CN110476492A - 用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的方法，其中，热泵回路包括至少一个第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器以用于在冷却介质和各个热交换器的环境之间交换热能。此外，冷却回路具有压缩机模块和膨胀阀，其中，膨胀阀布置在第一热交换器和第二热交换器之间。第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、压缩机模块以及膨胀阀通过管路系统相互连接，使得冷却介质能够在热泵回路中循环。在此，第三热交换器设置成用于从变换器中提取热能并且将热能输送给冷却介质。根据本发明设置为，这样控制膨胀阀，使得第三热交换器的表面温度始终高于临界温度。此外，本发明涉及中用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的设备。

Description

用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的方法和一种根据权利要求10的用于冷却热泵回路中的变换器的设备。
背景技术
在运行中，例如在变换器中使用的电子和/或电器构件通常产生不可忽视的电损耗，所述电损耗一大部分转化成损耗热量。该损耗热量损坏电子和/或电器构件的功能和使用寿命，从而需要损耗热量的有效热量排出。原则上已知用于制冷压缩机的变换器通过冷却介质的冷却。在此，将膨胀阀调节成确定的过热。变换器冷却被集成到现存的冷却介质回路中。热量传递在电子构件和冷却介质流体之间发生。
在通过冷却介质冷却的变换器中，变换器的表面温度下降到低于与环境的空气湿度有关的露点临界线并且开始结露的风险特别高。这种在变换器上的结露会导致，变换器的电子构件受损和/或变换器由于所产生的短路而损坏。
迄今在空气冷却的器具中的结露问题通过以下方式解决：通过传感器可以获取器具的受保护以防结露的组件的温度实际值。如果该温度实际值小于调温阀的预给定的额定值，那么关闭该阀。在使用调温阀的情况下不利地引起，调温阀的预给定的额定值必须高于或等于器具的室内空气的温度。由此所述器具例如在室内温度降低的情况下也以高温运行，这不是必须的。
此外，证明为不利的是，在液体冷却的器具中通常使用具有固定预给定的额定值的调温阀。因为调温阀具有开关功能，所以一旦阀打开，冷的冷却介质流到冷却设备中。由此该冷却设备的温度立刻降低并且阀重新关闭。由此要冷却的装置在阀的每个开关过程中承受从热至冷至热的温度循环，由此该装置的使用寿命受到损害。此外，所述器具总是以接近最高的温度运行。
发明内容
本发明的任务在于，扩展一种用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的改进的方法以及一种用于保护热泵回路中的变换器、尤其是变频器的设备，使得可以尽可能地避免结露和上面提到的缺点。
该任务借助于根据权利要求1所述的方法和根据权利要求10所述的热泵回路解决。有利的实施方式在从属权利要求中说明。
本发明包括用于冷却热泵回路中的变换器、尤其是变频器的改进的方法，其中，热泵回路包括至少一个第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器以用于在冷却介质和各个热交换器的环境之间交换热能。此外，热泵回路具有压缩机模块和膨胀阀，其中，膨胀阀布置在第一热交换器和第二热交换器之间。第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、压缩机模块以及膨胀阀通过管路系统相互连接，使得冷却介质可以在热泵回路中循环。在此，第三热交换器设置成用于从变换器中提取热能并且将热能输送给冷却介质。根据本发明设置为，这样控制膨胀阀，使得第三热交换器的表面温度总是高于临界温度。根据本发明的构型具有以下优点：变换器被加热到高于露点温度的温度，使得可以尽可能地避免在变换器上的可能结露。
原则上，电子控制的膨胀阀可以用于控制冷却介质的加热。这些阀在需要的情况下也可以完全关闭，以便防止液态冷却介质侵入到压缩机中，而这会严重地损害或损坏该压缩机。
因此，与已知的现有技术不同，通过根据本发明的方法借助膨胀阀的调节防止结露。
在此有利的是，临界温度这样计算，使得所述临界温度相当于第三热交换器的环境的露点温度。
在优选的实施方式中，临界温度的确定至少部分地基于第三热交换器的环境的测得的绝对空气湿度以及基于第三热交换器的测得的表面温度和/或至少部分地基于第三热交换器的环境的测得的绝对空气湿度以及基于冷却介质在第一热交换器的出口处测得的温度来进行。
优选地，膨胀阀是外部可操控的、尤其电子的膨胀阀，其中，膨胀阀的打开度可以与热泵回路的其他特征参数无关地调整。典型地，阀位置、即打开度通过步进马达来调整。因此，为了避免结露，通过以下调节算法来补充已知的膨胀阀调节，当由于当前的系统和环境条件会出现可能的结露时，该调节算法达到加热的值。
