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CN114286916B - 电力电子器件冷却布置 - Google Patents

电力电子器件冷却布置 Download PDF

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CN114286916B
CN114286916B CN202080053518.5A CN202080053518A CN114286916B CN 114286916 B CN114286916 B CN 114286916B CN 202080053518 A CN202080053518 A CN 202080053518A CN 114286916 B CN114286916 B CN 114286916B
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Abstract

根据本公开的示例性方面的制冷剂压缩机尤其包括第一级和在第一级下游的第二级、以及被构造为冷却电力电子器件的冷却管路。所述冷却管路构造成在第一模式和第二模式之间切换。第一模式构造成在第一级和第二级之间排放制冷剂，第二模式构造成在第一级上游排放制冷剂。

Description

电力电子器件冷却布置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月1日提交的美国临时申请第62/881,550号的优先权，该申请以引用的方式并入本文。
背景技术
制冷剂压缩机用于通过制冷剂回路在冷却器或热泵中使制冷剂循环。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电机或其他电力电子器件来为电机和/或相关的电力电子器件提供冷却。
发明内容
根据本公开的示例性方面的制冷剂压缩机尤其包括第一级和在第一级下游的第二级、以及被构造为冷却电力电子器件的冷却管路。冷却管路构造成在第一模式和第二模式之间切换。第一模式构造成在第一级和第二级之间排放制冷剂，第二模式构造成在第一级上游排放制冷剂。
在前述制冷剂压缩机的另一个非限制性实施例中，压缩机是离心式压缩机并且第一级包括第一叶轮，第二级包括第二叶轮。
在前述制冷剂压缩机的又一非限制性实施例中，控制器构造成响应于来自传感器的输入而在第一模式和第二模式之间自动地切换。
在前述制冷剂压缩机的又一非限制性实施例中，控制器被构造为监测压缩机的吸入压力，并且控制器被构造为当所述吸入压力高于预定阈值时自动地切换到第二模式。
在前述制冷剂压缩机的另一非限制性实施例中，控制器被构造为基于运行条件以实时方式自动地引导冷却流的返回。
在前述制冷剂压缩机的另一非限制性实施例中，冷却管路构造成通过沿冷却管路插入塞而在第一模式和第二模式之间切换。
在前述制冷剂压缩机的另一非限制性实施例中，压缩机包括外壳，并且能够从外壳的外部接近塞。
在前述制冷剂压缩机的另一个非限制性实施例中，塞是螺纹塞。
在前述制冷剂压缩机的又一非限制性实施例中，定向流动控制阀构造成在第一模式和第二模式之间切换。
在前述制冷剂压缩机的另一非限制性实施例中，第二模式用于高SST或低压差冷却应用。
根据本公开的示例性方面的制冷剂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。所述压缩机具有第一级和在所述第一级下游的第二级。冷却管路构造成在第一模式和第二模式之间切换，其中第一模式构造成在第一级和第二级之间排放制冷剂，而第二模式构造成在第一级上游排放制冷剂。
在前述制冷剂系统的另一非限制性实施例中，冷却管路构造成冷却电力电子器件。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，电力电子器件包括可控硅整流器，并且冷却管路包括布置成冷却可控硅整流器的热交换器。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，第一塞布置在热交换器中。
在前述制冷剂系统的另一非限制性实施例中，冷却管路构造成通过沿冷却管路插入塞而在第一模式和第二模式之间切换。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，压缩机布置在外壳中，并且能够从外壳的外部接近塞。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，控制器被构造为响应于来自传感器的输入而在第一模式和第二模式之间自动地切换。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，控制器被设置为基于正常适度冷却或高SST冷却的应用来引导冷却流的返回。
在前述制冷剂系统的另一个非限制性实施例中，控制器被构造为基于操作条件以实时方式引导冷却流的返回。
在前述制冷剂系统的另一非限制性实施例中，控制器被构造为监测压缩机的吸入压力，并且控制器被构造为当所述吸入压力高于预定阈值时自动地切换到第二模式。
附图说明
图1是制冷剂回路的示意图。
图2是示例压缩机冷却装置的示意图。
图3是另一个示例压缩机冷却装置的示意图。
图4图示了处于第一模式的示例压缩机的视图。
