CN102211591A - 一种节能耐高温地铁列车空调 - Google Patents

Abstract

本发明是一种节能耐高温地铁列车空调，其特征结构是，在地铁列车空调系统尺寸不变的情况下采用四个涡旋式压缩机、R134a制冷剂以及两套双回路蒸发器、两套双回路冷凝器、四个膨胀阀、四个电磁阀和相关制冷配件，将四个涡旋式压缩机采用刚性连接件设置在一个底盘上，再通过四个减震器组件设置在空调底板上，将四个涡旋式压缩机设置为四个单独的回路，可按车厢负荷的25%、50%、75%和100%进行温度调节；在新风口设置无级调节的新风门结构；其积极效果是：使用成本更低、可进行四档温度调节、既保护了压缩机、又降低了电耗，解决了地铁列车空调在46℃以上高温不能运行的问题，新风的调节更节能和有效，整体的减震效果更好。

Description

一种节能耐高温地铁列车空调

技术领域

本发明涉及车辆空调的设计与制造技术领域，具体的说，涉及用于轨道交通车厢的空调，是一种节能耐高温地铁列车空调。

背景技术

目前，轨道交通地铁列车A型车厢的空调机组采用的是制冷剂为R407c的空调系统。由于该系统的结构特征和制冷剂R407c的物理特性，它只能在46℃高温时卸载，当遇到环境温度高于48℃的情况时，该空调系统压缩机的排气温度将高于30bar，此时空调系统的换热器、制冷配件和管路将不能正常工作，需要停机。当环境温度高于50℃时它只有通风的功能。此外，在高温高压下，该空调系统压缩机的润滑油容易碳化。由于目前地球大气环境的温度在逐年升高，轨道交通车厢的客户对地铁列车的舒适度和使用性能的要求越来越高，其中就包括列车空调系统，因此，整车厂对为地铁列车配套的空调的要求也相应提高，这样，为目前轨道交通地铁列车A型车厢配置新的高性能的空调机组也就成为车辆空调设计与制造企业亟待解决的问题。

地铁大大地缓解了城市交通拥挤的压力。但是，就乘车规律而言，地铁只有在上下班的早晚高峰的时间或者是特殊日子里才会满员，其它时段都会处在乘客不饱和的状态。地铁列车空调是按照车厢满负荷的情况设计的，因此，地铁列车空调通常是两个压缩机系统，当车厢负荷达到50%时开一台压缩机，达到100%时开两台压缩机，当车厢负荷低于40%或高于60%时，空调的压缩机就会频繁启动才能调节车厢的舒适度，而压缩机的频繁启动造成启动电流增大，不仅增加了地铁列车的耗电量，而且车厢内温度的波动也会比较大。因此，轨道交通地铁列车A型车厢的空调机组怎么能才更好地节能和环保成为另一个需要解决的问题。

由于地铁列车在大部分时间里是运行于地下的隧道中的，为了保证乘客乘座的舒适性，为地铁列车车厢提供新风是必不可少的。现在的地铁列车A型车厢的空调机组一般在新风口是不安装新风门或只安装一个开关的风门，车厢内的新风量是按乘客满员时的状况设计的，因此，在地铁列车空调的负荷上新风量的负荷占到非常大的一部分，这又增加了地铁列车的耗电量。如何在乘客非饱和状态时减少新风量的提供，降低能耗也是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术的不足，设计和提供一种节能耐高温地铁列车空调，以期使地铁列车A型车厢在遇到高温的情况时也能正常运转，保证车厢内的乘座舒适度并在车厢负荷多变时运行更节能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种节能耐高温地铁列车空调，包括两个蒸发室单元和冷凝压缩单元，分别安装在蒸发室单元的两个蒸发器、四个热力膨胀阀以及安装在冷凝压缩单元内的四个压缩机、两个冷凝器和四个电磁阀；两分路蒸发器的一路出口通过铜管与压缩机的进口连接在一起，压缩机的出口与冷凝器进口通过铜管连接在一起，冷凝器的出口与电磁阀及干燥过滤器和视液镜通过铜管连接在一起，视液镜的出口通过铜管与热力膨胀阀的进口连接在一起，最后，膨胀阀的出口与蒸发器进口连接在一起形成一个制冷回路系统；其特征是，在地铁列车A型车厢空调系统尺寸不变的情况下采用四个涡旋式压缩机（即第一旋涡式压缩机、第二旋涡式压缩机、第三旋涡式压缩机、第四旋涡式压缩机），采用R134a制冷剂以及两套双回路蒸发器（即第一双回路蒸发器、第二双回路蒸发器）、两套双回路冷凝器（即第一双回路冷凝器、第二双回路冷凝器）、四个膨胀阀（即第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第四热力膨胀阀）、四个电磁阀（即第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀）和相关制冷配件，将四个所述的涡旋式压缩机采用刚性连接件设置在一个底盘上，再通过四个减震器组件设置在空调底板上，将四个涡旋式压缩机设置为四个单独的回路，既，由四个所述的制冷回路系统组成本发明的整个空调系统，可按车厢负荷的25%、50%、75%和100%进行温度调节；在新风口设置无级调节的新风门结构。

