高能效比轨道车辆空调机组

技术领域

本发明属于轨道车辆空调系统技术领域，具体涉及一种高能效比轨道车辆空调机组。

背景技术

轨道车辆的空调机组是列车运行中的耗电大户，随着全球对节能环保的要求，提高空调机组的效率以降低能耗是当前的发展趋势。

我国当前城市轨道空调机组多数在外温35℃，车内温度29℃、相对湿度60%的工况下35kW和45kW制冷量。铁标1804-2017也对上述工况下制冷能效比明确了相应的要求：客室空调高度大于300mm且小于或等于500mm，最高制冷能效比（COP）≥2.5。

而印度人员众多，因此需要开发大制冷量的空调机组。在印度市场，在外温44℃相对湿度33%、车内温度25℃、相对湿度60%的工况下COP要求大于2.5是标准性的要求，其试验工况外温远高于我国铁标要求，且车内温低于我国铁标要求，也是技术挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高能效比轨道车辆空调机组，通过设计L形冷凝器使得冷凝器的面积增加约30%，以增大制冷量、降低压缩机功耗，从而达到COP的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高能效比轨道车辆空调机组，包括具有冷凝腔和蒸发腔的机箱，在所述蒸发腔内设有蒸发器和送风机，关键在于：在所述冷凝腔宽度方向的中部并沿所述机箱的长度方向并排设置有冷凝风机和配套的压缩机，在所述冷凝风机的两侧分别设置有呈L形的冷凝器，两个冷凝器分别呈“┌”形和“┐”形设置在所述冷凝风机的两侧并与所述机箱相配合形成所述冷凝风机的进风通道；在所述机箱的顶部和侧面设有与所述冷凝器相配套的进风孔。

进一步的，所述压缩机在所述冷凝风机的一侧沿所述冷凝腔的宽度方向并排设置有2个。

进一步的，冷凝风机和配套的压缩机沿所述机箱的长度方向并排或对称设置有两组，每个冷凝风机配套设置两个冷凝器。

进一步的，所述蒸发腔包括空气调节腔和送风腔，所述送风腔位于所述空气调节腔和所述冷凝腔间，所述蒸发器位于所述空气调节腔内，所述送风机位于所述送风腔内。

进一步的，在所述空气调节腔的中部设有空气混合腔，在所述空气混合腔的两侧均设有与所述空气混合腔相通的新风腔以及分别与所述空气混合腔和送风腔相通的温度调节腔；所述蒸发器位于所述温度调节腔内；在所述空气混合腔内设有回风阀；在所述机箱的侧面设有新风口，在所述新风腔内设有新风阀。

进一步的，在所述蒸发腔内设有用于分隔形成空气调节腔和送风腔的第一隔板、位于所述空气调节腔的中部且沿所述机箱的长度方向平行设置形成空气混合腔的两个第二隔板、倾斜设置在所述第二隔板和所述机箱形成的空间并将空间分隔为新风腔和温度调节腔的第三隔板以及用于连通两个新风腔的第四隔板，所述第四隔板的两端分别与两个第三隔板的内端部相连；在所述第一隔板上设有连通温度调节腔和送风腔的空气通过孔，在所述第二隔板上设有连通空气混合腔和温度调节腔的通风孔，在所述第四隔板上设有连通新风腔和空气混合腔相通的新风孔。

进一步的，在所述第二隔板的外侧依次设有蒸发器和加热器。

进一步的，连接冷凝器和蒸发器的管路穿过所述送风腔和所述第一隔板上的空气通过孔。

进一步的，在所述空气混合腔内设有空调控制盘。

本发明的有益效果是：a. 采用大尺寸的蒸发器和冷凝器以提高蒸发温度并且降低冷凝温度，达到增大制冷量降低压缩机功耗的目的，L形冷凝器的开发不仅提高了冷凝器的换热面积而且降低了风阻，提高了冷凝风量。b. 采用EC送风机，以提高风机自身效率，减小热损失，降低功耗。c. 制冷剂回路穿过送风腔，将高温的制冷剂液体和低温制冷剂进行热交换，使进入膨胀阀的液态制冷剂进一步过冷，提高膨胀阀的运行稳定性，降低进入蒸发器的制冷剂的焓值，有效的提高空调机组的制冷量。d.送风机的进风口处设有导流格栅，改善了风机进风口的均匀性以降低进风风速，从而降低了送风噪音。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明高能效比轨道车辆空调机组的结构示意图。