图5图示了处于第二模式的示例压缩机的视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了制冷剂系统10。制冷剂系统10包括与压缩机或多个压缩机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环路12。该制冷剂系统10例如可以用在冷却器或热泵中。值得注意的是，虽然示出了制冷剂系统10的特定示例，但该应用可以扩展到其它的制冷剂系统构造。例如，主制冷剂回路12可以包括在冷凝器16下游和膨胀装置20上游的节能器。例如，制冷剂系统10可以是空调系统。
图2示意性地示出了示例压缩机14。示例压缩机14是两级式压缩机。第一叶轮22在第二叶轮24的上游。示例压缩机14是两级离心式压缩机。在其他实施例中可以使用其它的多级式压缩机。在一些实施例中，一个级包括叶轮和护罩装置，而另一级包括替代装置。叶轮22、24由电机26驱动。
压缩机14可以是分体式冷却压缩机。第一冷却管路30从主制冷剂回路12(如图1所示)抽取冷却流体，以用于电力电子器件，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和可控硅整流器(SCR)。在所示示例中，冷却管路30具有用于冷却IGBT的第一热交换部分31和用于冷却SCR的第二热交换部分35。例如，来自主制冷剂回路12的第二冷却管路80冷却电机26。第一电磁阀29可以与第一控制器38连通以控制流体进入第一冷却管路30。第二电磁阀79可以与第二控制器78连通以控制流体进入第二冷却管路80。虽然示出为两个控制器38、78，但是应该理解单个控制器可以用于冷却管路30、80两者。控制器38、78可以是轴承电机压缩机控制器(BMCC)。例如，控制器78可以与沿冷却管路80布置的传感器84、86通信。在所示示例中，第一温度传感器84提供电机绕组处的温度，而第二温度传感器86提供电机腔处的温度。
冷却管路30使得冷却流体返回到靠近压缩机14的主制冷剂回路12。在该示例中，冷却管路30是可选择的以将冷却流体返回到接合点32处的至少两个位置中的一个位置。冷却管路30可以构造为第一模式或第二模式。在第一模式中，冷却管路30构造成经由第一管路34使冷却流体返回，使得在第一和第二叶轮22、24之间排放冷却流体。在一些示例中，这被称为级间返回。在第二模式中，冷却管路30构造成经由第一叶轮22上游的第二管路36使冷却流体返回。点32可以是蒸发器18或压缩机14的吸入侧。
可以手动或自动地选择第一模式和第二模式。第一模式可以用于常规适度冷却应用，而第二模式可以用于高饱和吸入温度(SST)冷却应用，例如数据中心。在一些示例中，控制器38用于在第一和第二模式之间切换。例如，控制器38可以与沿冷却管路30布置的传感器40、42通信。在所示示例中，第一温度传感器40提供IGBT处的温度并且第二温度传感器42提供SCR处的温度。在一个实施例中，定向流量控制阀33用于在第一模式和第二模式之间切换。
在一些示例中，控制器38可以监测压缩机14的吸入压力。在一些示例中，如果压缩机14的吸入压力高于预设值，则控制器38将定向流量控制阀3333以经由第二管路36使冷却流体返回。这是具有吸入返回的第二模式。如果吸入压力低于预设值，则定向流量控制阀33将经由第一管路34使冷却流体返回。这是第一模式级间返回。例如，第一模式可以是默认模式。
控制器38可以实时监测冷却管路中的压力差以及温度传感器40和42。在低压差和温度传感器读数持续高于设定点的情况下，控制器38可以引导定向流量控制阀33以返回到第二管路36。如果压差足以保持温度设定点，则它可以引导返回到34以提高总系统效率。
图3示意性地示出了另一个示例压缩机114。在没有另外描述或示出的范围内，压缩机114对应于图2的压缩机14，其中相似的部件具有在前附加的“1”的附图标记。
在该示例中，例如，第一管路134可以被螺纹塞149封堵。螺纹塞149可以布置在可控硅整流器(SCR)散热器135中。在该示例中，第二管路136是具有用户连接塞148的内部通道146。用户连接塞148可用于控制通过第二管路136的流动。在一个示例中，用户连接塞148可以从压缩机外壳的外部接近，使得用户可以在第一和第二模式之间手动地改变。用户连接塞148可以与单独的螺纹塞149结合使用，或在没有单独的塞的情况下使用。
在高SST应用中，例如对数据中心进行冷却，冷却管路的压差可能低于正常的适度冷却。已知的冷却管路使得第一和第二压缩机级之间的冷却流体返回。然而，对于高SST应用，这种已知的布置可能由于低压差而不能提供均匀的冷却。所公开的使冷却流体返回到吸入侧的布置可以改善用于高SST应用的冷却，这是因为吸入侧具有较低的温度和压力。所公开的布置还可以允许基于特定应用或操作条件来选择冷却返回。因此，冷却流体的压差和饱和温度是可选择的。例如，所公开的布置可以用于数据中心的冷却。这种布置可以有助于防止在高SST应用中过热和/或液体过多。
图4和图5说明了在第一和第二模式之间手动地切换的一个示例。图4示出了处于第一模式的示例压缩机14的视图。在该示例中，使用短塞50来封堵第二管路36(在图2中示出)。短塞50因此在第一模式中使用，由此冷却流体经由第一管路34在第一级和第二级之间返回。短塞50可以是例如螺纹塞。
图5示出了处于第二模式的示例压缩机14的视图。在该示例中，使用长塞52来封堵第一管路34(在图2中示出)。因此在第二模式中使用长塞52，由此冷却流体返回到第一级上游的吸入口。例如，长塞52可以是螺纹塞。
