專利名稱：一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，具體為一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組及其控 制方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)地鐵車輛空調(diào)機組一般采用兩個獨立的制冷回路，如圖1所示，每個回 路包括一臺功率約為6. 5KW的壓縮機1，與壓縮機1相連通的冷凝器2，與冷凝器2相連通 的蒸發(fā)器盤管6 ；該蒸發(fā)器盤管6與壓縮機1相連通。所述獨立制冷回路中包括兩組并聯(lián) 的蒸發(fā)器盤管6，另一獨立制冷回路中包括兩組并聯(lián)的蒸發(fā)器盤管60，該獨立制冷回路的 一組蒸發(fā)器盤管6與另一獨立制冷回路的一組蒸發(fā)器盤管60位于同一蒸發(fā)器3中，該獨立 制冷回路的另一組蒸發(fā)器盤管6與另一獨立制冷回路的另一組蒸發(fā)器盤管60位于同一蒸 發(fā)器30中。從圖1中可以看出，每個獨立的制冷回路包括1臺壓縮機、1個冷凝器、2X0. 5個 蒸發(fā)器及其它制冷部件，其中0. 5個蒸發(fā)器意思是單個獨立的制冷回路中一組蒸發(fā)器盤管 對周圍空氣的制冷效果相當(dāng)于整個蒸發(fā)器的一半，即按0. 5個蒸發(fā)器計，而單個獨立的制 冷回路中包括兩組并聯(lián)的蒸發(fā)器盤管，因此為2X0. 5個蒸發(fā)器。經(jīng)壓縮機壓縮后氣體通過管道送入冷凝器中，經(jīng)冷凝器后的氣體送入蒸發(fā)器中， 然后由設(shè)在蒸發(fā)器一側(cè)的送風(fēng)機，將空調(diào)后的空氣送入車廂內(nèi)，調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫度，并通過 控制壓縮機工作的起停，調(diào)節(jié)制冷量，從而希冀滿足車內(nèi)制冷需求。然而由于現(xiàn)有的地鐵車輛空調(diào)機組僅能實現(xiàn)制冷量50%和100%兩檔調(diào)節(jié)，而地 鐵車輛車內(nèi)制冷負(fù)荷受天氣變化及乘客數(shù)量變化的影響較大，兩檔制冷量調(diào)節(jié)導(dǎo)致車廂內(nèi) 溫度波動較大，溫度控制不精確，且能效不高，能耗大，無法保證車內(nèi)溫度波動小，乘客也因 此感到不舒適。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有地鐵車輛空調(diào)機組制冷量調(diào)節(jié)跨度大，溫度控制不精確，旅客不舒 適，且能效不高，能耗大的不足，本發(fā)明的一個目的在于提供一種地鐵車輛單元式空調(diào)機 組，該空調(diào)機組能夠根據(jù)制冷需求對制冷量進(jìn)行多級調(diào)節(jié)，車內(nèi)溫度控制更加精確，溫度波 動小，且節(jié)能效果顯著，乘客舒適感好。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組， 包括至少兩個獨立的制冷回路，每個制冷回路包括壓縮機，與壓縮機一端相連通的冷凝器， 與冷凝器一端相連通的蒸發(fā)器盤管；該蒸發(fā)器盤管與壓縮機另一端相連通構(gòu)成閉合回路； 所述蒸發(fā)器盤管位于蒸發(fā)器中，該蒸發(fā)器一側(cè)設(shè)有送風(fēng)機，其結(jié)構(gòu)特點是，每個獨立制冷回 路中包括至少兩臺并聯(lián)的壓縮機。為了提高冷凝器的冷卻速度和冷卻效果，所述冷凝器的一側(cè)設(shè)有冷凝風(fēng)機。所述每個獨立制冷回路中包括兩組并聯(lián)的蒸發(fā)器盤管，該獨立制冷回路中的一組蒸發(fā)器盤管同另外一個或多個制冷回路中的一組蒸發(fā)器盤管置于同一蒸發(fā)器中。所述空調(diào)機組的回風(fēng)口設(shè)置有檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷的回風(fēng)溫度傳感器，各壓縮機一 側(cè)均對應(yīng)設(shè)置有可使各壓縮機啟停的電流接觸器，所述回風(fēng)溫度傳感器與一可控制各電流 接觸器開合的空調(diào)控制器。本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種如上所述地鐵車輛單元式空調(diào)機組的控制方 法，首先，檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷量；然后根據(jù)檢測的車內(nèi)制冷負(fù)荷量調(diào)節(jié)各獨立的制冷回路中 壓縮機的啟停臺數(shù)，使得工作的制冷回路數(shù)量最多。當(dāng)車內(nèi)制冷負(fù)荷量偏高時，開啟壓縮機 臺數(shù)增多，當(dāng)車內(nèi)制冷負(fù)荷量時，開啟壓縮機臺數(shù)減少。