CN118159791A - 热泵hvac系统 - Google Patents

Abstract

描述了热泵HVAC系统，热泵HVAC系统包括：内部盘管、压缩机和外部盘管；其中外部盘管包括第一交错回路和第二交错回路。在一些实施例中，在冷却模式中，两个交错回路用作冷凝器，并且在加热模式中，仅第一交错回路用作蒸发器。

Description

热泵HVAC系统

技术领域

本发明涉及热泵HVAC(暖通空调)系统，尤其涉及用于机车驾驶室中的我们的热泵HVAC系统。

背景技术

铁路机车被用在广泛范围的位置中并且被预期在极高或低的环境温度二者下运行。为了驾驶员的舒适性和安全性，重要的是调节驾驶室中的空气温度。

热泵型HVAC系统提供能够在正向循环和反向循环二者中工作的益处。这意味着，取决于当前条件，同一系统可以在加热模式或冷却模式下工作。

在使用热泵HVAC系统来调节铁路机车的驾驶室的温度时出现挑战，并且这与驾驶室中的小体积空气有关。

在热模式下工作的热泵具有提供热量的内部盘管和冷却外部空气的外部盘管(反向循环)。这意味着在冷的环境日(环境＜5C)时，由于空气中的水在外部盘管上冻结，外部盘管可能结冰。

解决冰积聚问题的一种方法被称为“除霜模式”。除霜模式基本上意味着有规律地从热循环变成冷却循环，以加热外部盘管并去除冰。在单元进入到冷却循环中的时间期间，内部盘管变冷。该技术在住宅、办公室甚至客车中的大空间中工作，因为空气的体积使得在冷却循环中运行的单元的短时间段对空间中的空气温度没有显著影响，并且因此乘客通常不注意到空气温度的任何下降。

然而，在驾驶室中，空气的体积相对较小。来自HVAC单元的空气将几乎直接吹到驾驶员的面部和脚等上面。然后，除霜模式的使用意味着，在一段时间内，驾驶员很可能注意到制热已经停止并且已经切换到制冷模式。这对驾驶员来说不舒服。

避免外部盘管结冰的另一种方法是使用补充电加热器来加热盘管。然而，这些电加热器增加了HVAC系统设计的复杂性，消耗能量并且需要它们自己的安全开关。

仍然需要提供解决上述问题的改进的热泵HVAC系统。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种热泵HVAC系统，包括：内部盘管、压缩机和外部盘管；其中外部盘管包括第一交错回路和第二交错回路。

当系统处于冷却模式时，两个交错回路可以用作冷凝器，并且在加热模式中，仅第一交错回路可以用作蒸发器。

当系统处于加热模式时，可以向第二交错回路施加热量以抵消在外部盘管上的冰的形成。

该系统可布置成通过将来自压缩机的热排放引导至第二交错回路而将热量施加至第二交错回路。

来自压缩机的热排放可通过脉冲阀被引导至第二交错回路。

脉冲阀可布置成基于与外部盘管相关联的温度传感器的输出来操作。

该系统可以进一步包括：与内部盘管相关联的膨胀阀；与外部盘管相关联的膨胀阀；以及控制器；其中控制器控制膨胀阀的操作并且还控制该压缩机的操作。

在第二方面，本发明提供了一种铁路机车，包括根据以上任何一项权利要求所述的热泵HVAC系统。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是处于冷却模式的热泵HVAC系统的示意图；

图2示出了图1的处于加热模式的热泵HVAC系统；

图3是由图1和图2中使用的附图标记表示的部件的列表；以及

图4示出了盘管中的交错回路的物理布置的示例。

具体实施方式

参见图1，示出了用于铁路机车的HVAC系统，该用于铁路机车的HVAC系统包括内部盘管13、压缩机5以及外部盘管1。压缩机5用于在外部盘管与内部盘管之间以两种模式(如本领域中熟知的冷却模式和加热模式)之一泵送制冷剂。

外部盘管包括两个交错的流动路径或回路1A、1B。回路1A、1B具有相似的容量并且具有相似的尺寸。

在图1中，为了便于说明，回路1A、1B示意性地并排图示。实际上，回路如图4所示以交错的方式物理盘绕在一起，两个回路的交替行并排布置以提供两个回路之间的良好热交换。

在图4中，两个回路A、B中的制冷剂被分配到盘管中的交替管道。组成回路A的管道的出口结合在一起，并且制冷剂在C处流出。类似地，组成回路B的管道的出口结合在一起，并且制冷剂在D处流出。热交换器领域的技术人员已知交错回路的一般概念。

