CN106662364A - 用于变速驱动器的制冷剂冷却 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的示例性方面的示例性制冷剂系统尤其包括至少具有冷凝器、蒸发器和压缩机的制冷剂回路。压缩机包括与变速驱动器连通的马达。该系统还包括冷却回路，该冷却回路包括位于热交换器下游的压力调节器，其中热交换器从变速驱动器吸收热量。

Description

用于变速驱动器的制冷剂冷却
背景技术
制冷剂压缩机用于经由制冷剂回路将制冷剂循环到冷却器。现有的制冷剂压缩机包括安装在由马达以固定速度驱动的轴上的叶轮。这些现有的压缩机已经使用诸如入口导向叶片和可变几何形状扩散器之类的机构来调节压缩机容量。
近来，制冷剂压缩机已经通过替代地或另外地包括变速驱动器(VSD)来调节容量，以在操作期间改变马达的速度。在压缩机的操作期间，VSD产生热量，该热量可能损坏VSD内的电气部件。
发明内容
根据本公开的示例性方面的示例性制冷剂系统尤其包括至少具有冷凝器、蒸发器和压缩机的制冷剂回路。压缩机包括与变速驱动器连通的马达。该系统还包括冷却回路，该冷却回路包括位于热交换器下游的压力调节器，其中热交换器从变速驱动器吸收热量。
在上述系统的另一实施例中，温度传感器安装至变速驱动器。温度传感器被配置为产生指示变速驱动器的温度的输出。此外，控制器被配置为接收来自温度传感器的输出，并且基于来自温度传感器的输出命令压力调节器的调节。
在上述系统的另一实施例中，当来自温度传感器的输出指示变速驱动器的温度已经偏离目标温度时，控制器命令压力调节器的调节。
在上述系统的另一实施例中，目标温度是预定的。
在上述系统的另一实施例中，冷却回路包括位于热交换器上游的膨胀阀。
在上述系统的另一实施例中，温度传感器位于热交换器的下游。温度传感器配置成产生指示在热交换器下游的位置处的冷却回路内的制冷剂的温度的输出。此外，压力传感器位于热交换器的下游。压力传感器配置成产生指示在热交换器下游的位置处的冷却回路内的制冷剂的压力的输出。此外，控制器被配置为接收来自温度传感器和压力传感器的输出，并且基于来自温度传感器和压力传感器的输出命令膨胀阀的调节。
在上述系统的另一实施例中，温度传感器和压力传感器位于压力调节器的上游。
在上述系统的另一实施例中，温度传感器和压力传感器位于压力调节器的下游。
在上述系统的另一实施例中，控制器基于来自温度传感器和压力传感器的输出确定热交换器下游处制冷剂内的过热水平。
在上述系统的另一实施例中，当所确定的过热水平偏离目标过热量时，控制器命令膨胀阀的调节。
在上述系统的另一实施例中，目标过热量是预定的。
在上述系统的另一实施例中，制冷剂源从冷凝器提供到冷却回路。
在上述系统的另一实施例中，冷却回路内的制冷剂从压力调节器流动至蒸发器。
在上述系统的另一实施例中，风扇被配置成在压缩机的操作期间将空气吹送到变速驱动器上。
根据本公开的另一示例性方面的用于冷却压缩机的变速驱动器的方法包括：在安装到变速驱动器的热交换器内建立制冷剂流；感测压缩机的操作期间变速驱动器的第一温度；以及响应于感测到的第一温度调节热交换器下游的压力调节器。
在上述方法的另一实施例中，如果感测到的第一温度低于目标温度，则压力调节器逐渐地关闭。
在上述方法的另一实施例中，感测热交换器下游的第二温度，感测热交换器下游的压力，并且响应于感测到的第二温度和感测到的压力调节热交换器上游的膨胀阀。
在上述方法的另一实施例中，基于感测到的第二温度和感测到的压力来确定热交换器下游的制冷剂中的过热量，并且如果所确定的过热量低于目标过热量，则膨胀阀逐渐地关闭。
前述段落、权利要求或以下描述和附图中的实施例、示例和替代形式(包括其各个方面或相应的各个特征中的任一个)可以独立地或以任何组合来执行。结合一个实施例描述的特征可应用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。
