CN111720603A - 一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统 - Google Patents

一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统,包括阀体、闭锁组件和第一泄压组件,阀体内设有第一通道,第一通道的侧面设有进气接口和第一出口,第一泄压组件包括第一阀芯和第一泄压弹簧,第一泄压弹簧的两端分别与阀体和第一阀芯抵接,闭锁组件设于阀体内,其包括锁块和电磁铁,电磁铁与阀体固定连接,锁块能被电磁铁吸引而移动,锁块上设有固定凸起,固定凸起能对第一阀芯进行限位,使得第一阀芯阻隔进气接口与第一出口之间的连通,电磁铁通电时,电磁铁吸引锁块,使得固定凸起取消对第一阀芯的限位。本发明所述安全阀及空调系统既保留了传统被动式泄压功能,还可根据CO2浓度主动开启安全阀,防止制冷剂CO2泄漏。

Description

一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统
技术领域
本发明属于安全阀领域,具体涉及一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统。
背景技术
目前,为了保护轨道车辆空调机组管路的安全,往往会在管路中加入安全阀这种管路件。其保护作用主要是通过内部弹簧的弹性压力将阀的柱塞进行闭锁来实现,一旦管路内压力异常,便会将柱塞顶开,形成泄压通道,将高压泄放掉。由于CO2空调制冷剂的特殊性,设计者应考虑如果管路中的CO2制冷剂发生泄漏,即便此时管路压力未发生异常,也应主动开启安全阀,防止泄露的CO2制冷剂经由送风口流入客室或者司机室,这对管路中安全阀提出了更多样的功能要求。
发明内容
本发明针对以上问题的提出,而研究设计一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统,来解决传统空调安全阀在管路压力未发生异常时,无法主动开启安全阀的缺点。本发明采用的技术手段如下:
一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,包括阀体、闭锁组件和第一泄压组件,所述阀体内设有第一通道,所述第一通道的侧面设有进气接口和第一出口,所述第一泄压组件包括与所述第一通道配合的第一阀芯和第一泄压弹簧,所述第一泄压弹簧的一端与所述阀体抵接,另一端与所述第一阀芯抵接,所述闭锁组件包括锁块和电磁铁,所述锁块和电磁铁设于所述阀体内,所述电磁铁与所述阀体固定连接,所述锁块能被所述电磁铁吸引而移动,所述锁块背离所述电磁铁的一侧设有固定凸起,所述固定凸起能对所述第一阀芯进行限位,使得所述第一阀芯阻隔所述进气接口与所述第一出口之间的连通,所述电磁铁通电时,所述电磁铁吸引所述锁块,使得所述固定凸起取消对所述第一阀芯的限位。
优选地,所述阀体内设有锁块腔,所述锁块和电磁铁设于所述锁块腔内,所述第一通道内设有与所述锁块腔相通的连通口,所述固定凸起能通过所述连通口伸入所述第一通道内,并对所述第一阀芯进行限位,所述电磁铁通电时,所述电磁铁吸引所述锁块,使得所述固定凸起脱离所述第一通道,取消对所述第一阀芯的限位。
优选地,所述锁块靠近所述电磁铁的一侧设有复位弹簧,所述锁块的一端与所述阀体铰接,另一端与所述复位弹簧的一端相连,所述复位弹簧的另一端与所述阀体固定连接。
优选地,所述锁块上设有与所述电磁铁配合的磁性块,所述磁性块与所述固定凸起背向设置。
优选地,所述固定凸起靠近所述第一泄压弹簧的一侧为斜面,所述第一阀芯上设有与所述固定凸起配合的定位槽,所述固定凸起与定位槽配合时,所述固定凸起阻止所述第一阀芯向所述第一泄压弹簧的方向移动。
优选地,所述第一通道内设有阀座,所述阀座设于所述第一出口和所述进气接口之间,所述阀座与所述第一阀芯接触时,所述固定凸起伸入所述定位槽中。
优选地,所述阀座的材质为碳纤维填充聚四氟乙烯。
优选地,所述阀体内设有第二通道和第二泄压组件,所述进气接口、第一通道和第二通道连通,所述第二通道内设有第二出口,所述第二泄压组件包括与所述第二通道配合的第二阀芯和第二泄压弹簧,所述第二泄压弹簧的一端与所述阀体抵接,另一端与所述第二阀芯抵接,所述第二阀芯在所述第二泄压弹簧的弹力作用下与所述阀体抵接,使得所述第二阀芯阻隔所述进气接口与所述第二出口之间的连通。
优选地,所述第一泄压弹簧的弹力小于所述第二泄压弹簧的弹力。