在图1所示的冷却模式中，回路1A、1B两者作为冷凝器并行运行，以将热量排放到大气中。内部盘管13作为蒸发器运行，以借助于众所周知的风扇25冷却驾驶室内部的空气。

现在参见图2，在加热模式中，仅外部盘管1的第一回路1A用作蒸发器，从而从大气中吸取热量。内部盘管13作为冷凝器运行以加热驾驶室内部的空气。

在加热模式的运行期间，外部盘管1的温度由温度传感器26监测。在该系统中存储低阈值温度值，在该低阈值温度值以下，在外部盘管上可能发生结冰。如果达到低阈值温度，则向第二回路1B施加热量以抵消在外部盘管上的冰的形成。

通过操作脉冲阀16将热量施加到第二回路1B。这使得来自压缩机的热排放流经第二交错回路。

当冰形成即将发生时，外部盘管的升温允许HVAC系统保持以加热模式运行而不进入除霜模式或排气模式，并且不使用补充加热器。由于升温外部盘管的能量意味着内部盘管也在较高温度下运行，从而在驾驶室中提供加热，因此这也是能量高效的。

此外，为了高效和有效的HVAC操作，冷凝器通常被定尺寸成比蒸发器大30％。这意味着为了冷却(具有HVAC系统的正常原因)，内部盘管比外部盘管小约30％。当反转运行传统系统用于加热时，这意味着外部盘管尺寸过大，这不是最佳情况。

在图1和图2所示的系统中，这两个交错回路1A、1B的被定尺寸成使得它们一起比内部盘管大30％。这满足冷却模式的最佳尺寸。

当在加热模式中时，仅使用一个外部回路，这具有在加热模式中时更好地平衡盘管的尺寸的效果，即，冷凝器(内部盘管)具有比蒸发器(仅是外部盘管中的回路1A或回路1B中的一个)大约30％的尺寸。该加热模式中的这种改善的平衡改善了效率。

通常，机车具有产生低压DC电源的交流发电机或发电机。该图的系统使用逆变器来将其逆变成三相AC电源，该三相AC电源适合于对风扇马达和压缩机进行供电。这为压缩机和风扇提供了变速驱动，还帮助稳定加热和冷却的控制。

在图1和图2所示的系统中，膨胀阀不具有它们自己的控制器，而是用与操作变速驱动和热循环功能(包括操作脉冲阀)相同的控制器(未示出)来直接控制。这有助于稳定加热和冷却功能的控制。

可见，本发明实施例具有以下优点至少之一：

·解决了在外侧盘管上积聚的冰而不停止加热的空气；

·与具有单个外部盘管的传统系统相比，系统在加热模式中被更好地平衡。

除非另外说明，否则对本文包含的现有技术的任何引用都不应被视为承认该信息是公知常识。

最后，应当理解，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以对先前描述的部件进行各种更改或添加。

Claims (8)

1.一种热泵HVAC系统，包括：

内部盘管；

压缩机；以及

外部盘管；

其中，所述外部盘管包括第一交错回路和第二交错回路。

2.根据权利要求1所述的热泵HVAC系统，其中，在冷却模式中，两个所述交错回路被用作冷凝器，以及在加热模式中，仅所述第一交错回路被用作蒸发器。

3.根据权利要求2所述的热泵HVAC系统，其中，在所述加热模式中，热量被施加至所述第二交错回路，以抵消所述外部盘管上的冰的形成。

4.根据权利要求3所述的热泵HVAC系统，所述热泵HVAC系统被布置成通过将热排放从所述压缩机引导至所述第二交错回路而将热量施加至所述第二交错回路。

5.根据权利要求4所述的热泵HVAC系统，其中，来自所述压缩机的所述热排放通过脉冲阀被引导至所述第二交错回路。

6.根据权利要求5所述的热泵HVAC系统，其中，所述脉冲阀被布置成基于与所述外部盘管相关联的温度传感器的输出而操作。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热泵HVAC系统，进一步包括：

与所述内部盘管相关联的膨胀阀；

与所述外部盘管相关联的膨胀阀；以及

控制器；

其中，所述控制器控制所述膨胀阀的操作并且还控制所述压缩机的操作。

8.一种铁路机车，包括根据前述权利要求中任一项所述的热泵HVAC系统。