CN112460823B - 一种空调器的变频器热管理系统及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器的变频器热管理系统，包括第一开关模块和变频器冷却单元，变频器冷却单元包括用于冷却功率模块的冷却回路，冷却回路包括多个相互并联的冷却支路，各冷却支路中设有冷却器，各冷却支路的出口端汇流后经第一开关模块与主蒸发器相连。本发明还公开了一种空调器，包括制冷系统和变频器，制冷系统包括压缩机、冷凝器、主蒸发器和节流元件，压缩机的入口端与主蒸发器相连，出口端与冷凝器相连，节流元件位于冷凝器与主蒸发器之间，变频器上设有如上所述的变频器热管理系统，变频器热管理系统中的变频器冷却单元的两端分别与冷凝器和主蒸发器相连。本发明的热管理系统及空调器具有结构简单、成本低、防凝露及可靠性高等优点。

Description

一种空调器的变频器热管理系统及空调器

技术领域

本发明主要涉及电力电子热管理技术领域，特指一种空调器的变频器热管理系统及空调器。

背景技术

制冷及热泵机组变频化具有更强的工况调节能力，是提高机组能调的有效措施。中央空调变频化已成为行业趋势。机组变频器采用冷媒冷却具有高效、简洁、清洁、经济性强、维护方便等优势。但是变频器的热管理也更加复杂，需要性能更好的热管理系统。

制冷及热泵机组变频器内部的热管理负荷通常分为两部分，一部分是功率器件的热量，另一部分是其他部件的热量。功率器件热量比重较大，通常通过冷板直接传递给冷媒带走，其他部件则由空气带走，而空气可以采用风冷蒸发器(风冷模组)带走。其中冷板常采用具有无极调节能力的膨胀阀控制，而风冷蒸发器常采用具有间断调节能力的电磁阀进行控制。在实际运行过程中，变频器内的冷媒冷却的温度有可能处于环境温度以下，相较于传统的水冷、风冷系统，有可能出现凝露这一新问题。此外，对于多功率模块变频器，每个功率模块的冷却支路需要并联设计，如果在每个支路上都设置温度控制部件，则会明显增加系统的复杂程度，减小其可靠性和经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低且防凝露的空调器的变频器热管理系统及空调器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种空调器的变频器热管理系统，包括第一开关模块和两端分别与空调器制冷系统中的冷凝器与主蒸发器相连的变频器冷却单元，所述变频器冷却单元包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路，所述冷却回路包括多个相互并联的冷却支路，各冷却支路中设有冷却器，各所述冷却支路的出口端汇流后经所述第一开关模块与所述主蒸发器相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述变频器冷却单元的入口端设有第二开关模块，所述变频器冷却单元经所述第二开关模块与所述冷凝器相连。

所述第一开关模块并联有手动开关。

所述手动开关为手动球阀。

所述第一开关模块和第二开关模块为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。

所述变频器冷却单元还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路，所述风冷蒸发回路与各冷却支路并联。

所述风冷蒸发回路包括风冷蒸发器，所述风冷蒸发器的入口端设置有开关元件。

还包括设置于风冷蒸发器处的温度检测件，用于检测变频器内部空气的温度；所述开关元件与所述温度检测件相连，用于根据所述温度检测件检测到的温度值进行开关动作或/和开度调节以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

所述开关元件为电磁阀。

本发明还公开了一种空调器，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、主蒸发器和节流元件，所述压缩机的入口端与所述主蒸发器相连，出口端与所述冷凝器相连，所述节流元件位于所述冷凝器与主蒸发器之间，所述变频器上设有如上所述的空调器的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却单元的两端分别与所述冷凝器和主蒸发器相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的空调器的变频器热管理系统及空调器，通过第一开关模块对冷媒流量进行控制，从而使得变频器各功率模块运行在合理温度范围内；整个变频器冷却单元仅使用一个第一开关模块，在保证正常温度调节功能的基础上，减少了成本，同时也提高了系统的可靠性，特别适用于各冷却支路热损耗较为均匀的情况；在此基础上，第一开关模块位于冷却回路的下游，相对于之前配置在冷却回路上游的方式，冷却支路中的冷却器的温度处于更高的范围，大大减少、甚至完全消除变频器内部凝露的可能性。

本发明的空调器的变频器热管理系统及空调器，通过第二开关模块与第一开关模块之间的相互配合控制，可以实现空调器全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器温度较高的机组。