附图说明
附图可以简要描述如下：
图1示意性地示出了示例性制冷剂系统。
图2示意性地示出了用于图1的变速驱动器(VSD)的冷却回路。
图3是关于图2的冷却回路的温度对熵的曲线图。
图4是关于图2的冷却回路的压力对焓的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地示出了制冷剂系统10。系统10包括构造成对主制冷剂回路L内的制冷剂流进行加压的压缩机12。在该示例中，压缩机12包括第一叶轮14和第二叶轮16，第一叶轮14和第二叶轮16沿着公共轴18安装。轴18由马达20驱动。在该示例中，马达20与变速驱动器(VSD)22连通。
VSD有时被称为变频驱动器。已知VSD包括主驱动控制组件和驱动器操作者接口。VSD 22被配置成调节输送到马达20的功率水平，并且因此改变轴18的旋转速度。
除了压缩机12之外，主制冷剂回路L还包括冷凝器24、位于冷凝器下游的膨胀阀26以及位于膨胀阀26下游的蒸发器28。蒸发器28与压缩机12流体连通。
制冷剂系统10还包括用于冷却VSD 22的冷却回路C。在一个示例中，冷却回路C设置有来自冷凝器24的制冷剂的源。在冷却了VSD 22之后，制冷剂向下游流动至蒸发器28，在蒸发器28处制冷剂被重新引入主制冷剂回路L中。
虽然冷凝器24和蒸发器28(分别)被提及为用于冷却回路C的制冷剂的源头端和返回端，但是其它布置也在本公开的范围内。例如，冷却回路C可以源自(1)压缩机12的出口与(2)膨胀阀24上游的任何点之间的任何位置。另外，冷却回路C可以使制冷剂在(1)膨胀阀26下游的任何点与(2)压缩机12的级间端口(即，第一叶轮14与第二叶轮16之间的端口)之间的位置处返回到主制冷剂回路L。
图2中示出了一个示例性冷却回路C的细节。示例性冷却回路C包括膨胀阀30、位于膨胀阀30下游的热交换器32以及位于热交换器32下游的压力调节器34。在该示例中，热交换器32安装至VSD 22。在一个示例中，热交换器32可以是连接到VSD 22的壳体的冷板(coldplate)。除了热交换器32之外，VSD 22还可以另外由风扇36冷却，风扇36被配置成在操作期间在VSD 22上吹相对冷的空气。
膨胀阀30和压力调节器34可以是构造成对制冷剂流进行调节的任何类型的装置，包括机械阀，例如具有电气控制器或气动控制器的蝶阀、闸阀或球阀(例如，由已有的压力调节的阀)。在所示示例中，膨胀阀30和压力调节器34的控制由控制器38调节，其中控制器38可以是包括存储器、硬件和软件的任何已知类型的控制器。控制器38被配置为存储指令，并且将这些指令提供给冷却回路C的各个部件，如下面将讨论的。
联合参考图1至图4，在一个示例中，在制冷剂系统10的操作期间，制冷剂从冷凝器24进入冷却回路C。在P 1处，流体是相对高温的，并且处于液态。当流体流过膨胀阀30时，其在P2处变成蒸汽与液体的混合物。
冷却回路C向VSD 22提供适当量的制冷剂，而不在VSD 22中形成冷凝。如果VSD 22的温度下降到特定温度以下，则可能在VSD 22内形成水的冷凝(即水滴)。这种冷凝可能导致VSD 22内的各种电气部件的损坏。压力调节器34被控制为控制热交换器32内的制冷剂的压力，继而控制该制冷剂的温度，使得在VSD 22内不形成冷凝。制冷剂在通过压力调节器34时的膨胀在图3至图4中的P3处表示。此外，如果通过膨胀阀30向热交换器32提供适当量的制冷剂，则制冷剂将从VSD 22吸收热量，并在点P4处完全变成热交换器32下游的蒸汽。
在制冷剂系统10的操作期间，VSD 22的温度由第一温度传感器T1连续地监测。在本公开的一个示例中，第一温度传感器T 1的输出被报告给控制器38。控制器38将来自第一温度传感器T 1的输出与目标温度TTARGET进行比较。目标温度TTARGET表示在VSD 22内没有(或仅有极少)冷凝时的温度。也就是说，TTARGET高于已知开始形成冷凝的温度。在一个示例中，TTARGET是预定值。在其他示例中，控制器38被配置为基于外部温度和湿度确定TTARGET。