为了实施附加的用于防止结露的调节器，原则上存在不同的调节技术方面的实施可行性方案。有利地，膨胀阀的控制基于模糊逻辑、系统可变的调节或者基于相应设计的后续行为中的额定参数变化。为了计算额定值使用预控制。在此，扩展的调节算法的应用相对于已知的用于避免结露的实施方案而言提供了明显的优点，因为本来使用在冷却循环中的膨胀阀也可以附加地用于防止在变换器上的结露。特别在热泵在冷却运行中的使用是有利的，因为在相应地调节膨胀阀时冷却介质温度超过露点温度。
在另外的实施方式中，膨胀阀的控制包含，当第三热交换器的表面温度低于以限定程度高于临界温度的温度时，使膨胀阀的通流开口缩小。以该方式，在随后的液化时从当前的冷却变换器的调节策略转换成防止结露。这通过减小膨胀阀开口引起冷却介质温度的提高。通过冷却介质容积流的这种根据本发明的调节一方面导致，要冷却的设备处于可靠的工作范围中，并且另一方面设定高于环境的露点的温度。
优选地，第一热交换器是用于使冷却介质蒸发的蒸发器模块并且第二热交换器是用于使冷却介质液化的冷凝器模块。
在替代的实施方式中，第一热交换器是用于使冷却介质液化的冷凝器模块并且第二热交换器是用于使冷却介质蒸发的蒸发器模块。
在另外的实施方式中，变频器设置成用于在压缩机马达的转速方面调节压缩机模块的压缩机马达。
用于冷却热泵回路中的变换器的设备形成本发明的另一主题。所述设备包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器以用于在冷却介质和各个热交换器的环境之间交换热能。此外，所述设备具有压缩机模块和膨胀阀，其中，膨胀阀布置在第一热交换器和第二热交换器之间。在此，第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器、压缩机模块以及膨胀阀通过管路系统相互连接，使得冷却介质可以在热泵回路中循环，其中，第三热交换器设置成用于从变换器中提取热能并且将热能输送给冷却介质。
根据本发明设置为，所述设备还包括控制单元，其中，控制单元设置成用于这样控制膨胀阀，使得第三热交换器的表面温度总是高于临界温度。为此，相比于真正维持过热所需的，所提到的膨胀阀以确定的程度更多地关闭。由此冷却介质的温度升高。这引起在变换器上的表面温度的升高。以该方式，不仅确保在压缩机入口处的冷却介质的足够的温度调节，而且也确保变换器的表面温度位于露点边界线上方。
在根据本发明的构型中，所述设备还包括用于确定第三热交换器的环境的绝对空气湿度的湿度传感器以及用于确定第三热交换器的表面温度的至少一个第一温度传感器和/或用于确定在第一热交换器的出口处的冷却介质的温度的至少一个第二温度传感器和/或用于确定在第三热交换器的入口处的冷却介质的温度的至少一个第三温度传感器和/或用于确定在第三热交换器的入口上游的冷却介质的温度的第四温度传感器。
有利地，膨胀阀是外部可操控的、尤其是电子的膨胀阀，其中，膨胀阀的打开度可以与热泵回路的其他特征参数无关地设定。
优选地，第一热交换器是用于使冷却介质蒸发的蒸发器模块并且第二热交换器是用于使冷却介质液化的冷凝器模块。
在替代的实施方式中，第一热交换器是用于使冷却介质液化的冷凝器模块并且第二热交换器是用于使冷却介质蒸发的蒸发器模块。
在有利的构型中，变换器设置成用于在压缩机马达的转速方面调节压缩机模块的压缩机马达。
在特别优选的实施方式中，所述设备还包括四通阀，其中，四通阀设置成用于控制冷却介质在热泵回路中的流动方向。在此有利的是，四通阀尤其设置成用于这样控制冷却介质的流动方向，使得第一热交换器作为冷凝器工作并且第二热交换器作为热泵回路的蒸发器工作。
在此，流动方向的控制原则上应理解为，四通阀设置成用于转换或倒转冷却介质在热泵回路中的流动方向。以该方式可以确保，热泵或热泵回路既可以使用在冷却运行中也可以使用在加热运行中，并且物理构件、冷凝器和蒸发器按照四通阀的调整交换它们的功能。因此，在加热运行中所述设备这样接通，使得冷却介质被引导至蒸发器并且在那里将热量输送给环境，并且在冷却运行中所述冷却介质相应地接收来自环境的热量并且在冷凝器中又输出。
本发明的其他特征、应用可能性和优点由下面对本发明的实施例的描述得出，所述实施例在附图中示出。在此要注意到，所示出的特征仅具有所描述的特性并且也能够以与上面描述的其他扩展方案的特征组合的形式使用，并且不应考虑为以任意的方式限制本发明。
附图说明
下面参照优选实施例详细阐释本发明，其中，多于相同的特征使用相同的附图标记。附图示意性示出：
图1在加热运行中的热泵回路的示意性示图；
图2在冷却运行中的热泵回路的示意性示图；和
图3根据本发明的调节概念的示意性构造。
具体实施方式
图1和2分别示出热泵回路1的示意性示图，其中，热泵回路1可以如图1中那样以加热运行的方式运行或者如图2中那样以冷却运行的方式运行。
热泵回路1包括变换器31、第一热交换器10、第二热交换器20和第三热交换器30来在冷却介质和各个热交换器10、20、30的环境之间交换热能。此外，热泵回路1包括压缩机模块40和膨胀阀50，其中，膨胀阀50布置在第一热交换器10和第二热交换器20之间。
