度至风机盘管目标温度；当柜内环境温度低于风机盘管目标温度时，该电子膨胀阀动作，开度减小，减小风机盘管冷媒供液量，提高柜内环境温度至风机盘管目标温度。
21.当散热板高温t
hp,high-散热板低温t
hp,low
≥温差设定dt1，以散热元件igbt采集温度最高值t
igbt,max
为控制对象，其中，igbt目标温度设定t
igbt,target
，igbt偏差设定dt0值；
22.当散热板高温t
hp,high-散热板低温t
hp,low＜
温差设定dt2时，退出小负荷凝露保护逻辑，采用散热板温度平均值t
hp,avg
作为控制对象，目标温度t
hp,target
取(柜外环境温度t
at,out
+温差设定dt3)与(供液温度t
liq
+温差设定dt4)二者中的较小值；
23.当散热板温度平均值t
hp,avg
高于散热板目标温度时，所述一路制冷剂管路上的电子膨胀阀动作，开度增大，增加散热板冷媒供液量，降低散热板温度平均值t
hp,avg
至散热板目标温度t
hp,target
；
24.当散热板温度平均值t
hp,avg
低于散热板目标温度t
hp,target
时，所述一路制冷剂管路上的电子膨胀阀动作，开度减小，减小散热板冷媒供液量，提高散热板温度平均值t
hp,avg
至散热板目标温度t
hp,target
；
25.t
hp,avg
＝(t
hp,high
+t
hp,low
)/2；
26.t
hp,target
＝min(t
at,out
+温差设定值dt3，t
liq
+温差设定值dt4)；
27.其中：t
hp,avg
为散热板温度平均值，℃；t
hp,high
为散热板高温，℃；t
hp,low
为散热板高温，℃；t
hp,target
为散热板目标温度，℃；t
at,out
为柜外环境温度，℃；t
liq
供液温度，℃；dt0为目标温度控制偏差设定值，℃；dti为温差设定值，℃。
28.上述技术方案中，所述风机盘管冷却控制方式中：采用柜内环境温度t
at,in
作为控
制对象，目标温度t
fcu,target
取(柜外环境温度t
at,out
+温差设定dt5)与(供液温度t
liq
+温差设定dt6)二者中的较小值；
29.当变频器柜内环境温度t
at,in
高于目标温度t
fcu,target
时，所述另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀动作，开度增大，增加风机盘管冷媒供液量，降低柜内环境温度t
at,in
至目标温度t
fcu,target
；当变频器柜内环境温度t
at,in
低于目标温度t
fcu,target
时，所述另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀动作动作，开度减小，减小风机盘管冷媒供液量，提高环境温度t
at,in
至目标温度t
fcu,target
；t
fcu,target
＝min(t
at,out
+dt5℃，t
liq
+dt6℃)；
30.其中：t
fcu,target
风机盘管控制目标温度，℃。
31.当散热板高温t
hp,high
或igbt的最高温度t
igbt,max
大于等于t1且小于t2时所述另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀强制开启，且机组禁止增载；当散热板高温t
hp,high
或igbt的最高温度t
igbt,max
大于等于t2时所述一路制冷剂管路上的电子膨胀阀强制开启，且机组强制减载；当散热板高温t
hp,high
大于等于t3或t
igbt,max
大于等于t4时，启动柜高温报警；当散热板低温t
hp,low
小于等于(柜内环境温度t
at,in-温差设定dt7)且持续设定时间时，启动柜低温报警；其中，ti为高温保护温度设定值，℃，i取1至n，n为自然数。
32.可以优选的，本实用新型优选高温保护采用三重保护，i＝3，分别为禁止增载、强制减载及报警停机。
33.相对于现有技术，本实用新型具有如下效果：
34.电子膨胀阀设置在冷却管路出口，防止大温差、低负荷时阀门开度过小，使阀门动作避开开度较小的区间，便于控制。
