CN102050125A - 轨道车辆用变频热泵空调机组 - Google Patents

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贾峰
黄允东
周生存
李兵
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Songz Rail Vechicle Air Conditioning Co., Ltd.
Songz Automobile Air Conditioning Co Ltd
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Songz Automobile Air Conditioning Co Ltd
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Abstract

本发明轨道车辆用变频热泵空调机组，采用变频调速压缩机与定频压缩机的双系统结构：每个压缩机所在的系统包括一台独立的室外侧换热器，一个四通换向阀、一个双向的膨胀阀；空调机组内包括两台室内侧换热器，每台室内侧换热器设置的两套循环管路分别连接变频调速压缩机和定频压缩机；控制系统由为变频调速压缩机提供可调制电源的变频器、为室外侧风机和室内侧风机提供可调制电源的变频器、主控制器及相关电气部件组成；空调机组的主要部件和电动连接设置在轨道车辆的顶置式结构内，通过连接器与轨道车辆的主电源和控制箱连接；控制系统及变频器置于顶置结构之外的控制箱内；本发明的积极的效果是：车厢内的温度控制更稳定，更舒适并且节能。

Description

轨道车辆用变频热泵空调机组
技术领域
本发明涉及轨道交通（地铁）车辆空调设计与制造技术领域，具体的说，是一种轨道车辆用变频热泵空调机组。
背景技术
在我国的大城市中，轨道交通（地铁）的建设已成为城市公共交通发展的趋势，因此，对轨道交通（地铁）车辆也提出了新的要求。现有轨道交通（地铁）车辆的空调机组都为单冷型定转速空调机组，空调系统采用单冷设计，压缩机采用传统的定转速压缩机；车厢内温度控制采用启停压缩机的方式，部分负荷时采用压缩机卸载、旁通或关闭多台压缩机中的若干台来进行冷量的控制。这些传统的车厢内温度控制的具有温度波动大、舒适性差、能耗大的不足，同时，单冷电加热空调机组在加热工况时能耗巨大。
近年来，变频热泵技术开始出现在轨道交通车辆的设计中，它虽还未得到市场的广泛认可，但可以确定的是，空调的变频技术将代表该领域技术的发展方向。但就目前来说，整体采用变频控制（所有的压缩机都采用变频控制）的空调机组会因为变频器功率大，谐波损失较大，在满负荷时其节能效果反而不佳，此外，采用变频控制与轨道机车的集成难度较大等都是亟待解决的问题。因此，在现阶段，轨道交通（地铁）车辆的空调机组存在的不足主要有：
（1）室内温度控制波动大。由于压缩机采用启停控制，在部分负荷状态下，压缩机通过频繁地启停来控制室内温度，冷量输出时而大时而小，造成车厢内温度波动较大，影响乘座的舒适性；
（2）能耗巨大。采用定速压缩机的空调机组由于频繁启动造成巨大的启动电流损失及系统能量损失；采用全变频的空调机组由于变频压缩机的效率比定速压缩机低以及变频器损耗等原因，能量损失也比较大；
（3）电加热能耗巨大。轨道交通（地铁）车辆传统的电加热形式的加热系统使其能耗巨大。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种舒适、节能、采用热泵技术，温度控制稳定（变频加定频的控制）的轨道车辆用变频热泵空调机组。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种轨道车辆用变频热泵空调机组，含有室内侧风机、室内侧换热器、温度传感器、膨胀阀、控制系统、变频器、四通换向阀、电磁阀、变频调速压缩机、室外侧风机、室外侧换热器、定频压缩机，其特征是，采用双压缩机双系统结构，其中，一个压缩机采用变频调速压缩机，另一台采用定频压缩机，每个压缩机所在的系统包括一台独立的室外侧换热器，一个四通换向阀、一个双向的热力膨胀阀；空调机组内包括两台室内侧换热器，每台室内侧换热器设置的两套循环管路分别连接变频调速压缩机和定频压缩机；控制系统由一台用于为变频调速压缩机提供可调制电源的变频器、两台分别为室外侧风机和室内侧风机提供可调制电源的变频器以及主控制器及其他相应的电气部件组成。
所述的变频调速压缩机、定频压缩机、室外侧换热器、室内侧换热器、四通换向阀、电动部件连接全部设置在轨道车辆的顶置式结构内；控制系统及变频器置于顶置结构之外的控制箱内；顶置结构内的部件通过连接器与轨道车辆的主电源和控制箱连接。
可选的、所述的变频调速压缩机为变频涡旋压缩机。
可选的、所述的室内侧换热器和室外侧换热器为管片式换热器。