附图说明

图1为本发明在实施例中的方框结构图。

图2为本发明在实施例中的方框结构图。

图中标号表示：1、压缩机；2、冷凝器；3、主蒸发器；4、变频器冷却单元；41、冷却回路；411、冷却支路；412、冷却器；42、风冷蒸发回路；421、开关元件；422、毛细管；423、风冷蒸发器；424、风机；43、第一开关模块；44、第二开关模块；45、手动开关；5、第一节流元件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的空调器的变频器热管理系统，包括第一开关模块43和两端分别与空调器制冷系统中的冷凝器2与主蒸发器3相连的变频器冷却单元4，变频器冷却单元4包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路41，冷却回路41包括多个相互并联的冷却支路411，各冷却支路411中设有冷却器412，变频器内各功率模块安装于冷却器412上形成热传递，通过流过冷却器412的低温冷媒将各功率模块工作时产生的热量带走，达到降温的目的；各冷却支路411的出口端汇流后经第一开关模块43与主蒸发器3相连。

本发明的空调器的变频器热管理系统，通过第一开关模块43对冷媒流量进行控制，从而使得变频器各功率模块运行在合理温度范围内；整个变频器冷却单元4仅使用一个第一开关模块43，在保证正常温度调节功能的基础上，减少了成本，同时也提高了系统的可靠性，特别适用于各冷却支路411热损耗较为均匀的情况；在此基础上，第一开关模块43位于冷却回路41的下游，相对于之前配置在冷却回路41上游的方式，冷却支路411中的冷却器412的温度处于更高的范围，大大减少、甚至完全消除变频器内部凝露的可能性。

本实施例中，第一开关模块43为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管422或节流孔板中的一种或者多种组合；另外，第一开关模块43并联有手动开关45(如手动球阀)，能够在第一开关模块43出现故障时，手动打开手动球阀以保证系统能够继续工作，保证系统的可靠性，同时也便于故障开关模块的检修。

如图2所示，本实施例中，变频器冷却单元4的入口端设有第二开关模块44，变频器冷却单元4经第二开关模块44与冷凝器2相连；第二开关模块44为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管422或节流孔板中的一种或者多种组合；通过第一开关模块43与第二开关模块44之间的相互配合控制，可以实现空调器的全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器2温度较高的机组。

本实施例中，变频器冷却单元4还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路42，风冷蒸发回路42与各冷却支路411并联。具体地，风冷蒸发回路42包括沿冷媒输送方向依次布置的开关元件421(如电磁阀)、毛细管422和风冷蒸发器423，风冷蒸发器423的一侧设置有风机424，风机424将空气吹至冷媒蒸发器内与低温冷媒进行热交换，形成低温空气对变频器内各部件进行冷却降温。另外，在风冷蒸发器423附近设有温度检测件(如温度传感器)，用于检测变频器内部空气的温度，进而对变频器内的温度进行调节：一个是风机424可以根据检测到的温度值进行启停以及变速调节，二个是电磁阀可以根据检测到的温度值进行开关以及开度调节，以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

本实施例中，冷却器412为内部设有冷媒介质通道的金属冷板，各功率模块直接与冷板相接触，当然，也可以现场情况选择合适的冷却器412类型。在进行安装时，可以在进变频器的位置加装角阀或电磁阀以便于管路连接；在出变频器的位置，可以加装截止阀以便于管路连接。

本发明还公开了一种空调器，包括制冷系统和变频器，制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、主蒸发器3和第一节流元件5，压缩机1的入口端与主蒸发器3相连，出口端与冷凝器2相连，第一节流元件5位于冷凝器2与主蒸发器3之间，变频器上设有如上所述的空调器的变频器热管理系统，变频器热管理系统中的变频器冷却单元4的两端分别与冷凝器2和主蒸发器3相连。本发明的空调器采用热泵机组。本发明的空调器由于包括如上所述的热管理系统，同样具有如上热管理系统所述的优点。

工作时，压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机1以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。在空调器制冷系统存在的前提下，将变频器与空调机组的制冷系统相连通，结构简单、对机组整体结构的影响小；冷媒在变频器冷却单元4的管道中不会产生结垢和腐蚀现象；由于冷却方法采用冷凝器2内的冷媒冷却变频器，冷媒的温度可控，受外界环境影响较小，冷却效果稳定可靠；在一个制冷系统中同时完成对变频器的冷却和空调本身的制冷功能，在变频器的正常稳定工作前提下，有效地保证了空调机组的正常运行。另外，由于本发明的空调机组包括上述空调机组的变频器热管理系统，同样具有空调机组的变频器热管理系统上述的优点。

本实施例中，制冷系统还包括闪发器、第一切换开关、第二切换开关，第二节流元件和第三节流元件，冷凝器2通过闪发器与主蒸发器3相连，第一节流元件5位于冷凝器2与闪发器之间，第二节流元件位于压缩机1与闪发器之间，第三节流元件位于闪发器与主蒸发器3之间，变频器冷却单元4的出口端经第一切换开关与闪发器相连，并经第二切换开关与主蒸发器3相连；第一切换开关与第二切换开关互锁，保证工作时仅有一个切换开关开通。上述第一切换开关和第二切换开关对应有以下两种工作模式：