控制器38还与压力调节器34连通，并且被配置为基于来自第一温度传感器T1的输出对压力调节器34的调节发出命令。压力调节器34的位置控制热交换器32内的制冷剂的温度。通常，在系统10的正常操作期间，控制器38维持压力调节器34的位置，使得来自T1的输出等于TTARGET。然而，如果来自T1的输出减小并降到TTARGET以下，则控制器38命令压力调节器34逐渐地关闭(例如，5％)。相反，如果来自T1的输出增加，则控制器38命令压力调节器34逐渐地打开。
逐渐地关闭压力调节器34升高了热交换器32内的制冷剂的温度，并且防止了在VSD 22内形成冷凝。在一个示例中，控制器38命令压力调节器34的调节，直到来自T1的输出返回到TTARGET。关闭压力调节器34升高了来自T1的输出并升高了压力P2，如图3中在T1’和P2’处图形所示。
与压力调节器34的控制同时地，控制器38还在操作期间控制膨胀阀30。在该示例中，热交换器32下游处冷却回路C内的制冷剂的温度和压力由第二温度传感器T2和压力传感器PS确定。在一个示例中，温度传感器T2和压力传感器PS位于压力调节器34的下游。然而，T2和PS可以位于热交换器32的下游且在压力调节器34的上游。
来自第二温度传感器T2和压力传感器PS的输出被报告给控制器38。控制器38被配置成(例如通过使用查询表)确定热交换器下游处(例如，在P4处)制冷剂内的过热水平。控制器38然后比较P4处的制冷剂内的过热水平和过热目标值SHTARGET。该比较指示适当水平的流体是否由膨胀阀30提供给热交换器32。
例如，将来自第二温度传感器T2的输出与来自压力传感器PS的压力传感器输出处的饱和温度TSAT进行比较。根据该比较，控制器38确定制冷剂中的过热水平。在一个示例中，控制器38维持膨胀阀30的位置，使得由制冷剂表现的过热水平等于SHTARGET。如果制冷剂所表现的过热水平降到SHTARGET以下，则控制器38将确定：过多的流体被提供给热交换器32，并且控制器38将逐渐地关闭膨胀阀30。相反，如果制冷剂所表现的过热水平超过SHTARGET，则控制器38将命令膨胀阀32逐渐地打开。
本公开在多个情形下提到了来自传感器的“输出”。如本领域中已知的，传感器输出通常为某种电信号(例如电阻或电压)的变化的形式，这种变化能够例如通过控制器(例如控制器38)被解释为温度或压力的变化。本公开扩展到所有类型的温度传感器和压力传感器。
此外，虽然示出了单个控制器38，但是膨胀阀30和压力调节器34可以与单独的控制器连通。另外，冷却回路C不需要专用控制器38。上述控制器38的功能可以由具有附加功能的控制器执行。此外，上面讨论的示例性控制逻辑是示例性的。例如，尽管在一些情况下，本公开在与TTARGET和SHTARGET的比较的上下文中提到了词语“等于”，但是词语“等于”仅用于说明的目的。在实践中，为了本公开的控制逻辑的目的，可以存在仍将构成“等于”的值的可接受(但相对较小)的变化。
尽管不同的示例具有在图示中示出的特定部件，但是本公开的实施例不限于那些特定组合。可以使用来自其中一个示例的一些部件或特征与来自另一个示例的特征或部件的组合。
本领域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，本公开的修改将落入权利要求的范围内。因此，应当研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (18)

1.一种制冷剂系统，包括：
制冷剂回路，所述制冷剂回路至少包括冷凝器、蒸发器和压缩机，所述压缩机包括与变速驱动器连通的马达；以及