可选的、所述的室内侧风机为离心风机，电机采用三相异步电机。
可选的、所述的室外侧风机为轴流风机，电机采用三相异步电机。
本发明的轨道车辆用变频热泵空调机组启动后，温度传感器会将采集的相关温度信息提供给控制系统，控制系统依据温度信息及其他相关信息控制空调系统，使包括变频调速压缩机、定频压缩机、室内侧风机、室外侧风机、四通换向阀在内的整个系统正常工作。
本发明轨道车辆用变频热泵空调机组的积极的效果是：
（1）采用一台变频压缩机与一台定速压缩机的组合，实现制冷和制热的无极调节，克服了定速压缩机通过启停来调节温度而带来的能量损失，温度波动较小，温度控制更加稳定；
（2）利用定速压缩机能效比较高、变频压缩机能量调节更细的优势，实现满负荷和部分负荷都能明显节能的目的，同时减小了车辆集成的难度；
（3）采用了变频热泵技术，明显减小了冬季空调的能耗；
（4）因具有节能、舒适、温度控制更稳定、运营成本更低的优点而具有推广应用的前景。
附图说明
附图为本发明轨道车辆用变频热泵空调机组的结构示意图；
图中的标号分别为：
1、室内侧风机；       1-1、第I室内侧风机；     1-2、第II室内侧风机；
2、室内侧换热器；     2-1、第I室内侧换热器；   2-2、第II室内侧换热器；
3、温度传感器；         4、膨胀阀；             4-1、第I膨胀阀；
4-2、第II膨胀阀；        5、控制系统；             6、变频器；
7、四通换向阀；       7-1、第I四通换向阀；     7-2、第II四通换向阀；
8、电磁阀；           8-1、第I电磁阀；         8-2、第II电磁阀；
9、变频调速压缩机；    10、室外侧风机；        10-1、第I室外侧风机；
10-2、第II室外侧风机；   11、室外侧换热器；      11-1、第I室外侧换热器；
11-2、第II室外侧换热器； 12、定频压缩机。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明轨道车辆用变频热泵空调机组的具体实施方式，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种轨道车辆用变频热泵空调机组，采用一台变频调速压缩机9、一台定频压缩机12、管片式第I室内侧风机1-1、第II室内侧风机1-2、管片式第I室内侧换热器2-1、第II室内侧换热器2-2以及相应的第I膨胀阀4-1、第II膨胀阀4-2和第I四通换向阀7-1、第II四通换向阀7-2，由以上部件构成两个独立的制冷循环；其中，变频调速压缩机9采用一台变频涡旋压缩机，其排气口与第I四通换向阀7-1连接，四通换向阀7-1右侧的出口与第I室外侧换热器11-1连接，室外侧换热器11-1的出口通过管路与第I膨胀阀4-1连接，第I膨胀阀4-1的出口分别与第I室内侧换热器2-1、第II室内侧换热器2-2中的一半管路连接，第I室内侧换热器2-1、第II室内侧换热器2-2中对应于该循环的一半管路的出口与第I四通换向阀7-1右侧的入口管相连接，第I四通换向阀7-1中间的出口管与变频调速压缩机9的吸气口相连；如此形成一个独立的制冷循环。
定频压缩机12采用一台定速卧式涡旋压缩机，其排气口与第II四通换向阀7-2连接，第II四通换向阀7-2右侧的出口与第II室外侧换热器11-2连接，第II室外侧换热器11-2的出口通过管路与第II膨胀阀4-2连接，第II膨胀阀4-2出口分别与第I室内侧换热器2-1、第II室内侧换热器2-2中的一半管路连接，第I室内侧换热器2-1、第II室内侧换热器2-2中对应于该循环的一半管路的出口与第II四通换向阀7-2右侧的入口管相连接，第II四通换向阀7-2中间的出口管与定频压缩机12的吸气口相连；如此形成另一个独立的制冷循环。
变频调速压缩机9及定频压缩机12的排气管分别连接一支管，两根支管分别通过第I电磁阀8-1、第II电磁阀8-2与第I室外侧换热器11-1、第II室外侧换热器11-2的液管连接，用以在热泵工况下的除霜。
全部管路通过铜管钎焊完成。第I室外侧风机10-1和第II室外侧风机10-2位于第I室外侧换热器11-1、第II室外侧换热器11-2的中间；第I室内侧风机1-1和第II室内侧风机1-2分别置于第I室内侧换热器2-1和第II室内侧换热器2-2的一侧。
控制系统5由控制器、接触器、继电器、变频器6和各类传感器组成，其中，变频器6为一台变频调速压缩机9提供电源，通过调制供给压缩机的电源频率来实现压缩机的转速调节。控制系统5的控制器接收来自温度传感器3的温度信号，并依此对轨道车辆车厢内的温度、空调系统的运行状况进行判断，进而控制和调整变频调速压缩机9和定频压缩机12的运行模式，尽可能地保证两台压缩机运行时间的平衡，使车厢内的温度控制更稳定，更舒适并且节能。