所述涡旋式压缩机采用立式全封闭涡旋式压缩机。

所述的新风门结构由调速电机和风门框架通过轴和铰链机构连接起来。

所述的新风门结构通过列车载重信号传感器采集列车车厢重量来分析乘客的信息，然后将乘客信息转换成电信号发送给空调的CPU，CPU经过数字信号处理后转换成PWM信号，驱动调速电机的运转角度，控制新风门开度从0～100%运转。

本发明的积极效果是：

（1）在地铁列车A型车厢有限的空间内通过改变压缩机的安装方式设置四台小排量压缩机（原来为两台大排量压缩机），其优点是：首先，使用成本要小于使用两台大排量压缩机；其次，可进行25%、50%、75%、100%的四档温度调节（而两台大排量压缩机只能实现50%和100%的两级控制），减少了压缩机的启停次数，更好地保护了压缩机，降低了空调的用电量，初步估计每台本发明的地铁列车空调一年可节电11680度；

（2）通过将制冷剂R407c改换成R134a，解决了地铁列车空调在高温50℃以上不能运行的问题；

（3）采用无级调节电机来控制新风门，能控制车厢内的新风量，节省了空调的用电量；

（4）采用了整体式压缩机减震系统，解决了由于单个压缩机的振动给空调壳体（底部）带来的变形。

附图说明

附图1为本发明一种节能耐高温地铁列车空调的四个单独回路的连接示意图；

图中的标号分别为：

EV、双回路蒸发器；       BE、电加热器；             CO、双回路冷凝器；

CP、旋涡式压缩机；       VM、蒸发离心风机；         VC、冷凝轴流风机；

VE、外平衡式热力膨胀阀； FLLU、视镜液和干燥过滤器； AV、吸/排气避震管；

TPS、电加热过热保护器；  PR、压力保护开关；         STAE、新风温度传感器；

STAR、回风温度传感器；   VS、电磁阀。

附图2为本发明一种节能耐高温地铁列车空调的结构示意图；

图中的标号分别为：

1、第一旋涡式压缩机；    2、第二旋涡式压缩机；    3、第三旋涡式压缩机；

4、第四旋涡式压缩机；    5、第一双回路蒸发器；    6、第二双回路蒸发器；

7、第一电磁阀；          8、第二电磁阀；          9、第一双回路冷凝器；

10、第二双回路冷凝器；   11、第三电磁阀；         12、第四电磁阀；

13、第一热力膨胀阀；     14、第二热力膨胀阀；     15、第三热力膨胀阀；

16、第四热力膨胀阀；     17、新风门结构；         18、减震器组件。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明一种节能耐高温地铁列车空调的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见附图1，一种节能耐高温地铁列车空调，在地铁列车A型车厢空调系统尺寸不变的情况下采用四个涡旋式压缩机并设置成四个单独的回路：

（1）由旋涡式压缩机CP1 、双回路蒸发器EV2的一半、双回路冷凝器CO2的一半、电磁阀VS1和外平衡式热力膨胀阀VE1组成第一个制冷系统（回路）；

（2）由旋涡式压缩机CP2 、双回路蒸发器EV1的一半、双回路冷凝器CO1的一半、电磁阀VS2和外平衡式热力膨胀阀VE2组成第二个制冷系统（回路）；

（3）由旋涡式压缩机CP3 、双回路蒸发器EV3的一半、双回路冷凝器CO2的一半、电磁阀VS3和外平衡式热力膨胀阀VE3组成第三个制冷系统（回路）；

（4）由旋涡式压缩机CP4 、双回路蒸发器EV1的一半、双回路冷凝器CO1的一半、电磁阀VS4和外平衡式热力膨胀阀VE4组成第四个制冷系统（回路）；

由上可见，本发明的地铁列车空调可通过控制旋涡式压缩机（CP1～CP4）的开停和控制电磁阀（VS1和VS2、VS3和VS4）的开关实现四种制冷模式并在低温和高温时进行卸载；例如，将四个压缩机（CP1～CP4）和四个电磁阀（VS1和VS2、VS3和VS4）全部打开时，地铁列车空调的制冷量能够达到100%；当关闭其中的一个制冷系统（回路）时（例如CP1和VS1关闭），此时地铁列车空调的制冷量为75%；当关闭其中的两个制冷系统（回路）时（例如CP1和VS1及CP2和VS2关闭），此时地铁列车空调的制冷量为50%；当关闭其中的三个制冷系统（回路）时（例如CP1和VS1、CP2和VS2及CP3和VS3关闭），此时地铁列车空调的制冷量仅为25%；因此，本发明的地铁列车空调可实现四级能量调节。

