TWI590571B - 可變速驅動器系統及冷卻系統 - Google Patents

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TWI590571B
TWI590571B TW104141125A TW104141125A TWI590571B TW I590571 B TWI590571 B TW I590571B TW 104141125 A TW104141125 A TW 104141125A TW 104141125 A TW104141125 A TW 104141125A TW I590571 B TWI590571 B TW I590571B
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康斯坦汀 柏里索夫
馬克Ａ 尼爾森
傑佛瑞Ａ 瑪蒂奈里
布萊恩Ｌ 史陶佛
塞斯Ｋ 葛拉費爾特
麥可Ｓ 陶德
艾文 賈德瑞克
賈伯Ｗ 夏瑞比爾
提姆 貝克利
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強生控制科技公司
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Description

可變速驅動器系統及冷卻系統
本申請案總體上係關於用於可變速驅動器之冷卻歧管。本申請案更具體而言係關於用於可變速驅動器之結構性框架冷卻歧管。
容納功率切換裝置之配電板產生顯著的熱量，該熱量必須移除以便電子元件不因超溫而失效。用於應用之配電板(諸如用於電動機控制及HVAC應用之可變速驅動器)通常使用用於冷卻劑分佈之軟管及用於結構支撐之鋼構件。
本揭示內容揭示起冷卻流體歧管及結構性構件作用之單個部分。軟管可能失效並且引起液體與通電組件或電氣設備內部之匯流排接觸，從而引起短路或裝備停機。揭示之配置消除或最小化軟管之用途，並且提供整合有支撐電子機櫃的結構性構件之冷卻流體通道，並且電子組件安裝在機櫃內。
揭示之系統及/或方法的預期優點滿足此等需要中之一或多者或提供其他有利特徵。其他特徵及優點將由本說明書變得顯而易見。揭示之教示內容擴展至落入申請專利範圍之範疇內的該等實施例，無論其是否完成前面提 及的需要中之一或多者。
一個實施例係關於可變速驅動器，其包括連接至AC電源之轉換器、連接至該轉換器之DC鏈路及連接至該DC鏈路之反流器，該反流器經組配來將來自DC鏈路之DC電壓轉換成具有可變電壓及可變頻率之輸出AC電力，該反流器進一步包含：至少一個電力電子模組及相關控制電路；不導電的散熱器，其與電力電子模組呈熱連通且與歧管呈流體連通，該歧管包含中空管形構件、用於將冷卻流體引入管形構件及從管形構件引出之多個埠、用於將歧管附接至結構性框架之至少一個托架、及用於將至少一個電力電子模組附接至管形構件之至少一個托架。在示範性實施例中，管形構件包括與至少一個水平構件部分呈流體連通之至少一個垂直構件部分。
另一實施例係關於包括中空管形構件之歧管，該中空管形構件具有呈流體連通之至少一個垂直構件部分及至少一個水平構件部分、用於將冷卻流體引入歧管及從歧管引出之多個埠、用於將歧管附接至結構性框架之至少一個托架、及用於將電力電子模組附接至歧管之至少一個托架。