如在图1和2中示出，在一级热泵回路1中使用膨胀阀50来调节温度，其中，如果所述膨胀阀是外部可操控的膨胀阀50并且膨胀阀50的打开度能够与热泵回路1的系统状态或其他特征参数无关地设定，在未示出的多级热泵回路1中也可以将变换器31冷却到平均压力水平。变换器31设置成用于对压缩机模块40的未详细示出的压缩机马达在压缩机马达的转速方面进行调节。
第一热交换器10、第二热交换器20、第三热交换器30、压缩机模块40以及膨胀阀50通过管路系统100相互连接。此外，热泵回路1包括冷却介质，该冷却介质可以在热泵回路1中循环。冷却介质例如可以具有丙烷、丁烷和/或CO2。
第三热交换器30设置成用于从变换器31提取热能并且将热能输送给冷却介质。冷却介质由于热量供应在热泵回路1中蒸发并且随后供应给第三热交换器30以用于冷却变换器31。根据本发明设置为，膨胀阀50通过未示出的控制装置这样控制，使得第三热交换器30的表面温度始终高于临界温度。在此，临界温度这样计算出，所述临界温度相当于第三热交换器30的环境的露点温度。临界温度的确定至少部分地基于第三热交换器30的环境的测得的绝对空气湿度以及基于第三热交换器30的测得的表面温度来进行。此外，临界温度的确定至少部分地基于第三热交换器30的环境的测得的绝对空气湿度以及基于冷却介质在第一热交换器10的出口处测得的温度来进行。
为了确定第三热交换器30的环境的绝对空气湿度，热泵回路1包括湿度传感器。为了确定第三热交换器30的表面温度，热泵回路1还包括至少一个第一温度传感器，并且，为了确定冷却介质在第一热交换器10的出口处的温度，热泵回路1包括至少一个第二温度传感器。在图中未详细示出、但替代地或附加地可以考虑另外的温度传感器，从而热泵回路1例如可以包括用于确定冷却介质在第三热交换器30的入口处的温度的第三温度传感器和/或用于确定冷却介质在第三热交换器的入口上游的温度的第四温度传感器。
原则上设置为，膨胀阀50的控制基于模糊逻辑、结构可变的调节或者额定参数变化，其中，膨胀阀50的控制包含，当第三热交换器30的表面温度低于以限定程度高于临界温度的温度时，使膨胀阀50的通流开口缩小。
此外，所述设备包括四通阀60，通过该四通阀可以控制冷却介质在热泵回路1中的流动方向。
图3示出调节概念的示意性构造。参照环境条件71和热泵回路1进行额定值确定72以及针对调节76的转换策略74的分析处理。如果所确定的极限值Tgrenz低于当前露点Ttaup.，那么由过热调节77转换成结露调节78。
针对额定值确定72的过渡画出轨迹，该轨迹确保额定值的柔顺过渡(weicherübergang)。只要存在结露风险，那么热泵回路1以结露调节78运行。如果系统或环境条件改变，从而不再存在结露风险，那么重新转换来激活过热调节77。因为在结露调节78期间的额定过热(Sollüberhitung)始终高于在过热调节77时，所以在结露调节78期间不存在通过压缩机抽吸液态冷却介质的危险。在变换器31的环境中测量环境温度TUmgebung和相对空气湿度。这些测量参数在图3中概括为环境条件71的概念。变换器的表面温度要么可以直接被感测，要么可以基于在蒸发器的出口处的冷却介质温度、在图1中基于在第一热交换器10的出口处的冷却介质温度并且在图2中基于在第二热交换器20的出口处的冷却介质温度来评估。
本发明不局限于所描述和示出的实施例。更确切地说，本发明也包括在通过权利要求限定的本发明的框架下的所有本领域的扩展方案。
除了所述的和所描绘的实施方式之外可以考虑其他实施方式，所述实施方式可以包括其他变型方案以及特征的组合。

Claims (17)

1.用于冷却热泵回路(1)中的变换器(31)、尤其是变频器的方法，所述热泵回路(1)包括：
·第一热交换器(10)、第二热交换器(20)和第三热交换器(30)以用于在冷却介质和各个热交换器(10、20、30)的环境之间交换热能，
·压缩机模块(40)，
·膨胀阀(50)，其中，所述膨胀阀(50)布置在所述第一热交换器(10)和所述第二热交换器(20)之间；
其中，所述第一热交换器(10)、所述第二热交换器(20)、所述第三热交换器(30)、所述压缩机模块(40)以及所述膨胀阀(50)通过管路系统(100)相互连接，使得所述冷却介质能够在所述热泵回路(1)中循环，其中，所述第三热交换器(30)设置成用于从所述变换器(31)中提取热能并且将所述热能输送给所述冷却介质，
其特征在于，