在一些示例中，可以将压缩机14连同短塞50和长塞52一起运送给用户。然后用户可以根据应用决定是使用带有短塞50还是长塞52的压缩机14。在其他示例中，第一和第二塞50、52中的一个可以作为压缩机14的单独的附件出售。塞50、52提供了一种非常简单、低成本的方式以使得单个压缩机14能够以两种模式操作。在一些示例中，用户基于应用决定使用哪种模式，并且在安装压缩机14之后不在第一模式和第二模式之间发生转换。
尽管示出和描述了塞，但是在第一和第二管路之间切换流动的其它方法也可以落入本公开的范围内。例如，在一个示例中，压缩机14可以在第一模式中在塞就位的情况下开始，然后在第二模式中可以移除塞并且使得返回管连接至吸入口。在该示例中，当压缩机14处于第二模式时可以不使用塞。
应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但其它的布置也可以从本公开的教导中受益。
尽管不同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。可以将来自示例之一的一些部件或特征与来自另一示例的特征或部件结合使用。
本领域的普通技术人员将理解，上述实施例是示例性的而非限制性的。也就是说，对本公开的修改将落入权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种制冷剂压缩机，包括：
第一级和位于所述第一级下游的第二级；和
冷却管路，所述冷却管路构造为冷却电力电子器件，所述冷却管路构造为在第一模式和第二模式之间切换，其中所述第一模式构造为在所述第一级和第二级之间排放制冷剂，并且所述第二模式构造为在所述第一级的上游排放制冷剂，其中所述冷却管路构造成从主制冷剂回路抽取制冷剂。
2.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中，所述压缩机为离心式压缩机，所述第一级包括第一叶轮，所述第二级包括第二叶轮。
3.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，所述压缩机包括控制器，所述控制器构造为响应于来自传感器的输入而在所述第一模式和第二模式之间自动地切换。
4.根据权利要求3所述的制冷剂压缩机，其中，所述控制器构造为监测所述压缩机的吸入压力，并且所述控制器构造为当所述吸入压力高于预定阈值时自动地切换到所述第二模式。
5.根据权利要求3所述的制冷剂压缩机，其中，所述控制器构造为基于运行条件以实时方式自动地引导冷却流的返回。
6.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中，所述冷却管路构造成通过沿着所述冷却管路插入塞而在所述第一模式和第二模式之间切换。
7.根据权利要求6所述的制冷剂压缩机，其中，所述压缩机包括外壳，并且能够从所述外壳的外部接近所述塞。
8.根据权利要求6所述的制冷剂压缩机，其中，所述塞是螺纹塞。
9.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，所述压缩机包括定向流动控制阀，所述定向流动控制阀构造成在所述第一模式和第二模式之间切换。
10.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中，所述第二模式用于高饱和吸入温度或低压差冷却应用。
11.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中，所述制冷剂压缩机构造成使得在所述制冷剂压缩机的运行期间，冷却流体在所述冷却管路处于所述第一模式或所述第二模式时均流动通过所述冷却管路以冷却所述电力电子器件。
12.一种制冷剂系统，所述制冷剂系统包括：
主制冷剂回路，所述主制冷剂回路与冷凝器、蒸发器和压缩机连通，所述压缩机具有第一级和在所述第一级下游的第二级；和
冷却管路，所述冷却管路构造为在第一模式和第二模式之间切换，其中所述第一模式构造为在所述第一级和第二级之间排放制冷剂，所述第二模式构造为在所述第一级上游排放制冷剂，其中所述冷却管路构造成从所述主制冷剂回路抽取制冷剂。
13.根据权利要求12所述的制冷剂系统，其中，所述冷却管路构造成冷却电力电子器件。
14.根据权利要求13所述的制冷剂系统，其中，所述电力电子器件包括可控硅整流器，并且所述冷却管路包括布置成冷却所述可控硅整流器的热交换器。
15.根据权利要求14所述的制冷剂系统，其中，第一塞布置在所述热交换器中。
16.根据权利要求12所述的制冷剂系统，其中，所述冷却管路构造成通过沿所述冷却管路插入塞而在所述第一模式和第二模式之间切换。
17.根据权利要求16所述的制冷剂系统，其中，所述压缩机布置在外壳中，并且能够从所述外壳的外部接近所述塞。
18.根据权利要求12所述的制冷剂系统，其中，控制器构造为响应于来自传感器的输入而在所述第一模式和第二模式之间自动地切换。
19.根据权利要求18所述的制冷剂系统，其中，所述控制器设置为基于正常适度冷却或高饱和吸入温度冷却的应用来引导冷却流的返回。
20.根据权利要求18所述的制冷剂系统，其中，所述控制器构造为基于操作条件以实时方式引导冷却流的返回。
21.根据权利要求18所述的制冷剂系统，其中，所述控制器构造为监测所述压缩机的吸入压力，并且所述控制器构造为当所述吸入压力高于预定阈值时自动地切换到所述第二模式。
CN202080053518.5A 2019-08-01 2020-07-31 电力电子器件冷却布置 Active CN114286916B (zh)

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