當(dāng)車內(nèi)溫度一定時，可啟動的壓縮 機有多種選擇時，啟動的壓縮機可以最大程度地利用本發(fā)明所述空調(diào)機組中的冷凝器和蒸 發(fā)器的換熱面積。壓縮機將冷凝劑壓縮后通過管道送入冷凝器中，在冷凝風(fēng)機作用下經(jīng)冷凝器冷凝 后的冷凝劑通過管道分兩路進(jìn)入蒸發(fā)器盤管中，并對蒸發(fā)器盤管周圍的空氣進(jìn)行冷卻，然 后由送風(fēng)機將冷卻后的空氣送進(jìn)車廂中，此時蒸發(fā)器盤管中的冷凝劑溫度升高，變?yōu)闅怏w， 回流至壓縮機中繼續(xù)循環(huán)制冷。所述檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷量優(yōu)選為由設(shè)置在空調(diào)機組的回風(fēng)口的回風(fēng)溫度傳感器 將車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器，然后空調(diào)控制器根據(jù)回風(fēng)溫度傳感器測得的車內(nèi)制冷 負(fù)荷量分別控制各電流接觸器的開合，從而控制各壓縮機的啟停。
設(shè)在空調(diào)機組回風(fēng)口的回風(fēng)溫度傳感器將車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器，空調(diào) 控制器根據(jù)車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)對車內(nèi)制冷需求進(jìn)行計算，并對空調(diào)系統(tǒng)中的電流接觸器進(jìn)行自 動控制，所述電流接觸器斷開，則對應(yīng)的壓縮機停止工作，電流接觸器閉合連通，則對應(yīng)一 側(cè)的壓縮機開始工作，可實時地通過壓縮機的啟停調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫度，提高空調(diào)機組的制 冷效率和/或降低能耗，提高旅客的舒適感，同時也達(dá)到了節(jié)能的目的。當(dāng)以上所述的空調(diào)機組包括兩個獨立的制冷回路，每個獨立制冷回路中包括兩臺 并聯(lián)的壓縮機，其控制方法為a)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器測得車內(nèi)制冷負(fù)荷低于25%時，空調(diào)控制器輸出信號，四個 電流接觸器中的電流接觸器閉合接通，四臺壓縮機中的一臺壓縮機開始工作。b)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于25 %而低于50 %，空調(diào)控制器輸出 信號，四個電流接觸器中的電流接觸器和電流接觸器閉合接通，第一獨立制冷回路中的一 臺壓縮機和第二獨立制冷回路中的一臺壓縮機進(jìn)行工作。C)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于50 %而低于75 %時，空調(diào)控制器輸 出信號，四個電流接觸器中的電流接觸器、電流接觸器、電流接觸器閉合接通，開啟第一獨 立制冷回路中的兩臺壓縮機進(jìn)行工作，開啟第二獨立制冷回路中的一臺壓縮機進(jìn)行工作。d)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于75%而低于100%時，空調(diào)控制器 輸出信號，電流接觸器、電流接觸器、電流接觸器、電流接觸器全部閉合接通，開啟兩個獨立 制冷回路中的所有四臺壓縮機。當(dāng)車內(nèi)制冷沒有達(dá)到滿負(fù)荷時，空調(diào)控制器可根據(jù)車廂內(nèi)的制冷負(fù)荷實時地控制 各壓縮機的運作狀態(tài)，保證旅客的舒適性，從而也達(dá)到節(jié)能的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的制冷量可多級調(diào)節(jié)，且能實時自 動控制，充分利用了冷凝器和蒸發(fā)器的換熱面積，制冷效率高，節(jié)能效果好，車輛內(nèi)空氣溫度均勻性高，溫度波動更小，乘客的舒適感更高。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是現(xiàn)有地鐵車輛空調(diào)機組制冷循環(huán)圖；圖2是本發(fā)明一個實施例的制冷循環(huán)圖；圖3是本發(fā)明一個實施例自動控制的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明一個實施例自動控制的實際電路圖。在圖中1，11，12，13，14-壓縮機；2_ 冷凝器； 3，30-蒸發(fā)器；4-送風(fēng)機；5-冷凝器風(fēng)機；6，60-蒸發(fā)器盤管；21，22，23，24-電流接觸器；7-空調(diào)控制器；8-回風(fēng)溫度傳感器。