参见附图2，一种节能耐高温地铁列车空调，其与现有地铁列车空调的区别结构是（相同的结构及设置方式不再赘述）：在地铁列车A型车厢空调系统尺寸不变的情况下采用四台小排量立式全封闭涡旋式压缩机（即第一旋涡式压缩机1、第二旋涡式压缩机2、第三旋涡式压缩机3、第四旋涡式压缩机4），采用R134a制冷剂以及两套双回路蒸发器（即第一双回路蒸发器5、第二双回路蒸发器6）、两套双回路冷凝器（即第一双回路冷凝器9、第二双回路冷凝器10）、四个膨胀阀（即第一热力膨胀阀13、第二热力膨胀阀14、第三热力膨胀阀15、第四热力膨胀阀16）、四个电磁阀（即第一电磁阀7、第二电磁阀8、第三电磁阀11、第四电磁阀12）和相关制冷配件，将四个涡旋式压缩机（即第一旋涡式压缩机1、第二旋涡式压缩机2、第三旋涡式压缩机3、第四旋涡式压缩机4）采用刚性连接件设置在一个底盘上，再通过四个减震器组件18设置在空调底板上，这样，当发生振动时，四个旋涡式压缩机（即第一旋涡式压缩机1、第二旋涡式压缩机2、第三旋涡式压缩机3、第四旋涡式压缩机4）一起振动，四个减震器组件18同时发挥作用，使空调底板的受力均匀，可防止四个分开的压缩机单个振动的不平衡给空调底板带来冲击。

将四个涡旋式压缩机（即第一旋涡式压缩机1、第二旋涡式压缩机2、第三旋涡式压缩机3、第四旋涡式压缩机4）设置为四个单独的回路。一个单独的回路结构为：两分路蒸发器的一路出口通过铜管与压缩机的进口连接在一起，压缩机的出口与冷凝器进口通过铜管连接在一起，冷凝器的出口与电磁阀及干燥过滤器和视液镜通过铜管连接在一起，视液镜的出口通过铜管与热力膨胀阀的进口连接在一起，最后，膨胀阀的出口与蒸发器进口连接在一起形成一个制冷回路系统（详见附图1的解释）。在配置了相应的第一电磁阀7、第三电磁阀11以及第二电磁阀8和第四电磁阀12后，可实现地铁列车空调按车厢负荷的25%、50%、75%、100% 进行分级能量调节。

将R407C制冷剂更换成R134A 制冷剂，因此，当环境温度高于46℃时可关闭两个相对应的制冷系统（回路），这时双回路冷凝器（第一双回路冷凝器9、第二双回路冷凝器10）全部为另外两个开着的制冷系统（回路）所用，使制冷系统（回路）的高压可下降到合适的水平。当环境温度高于56℃时，地铁列车空调自动转为通风状态。

在地铁列车空调的新风口设置无级调节的新风门结构17，所述新风门结构17由调速电机和风门框架通过轴和铰链机构连接起来，选用高效节能的无级调速电机来控制新风门结构17。采用列车载重信号传感器采集列车车厢重量并以此来分析车厢内乘客的信息，然后将乘客信息转换成电信号发送给地铁列车空调的控制器（CPU），CPU经过数字信号处理后转换成PWM信号来控制无级调速电机，实现新风门结构17的无级调速，控制新风门开度从0～100%运转。此外，还可通过二氧化碳传感器防止新风门结构17在其最大位置时出现频繁调节，以解决车厢内新风量不够乘座舒适性变差的问题，起到连锁保护的作用。

Claims (4)

1. 一种节能耐高温地铁列车空调，包括两个蒸发室单元和冷凝压缩单元，分别安装在蒸发室单元的两个蒸发器、四个热力膨胀阀以及安装在冷凝压缩单元内的四个压缩机、两个冷凝器和四个电磁阀；两分路蒸发器的一路出口通过铜管与压缩机的进口连接在一起，压缩机的出口与冷凝器进口通过铜管连接在一起，冷凝器的出口与电磁阀及干燥过滤器和视液镜通过铜管连接在一起，视液镜的出口通过铜管与热力膨胀阀的进口连接在一起，最后，膨胀阀的出口与蒸发器进口连接在一起形成一个制冷回路系统；其特征在于，在地铁列车A型车厢空调系统尺寸不变的情况下采用四个涡旋式压缩机，采用R134a制冷剂以及两套双回路蒸发器、两套双回路冷凝器、四个膨胀阀、四个电磁阀和相关制冷配件，将四个所述的涡旋式压缩机采用刚性连接件设置在一个底盘上，再通过四个减震器组件设置在空调底板上，将四个涡旋式压缩机设置为四个单独的回路，既，由四个所述的制冷回路系统组成本发明的整个空调系统，可按车厢负荷的25%、50%、75%和100%进行温度调节；在新风口设置无级调节的新风门结构。

2. 根据权利要求1所述的一种节能耐高温地铁列车空调，其特征在于，所述涡旋式压缩机采用立式全封闭涡旋式压缩机。

3. 根据权利要求1所述的一种节能耐高温地铁列车空调，其特征在于，所述的新风门结构由调速电机和风门框架通过轴和铰链机构连接起来。

4. 根据权利要求3所述的一种节能耐高温地铁列车空调，其特征在于，所述的新风门结构通过列车载重信号传感器采集列车车厢重量来分析乘客的信息，然后将乘客信息转换成电信号发送给空调的CPU，CPU经过数字信号处理后转换成PWM信号，驱动调速电机的运转角度，控制新风门开度从0～100%运转。

Images