一种轨道车辆二氧化碳空调系统,包括上述任意一项所述的安全阀以及CO2浓度传感器和控制系统,所述安全阀设于空调管路上,所述CO2浓度传感器设于空调蒸发腔内,所述安全阀和CO2浓度传感器与所述控制系统相连。
与现有技术比较,本发明所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀及空调系统的有益效果如下:
1、本发明所述安全阀既有被动泄压功能,还有主动泄压功能,可根据机组蒸发腔内CO2浓度的检测情况,判断冷媒是否泄露,从而及时开启安全阀,将冷媒先一步从冷凝腔中排出,避免过多冷媒由蒸发腔出风口流入客室,对乘客身体造成危害。
2、本发明中的主动泄压结构(即闭锁组件和第一泄压组件)为电磁结构,其中的闭锁组件靠电磁力驱动,具有行程短,触发迅速的优点,当检测到外泄的冷媒时,可以根据接收到的电信号及时开启安全阀进行主动泄压。
3、本发明中的被动泄压结构(即第二泄压组件)为机械式结构,简单可靠,不依靠电力驱动,即使机组电路控制出现故障,导致主动泄压结构无法工作时,安全阀仍能保证管路最基本的压力安全。
4、本发明中的闭锁组件、第一泄压组件和第二泄压组件内均设有弹簧,且安全阀工作时,上述三部分结构中的弹簧均为压缩状态,当管路压力异常解除后,三者均可通过弹簧复位回到正常的工作位置,无需进行手动复位。
附图说明
图1是本发明实施例中安全阀正常工作时的结构示意图;
图2是本发明实施例中第一泄压组件开启时的结构示意图;
图3是本发明实施例中第二泄压组件开启时的结构示意图;
图4是本发明实施例中闭锁组件的放大结构示意图。
图中,1、阀体;2、闭锁组件;3、第一泄压组件;4、第二泄压组件;11、进气接口;12、第一通道;13、第二通道;14、第一出口;15、第二出口;16、锁块腔;17、连通口;18、阀座;21、锁块;22、电磁铁;23、磁性块;24、固定凸起;25、复位弹簧;31、第一阀芯;32、第一泄压弹簧;33、定位槽;41、第二阀芯;42、第二泄压弹簧。
具体实施方式
如图1-4所示,一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,包括阀体1、闭锁组件2和第一泄压组件3。阀体1内设有第一通道12、锁块腔16和进气接口11,进气接口11和第一通道12相通,第一通道12的侧面设有与锁块腔16相通的连通口17,进气接口11与连通口17之间的第一通道12的侧面设有用于排气的第一出口14。
闭锁组件2包括锁块21和电磁铁22,锁块21和电磁铁22均设于锁块腔16内,电磁铁22与阀体1固定连接。锁块21的一端与锁块腔16内的阀体1铰接,另一端设有复位弹簧25,复位弹簧25的一端与阀体1固定连接,另一端与锁块21相连。锁块21的与复位弹簧25相连的一侧设有磁性块23,磁性块23可被电磁铁22吸引,锁块21的背向磁性块23的一侧设有固定凸起24,固定凸起24能通过连通口17伸入第一通道12中。复位弹簧25应一直处于压缩状态,其提供的弹力会使得锁块21紧贴在锁块腔16内壁上,从而保证固定凸起24能伸入第一通道12内。
第一通道12内设有第一泄压组件3,第一泄压组件3包括第一阀芯31和第一泄压弹簧32,第一阀芯31上设有与固定凸起24配合的定位槽33。本实施例中,第一阀芯31设为“工”形结构,可以减轻第一阀芯31的重量,减少第一泄压弹簧32的推动阻力。第一阀芯31的周边与第一通道12的内壁密封连接,且第一阀芯31能相对于第一通道12滑动,第一泄压弹簧32的一端与阀体1固定连接,另一端与第一阀芯31相连。第一通道12内设有阀座18,阀座18沿第一通道12的内部周向布置,阀座18可对第一阀芯进行密封和定位。安全阀工作时,第一泄压弹簧32一直处于压缩状态,第一阀芯31在第一泄压弹簧32的推力作用下,其接触气流的一端与阀座18配合定位。第一阀芯31与阀座18密封接触时,固定凸起24通过连通口17后刚好与定位槽33配合卡紧,使得第一阀芯31无法向第一泄压弹簧32的方向移动。阀座18可以防止定位槽33越过定位凸起,保证定位槽33与定位凸起一直处于对应的位置。第一阀芯31被固定后,其接触气流的一端(即阀座18附近)位于进气接口11与第一出口14之间,第一阀芯31即可阻隔进气接口11与第一出口14之间的连通,保证安全阀的密封性。
阀座(18)采用碳纤维填充聚四氟乙烯,通过在PTFE中加入碳粉,可进一步提高其耐磨性,降低摩擦系数,相较传统PTFE提升了对CO2这种高压力管路的密封效果。