图2是本发明高能效比轨道车辆空调机组中冷凝器的结构示意图；

图3为本发明高能效比轨道车辆空调机组在运行流行病模式时的控制流程图。

附图中，1、机箱，1-1、新风口，1-2、送风腔，1-3、空气混合腔，1-4、新风腔，1-5、温度调节腔，2、蒸发器，3、送风机，4、加热器，5、新风阀，6、冷凝器，7、冷凝风机，8、压缩机，9、回风阀，10、分隔板，11、第一隔板，12、第二隔板，13、第三隔板，14、第四隔板，15、空调控制盘，16、导流格栅。

具体实施方式

参见附图1和2，本发明提供了一种高能效比轨道车辆空调机组，包括具有冷凝腔和蒸发腔的机箱1。在蒸发腔内设有蒸发器2和送风机3。在冷凝腔内设有冷凝器6、冷凝风机7和压缩机8。本发明的关键在于：冷凝风机7和配套的压缩机8位于冷凝腔宽度方向的中部并沿机箱1的长度方向并排设置，在冷凝风机7的两侧分别设置呈L形的冷凝器6，两个冷凝器6分别呈“┌”形和“┐”形设置在冷凝风机7的两侧并与机箱1的箱底以及在机箱1的顶部和侧面设置的与冷凝器6相配套的进风孔（图中未视出）相配合形成冷凝风机7的进风通道。压缩机8位于冷凝风机7的一侧并沿冷凝腔的宽度方向并排设置有2个。

在压缩机8确定的情况下，增加冷凝器6的换热面积可以降低制冷系统的冷凝温度，在提高空调机组的制冷量的同时降低压缩机8的功耗，以达到提高COP的目的。通过增大冷凝器6的换热面积，在相同风量下，通过降低冷凝风机7的风速，从而风阻变小，可以降低冷凝风机7的功耗，从而提高COP。L形的冷凝器对称安装在冷凝风机7的左右两侧，可以从空调的顶部和侧面进风，可以避免车辆前进时对气流的影响，降低了风阻。

由于本发明的空调机组中设置了两套制冷剂回路（每个制冷剂回路配套有2个压缩机），因此冷凝风机7和配套的压缩机8沿机箱1的长度方向并排或对称设置有两组，每个冷凝风机7均配套设置两个冷凝器6，在蒸发腔内设置了两个蒸发器2。位于冷凝风机7同一侧的两个冷凝器6串联设置并通过管路与对应的蒸发器2相连。

上述的蒸发腔包括空气调节腔和送风腔1-2，送风腔1-2位于空气调节腔和冷凝腔间。具体地，在空气调节腔的中部设有空气混合腔1-3，在空气混合腔1-3的两侧均设有与空气混合腔1-3相通的新风腔1-4以及分别与空气混合腔1-3和送风腔1-2相通的温度调节腔1-5。每个制冷剂回路各自配套一个新风腔1-4、温度调节腔1-5和送风腔1-2，但共用一个空气混合腔1-3以达到节省空间的目的。送风机3位于送风腔1-2内并沿机箱1的宽度方向的中部并排设有两个，以对应于两个温度调节腔1-5。在两个送风机3间设有分隔板10以实现分隔，保证每个制冷剂回路的独立性。在送风腔1-2内设有与每个送风机3相对应的送风孔。在每个送风机3的进风口处设有导流格栅16，以改善风机进风口的均匀性以降低进风风速，从而降低了送风噪音。

送风机3优选EC风机，EC风机有模拟量输入模块，通过控制器输入DC 0-10V风机可以实现无级调速。EC风机有状态反馈模块，风机故障或堵转时会有反馈信号发送给控制器以进行保护，同时可以代替了风机监测部件以对制热功能进行保护，没有送风气流时电加热不能启动。EC风机有DC 10V输出模块，如果控制器故障的话此电源可以接入EC风机的输入模块以保证风机的正常运行。

在每个温度调节腔1-5内各设有一个蒸发器2。在空气混合腔1-3设有回风阀9。回风阀9可以通过调整输入电压（2V-10V）调整风阀的开度，在本实施例中定义了4档新风量，回风阀9根据不同的新风量相应的有4档控制。在机箱1的侧面设有新风口1-1，在每个新风腔1-4内各设有一个新风阀5，以实现对新风量的控制。

