用以冷却制冷压缩机驱动装置动力电子器件的设备 本发明涉及用以冷却与制冷压缩机相关的变频驱动装置的电子器件的方法和设备。
使用在许多制冷系统中的压缩机通常需要对压缩机的电动机速度进行严密的控制，以在变化的负荷条件下将该系统保持在需要的限定范围内。因此压缩机装配有变频驱动装置(VFD)，变频驱动装置包含有绝缘栅双极晶体管形式的动力电子器件，该电子器件可能会过热，因此需要冷却。给这些电子器件提供冷却、通常所能接受的方法是将晶体管安装在一散热片上，并且通过在散热片内部或周围循环散热剂，从而将热量从散热片上带走。散热片和冷却系统的性能成了决定VFD容量的主要因素。
散热片通常是相对较大的块状材料的形式，它具有很好的热传导和热惯性性能。一流通通道形成在块状物中，散热剂通过该通道循环，它吸收了过多的热量且将其带出系统。
用水来冷却VFD散热片已被证明是冷却VFD晶体管的一种满意的方法，但是，水冷却难以控制，并且散热片温度有时会超出需要地运行范围。这又会产生VFD电子器件的过热和阻碍制冷系统的运作。此外，水冷却回路需要额外的水控制构件，例如水泵、热交换器及需要将热量从晶体管传送到外部环境的此类装置。此类冷却装置一般较为复杂、成本高且需要很大的安装空间。
因此本发明的一个基本目的是改进制冷系统。
一种闭合回路制冷系统可以达到该目的，该系统具有通过制冷管路串联连接的一冷凝器、一蒸发器和一压缩机及位于一个制冷管路中用来调节在冷凝器和蒸发器之间从高压流向低压的制冷剂的一膨胀器。一变频驱动装置与压缩机相连，它包含有会产生热量的绝缘栅双极晶体管形式的电子器件，该电子器件需要加以冷却。该电子器件与较好热传导性能的块状材料安装成具有热传导关系。该块状材料作为散热片将热量从动力电子器件上带走。设置了一流通回路，以将制冷剂从系统的冷凝器通过散热片传送到系统压缩机的入口。一膨胀阀安装在流通回路中，它控制在回路中流动的制冷剂的膨胀，由此给散热片和其上的电子器件提供冷却。
为了更好地理解本发明的这些和其他目的，结合附图，参见以下本发明的详尽描述，在附图中：
图1是结合本发明的一制冷系统的示意图；
图2是涉及本发明又一实施例的与图1类似的示意图；
图3仍然是涉及本发明又一实施例的示意图；
图4是本发明另一实施例的示意图；以及
图5是适于使用在本发明实践中的一温度膨胀控制阀的放大后的侧视图。
首先参见图1，它简要示出了以10标示的一制冷系统，该系统利用了卡诺制冷循环，该循环具有可操作地连接到各种系统构件上的一系列制冷管路12。该系统还具有通过一制冷管路12连接到一压缩机15出口侧的一冷凝器13。而该冷凝器又与一蒸发器17相串联，蒸发器17的出口借助于一制冷管路连接到该压缩机的入口侧，以完成该系统的回路。一膨胀器20安装在冷凝器和蒸发器之间的制冷管路上，它将从冷凝器出来的高压制冷剂通过膨胀而使其成为低温低压。膨胀器可以是此类装置中的任何一种，例如本领域中众所周知和使用的节流阀或毛细管。
需要冷却的物质流经与低温制冷剂有热传递关系的蒸发器。在冷却过程中吸收了热量的制冷剂在一相当低的压力下被蒸发，而后制冷剂蒸汽被传送到压缩机入口，以通过该系统再次循环。
该压缩机的电动机装配有控制发动机速度的变频驱动装置(VFD)25。该装置以虚线示出在图1中。在该领域中众所周知，VFD一般容纳有需要冷却的动力电子器件，以使驱动装置能在该系统运行范围中的最优条件下运作。在实践中，需要冷却的电子器件通常是图中以27简要示出的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。如上所述，迄今该电子器件是通过将其与一散热片放置成热传递关系和循环冷却水进行冷却的。此类冷却系统相当复杂，需要较大的空间，且难以控制。