当电磁铁22通电时,电磁铁22吸引磁性块23,使得锁块21的一端抬起,固定凸起24即脱离第一通道12,同时复位弹簧25被进一步压缩;当电磁铁22断电时,电磁铁22与磁性块23之间失去吸引力,锁块21在复位弹簧25的弹力作用下恢复原位,同时固定凸起24伸入第一通道12内。
闭锁组件2和第一泄压组件3的工作原理为:当电磁铁22通电时,电磁铁22吸引磁性块23,使得锁块21的一端抬起,同时复位弹簧25被压缩,固定凸起24脱离第一通道12,从而失去对第一阀芯31的固定作用。这时管路中的异常气流即会对第一阀芯31施压压力,导致第一泄压弹簧32被压缩,当进气接口11与第一出口14连通时,气流从第一出口14排出完成主动泄压操作。当压力恢复正常后,第一阀芯31在第一泄压弹簧32的作用下与阀座18相抵,将电磁铁22断电,电磁铁22与磁性块23之间失去吸引力,锁块21在复位弹簧25的弹力作用下恢复原位,同时固定凸起24伸入第一通道12内,与定位槽33配合防止第一阀芯31滑动。
固定凸起24靠近第一泄压弹簧32的一侧为斜面,另一侧为竖直面,这样第一阀芯31向阀座18移动时,第一阀芯31不会被固定凸起24阻挡,而第一阀芯31反向移动时,定位槽33与固定凸起24配合阻止第一阀芯31移动。
阀体1内设有第二通道13,进气接口11、第一通道12和第二通道13连通,第二通道13的侧面设有用于排气的第二出口15。第二通道13内设有第二泄压组件4,第二泄压组件4包括与第二通道13配合的第二阀芯41和第二泄压弹簧42,第二泄压弹簧42的一端与阀体1固定连接,另一端与第二阀芯41相连。安全阀工作时,第二泄压弹簧42一直处于压缩状态,在第二泄压弹簧42的弹力推动下,第二阀芯41接触气流的一端紧贴于阀体1,此时第二阀芯41阻隔进气接口11与第二出口15之间的连通。第二泄压弹簧42是根据当前管路的最大许用压力来选取的,当管路压力大于第二泄压弹簧42所能提供的弹性力时(管路许用压力),第二泄压弹簧42会被压缩,第二阀芯41随之移动,进气接口11与第二出口15之间连通排气,完成被动泄压过程,保证管路的安全性。
第一泄压弹簧32的弹力小于第二泄压弹簧42的弹力,当电磁铁22通电后,固定凸起24离开定位槽33,第一泄压弹簧32会在气流的作用下被压缩,同时第二泄压弹簧42也会受到气压的作用。由于第一泄压弹簧32的弹力更小,则第一泄压弹簧32会先一步被压缩,第一阀芯31即会移动,使得进气接口11与第一出口14连通,气压就会得到释放,使得主动泄压过程正常进行。
一种轨道车辆二氧化碳空调系统,包括上述安全阀以及CO2浓度传感器和控制系统,安全阀设于空调管路上,CO2浓度传感器设于空调蒸发腔内,安全阀和CO2浓度传感器均与控制系统相连。
本发明的工作原理为:本安全阀配有定制的控制器,其内部装有CO2浓度传感器以及配套的执行机构,CO2浓度传感器设于蒸发腔中,外部计算机通过对外接口可以向控制器给定CO2的检测浓度。当机组内(蒸发腔)CO2浓度超过阈值时,执行机构开始动作,向安全阀输出24V电压,激活安全阀的主动泄压机构(闭锁组件2和第一泄压组件3)。
当空调机组正常工作时,管路内冷媒压力正常,第二阀芯41未被推动;第一阀芯31由于闭锁组件2的限位作用,也未被推动,第一通道12和第二通道13均处于关闭状态。
当传感器监测到蒸发腔内部CO2浓度较高,即管路出现泄露时,会向控制器发送电信号,从而给电磁铁22通电,电磁铁22得电后吸引闭锁组件2。第一阀芯31失去闭锁组件2的限位作用后,仅靠第一泄压弹簧32无法平衡管路中的压力,因此第一阀芯31被推动,第一出口14与进气接口11之间连通,安全阀即实现主动泄压。
若不开启主动泄压机构,或者由电力系统引起主动泄压机构故障时,当管路内部压力超过设定的许用压力后,第二阀芯41由于压力作用被顶开,冷媒释放从而保护管路,此过程涉及部件均为机械传动,不依靠电力,为机组提供最基础的管路安全保障。