第一种工作模式：第二切换开关开启而第一切换开关关闭；压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机1以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。

第二种工作模式：第一切换开关开启而第二切换开关关闭；压缩机1中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；变频器中完成热交换的冷媒和直接从冷凝器2经第一节流元件5流出的冷媒混合形成气液两相冷媒，闪发后得到低压气相冷媒进入压缩机1，对压缩机1的叶轮补气，闪发后得到低压液相冷媒进入主蒸发器3完成原制冷系统的冷却功能，对空调器的原制冷系统不产生影响，而且，利用制冷剂冷却变频器的冷却效果稳定，保证了本发明的冷却系统和空调器的正常运行，实现了变频器内部结构冷却和对外界环境冷却同时进行的效果。

对于上述第一切换开关和第二切换开关的切换控制，采取如下控制策略：在工作压差足够时(如达到一定的预设值时)，开启第一切换开关，关闭第二切换开关(第一种工作模式)；在工作压差不够时(如低于预设值时)，开启第二切换开关，关闭第一切换开关(第二种工作模式)。具体应用时，在变频器启动过程中，由于功率需求大，相应的散热量也大，因此可以采用第一种工作模式，保障启动过程中变频器内部结构的冷却效果，拓展变频器工作温区，使得对极限工况有更强的适应性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种空调器，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机(1)、冷凝器(2)、主蒸发器(3)和第一节流元件(5)，所述压缩机(1)的入口端与所述主蒸发器(3)相连，出口端与所述冷凝器(2)相连，所述第一节流元件(5)位于所述冷凝器(2)与主蒸发器(3)之间，其特征在于，所述变频器上设有空调器的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却单元(4)的两端分别与所述冷凝器(2)和主蒸发器(3)相连；

变频器热管理系统包括第一开关模块(43)和两端分别与空调器制冷系统中的冷凝器(2)与主蒸发器(3)相连的变频器冷却单元(4)，所述变频器冷却单元(4)包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路(41)，所述冷却回路(41)包括多个相互并联的冷却支路(411)，各冷却支路(411)中设有冷却器(412)，各所述冷却支路(411)的出口端汇流后经所述第一开关模块(43)与所述主蒸发器(3)相连；

制冷系统还包括闪发器、第一切换开关、第二切换开关，第二节流元件和第三节流元件，冷凝器(2)通过闪发器与主蒸发器(3)相连，第一节流元件(5)位于冷凝器(2)与闪发器之间，第二节流元件位于压缩机(1)与闪发器之间，第三节流元件位于闪发器与主蒸发器(3)之间，变频器冷却单元(4)的出口端经第一切换开关与闪发器相连，并经第二切换开关与主蒸发器(3)相连；第一切换开关与第二切换开关互锁，保证工作时仅有一个切换开关开通；上述第一切换开关和第二切换开关对应有以下两种工作模式：

第一种工作模式：第二切换开关开启而第一切换开关关闭；压缩机(1)中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器(2)内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器(3)，并在主蒸发器(3)中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机(1)以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环；

第二种工作模式：第一切换开关开启而第二切换开关关闭；压缩机(1)中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器(2)内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元(4)进行热交换，冷却变频器；变频器中完成热交换的冷媒和直接从冷凝器(2)经第一节流元件(5)流出的冷媒混合形成气液两相冷媒，闪发后得到低压气相冷媒进入压缩机1，对压缩机1的叶轮补气，闪发后得到低压液相冷媒进入主蒸发器(3)完成原制冷系统的冷却功能；

对于上述第一切换开关和第二切换开关的切换控制，采取如下控制策略：在工作压差达到一定的预设值时，关闭第一切换开关，开启第二切换开关，进入第一种工作模式；在工作压差低于预设值时，关闭第二切换开关，开启第一切换开关，进入第二种工作模式。

2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述变频器冷却单元(4)的入口端设有第二开关模块(44)，所述变频器冷却单元(4)经所述第二开关模块(44)与所述冷凝器(2)相连。

3.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述第一开关模块(43)并联有手动开关(45)。

4.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于，所述手动开关(45)为手动球阀。

5.根据权利要求2或3或4所述的空调器，其特征在于，所述第一开关模块(43)和第二开关模块(44)为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管(422)或节流孔板。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的空调器，其特征在于，所述变频器冷却单元(4)还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路(42)，所述风冷蒸发回路(42)与各冷却支路(411)并联。

7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述风冷蒸发回路(42)包括风冷蒸发器(423)，所述风冷蒸发器(423)的入口端设置有开关元件(421)。

8.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于，还包括设置于风冷蒸发器(423)处的温度检测件，用于检测变频器内部空气的温度；所述开关元件(421)与所述温度检测件相连，用于根据所述温度检测件检测到的温度值进行开关动作或/和开度调节以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

9.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于，所述开关元件(421)为电磁阀。

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