CN110077430A - 采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以二氧化碳为冷媒的跨临界轨道车辆空调系统的高压控制方法，涉及轨道车辆空调技术领域。本发明通过实验数据积累拟合空调系统中气体冷却器出口温度与系统中最优高压的线性经验关系式，当空调工作环境发生变化时，压力温度传感器搜集到系统气体冷却器出口温度数据信号后传递给空调系统控制模块，控制模块通过已拟合的线性关系，计算得该环境工况下系统最优高压，通过PLC等控制方式调节系统中电子膨胀阀，使系统高压至此压力，进而系统可以保持在该工况下以最优效率运行。本发明可实现在不同运行环境工况下，通过一种以二氧化碳为冷媒的跨临界轨道车辆空调系统的高压控制方法，始终维持二氧化碳冷媒轨道车辆空调系统工作时的最优性能。

Description

采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆用空调领域的控制方法，特别是一种以气体冷却器出口温度作为唯一控制参量的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法。

背景技术

传统轨道车辆用的空调系统使用的冷媒GWP(Global Warming Potential)值较高，会加剧全球变暖。而且其为含氟类制冷剂，对臭氧层亦有破坏。《蒙特利尔协定书》签订，此类传统环境不友好型制冷剂将在全球范围内逐步禁用。二氧化碳作为自然工质，温室气体效应极低(GWP＝1)，不破坏臭氧层(ODP＝0)，并且具有无毒、不可燃、具有良好传热性能、较低流体阻力以及相当大单位制冷量等优点。与传统制冷剂不同，由于二氧化碳临界温度较低(31.2℃)，系统在制冷时冷媒的循环为跨临界循环区别于传统空调冷媒的亚临界循环，系统控制已不可采用传统空调系统过热度控制的方式，因此需要寻找一种新的系统状态参量，来制定变工况条件下系统的控制策略。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种采用二氧化碳冷媒的跨临界轨道车辆空调系统高压的控制方法，能够进凭借唯一参量气体冷却器出口温度，实现控制系统在变工况条件下以最优效率稳定运行。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

发明具体通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种实验数据收集过程中确定最优高压的实验方法，随后通过拟合系统气体冷却器出口温度以及最优高压的线性关系式，实现变工况下，采用单一参量预测系统最优高压的效果，最后，系统的控制单元通过控制电子膨胀阀的开度，调节系统的高压至最优高压值即可保证系统在最优效率下运行。

优选地，在实验过程中，通过更改系统电子膨胀阀的开度以及对比系统的效率，确定系统在给定工况下的最优高压数值。

优选地，保证系统气体冷却器出口温度与最优高压一一对应关系，采用最小二乘法等数学方法，对气体冷却器出口温度与最优高压进行线性拟合，得到线性拟合的关联表达式。

优选地，在系统实际运行过程中，采集气体冷却器出口温度信号，反馈至控制单元后通过已拟合的线性关联表达式做出该气体冷却器出口温度数值下对应的最优高压的数值，并作为高压调节预设值。

优选地，采用PLC等控制方法，控制单元动作电子膨胀阀，调节系统的高压至该工况下的高压预设值，保证系统效率最优。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明可以辅助优化设计二氧化碳系统及其零部件，在实验之前对系统运行状态进行预测，并可优化系统运行时的参数设定，使得系统在不同工况下实现性能的最优化。

附图说明

图1为一种采用二氧化碳冷媒的跨临界轨道车辆空调系统高压的控制方法逻辑图；

图2为一种采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统的系统循环图；

其中：1、蒸发器，2、储液罐，3、蒸发风机，4、电子膨胀阀，5、干燥过滤器，6、同轴管换热器，7、低压开关，8、充注口，9、压缩机，10、安全阀，11、高压开关，12、压力温度传感器，13、气体冷却器，14、冷凝风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