具體實施例方式一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組，如圖2所示，包括兩個獨立的制冷回路，第一個制 冷回路包括兩臺并聯(lián)的功率為3. 3KW的壓縮機11，12，與壓縮機11，12—端相連通的冷凝器 2，與冷凝器2 —端相連通的蒸發(fā)器盤管6，該蒸發(fā)器盤管6與壓縮機11，12另一端相連通構(gòu) 成閉合回路；第二個制冷回路包括兩臺并聯(lián)的功率為3. 3KW的壓縮機13，14，與壓縮機13， 14 一端相連通的冷凝器2，與冷凝器2 —端相連通的蒸發(fā)器盤管60，該蒸發(fā)器盤管60與壓 縮機13，14另一端相連通構(gòu)成閉合回路。所述第一獨立制冷回路包括兩組并聯(lián)的蒸發(fā)器盤 管6，第二獨立制冷回路中包括兩組并聯(lián)的蒸發(fā)器盤管60，第一獨立制冷回路中的一組蒸 發(fā)器盤管6同第二制冷回路中的一組蒸發(fā)器盤管60置于同一蒸發(fā)器3中，第一獨立制冷回 路中的另一組蒸發(fā)器盤管6同第二制冷回路中的另一組蒸發(fā)器盤管60置于同另一蒸發(fā)器 30中。為了提高冷凝器2的冷卻速度和冷卻效果，所述冷凝器2的一側(cè)設(shè)有冷凝風(fēng)機5。蒸發(fā)器3，30 一側(cè)均設(shè)有送風(fēng)機4，便于及時快速地將由蒸發(fā)器3，30制冷的空氣輸 送至車廂內(nèi)。壓縮機11，12，13，14將冷凝劑壓縮后通過管道送入冷凝器2中，在冷凝風(fēng)機5作 用下經(jīng)冷凝器2冷凝后的冷凝劑通過管道分兩路進(jìn)入蒸發(fā)器盤管6中，并對蒸發(fā)器盤管6 周圍的空氣進(jìn)行冷卻，然后由送風(fēng)機4將冷卻后的空氣送進(jìn)車廂中，此時蒸發(fā)器盤管6中的 冷凝劑溫度升高，變?yōu)闅怏w，回流至壓縮機中繼續(xù)循環(huán)制冷。一種如上所述地鐵車輛單元式空調(diào)機組的控制方法，在所述空調(diào)機組的回風(fēng)口設(shè) 置可檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷的回風(fēng)溫度傳感器8，如圖3和圖4所示，該回風(fēng)溫度傳感器8將車 內(nèi)溫度數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器7，四個壓縮機11，12，13，14 一側(cè)均對應(yīng)設(shè)置有四個電流接 觸器21，22，23，24，所述空調(diào)控制器7根據(jù)車內(nèi)制冷負(fù)荷量分別控制四個電流接觸器21， 22，23，24的開合，從而控制四個壓縮機11，12，13，14的啟停。設(shè)在空調(diào)機組回風(fēng)口的回風(fēng)溫度傳感器8將車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器7，空調(diào)控制器7根據(jù)車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)對車內(nèi)制冷需求進(jìn)行計算，并對空調(diào)系統(tǒng)中的電流接觸器 21，22，23，24進(jìn)行自動控制，所述電流接觸器斷開，則對應(yīng)的壓縮機停止工作，電流接觸器閉合連通，則對應(yīng)一側(cè)的壓縮機開始工作，可實時地通過壓縮機的啟停調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫度， 提高旅客的舒適感，同時也達(dá)到了節(jié)能的目的。圖4是本發(fā)明一個實施例自動控制的實際電路圖，其中電路圖左側(cè)是工作回路部 分，四個壓縮機11，12，13，14的工作電路中設(shè)置有控制其啟停的四個電流接觸器21，22， 23，24，電路圖右側(cè)是控制回路部分，空調(diào)控制器7根據(jù)回風(fēng)溫度傳感器8測得的車內(nèi)制冷 負(fù)荷量分別控制四個電流接觸器21，22，23，24的開合，電路圖左上角是空調(diào)機組的工作電 源，具體參數(shù)為AC380V，50Hz,電路圖右上角是控制回路電源，具體參數(shù)為DC110V。具體控制過程為 a)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器8測得車內(nèi)制冷負(fù)荷低于25%時，空調(diào)控制器7輸出信號， 四個電流接觸器21，22，23，24中的CPKll電流接觸器21閉合接通，四臺壓縮機中的一臺壓 縮機11開始工作，此時壓縮機功耗低于現(xiàn)有的空調(diào)機組的一半，且制冷效率有小幅提高。