控制所述膨胀阀(50)，使得所述第三热交换器(30)的表面温度始终高于临界温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以如下方式计算所述临界温度，使得所述临界温度相当于所述第三热交换器(30)的环境的露点温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述临界温度的确定至少部分地基于所述第三热交换器(30)的环境的测得的绝对空气湿度以及基于所述第三热交换器(30)的测得的表面温度来进行，和/或，所述临界温度的确定至少部分地基于所述第三热交换器(30)的环境的测得的绝对空气湿度以及基于所述冷却介质的在所述第一热交换器(10)的出口处测得的温度来进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述膨胀阀(50)是能外部操控的、尤其是电子的膨胀阀，其中，所述膨胀阀(50)的打开度能够与所述热泵回路(1)的其他特征参数无关地设定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述膨胀阀(50)的控制基于模糊逻辑、结构可变的调节或者额定参数变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述膨胀阀(50)的控制包含，当所述第三热交换器(30)的表面温度低于以限定程度高于临界温度的温度时，使所述膨胀阀(50)的通流开口缩小。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一热交换器(10)是用于使所述冷却介质蒸发的蒸发器模块。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二热交换器(20)是用于使所述冷却介质液化的冷凝器模块。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述变频器(10)设置成用于对所述压缩机模块(40)的压缩机马达(42)在所述压缩机马达(42)的转速方面进行调节。
10.用于冷却在热泵回路(1)中的变换器(31)、尤其是变频器的设备，所述设备包括：
·第一热交换器(10)、第二热交换器(20)和第三热交换器(30)以用于在冷却介质和各个热交换器(10、20、30)的环境之间交换热能，
·压缩机模块(40)，
·膨胀阀(50)，其中，所述膨胀阀(50)布置在所述第一热交换器(10)和所述第二热交换器(20)之间，
其中，所述第一热交换器(10)、所述第二热交换器(20)、所述第三热交换器(30)、所述压缩机模块(40)以及所述膨胀阀(50)通过管路系统(100)相互连接，使得所述冷却介质能够在所述热泵回路(1)中循环，其中，所述第三热交换器(30)设置成用于从所述变换器(31)中提取热能并且将所述热能输送给所述冷却介质，
其特征在于，
所述设备还包括控制单元(200)，其中，所述控制单元(200)设置成用于控制所述膨胀阀(50)，使得所述第三热交换器(30)的表面温度始终高于临界温度。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于确定所述第三热交换器(30)的环境的绝对空气湿度的湿度传感器以及用于确定所述第三热交换器(30)的表面温度的至少一个第一温度传感器和/或用于确定所述冷却介质在所述第一热交换器(10)的出口处的温度的至少一个第二温度传感器和/或用于确定所述冷却介质在所述第三热交换器(30)的入口处的温度的至少一个第三温度传感器和/或用于确定所述冷却介质在所述第三热交换器(30)的入口上游的温度的第四温度传感器。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述膨胀阀(50)是能外部操控的、尤其是电子的膨胀阀，其中，所述膨胀阀(50)的打开度能够与所述热泵回路(1)的其他特征参数无关地设定。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一热交换器(10)是用于使所述冷却介质蒸发的蒸发器模块并且所述第二热交换器(20)是用于使所述冷却介质液化的冷凝器模块。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一热交换器(10)是用于使所述冷却介质液化的冷凝器模块并且第二热交换器(20)是用于使所述冷却介质蒸发的蒸发器模块。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述变换器(31)设置成用于对所述压缩机模块(40)的压缩机马达(42)在所述压缩机马达(42)的转速方面进行调节。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括四通阀，其中，所述四通阀(60)设置成用于控制所述冷却介质在所述热泵回路(1)中的流动方向。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述四通阀(60)尤其设置成用于控制所述冷却介质的流动方向，使得所述第一热交换器(10)选择式地作为蒸发器模块或作为冷凝器模块工作并且所述第二热交换器(20)相应地作为所述热泵回路(1)的冷凝器模块或蒸发器模块工作。
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