具体实施例图2所示。

本实例的轨道车辆空调系统为采用二氧化碳作为制冷剂的常规空调系统设计，系统为两套独立的制冷系统，共用同一蒸发器。二氧化碳临界温度31.2℃，临界压力7.3MPa，制冷循环为跨临界循环。此实例中的跨临界二氧化碳制冷系统主要包括以下部件：蒸发器1、储液罐2、蒸发风机3、电子膨胀阀4、干燥过滤器5、同轴管换热器6、低压开关7、充注口8、压缩机9、安全阀10、高压开关11、压力温度传感器12、气体冷却器13、冷凝风机14。本发明对的主要连接部件进行简要描述，压缩机9出口连接气体冷却器13的入口，气体冷却器13出口连接电子膨胀阀4入口，电子膨胀阀4出口连接蒸发器1入口，蒸发器1出口连接压缩机9入口，系统形成闭合制冷循环回路，其中，气体冷却器13出口设有压力温度传感器12，用于监测气冷器出口温度数值，其信号可以反馈给系统控制单元；压力温度传感器12也用于监测系统高压数值，其信号可以反馈给系统控制单元；电子膨胀阀4开度可受控制单元调节，其开度大小影响系统高低压及流量等相关参数。

参阅图1，对图2系统采用图1的高压控制方法进行控制：首先对系统进行不同室外温度工况下的性能数据积累。在单次实验过程中，通过控制电子膨胀阀4的开度，改变系统高压，通过压力温度传感器12记录气体冷却器13出口的温度，确定系统的最优高压后，得到一组气体冷却器出口温度与最优高压的数值。如此改变不同室外温度，进行以上数据积累。其次，已证明，二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统中，气体冷却器的出口温度与最优高压近乎呈线性关系，因此采用最小二乘法等线性拟合方法，对已有大量数据进行线性拟合，得到气体冷却器出口温度与最优高压的线性关联式，该关联式中，系统最优高压由气体冷却器出口温度唯一确定，与系统中其他参变量无关。

进而，将获得的关联式写入二氧化碳轨道车辆空调系统的控制器程序中，控制器接收压力温度传感器12采集的气体冷却器13出口温度后，经过关联式计算，得该气体冷却器出口温度下对应的最优高压数值，并作为控制预设值使用。随后，控制单元接收压力温度传感器12采集的高压压力数据，采用PLC等控制方式，调节电子膨胀阀4的开度，系统高压压力变化，直至到达预设值左右，控制单元动作停止。实际控制单元控制间隔根据轨道车辆实际运行情况而定。至此，采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统的高压得以大致维持在系统高能效时的高压数值，此时系统运行的效率最高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，通过二氧化碳最优高压实验确定方法获得最优高压；

第二，通过二氧化碳空调系统单参量最优高压拟合方法，把空调系统唯一控制参量与获得的最优高压进行线性拟合，获得经验公式；

第三，通过二氧化碳空调系统最优高压实验控制方法，维持系统最优效率运行。

2.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳最优高压实验确定方法，是通过系统电子膨胀阀开度调试，根据能效最高点，获得最优高压。

3.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳空调系统单参量最优高压拟合方法，选定二氧化碳轨道车辆空调系统中气体冷却器出口温度作为唯一控制参量。

4.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳空调系统单参量最优高压拟合方法，以大量实验数据为基础，对气体冷却器出口温度与最优高压采用线性拟合的方法获得经验公式。

5.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳最优高压实验控制方法，在控制单元内部嵌入已拟合的气体冷却器出口温度与最优高压的线性拟合关系式。

6.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳最优高压实验控制方法，根据空调系统即时通过压力温度传感器向系统控制单元反馈气体冷却器出口温度和系统高压信号。

7.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳最优高压实验控制方法，控制单元根据拟合关联式计算得不同工况下系统最优高压作为控制预设值。

8.根据权利要求1所述的采用二氧化碳冷媒的轨道车辆空调系统高压控制方法，其特征在于所述二氧化碳最优高压实验控制方法，控制单元通过PLC控制方式使空调系统电子膨胀阀动作，调节系统高压至该最优高压值，维持系统最优效率运行。