35.将一路制冷剂管路上的电子膨胀阀安装在变频柜散热板冷却出口，通过调节换热后冷媒流量控制散热板温度。冷媒在散热板内换热后发生相变，体积流量增加，阀门开度增大，便于控制冷媒流量。
36.将另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀安装在变频柜风机盘管冷却出口，通过调节换热后冷媒流量控制柜内环境温度。冷媒在风机盘管内换热后发生相变，体积流量增加，阀门开度增大，便于冷媒流量控制。
37.在散热板冷却进口、散热板冷却出口、散热元件igbt、变频柜内部和变频柜外部均设置温度采集点。将散热板目标温度高于风机盘管目标温度，同时设置有低温保护，减小变频柜内电器元件凝露风险。
附图说明
38.本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
39.图1是本实用新型实施例用于冷水机组的变频柜冷却装置的结构示意图。
40.图1中各附图标记对应如下：蒸发器1、冷凝器2、散热板3、风机盘管4、球阀5、过滤器6、孔板7、电子膨胀阀8。
41.图2是本实用新型冷水机组的变频柜冷却控制原理图。
42.图3是本实用新型又一个实施例用于冷水机组的变频柜冷却装置的结构示意图。
具体实施方式
43.为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下
结合附图及实施例，对本实用新型的技术方案进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
44.实施例1：
45.如图1-2所示，本实用新型公开了一种用于冷水机组的变频柜冷却装置。
46.图1所示，本方案采用从冷凝器2底部出来的过冷液体经球阀5和过滤器6后分两路(一路冷却输出和另一路冷却输出)进入变频柜，分别对变频柜中的散热板3和风机盘管4进行冷却；从变频柜出来的制冷剂依次经电子膨胀阀8(电子膨胀阀exv1和电子膨胀阀exv2)和球阀5进入蒸发器1。
47.两路冷却输出中，所述的一路冷却输出和另一冷却输出上均各自设置一个节流孔板7。
48.本实用新型实施例中散热板3通过一路制冷剂管路上进入蒸发器1，风机盘管4通过另一路制冷剂管路上进入蒸发器1。所述一路制冷剂管路和另一路制冷剂管路上沿流动方向均各自依次设置电子膨胀阀(电子膨胀阀exv1和电子膨胀阀exv2)和球阀5。
49.图1所示，系统前后均有球阀5，系统运行时球阀均打开，保证系统内制冷剂流通，通过调整电子膨胀阀8开度调节进入散热板3和风机盘管4的制冷剂流量。变频柜冷却系统进行检修时系统前后球阀5均可关闭，减少冷媒损失，方便检修。变频柜冷却供液管路上安装有过滤器6，提高冷媒清洁度，防止有杂质进入散热板3或节流孔板7造成散热板内流道或孔板堵塞，减小局部高温风险。
50.图1所示散热板冷却：过滤器6后流出的液体经节流孔板7后进入散热板3对变频柜内发热元件进行冷却；从散热板3流出的冷媒经电子膨胀阀exv1(所述一路制冷剂管路上的电子膨胀阀8)和球阀5回到蒸发器1。本方案通过电子膨胀阀8对进入散热板中的冷媒流量进行调节。本方案在散热板3、散热元件igbt及变频柜内部和外部均设有温度测点，用于实时监测变频柜散热板温度、柜内环境温度及室外环境温度。当散热板温度高于散热板目标温度时，电子膨胀阀exv1动作，开度增大，增加散热板冷媒供液量，降低散热板温度至散热板目标温度；当散热板温度低于散热板目标温度时，电子膨胀阀exv1动作，开度减小，减小散热板冷媒供液量，提高散热板温度至散热板目标温度。
51.散热板冷却控制逻辑如图2所示。散热板有两个温度测点，一个靠近散热板冷却进口，另一个靠近散热板冷却出口。当散热板高温t
hp,high-散热板低温t
hp,low
≥温差设定dt1，以igbt采集温度最高值t
igbt,max
为控制对象，目标温度设定t
igbt,target
，偏差设定dt0值；当散热板高温t
hp,high-散热板低温t
hp,low＜
温差设定dt2时，退出小负荷凝露保护逻辑，采用散热板温度平均值t
hp,avg
作为控制对象，目标温度t
hp,target
取(柜外环境温度t
at,out
+温差设定dt3)与(供液温度t
liq
+温差设定dt4)二者中的较小值。当散热板温度平均值t
hp,avg
