英华特技术分享 | 低环境温度变频热泵压缩机变频器的冷却方式及对比选择

变频器通过调节变频压缩机电机的电源频率来控制其转速，从而精确管理系统制冷剂的流量和制冷/制热能力。然而，变频器在运行中因能量损耗、过载、谐波等因素会产生大量热量，导致内部温度异常升高。过高温度会改变元件电阻、加速电子元件老化，这不仅会降低变频器的输出性能，还会缩短其使用寿命。因此，优良的散热设计是保障变频压缩机系统稳定运行和能力输出的关键。

目前低环境温度变频热泵压缩机变频器冷却的方式主要有3种：空气冷却方式、含热管的空气冷却方式、冷媒冷却方式。

1、空气冷却方式

目前低环境温度变频热泵压缩机变频器的空气冷却方式的空气介质有2种，一种是经过翅片换热器降温或升温（制冷运行时）后外界空气，另一种是直接来自外界的自然空气。因此，衍生出以下2种变频器空气冷却方式。

1.1 不带风道的变频器空气冷却方式：

这种空气冷却方式的空气介质是经过翅片换热器降（制热运行时）温或升温后外界空气，示意图见图1。

图1 不带风道的变频散热器空气冷却方式

不带风道的变频器散热片置于空气侧换热风道内， 散热片的肋片布置随气流方向设计，利用翅片换热器换热风道内的气流流场与散热片产生对流换热，从而起到加强散热的作用。

低环温变频热泵压缩机在制热或热水运行时，外界冷空气经过翅片换热器后进一步降温，再流经变频器散热片，从而有很好的冷却效果。尤其低环温变频热泵在较低环境温度制热或热水运行时，变频器一直能维持在较低的温度，因此变频器能有较大的能力输出。

低环温变频热泵压缩机在制冷运行时，外界空气经过翅片换热器后升温，变频散热器的冷却介质为较高温的空气，因此冷却效果受限，使得变频热泵压缩机在较高环温下制冷运行时变频器能力输出受限。这就使得在较高的冷负荷需求下，输出的冷量有可能无法满足需求。

1.2 带风道的变频器空气冷却方式：

带风道的变频散热器连同风道一起置于空气侧换热风道内，散热风道的进风口开设在侧板上，用于引入外界的自然空气，风道的出风口朝上，用于排出流经散热片冷却完变频器后的外界空气，如图2所示。

低环温变频热泵压缩机在制热或热水运行时，用来冷却变频散热器的外界空气虽没有经过降温，其与散热片的换热温差不如不带风道的变频器空气冷却方式，但由于有了风道的导流作用，流经散热片的空气流量相比不带风道的变频器空气冷却方式有一定增大，与散热器肋片的对流换热系数也会相应增大，因此，冷却效果也是较好的。

低环温变频热泵压缩机在制冷运行时，‌用来冷却变频器的外界自然空气由于没有经过翅片换热的升温以及风道的引导，且冷却效果强于不带风道的变频器空气冷却系统。因此采用带风道的变频散热器空气冷却方式时，制冷运行时变频器能力输出强于不带风道的变频器空气冷却系统。

图2 带风道的变频散热器空气冷却方式

然而，带风道的变频散热器空气冷却系统需要对风道（位置和截面大小等）进行合理的设计，一方面需防止空气流经散热片风道后的压降过小，而导致翅片换热器空气流量的损失，另一方面需防止空气流经散热片风道后的压降过大，导致流经散热片风道的空气流量过小，从而降低对变频器的冷却效果。

2、含热管的变频器空气冷却方式

含热管的变频器空气冷却方式冷却变频器是在上述不带风道的空气冷却系统的基础上，在散热器肋片内设计一定数量的冷媒密封通道，每个通道内注入一定质量的冷媒。肋片需竖直放置，散热器的下部和变频器发热面紧贴，如图3所示。每个通道内的冷媒在通道下部受热气化，蒸汽上升到通道的上部，在空气冷却的条件下冷凝液化后，由于重力的作用液态冷媒下落到通道的下部，完成一个热管重力循环。含热管的空气冷却方式如图4所示。

由于冷媒在散热器肋片通道内发生相变，其传热系数比铝的导热系数增大了十几甚至几十倍，因此，能有效的加强对变频器的冷却。

图3 含热管的空气冷却方式中散热器与变频器安装位置示意图

图4 含热管的空气冷却方式示意图

然而，含热管的空气冷却方式的变频器散热片的设计要合理，尤其是散热片的竖向垂直高度，必有由200mm以上的高度才能使肋片热管通道内的冷媒相变后产生重力循环。其次，由于肋片内增加了热管通道，使得肋片的强度变弱，在外力下容易受到损坏。

3、冷媒冷却方式

低环温变频热泵压缩机变频器冷媒冷却方式是利用热泵系统过冷后的冷媒介质，通过变频器导热片，利用过冷后冷媒的较低温度、高压冷媒较高的比热容和大流量，来冷却变频器，同时过冷冷媒在这个阶段产生少许的温升。

变频器冷媒冷却方式的示意图见图5。

图5 变频器冷媒冷却系统

应用冷媒冷却方式的低环温变频热泵压缩机无论在制热、热水或制冷运行，变频器的冷却效果均较好，变频器有较大的能力输出。由于经过经济器的过冷，在变频器冷却过程产生的冷媒温升对过冷度的影响微乎其微。

然而，系统上增加了单向阀组件及连接铜管件，材料成本和生产成本有所上升。

综上所述，上述几种变频器的冷却方式各有优劣，可根据系统的具体应用方向及产品定位进行恰当选择。

总体来说，对于低环温变频热泵热水机组和低环温单采暖型热泵机组，选择空气冷却方式比较合适。而在上述包含的空气冷却方式中，冷却效果从优到差依次排列：带风道的变频器空气冷却方式＞含热管的变频器空气冷却方式＞不带风道的变频器空气冷却方式。

对于低环境温度空气源热泵(冷水)机组，优先推荐使用冷媒冷却方式，其次是带风道的变频器空气冷却方式。