冷却回路，所述冷却回路包括位于热交换器的下游的压力调节器，所述热交换器从所述变速驱动器吸收热量。
2.根据权利要求1所述的制冷剂系统，还包括：
安装至所述变速驱动器的温度传感器，所述温度传感器配置成产生指示所述变速驱动器的温度的输出；以及
控制器，所述控制器被配置为接收来自所述温度传感器的输出，并且基于来自所述温度传感器的输出对所述压力调节器的调节发出命令。
3.根据权利要求2所述的制冷剂系统，其中，当来自所述温度传感器的输出指示所述变速驱动器的温度已经偏离目标温度时，所述控制器对所述压力调节器的调节发出命令。
4.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其中，所述目标温度是预定的。
5.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述冷却回路包括位于所述热交换器的上游的膨胀阀。
6.根据权利要求5所述的制冷剂系统，还包括：
位于所述热交换器的下游的温度传感器，所述温度传感器配置成产生指示在所述热交换器下游的位置处、所述冷却回路内的制冷剂的温度的输出；
位于所述热交换器的下游的压力传感器，所述压力传感器构造成产生指示在所述热交换器下游的位置处、所述冷却回路内的制冷剂的压力的输出；以及
控制器，所述控制器被配置为接收来自所述温度传感器和所述压力传感器的输出，并且基于来自所述温度传感器和所述压力传感器的输出对所述膨胀阀的调节发出命令。
7.根据权利要求6所述的制冷剂系统，其中，所述温度传感器和所述压力传感器位于所述压力调节器的上游。
8.根据权利要求6所述的制冷剂系统，其中，所述温度传感器和所述压力传感器位于所述压力调节器的下游。
9.根据权利要求6所述的制冷剂系统，其中，所述控制器基于来自所述温度传感器和所述压力传感器的输出确定所述热交换器的下游处所述制冷剂内的过热水平。
10.根据权利要求9所述的制冷剂系统，其中，当所确定的所述过热水平偏离目标过热量时，所述控制器对所述膨胀阀的调节发出命令。
11.根据权利要求10所述的制冷剂系统，其中，所述目标过热量是预定的。
12.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，从所述冷凝器向所述冷却回路提供制冷剂源。
13.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述冷却回路内的制冷剂从所述压力调节器流向所述蒸发器。
14.根据权利要求1所述的制冷剂系统，还包括：
风扇，所述风扇被配置成在所述压缩机的操作期间将空气吹送到所述变速驱动器上。
15.一种用于冷却压缩机的变速驱动器的方法，包括：
在安装到变速驱动器的热交换器内建立制冷剂流；
在所述压缩机的操作期间感测所述变速驱动器的第一温度；以及
响应于感测到的所述第一温度，调节位于所述热交换器的下游的压力调节器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，如果感测到的所述第一温度低于目标温度，则所述压力调节器逐渐地关闭。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
感测所述热交换器的下游的第二温度；
感测所述热交换器的下游的压力；以及
响应于感测到的所述第二温度和感测到的所述压力来调节位于所述热交换器的上游的膨胀阀。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
基于感测到的所述第二温度和感测到的所述压力来确定所述热交换器下游处所述制冷剂中的过热量，其中如果所确定的过热量低于目标过热量，则所述膨胀阀逐渐地关闭。
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