Claims (6)

1. 一种轨道车辆用变频热泵空调机组，含有室内侧风机（1）、室内侧换热器（2）、温度传感器（3）、膨胀阀（4）、控制系统（5）、变频器（6）、四通换向阀（7）、电磁阀（8）、变频调速压缩机（9）、室外侧风机（10）、室外侧换热器（11）、定频压缩机（12），其特征在于，采用双压缩机双系统结构，其中，一个压缩机采用变频调速压缩机（9），另一台采用定频压缩机（12），每个压缩机所在的系统包括一台独立的室外侧换热器（11），一个四通换向阀（7）、一个双向的热力膨胀阀（4）；空调机组内包括两台室内侧换热器（2），每台室内侧换热器（2）设置的两套循环管路分别连接变频调速压缩机（9）和定频压缩机（12）；控制系统（5）由一台用于为变频调速压缩机（9）提供可调制电源的变频器（6）、两台分别为室外侧风机（10）和室内侧风机（1）提供可调制电源的变频器（6）以及主控制器及其他相应的电气部件组成。
2. 根据权利要求1所述的轨道车辆用变频热泵空调机组，其特征在于，所述的变频调速压缩机（9）、定频压缩机（12）、室外侧换热器（11）、室内侧换热器（2）、四通换向阀（7）、电动部件连接全部设置在轨道车辆的顶置式结构内；控制系统（5）及变频器（6）置于顶置结构之外的控制箱内；顶置结构内的部件通过连接器与轨道车辆的主电源和控制箱连接。
3. 根据权利要求1或2所述的轨道车辆用变频热泵空调机组，其特征在于，可选的、所述的变频调速压缩机（9）为变频涡旋压缩机。
4. 根据权利要求1或2所述的轨道车辆用变频热泵空调机组，其特征在于，可选的、所述的室内侧换热器（2）和室外侧换热器（11）为管片式换热器。
5. 根据权利要求1或2所述的轨道车辆用变频热泵空调机组，其特征在于，可选的、所述的室内侧风机（1）为离心风机，电机采用三相异步电机。
6. 根据权利要求1或2所述的轨道车辆用变频热泵空调机组，其特征在于，可选的、所述的室外侧风机（10）为轴流风机，电机采用三相异步电机。
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