b)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器8測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于25%而低于50%，空調(diào)控制器7 輸出信號，四個電流接觸器21，22，23，24中的CPKll電流接觸器21和CPK13電流接觸器 23閉合接通，第一獨立制冷回路中的一臺壓縮機11和第二獨立制冷回路中的一臺壓縮機 13進(jìn)行工作，此時壓縮機功耗與現(xiàn)有的空調(diào)機組相當(dāng)，但由于本發(fā)明空調(diào)機組利用了所有 2個冷凝器和2個蒸發(fā)器的散熱面積，相當(dāng)于增大了冷凝和蒸發(fā)的換熱面積，提高了系統(tǒng)制 冷效率，而現(xiàn)有空調(diào)機組僅利用了 1個冷凝器和2X0. 5個蒸發(fā)器的面積，因此本發(fā)明制冷 效率大大提高。 c)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器8測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于50 %而低于75 %時，空調(diào)控制器7 輸出信號，四個電流接觸器21，22，23，24中的CPKll電流接觸器21、CPK12電流接觸器22、 CPK13電流接觸器23閉合接通，開啟第一獨立制冷回路中的兩臺壓縮機11，12進(jìn)行工作，開 啟第二獨立制冷回路中的一臺壓縮機13進(jìn)行工作，壓縮機功耗低于現(xiàn)有的空調(diào)機組，相當(dāng) 于現(xiàn)有空調(diào)機組的75%，且制冷效率有小幅提高。d)、僅僅當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器8測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于75%而低于100%時，空調(diào)控 制器7輸出信號，CPKll電流接觸器21、CPK12電流接觸器22、CPK13電流接觸器23、CPK14 電流接觸器24全部閉合接通，開啟兩個獨立制冷回路中的所有四臺壓縮機11，12，13，14， 此時本發(fā)明與現(xiàn)有空調(diào)機組能耗和制冷效率一樣。綜上所述，通過兩臺功率為3. 3KW的壓縮機并聯(lián)后替代現(xiàn)有的一臺6. 5KW的壓縮 機，在車內(nèi)制冷負(fù)荷小于25%制冷需求工況下，本發(fā)明和現(xiàn)有空調(diào)機組均需運行一臺壓縮 機即可滿足制冷要求，而兩種壓縮機功耗相差近一倍；在制冷需求大于25%而小于50%工 況條件下，本發(fā)明制冷效率有較大提高；在制冷需求大于50%而小于75%工況條件下，本 發(fā)明運行三臺3. 3KW的壓縮機，而現(xiàn)有空調(diào)機組需運行二臺6. 5KW的壓縮機，本發(fā)明功耗也 低于現(xiàn)有空調(diào)機組；在制冷需求大于75%時，所有壓縮機均需運行，兩種空調(diào)機組功耗幾 乎相同。因此，本發(fā)明在制冷需求小于75%時具有顯著的節(jié)能效果。另外，根據(jù)車內(nèi)制冷負(fù)荷的需要制冷量分四檔調(diào)節(jié)，提高了空調(diào)機組的制冷效率 和/或降低了能耗，車內(nèi)溫度與現(xiàn)有空調(diào)機組相比具有均勻性更好，乘客更舒適。
權(quán)利要求
一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組，包括至少兩個獨立的制冷回路，每個制冷回路包括壓縮機(11)，與壓縮機(11)一端相連通的冷凝器(2)，與冷凝器(2)一端相連通的蒸發(fā)器盤管(6)；該蒸發(fā)器盤管(6)與壓縮機(11)另一端相連通構(gòu)成閉合回路；所述蒸發(fā)器盤管(6)位于蒸發(fā)器(3)中，該蒸發(fā)器(3)一側(cè)設(shè)有送風(fēng)機(4)，其特征在于，每個獨立制冷回路中包括至少兩臺并聯(lián)的壓縮機(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機組，其特征在于，所述冷凝器(2)的一側(cè)設(shè)有冷凝風(fēng)機(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機組，其特征在于，所述每個獨立制冷回路中包括兩組 并聯(lián)的蒸發(fā)器盤管(6)，該獨立制冷回路中的一組蒸發(fā)器盤管(6)同另外一個或多個制冷 回路中的一組蒸發(fā)器盤管(60)置于同一蒸發(fā)器(3)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機組，其特征在于，所述空調(diào)機組的回風(fēng)口設(shè)置有檢測 車內(nèi)制冷負(fù)荷的回風(fēng)溫度傳感器(8)，各壓縮機(11，12，13，14) 一側(cè)均對應(yīng)設(shè)置有可使各 壓縮機(11，12，13，14)啟停的電流接觸器(21，22，23，24)，所述回風(fēng)溫度傳感器(8)與一可 控制各電流接觸器(21，22，23，24)開合的空調(diào)控制器(7)。