本文描述之實施例的某些優點包括用於包括歧管的VSD之結構性框架。歧管可由中空不銹鋼管材構造以用於循環液體冷卻劑。歧管提供用於連接至VSD冷卻區之分佈埠。經由在VSD內軟管之最小化，歧管降低冷卻流體 在VSD中的分佈之複雜性。歧管也提供用於VSD中組件之結構性支撐。經由液體冷卻VSD中的軟管之最小化，降低冷卻系統設計之複雜性。任何非腐蝕材料可用於歧管管材或塗覆歧管管材以防止腐蝕，例如非腐蝕金屬、陶瓷或聚合材料。
替代示範性實施例係關於可在申請專利範圍中一般列舉之其他特徵及特徵之組合。
10‧‧‧HVAC系統
12‧‧‧建築
14‧‧‧蒸氣壓縮系統
16‧‧‧鍋爐
18‧‧‧回氣管道
20‧‧‧供氣管道
22‧‧‧空氣處理機
24、62‧‧‧導管
26‧‧‧可變速驅動器(VSD)
28‧‧‧壓縮機
30‧‧‧冷凝器
32‧‧‧液體冷卻器/蒸發器
34‧‧‧控制面板
36‧‧‧馬達
38‧‧‧AC電源
40‧‧‧開關
42‧‧‧冷卻構件
43、45‧‧‧管
47‧‧‧入口通路
49‧‧‧出口通路
50‧‧‧歧管
52‧‧‧框架
54‧‧‧水平管形構件
56‧‧‧垂直管形構件
58‧‧‧供應接頭/供應埠
64‧‧‧排出埠
66‧‧‧角托架
68‧‧‧末端托架
70‧‧‧輔助角托架
72‧‧‧終端板
74‧‧‧組件
76‧‧‧底座
78‧‧‧內部框架構件
圖1展示在商業環境中加熱、通風、空氣調節及製冷(HVAC&R)系統之示範性實施例。
圖2示意性例展示可用於圖1之示範性實施例的蒸氣壓縮系統之示範性實施例。
圖3展示具有冷卻構件之示範性實施例的可變速驅動器系統的一部分之分解圖。
圖4展示在示範性實施例中位於電力電子總成上之多個冷卻構件。
圖5展示封閉在VSD中之內部組件的示範性視圖之正視圖。
圖6展示在圖5中所示的內部組件之對側視圖。
圖7展示示範性冷卻歧管之透視圖。
圖8展示圖7之冷卻歧管之平面圖。
圖9展示圖7之冷卻歧管之側視圖。
圖1展示用於建築12中的加熱、通風、空調系統 (HVAC系統)10之用於標準商業背景的示範性環境。系統10可包括併入蒸氣壓縮系統14之壓縮機，蒸氣壓縮系統14可提供可用於冷卻建築12之冷卻的液體。系統10亦可包括供應可用於加熱建築12的加熱液體之鍋爐16，及循環通過建築12的空氣之空氣分配系統。空氣分配系統可包括回氣管道18、供氣管道20及空氣處理機22。空氣處理機22可包括由導管24連接至鍋爐16及蒸氣壓縮系統14之換熱器。取決於系統10之操作模式，在空氣處理機22中的換熱器可接收來自鍋爐16之加熱液體或來自蒸氣壓縮系統14之冷卻液體。系統10在建築12之每層具有獨立空氣處理機，但將瞭解此等組件可以在層之間或之中共用。
圖2示意性例展示具有可用於圖1中的建築12之具有可變速驅動器(Variable Speed Drive，以下或稱VSD)26的蒸氣壓縮系統14之示範性實施例。蒸氣壓縮系統14可包括壓縮機28、冷凝器30、液體冷卻器或蒸發器32及控制面板34。壓縮機28由馬達36驅動，馬達36由VSD 26供能。VSD 26接收來自AC電源38的具有特定固定線路電壓及固定線路頻率之AC電力，並且以需要之電壓及需要之頻率提供AC電力至馬達36，兩者皆可變化以滿足特定要求。控制面板34可包括各種不同組件，諸如模擬到數字(A/D)轉換器、微處理器、非易失性儲存器及接口板以控制蒸氣壓縮系統14之操作。控制面板34亦可用於控制VSD 26之操作及馬達36。