如图1所示，VFD的电子器件直接安装在一散热片30上，散热片30形成了在此所说的VFD蒸发器29的一部分。该散热片是用具有较高热传导系数的块状材料构造，因此该电子器件所产生的热能被快速传递走且吸入到散热片中。一内部流通通道32安装该块状材料中。该通道沿一弯曲路径通过该块状材料，以提供通道和散热片之间最大的接触面。在实践中，该流通通道可以是嵌入散热片中的一段铜管或者类似物，并且它具有一入口33和一出口34。
内部流通通道的入口33通过一供给管36连接在该系统冷凝器的制冷剂出口35上。而该流通通道的出口通过一排放管39连接在压缩机入口上。以40标示的一控制阀容纳在供给管中，通过控制阀，制冷剂从较高的冷凝器压力调节到一较低的压力，由此给散热片提供低温的制冷剂来冷却该电子器件。
控制阀40的细节示出在图5中。该阀具有嵌入散热片中的一探测头42，探测头42尽可能地接近该电子器件，以最佳地测定运行温度。该阀可以是能对探测头所感应的温度作出响应的一温控阀，或者是能对散热片中温度变化所导致的在探测头处的压力变化作出响应的一温度膨胀阀。在本实施例中，该阀是一个温度膨胀阀，它具有安装在壳体44内部的一横隔膜43。依据散热片的温度，球状测头的压力有所变化，随之设定了横隔膜的上侧腔体45上的压力。横隔膜下侧腔体46上的压力由一预设的可调节弹簧47和一均压端口49来决定，均压端口49在腔体的低压侧和阀门体50的低压侧之间延伸。横过该阀的横隔膜的压力平衡使阀门体定位在阀通道中，由此控制提供给散热片的冷却量。较佳地，将散热片的温度控制在90°F至140°F的范围内。
从以上公开可以看出，带有内部流通通道的散热片可作为用于VFD的制冷剂蒸发器，通过利用制冷循环给电子器件提供严密控制的冷却，以从VFD中除去热量。可以看出，传递到VFD蒸发器中制冷剂的热量被该系统的压缩机传导至该系统的冷凝器，在那里，热量被排放到冷凝器冷却回路中。
图2描述的是本发明的另一实施例，其中相同的构件用图1中相同的标号来标示。在本发明的该实施例中，VFD蒸发器的排放管39连接到系统蒸发器17中，且与流经该蒸发器进行处理的制冷剂结合在一起。所示的阀探测头42安装在VFD蒸发器的排放管上，而不是嵌入在散热片中。该探测头将温度信息反馈给控制阀40，而控制阀40根据所感应的制冷剂温度来设定阀门体的位置，从而将散热片的温度保持在冷却电子器件需要的运行范围之内。
现参见图3，所示的仍然是本发明的另一实施例，其中相同的标号再次用来标示与以上相同的构件。在本发明的该另一实施例中，控制阀40安装在VFD蒸发器29的排放管中，在此情况下，控制阀40直接连接在压缩机入口处。但是，如上所述，排放管也可以直接连接在该系统上。温度探测头42嵌入VFD蒸发器的散热片30中，且给控制阀提供相关的温度信息。一般从系统冷凝器出来的制冷剂的温度低于140°F，因此分流入VFD蒸发器的制冷剂很好地处在冷却电子器件所需的散热片温度范围之内。
图4所示的仍然是本发明的另一实施例，其中相同的标号再次用来标示与以上相同的构件。在本发明的该实施例中，从系统冷凝器出来的制冷剂的一部分通过温控阀40膨胀进入VFD蒸发器29中。温度探测头42还是嵌在散热片30中，且给微处理器50相关温度信息，微处理器50编有处理数据的程序，且给控制阀发出控制信号。其他系统相关信息也可以送给微处理器，再经微处理器处理后达到需要的阀设定值，以在系统总体性能消耗最小的条件下给电子器件提供冷却。
从以上的公开可证实，本发明是对制冷压缩机的变频驱动装置的动力电子器件加以冷却的一种简单有效的解决办法。本系统消除了传统的水冷却系统的复杂性，并且易于安装，且更能够控制冷却过程。因为其有效性，本系统允许比已有技术中当前使用在一制冷系统的压缩机驱动装置中的那些器件容量更大的电子器件的更为广泛的应用。