专利名称：一种地铁车辆单元式空调机组及其控制方法
技术领域：
本发明涉及地铁车辆空调通风系统，具体为一种地铁车辆单元式空调机组及其控 制方法。
背景技术：
目前国内地铁车辆空调机组一般采用两个独立的制冷回路，如图1所示，每个回 路包括一台功率约为6. 5KW的压缩机1，与压缩机1相连通的冷凝器2，与冷凝器2相连通 的蒸发器盘管6 ；该蒸发器盘管6与压缩机1相连通。所述独立制冷回路中包括两组并联 的蒸发器盘管6，另一独立制冷回路中包括两组并联的蒸发器盘管60，该独立制冷回路的 一组蒸发器盘管6与另一独立制冷回路的一组蒸发器盘管60位于同一蒸发器3中，该独立 制冷回路的另一组蒸发器盘管6与另一独立制冷回路的另一组蒸发器盘管60位于同一蒸 发器30中。从图1中可以看出，每个独立的制冷回路包括1台压缩机、1个冷凝器、2X0. 5个 蒸发器及其它制冷部件，其中0. 5个蒸发器意思是单个独立的制冷回路中一组蒸发器盘管 对周围空气的制冷效果相当于整个蒸发器的一半，即按0. 5个蒸发器计，而单个独立的制 冷回路中包括两组并联的蒸发器盘管，因此为2X0. 5个蒸发器。经压缩机压缩后气体通过管道送入冷凝器中，经冷凝器后的气体送入蒸发器中， 然后由设在蒸发器一侧的送风机，将空调后的空气送入车厢内，调节车厢内的温度，并通过 控制压缩机工作的起停，调节制冷量，从而希冀满足车内制冷需求。然而由于现有的地铁车辆空调机组仅能实现制冷量50%和100%两档调节，而地 铁车辆车内制冷负荷受天气变化及乘客数量变化的影响较大，两档制冷量调节导致车厢内 温度波动较大，温度控制不精确，且能效不高，能耗大，无法保证车内温度波动小，乘客也因 此感到不舒适。
发明内容
为了克服现有地铁车辆空调机组制冷量调节跨度大，温度控制不精确，旅客不舒 适，且能效不高，能耗大的不足，本发明的一个目的在于提供一种地铁车辆单元式空调机 组，该空调机组能够根据制冷需求对制冷量进行多级调节，车内温度控制更加精确，温度波 动小，且节能效果显著，乘客舒适感好。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种地铁车辆单元式空调机组， 包括至少两个独立的制冷回路，每个制冷回路包括压缩机，与压缩机一端相连通的冷凝器， 与冷凝器一端相连通的蒸发器盘管；该蒸发器盘管与压缩机另一端相连通构成闭合回路； 所述蒸发器盘管位于蒸发器中，该蒸发器一侧设有送风机，其结构特点是，每个独立制冷回 路中包括至少两台并联的压缩机。为了提高冷凝器的冷却速度和冷却效果，所述冷凝器的一侧设有冷凝风机。所述每个独立制冷回路中包括两组并联的蒸发器盘管，该独立制冷回路中的一组蒸发器盘管同另外一个或多个制冷回路中的一组蒸发器盘管置于同一蒸发器中。所述空调机组的回风口设置有检测车内制冷负荷的回风温度传感器，各压缩机一 侧均对应设置有可使各压缩机启停的电流接触器，所述回风温度传感器与一可控制各电流 接触器开合的空调控制器。本发明的进一步目的在于提供一种如上所述地铁车辆单元式空调机组的控制方 法，首先，检测车内制冷负荷量；然后根据检测的车内制冷负荷量调节各独立的制冷回路中 压缩机的启停台数，使得工作的制冷回路数量最多。当车内制冷负荷量偏高时，开启压缩机 台数增多，当车内制冷负荷量时，开启压缩机台数减少。当车内温度一定时，可启动的压缩 机有多种选择时，启动的压缩机可以最大程度地利用本发明所述空调机组中的冷凝器和蒸 发器的换热面积。压缩机将冷凝剂压缩后通过管道送入冷凝器中，在冷凝风机作用下经冷凝器冷凝 后的冷凝剂通过管道分两路进入蒸发器盘管中，并对蒸发器盘管周围的空气进行冷却，然 后由送风机将冷却后的空气送进车厢中，此时蒸发器盘管中的冷凝剂温度升高，变为气体， 回流至压缩机中继续循环制冷。所述检测车内制冷负荷量优选为由设置在空调机组的回风口的回风温度传感器 将车内温度数据传输给空调控制器，然后空调控制器根据回风温度传感器测得的车内制冷 负荷量分别控制各电流接触器的开合，从而控制各压缩机的启停。