壓縮機28壓縮製冷劑蒸氣並且將蒸氣經由排出 管線遞送至冷凝器30。壓縮機28可為任何合適類型之壓縮機，例如螺旋壓縮機、離心壓縮機、往復式壓縮機、渦卷式壓縮機等等。藉由壓縮機28遞送至冷凝器30之製冷劑蒸氣進入與例如空氣或水的流體之熱交換關係，並且由於與流體之熱交換關係進行相變為製冷劑液。冷凝液體製冷劑從冷凝器30流經膨脹裝置(未展示)到達蒸發器32。
蒸發器32可包括用於冷卻負載之供應管線及回流管線之連接。例如水、乙二醇、氯化鈣鹽水或氯化鈉鹽水的製程流體經由回流管線進入蒸發器32並且經由供應管線離開蒸發器32。蒸發器32中之液體製冷劑進入與製程流體之熱交換關係來降低製程流體之溫度。蒸發器32中之製冷劑液由於與製程流體之熱交換關係進行相變為製冷劑蒸氣。蒸發器32中之蒸氣製冷劑藉由吸入管線離開蒸發器32並且回到壓縮機28以完成循環。
圖3展示具有放置在冷卻構件42上之多個開關40的可變速驅動器26之一個部分。VSD 26可用於提供需要之動力至馬達以用於不同應用或HVAC系統。例如，此馬達可驅動蒸氣壓縮系統之壓縮機。VSD 26之開關40描述為具有3個雙IGBT's之Infineon模組，但要求冷卻之其他半導體裝置或其他電子組件可用冷卻構件42冷卻。管43、45連接至入口通路47及出口通路49，分別將冷卻流體引入冷卻構件42及從冷卻構件42移除冷卻流體。管43及45或其他合適流動通道連接至冷卻系統，冷卻系統提供冷卻流體之連續流動至冷卻構件42。將冷卻流體施加至管43，流經構件42並且 經由管45流出。
包括冷凝水、水及已知製冷劑的各種不同冷卻流體可在冷卻構件42中循環並且用於冷卻電子組件。此外，各種不同冷卻系統可用於冷卻從冷卻構件42離開之冷卻流體。
冷卻構件42冷卻用於為HVAC系統之馬達供能的VSD 26中之模組。模組可以密封關係連接至冷卻構件42。施加至冷卻構件42之冷卻流體可為流經閉合迴路中的冷卻構件42及換熱器之水。在將水再引入至冷卻構件42前，換熱器冷卻該水。換熱器可為管殼式換熱器並且來自HVAC系統的冷卻塔之水可用於冷卻施加至冷卻構件42之水。
圖4展示將安裝至VSD 26之組件之多個冷卻構件42。冷卻構件42垂直地定位並且安裝在組件74(例如，dc鏈路電容器)之一側上。在另一實施例中，組件74可以任何合適之定向來定向，諸如垂直、水平或對角線。
參照隨後之圖5及圖6，展示封閉在VSD 26中之內部組件的示範性視圖之正視圖。歧管50安裝在VSD 26之框架52內。歧管50包括以90°角度連接之水平管形構件54及垂直管形構件56，水平管形構件54與垂直管形構件56呈流體連通以用於冷卻流體之流動至供應接頭或供應埠58。供應埠58經由軟管區段43與冷卻構件42之入口通路47呈流動連通地連接，以將冷卻流體提供至安裝在開關40上之冷卻構件42。在冷卻流體經由冷卻構件42循環後，冷卻流體經 由出口通路49離開冷卻構件42，並且流入回流導管62中，並且在與導管62呈流動連通之排出埠64處離開VSD 26。至少一個供應埠58設計為連接至源頭(未展示)以用於接收冷卻流體進入歧管50之入口埠。
參照圖7-9，展示示範性冷卻歧管50。多個埠58沿著水平歧管區段54及垂直歧管區段56定位。埠58之數量及位置可取決於應用變化，例如開關40之數量及其在框架52內之位置。角托架66沿水平歧管區段54提供以用於開關40之附接。末端托架68位於水平歧管區段54及垂直歧管區段56之末端以用於分別在終端板72及底座76處附接至框架區段52。輔助角托架70亦可附接至鄰近垂直歧管區段56與水平歧管區段58之交點的歧管50，以用於將歧管50連接至內部框架構件78。