5 一種如權(quán)利要求1 4之一所述地鐵車輛單元式空調(diào)機組的控制方法，其特征在于， 首先，檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷量；然后根據(jù)檢測的車內(nèi)制冷負(fù)荷量調(diào)節(jié)各獨立的制冷回路中壓 縮機(11，12，13，14)的啟停臺數(shù)，使得工作的制冷回路數(shù)量最多。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述檢測車內(nèi)制冷負(fù)荷量是由設(shè)置 在空調(diào)機組的回風(fēng)口的回風(fēng)溫度傳感器(8)將車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)傳輸給空調(diào)控制器(7)，然后 空調(diào)控制器(7)根據(jù)回風(fēng)溫度傳感器(8)測得的車內(nèi)制冷負(fù)荷量分別控制各電流接觸器 (21，22，23，24)的開合，從而控制各壓縮機(11，12，13，14)的啟停。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述空調(diào)機組包括兩個獨立的制冷 回路，每個獨立制冷回路中包括兩臺并聯(lián)的壓縮機(11)，其控制方法為a)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器(8)測得車內(nèi)制冷負(fù)荷低于25%時，空調(diào)控制器(7)輸出信號， 四個電流接觸器(21，22，23，24)中的電流接觸器(21)閉合接通，四臺壓縮機中的一臺壓縮 機(11)開始工作。b)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器(8)測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于25%而低于50%，空調(diào)控制器(7) 輸出信號，四個電流接觸器(21，22，23，24)中的電流接觸器(21)和電流接觸器(23)閉合 接通，第一獨立制冷回路中的一臺壓縮機(11)和第二獨立制冷回路中的一臺壓縮機(13) 進(jìn)行工作。c)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器(8)測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于50%而低于75%時，空調(diào)控制器(7) 輸出信號，四個電流接觸器(21，22，23，24)中的電流接觸器(21)、電流接觸器(22)、電流接 觸器(23)閉合接通，開啟第一獨立制冷回路中的兩臺壓縮機(11，12)進(jìn)行工作，開啟第二 獨立制冷回路中的一臺壓縮機(13)進(jìn)行工作。d)、當(dāng)回風(fēng)溫度傳感器(8)測得車內(nèi)制冷負(fù)荷高于75%而低于100%時，空調(diào)控制器(7)輸出信號，電流接觸器(21)、電流接觸器(22)、電流接觸器(23)、電流接觸器(24)全部 閉合接通，開啟兩個獨立制冷回路中的所有四臺壓縮機(11，12，13，14)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地鐵車輛單元式空調(diào)機組及其控制方法，屬于地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，它包括至少兩個獨立的制冷回路，每個制冷回路包括壓縮機，與壓縮機一端相連通的冷凝器，與冷凝器一端相連通的蒸發(fā)器盤管；該蒸發(fā)器盤管與壓縮機另一端相連通構(gòu)成閉合回路；所述蒸發(fā)器盤管位于蒸發(fā)器中，該蒸發(fā)器一側(cè)設(shè)有送風(fēng)機，每個獨立制冷回路中包括至少兩臺并聯(lián)的壓縮機?？刂品椒楦鶕?jù)檢測的車內(nèi)制冷負(fù)荷量調(diào)節(jié)各獨立的制冷回路中壓縮機的啟停臺數(shù)，使得工作的制冷回路數(shù)量最多。本發(fā)明的制冷量可多級調(diào)節(jié)，充分利用了冷凝器和蒸發(fā)器的換熱面積，制冷效率高，節(jié)能效果好，車輛內(nèi)空氣溫度均勻性高，溫度波動小，乘客的舒適感更高。
文檔編號F24F11/00GK101846413SQ20101018330
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者易柯, 李耘蘢, 李穎明, 楊穎 , 柳曉峰, 鄧煜華 申請人:南車株洲電力機車有限公司