设在空调机组回风口的回风温度传感器将车内温度数据传输给空调控制器，空调 控制器根据车内温度数据对车内制冷需求进行计算，并对空调系统中的电流接触器进行自 动控制，所述电流接触器断开，则对应的压缩机停止工作，电流接触器闭合连通，则对应一 侧的压缩机开始工作，可实时地通过压缩机的启停调节车厢内的温度，提高空调机组的制 冷效率和/或降低能耗，提高旅客的舒适感，同时也达到了节能的目的。当以上所述的空调机组包括两个独立的制冷回路，每个独立制冷回路中包括两台 并联的压缩机，其控制方法为a)、当回风温度传感器测得车内制冷负荷低于25%时，空调控制器输出信号，四个 电流接触器中的电流接触器闭合接通，四台压缩机中的一台压缩机开始工作。b)、当回风温度传感器测得车内制冷负荷高于25 %而低于50 %，空调控制器输出 信号，四个电流接触器中的电流接触器和电流接触器闭合接通，第一独立制冷回路中的一 台压缩机和第二独立制冷回路中的一台压缩机进行工作。C)、当回风温度传感器测得车内制冷负荷高于50 %而低于75 %时，空调控制器输 出信号，四个电流接触器中的电流接触器、电流接触器、电流接触器闭合接通，开启第一独 立制冷回路中的两台压缩机进行工作，开启第二独立制冷回路中的一台压缩机进行工作。d)、当回风温度传感器测得车内制冷负荷高于75%而低于100%时，空调控制器 输出信号，电流接触器、电流接触器、电流接触器、电流接触器全部闭合接通，开启两个独立 制冷回路中的所有四台压缩机。当车内制冷没有达到满负荷时，空调控制器可根据车厢内的制冷负荷实时地控制 各压缩机的运作状态，保证旅客的舒适性，从而也达到节能的目的。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明的制冷量可多级调节，且能实时自 动控制，充分利用了冷凝器和蒸发器的换热面积，制冷效率高，节能效果好，车辆内空气温度均勻性高，温度波动更小，乘客的舒适感更高。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是现有地铁车辆空调机组制冷循环图；图2是本发明一个实施例的制冷循环图；图3是本发明一个实施例自动控制的结构框图；图4是本发明一个实施例自动控制的实际电路图。在图中1，11，12，13，14-压缩机；2_ 冷凝器； 3，30-蒸发器；4-送风机；5-冷凝器风机；6，60-蒸发器盘管；21，22，23，24-电流接触器；7-空调控制器；8-回风温度传感器。
具体实施例方式一种地铁车辆单元式空调机组，如图2所示，包括两个独立的制冷回路，第一个制 冷回路包括两台并联的功率为3. 3KW的压缩机11，12，与压缩机11，12—端相连通的冷凝器 2，与冷凝器2 —端相连通的蒸发器盘管6，该蒸发器盘管6与压缩机11，12另一端相连通构 成闭合回路；第二个制冷回路包括两台并联的功率为3. 3KW的压缩机13，14，与压缩机13， 14 一端相连通的冷凝器2，与冷凝器2 —端相连通的蒸发器盘管60，该蒸发器盘管60与压 缩机13，14另一端相连通构成闭合回路。所述第一独立制冷回路包括两组并联的蒸发器盘 管6，第二独立制冷回路中包括两组并联的蒸发器盘管60，第一独立制冷回路中的一组蒸 发器盘管6同第二制冷回路中的一组蒸发器盘管60置于同一蒸发器3中，第一独立制冷回 路中的另一组蒸发器盘管6同第二制冷回路中的另一组蒸发器盘管60置于同另一蒸发器 30中。为了提高冷凝器2的冷却速度和冷却效果，所述冷凝器2的一侧设有冷凝风机5。蒸发器3，30 一侧均设有送风机4，便于及时快速地将由蒸发器3，30制冷的空气输 送至车厢内。压缩机11，12，13，14将冷凝剂压缩后通过管道送入冷凝器2中，在冷凝风机5作 用下经冷凝器2冷凝后的冷凝剂通过管道分两路进入蒸发器盘管6中，并对蒸发器盘管6 周围的空气进行冷却，然后由送风机4将冷却后的空气送进车厢中，此时蒸发器盘管6中的 冷凝剂温度升高，变为气体，回流至压缩机中继续循环制冷。一种如上所述地铁车辆单元式空调机组的控制方法，在所述空调机组的回风口设 置可检测车内制冷负荷的回风温度传感器8，如图3和图4所示，该回风温度传感器8将车 内温度数据传输给空调控制器7，四个压缩机11，12，13，14 一侧均对应设置有四个电流接 触器21，22，23，24，所述空调控制器7根据车内制冷负荷量分别控制四个电流接触器21， 22，23，24的开合，从而控制四个压缩机11，12，13，14的启停。