在使用相同空間作為用於冷卻流體之導管的同時，歧管50將結構性支撐提供至框架52及開關40。雙重目的之歧管提供在VSD 26內的額外有效空間並且減少連接冷卻構件42與冷卻流體之源頭所需軟管的量。
應理解，應用不限於在以下說明書中闡述或在圖中例示之細節或方法。亦應理解，本文使用之用語及術語僅用於說明書之目的且不應視為限制。
雖然在圖中例示及本文描述之示範性實施例目前為較佳的，應理解此等實施例僅以示例方式提供。因此，本申請不限於特定實施例，但延伸至儘管落入隨附申請專利範圍範疇之各種修改。任何製程或方法步驟的順序或次 序可以根據替代實施例變化或重新排序。
重要的是注意如各種示範性實施例中所示之可變速驅動器的構造和配置僅為說明性的。雖然本揭示內容中已詳細描述了少數實施方案，但是審查本揭示內容之該等人士將容易瞭解：在實質上不脫離申請專利範圍中列舉的主題的新穎教示及優點之情況下，許多修改都是可能的(例如，在各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例，參數值，安裝配置，材料使用，顏色，定向等方面的變化)。例如，展示為整體形成的之元件可由多個部件或元件構成，元件的位置可以反向或以其他方式變化，並且離散元件或位置的性質或數量也可以改變或變化。因此，旨在將所有此等修改包括在本申請範疇內。任何製程或方法步驟的順序或次序可以根據替代實施例變化或重新排序。在申請專利範圍中，任何裝置加功能條款旨在包括本文描述作為執行列舉功能之結構，以及不僅是結構等同物而且是等效結構。在不脫離本申請的範疇之情況下，可對各種示範性實施例之設計、操作條件及配置做出其他的替換、修改、變化和省略。
26‧‧‧可變速驅動器(VSD)
40‧‧‧開關
43‧‧‧管
50‧‧‧歧管
52‧‧‧框架
54‧‧‧水平管形構件
56‧‧‧垂直管形構件
58‧‧‧供應接頭/供應埠
62‧‧‧導管
64‧‧‧排出埠
70‧‧‧輔助角托架
72‧‧‧終端板
76‧‧‧底座

Claims (20)

  1. 一種可變速驅動器系統，其經組配來接收處於一固定AC輸入電壓幅度及頻率之一輸入AC電力，並且提供處於一可變電壓及一可變頻率之一輸出AC電力，該可變速驅動器系統包含：一轉換器，其經適配來與一提供該輸入AC電壓之AC電源耦合，該轉換器經組配來將該輸入AC電壓轉換成一DC電壓；一DC鏈路，其連接至該轉換器，該DC鏈路經組配來對該DC電壓濾波並且儲存來自該轉換器之能量；及一反流器，其連接至該DC鏈路，該反流器經組配來將來自該DC鏈路之該DC電壓轉換成具有該可變電壓及該可變頻率之該輸出AC電力，該反流器包含：至少一個電力電子模組及相關電路；一散熱器，其與該電力電子模組呈熱連通且與一歧管呈冷卻性流體連通，該歧管包括具有用以將冷卻流體引入該歧管之至少一個埠及用以將該冷卻流體引出該歧管之至少一個埠的一中空管形構件；用以將該歧管附接至該電力電子模組之一結構性框架的至少一個托架；及用以將一電力電子模組附接至該歧管之至少一個托架，藉此該歧管使用相同的空間來提供雙重作用：提供用於該框架之結構性支撐及用於該電子模組之支撐，而同時提供用於 該冷卻流體之一導管。
  2. 如請求項1之可變速驅動器系統，其中該歧管進一步包含與至少一個水平構件部分呈流體連通之至少一個垂直構件部分。
  3. 如請求項2之可變速驅動器系統，其中該至少一個電力電子模組安裝在該水平構件部分上。
  4. 如請求項1之可變速驅動器系統，其中該歧管由一非腐蝕材料製造。