为实现各腔体之间的分隔，以实现两个制冷剂回路各自工作，在蒸发腔内设有用于分隔蒸发腔以形成空气调节腔和送风腔1-2的第一隔板11、位于空气调节腔的中部且沿机箱1的长度方向平行设置使得两者之间的空间形成空气混合腔1-3的两个第二隔板12、倾斜设置在第二隔板12和机箱1形成的空间并将上述空间分隔为新风腔1-4和温度调节腔1-5的第三隔板13以及用于连通两个新风腔1-4的第四隔板14。第四隔板14的两端均位于第二隔板12的外侧且分别与两个第三隔板13的内端部相连（第三隔板13的另一端与机箱1相连），这样的设计可以使第二隔板12外侧的蒸发器安装处空间最大从而可以采用更大尺寸的蒸发器2。在第一隔板11上设有连通温度调节腔1-5和送风腔1-2的空气通过孔，在第二隔板12上设有连通空气混合腔1-3和温度调节腔1-5的通风孔，在第四隔板14上设有连通新风腔1-4和空气混合腔1-3相通的新风孔。第三隔板13倾斜设置在机箱1内可以实现对新风和温度调节后的空气导流的作用。连接冷凝器6和蒸发器2的管路穿过送风腔1-2和空气通过孔。穿过送风腔1-2的管路可以设计为S形或者蛇形等形状，将高温的制冷剂液体和低温制冷剂进行热交换，使进入膨胀阀的液态制冷剂进一步过冷，提高膨胀阀的运行稳定性，降低进入蒸发器2的制冷剂的焓值，有效的提高空调机组的制冷量。

在第二隔板12的外侧依次设有蒸发器2和加热器4，以分别对空气温度制冷和加热以实现调节的目的。在空气混合腔1-3内设有空调控制盘15，以实现将空调控制盘15产生的热量及时带出的目的，保证控制盘正常工作。

本发明的空调机组工作过程如下：根据车厢内的设定温度以及当时的室外温度和乘客载荷，当需要的制冷量低时，仅运行一条制冷剂回路；当需要的制冷量高时，两条制冷剂回路均运行。

具体地，空调机组在运行时根据不同的乘客载荷，为使在25%，50%，75%和100%乘客载荷时COP要求尽可能接近或达到2.5。为了满足此技术要求，但当载荷降低时空调机组的制冷量会相应的降低，风机的转速要相应的降低才能保证能效比，不同的载荷情况下进行如下控制：

送风机为EC风机，可以无级调节送风量同时降低功耗。冷凝风机采用4/6极电机，高速为4极、低速为6极。制冷量100%时：空调机组全冷运行（4台压缩机全部运行），两台送风机100%风量，两台冷凝风机7高速运行；制冷量75%时：空调机组全冷运行（4台压缩机全部运行），两台送风机100%风量，两台冷凝风机7高速运行；制冷量50%时：空调机组半冷运行（3台压缩机运行），两台送风机75%风量，两台冷凝风机7低速运行；制冷量25%时：空调机组全冷运行（2台压缩机运行），两台送风机50%风量，两台冷凝风机7低速运行。

参见附图3，流行病模式：由于病毒的影响，车辆空调机组要考虑尽可能减少病毒在车内的传播机率，当前行之有效的办法是增加新风量，加快车内换风速率，所以增加了流行病模式，在保证车内温控的前提下保证新风量最大。空调机组的控制逻辑如下：

空调机组新风量如下：P1等级：新风量1300m

空调机组在运行流行病模式时：

1、首先运行P4等级，即：新风量2000m

2、运行10分钟后，空调机组根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式。△t=Tim-Ts，Tim为车内温度，Ts为设定温度。

如果△t＞1.5℃，判断当前制冷等级下是否为100%制冷，如果不是则提升制冷等级为100%制冷并在10分钟后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式，否则判断回风阀9是否处于P1等级下关闭1档的位置：如果是则保持当前状态不变并在10分钟后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式，如果不是则将回风阀9关闭1档并运行在P2等级、在10分钟以后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式。

如果-1.5℃≤△t≤1.5℃，则空调机组维持在当前的运行模式并在10分钟以后再根据△t的值进行判断。

如果△t＜-1.5℃，判断当前回风阀9是否处于P4等级下关闭4档的位置，如果不是则回风阀开1档并运行P3等级、10分钟以后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式，如果是则判断空调机组是否运行在制冷等级为0%制冷：如果是则保持当前状态不变并在10分钟以后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式，否则降低制冷等级1档并在10分钟以后空调机组再根据△t的值运行在不同等级的制冷模式或通风模式。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。