本发明所述的安全阀及空调系统通过对传统弹簧式安全阀加以改进,使其在保留传统被动式泄压功能的基础上,新增了主动泄压功能。机组蒸发腔内部管路发生冷媒外泄时,即便管路中的冷媒压力未高于设定的许用压力,仍可以主动开启安全阀泄压。具体可根据机组蒸发腔内CO2浓度的检测情况,及时开启安全阀,将冷媒先一步从冷凝腔中排出,避免过多冷媒由蒸发腔出风口流入客室,对乘客身体造成危害。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:包括阀体(1)、闭锁组件(2)和第一泄压组件(3),所述阀体(1)内设有第一通道(12),所述第一通道(12)的侧面设有进气接口(11)和第一出口(14),所述第一泄压组件(3)包括与所述第一通道(12)配合的第一阀芯(31)和第一泄压弹簧(32),所述第一泄压弹簧(32)的一端与所述阀体(1)抵接,另一端与所述第一阀芯(31)抵接,所述闭锁组件(2)包括锁块(21)和电磁铁(22),所述锁块(21)和电磁铁(22)设于所述阀体(1)内,所述电磁铁(22)与所述阀体(1)固定连接,所述锁块(21)能被所述电磁铁(22)吸引而移动,所述锁块(21)背离所述电磁铁(22)的一侧设有固定凸起(24),所述固定凸起(24)能对所述第一阀芯(31)进行限位,使得所述第一阀芯(31)阻隔所述进气接口(11)与所述第一出口(14)之间的连通,所述电磁铁(22)通电时,所述电磁铁(22)吸引所述锁块(21),使得所述固定凸起(24)取消对所述第一阀芯(31)的限位。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述阀体(1)内设有锁块腔(16),所述锁块(21)和电磁铁(22)设于所述锁块腔(16)内,所述第一通道(12)内设有与所述锁块腔(16)相通的连通口(17),所述固定凸起(24)能通过所述连通口(17)伸入所述第一通道(12)内,并对所述第一阀芯(31)进行限位,所述电磁铁(22)通电时,所述电磁铁(22)吸引所述锁块(21),使得所述固定凸起(24)脱离所述第一通道(12),取消对所述第一阀芯(31)的限位。
3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述锁块(21)靠近所述电磁铁(22)的一侧设有复位弹簧(25),所述锁块(21)的一端与所述阀体(1)铰接,另一端与所述复位弹簧(25)的一端相连,所述复位弹簧(25)的另一端与所述阀体(1)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述锁块(21)上设有与所述电磁铁(22)配合的磁性块(23),所述磁性块(23)与所述固定凸起(24)背向设置。
5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述固定凸起(24)靠近所述第一泄压弹簧(32)的一侧为斜面,所述第一阀芯(31)上设有与所述固定凸起(24)配合的定位槽(33),所述固定凸起(24)与定位槽(33)配合时,所述固定凸起(24)阻止所述第一阀芯(31)向所述第一泄压弹簧(32)的方向移动。
6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述第一通道(12)内设有阀座(18),所述阀座(18)设于所述第一出口(14)和所述进气接口(11)之间,所述阀座(18)与所述第一阀芯(31)接触时,所述固定凸起(24)伸入所述定位槽(33)中。
7.根据权利要求6所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述阀座(18)的材质为碳纤维填充聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述阀体(1)内设有第二通道(13)和第二泄压组件(4),所述进气接口(11)、第一通道(12)和第二通道(13)连通,所述第二通道(13)内设有第二出口(15),所述第二泄压组件(4)包括与所述第二通道(13)配合的第二阀芯(41)和第二泄压弹簧(42),所述第二泄压弹簧(42)的一端与所述阀体(1)抵接,另一端与所述第二阀芯(41)抵接,所述第二阀芯(41)在所述第二泄压弹簧(42)的弹力作用下与所述阀体(1)抵接,使得所述第二阀芯(41)阻隔所述进气接口(11)与所述第二出口(15)之间的连通。
9.根据权利要求8所述的一种轨道车辆二氧化碳空调安全阀,其特征在于:所述第一泄压弹簧(32)的弹力小于所述第二泄压弹簧(42)的弹力。
10.一种轨道车辆二氧化碳空调系统,其特征在于:包括权利要求1-9中任意一项所述的安全阀以及CO2浓度传感器和控制系统,所述安全阀设于空调管路上,所述CO2浓度传感器设于空调蒸发腔内,所述安全阀和CO2浓度传感器与所述控制系统相连。
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