  5. 如請求項4之可變速驅動器系統，其中該非腐蝕材料為不銹鋼。
  6. 如請求項1之可變速驅動器系統，其中該歧管塗覆有從聚合物及陶瓷所組成之群組中選出的一材料。
  7. 如請求項1之可變速驅動器系統，其中該歧管進一步包含用於將該歧管安裝至該框架之數個末端托架。
  8. 一種可變速驅動器系統，其經組配來接收處於一固定AC輸入電壓幅度及頻率之一輸入AC電力，並且提供處於一可變電壓及一可變頻率之一輸出AC電力，該可變速驅動器系統包含：一轉換器，其經適配來與一提供該輸入AC電壓之AC電源耦合，該轉換器經組配來將該輸入AC電壓轉換成一DC電壓；一DC鏈路，其連接至該轉換器，該DC鏈路經組配來對該DC電壓濾波並且儲存來自該轉換器之能量；及一反流器，其連接至該DC鏈路，該反流器經組配 來將來自該DC鏈路之該DC電壓轉換成具有該可變電壓及該可變頻率之該輸出AC電力，該反流器包含：多個電力電子模組及相關電路；一散熱器，其與該等電力電子模組中之每一者呈熱連通且與一歧管呈流體連通，該歧管包括：一冷卻介質經過的一空腔；用以將該冷卻介質引入該歧管之空腔之至少一個埠、及用以將該冷卻介質引出該歧管之空腔之至少一個埠；用以將該歧管附接至電力電子模組之一結構性框架之一托架；及用以將該等電力電子模組中之每一者附接至該歧管之一托架，藉此該歧管使用相同的空間來提供雙重作用：提供用於該框架之結構性支撐及用於該等電子模組之支撐，而同時提供用於冷卻流體之一導管。
  9. 如請求項8之可變速驅動器系統，其中該歧管進一步包含與至少一個水平構件部分呈流體連通之至少一個垂直構件部分。
  10. 如請求項9之可變速驅動器系統，其中該等電力電子模組中之至少一者安裝在該水平構件部分上。
  11. 如請求項8之可變速驅動器系統，其中該歧管由一非腐蝕材料製造。
  12. 如請求項11之可變速驅動器系統，其中該非腐蝕材料為不銹鋼。
  13. 如請求項8之可變速驅動器系統，其中該歧管塗覆有從聚合物及陶瓷所組成之群組中選出的一材料。
  14. 如請求項8之可變速驅動器系統，其中該歧管進一步包含用於將該歧管安裝至該框架之數個末端托架。
  15. 一種冷卻系統，其用於封閉在一殼體內之產熱電子設備，該等電子設備具有至少一個電力電子模組及相關電路，該冷卻系統包含：一散熱器，其與該電力電子模組呈熱連通且與一歧管呈冷卻性流體連通，該歧管包括具有用以將冷卻流體引入該歧管之至少一個埠及用以將冷卻流體引出該歧管之至少一個埠的一中空管形構件；用以將該歧管附接至該等電力電子設備之一結構性框架之至少一個托架；用以將該歧管附接至一結構性框架之至少一個托架；及用以將該等電力電子模組附接至該歧管之多個托架，藉此該歧管使用相同空間來提供雙重作用：提供用於該框架及該電子模組之結構性支撐，而同時提供用於該冷卻流體之一導管。
  16. 如請求項15之冷卻系統，其中該歧管進一步包含與至少一個水平構件部分呈流體連通之至少一個垂直構件部分。
  17. 如請求項16之冷卻系統，其中該至少一個電力電子模組安裝在該水平構件部分上。
  18. 如請求項15之冷卻系統，其中該歧管由一非腐蝕材料製造。
  19. 如請求項18之冷卻系統，其中該非腐蝕材料為不銹鋼。
  20. 如請求項15之冷卻系統，其中該歧管進一步包含用於將 該歧管安裝至該框架之數個末端托架。
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