高于散热板目标温度时，电子膨胀阀exv1动作，开度增大，增加散热板冷媒供液量，降低散热板温度平均值t
hp,avg
至散热板目标温度t
hp,target
；当散热板温度平均值t
hp,avg
低于散热板目标温度t
hp,target
时，电子膨胀阀exv1动作，开度减小，减小散热板冷媒供液量，提高散热板温度平均值t
hp,avg
至散热板目标温度t
hp,target
。
52.t
hp,avg
＝(t
hp,high
+t
hp,low
)/2；
53.t
hp,target
＝min(t
at,out
+温差设定值dt3，t
liq
+温差设定值dt4)；
54.其中：t
hp,avg
散热板温度平均值，℃；t
hp,high
散热板高温，℃；t
hp,low
散热板高温，℃；
t
hp,target
散热板目标温度，℃；t
at,out
柜外环境温度，℃，t
liq
供液温度，℃；dt0目标温度控制偏差设定值，℃；dti温差设定值，℃。
55.图1所示风机盘管冷却：过滤器后流出的液体进入节流孔板，经节流孔板节流后温度降低，液体温度低于变频柜内环境温度，通过风机盘管对柜内空气进行冷却。从风机盘管流出的冷媒经电子膨胀阀exv2和球阀回到蒸发器。本方案通过电子膨胀阀对进入风机盘管中的冷媒流量进行调节。当柜内环境温度高于风机盘管目标温度时，电子膨胀阀exv1动作，开度增大，增加风机盘管冷媒供液量，降低柜内环境温度至风机盘管目标温度；当柜内环境温度低于风机盘管目标温度时，电子膨胀阀exv1动作，开度减小，减小风机盘管冷媒供液量，提高柜内环境温度至风机盘管目标温度。
56.风机盘管冷却控制逻辑如图2所示，采用柜内环境温度t
at,in
作为控制对象，目标温度t
fcu,target
取(柜外环境温度t
at,out
+温差设定dt5)与(供液温度t
liq
+温差设定dt6)二者中的较小值。当变频器柜内环境温度t
at,in
高于目标温度t
fcu,target
时，电子膨胀阀exv2动作，开度增大，增加风机盘管冷媒供液量，降低柜内环境温度t
at,in
至目标温度t
fcu,target
；当变频器柜内环境温度t
at,in
低于目标温度t
fcu,target
时，电子膨胀阀exv2(所述另一路制冷剂管路上的电子膨胀阀8)动作，开度减小，减小风机盘管冷媒供液量，提高环境温度t
at,in
至目标温度t
fcu,target
。
57.t
fcu,target
＝min(t
at,out
+dt5℃，t
liq
+dt6℃)；
58.其中：t
fcu,target
风机盘管控制目标温度，℃。
59.设ti高温保护温度设定值，℃。变频器高温保护逻辑如图2所示。当(散热板高温t
hp,high
或igbt的最高温度t
igbt,max
)大于等于t1且小于t2时电子膨胀阀exv强制开启，且机组禁止增载；当(散热板高温t
hp,high
或igbt的最高温度t
igbt,max
)大于等于t2时电子膨胀阀exv强制开启，且机组强制减载；当散热板高温t
hp,high
大于等于t3或t
igbt,max
大于等于t4时，启动柜高温报警；当散热板低温t
hp,low
小于等于(柜内环境温度t
at,in-温差设定dt7)且持续5min时，启动柜低温报警。
60.本实用新型装置和方法特别适用于输入功率500到1000kw的低压变频柜冷却。
61.实施例2：
62.图3为本实用新型又一个实施例的两进两出的用于冷水机组的变频柜冷却装置。与实施例1不同的是，本实用新型进入变频柜的两路从冷凝器出来就进行了分路设置，在各路上均设置独立的球阀和过滤器。由此使得各路可以分别操控，操控更加灵活且精细化。
63.本方案采用从冷凝器2底部出来的过冷液体分两路经球阀5和过滤器6后(一路冷却输出和另一路冷却输出，每一路上均设置球阀5和过滤器6)进入变频柜，分别对变频柜中的散热板3和风机盘管4进行冷却；从变频柜出来的制冷剂依次经电子膨胀阀8(电子膨胀阀exv1和电子膨胀阀exv2)和球阀5进入蒸发器1。
64.两路冷却输出中，所述的一路冷却输出和另一冷却输出上均各自设置一个节流孔板7。
65.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。