设在空调机组回风口的回风温度传感器8将车内温度数据传输给空调控制器7，空调控制器7根据车内温度数据对车内制冷需求进行计算，并对空调系统中的电流接触器 21，22，23，24进行自动控制，所述电流接触器断开，则对应的压缩机停止工作，电流接触器闭合连通，则对应一侧的压缩机开始工作，可实时地通过压缩机的启停调节车厢内的温度， 提高旅客的舒适感，同时也达到了节能的目的。图4是本发明一个实施例自动控制的实际电路图，其中电路图左侧是工作回路部 分，四个压缩机11，12，13，14的工作电路中设置有控制其启停的四个电流接触器21，22， 23，24，电路图右侧是控制回路部分，空调控制器7根据回风温度传感器8测得的车内制冷 负荷量分别控制四个电流接触器21，22，23，24的开合，电路图左上角是空调机组的工作电 源，具体参数为AC380V，50Hz,电路图右上角是控制回路电源，具体参数为DC110V。具体控制过程为 a)、当回风温度传感器8测得车内制冷负荷低于25%时，空调控制器7输出信号， 四个电流接触器21，22，23，24中的CPKll电流接触器21闭合接通，四台压缩机中的一台压 缩机11开始工作，此时压缩机功耗低于现有的空调机组的一半，且制冷效率有小幅提高。b)、当回风温度传感器8测得车内制冷负荷高于25%而低于50%，空调控制器7 输出信号，四个电流接触器21，22，23，24中的CPKll电流接触器21和CPK13电流接触器 23闭合接通，第一独立制冷回路中的一台压缩机11和第二独立制冷回路中的一台压缩机 13进行工作，此时压缩机功耗与现有的空调机组相当，但由于本发明空调机组利用了所有 2个冷凝器和2个蒸发器的散热面积，相当于增大了冷凝和蒸发的换热面积，提高了系统制 冷效率，而现有空调机组仅利用了 1个冷凝器和2X0. 5个蒸发器的面积，因此本发明制冷 效率大大提高。 c)、当回风温度传感器8测得车内制冷负荷高于50 %而低于75 %时，空调控制器7 输出信号，四个电流接触器21，22，23，24中的CPKll电流接触器21、CPK12电流接触器22、 CPK13电流接触器23闭合接通，开启第一独立制冷回路中的两台压缩机11，12进行工作，开 启第二独立制冷回路中的一台压缩机13进行工作，压缩机功耗低于现有的空调机组，相当 于现有空调机组的75%，且制冷效率有小幅提高。d)、仅仅当回风温度传感器8测得车内制冷负荷高于75%而低于100%时，空调控 制器7输出信号，CPKll电流接触器21、CPK12电流接触器22、CPK13电流接触器23、CPK14 电流接触器24全部闭合接通，开启两个独立制冷回路中的所有四台压缩机11，12，13，14， 此时本发明与现有空调机组能耗和制冷效率一样。综上所述，通过两台功率为3. 3KW的压缩机并联后替代现有的一台6. 5KW的压缩 机，在车内制冷负荷小于25%制冷需求工况下，本发明和现有空调机组均需运行一台压缩 机即可满足制冷要求，而两种压缩机功耗相差近一倍；在制冷需求大于25%而小于50%工 况条件下，本发明制冷效率有较大提高；在制冷需求大于50%而小于75%工况条件下，本 发明运行三台3. 3KW的压缩机，而现有空调机组需运行二台6. 5KW的压缩机，本发明功耗也 低于现有空调机组；在制冷需求大于75%时，所有压缩机均需运行，两种空调机组功耗几 乎相同。因此，本发明在制冷需求小于75%时具有显著的节能效果。另外，根据车内制冷负荷的需要制冷量分四档调节，提高了空调机组的制冷效率 和/或降低了能耗，车内温度与现有空调机组相比具有均勻性更好，乘客更舒适。
权利要求
一种地铁车辆单元式空调机组，包括至少两个独立的制冷回路，每个制冷回路包括压缩机(11)，与压缩机(11)一端相连通的冷凝器(2)，与冷凝器(2)一端相连通的蒸发器盘管(6)；该蒸发器盘管(6)与压缩机(11)另一端相连通构成闭合回路；所述蒸发器盘管(6)位于蒸发器(3)中，该蒸发器(3)一侧设有送风机(4)，其特征在于，每个独立制冷回路中包括至少两台并联的压缩机(11)。
2.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述冷凝器(2)的一侧设有冷凝风机(5)。
3.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述每个独立制冷回路中包括两组 并联的蒸发器盘管(6)，该独立制冷回路中的一组蒸发器盘管(6)同另外一个或多个制冷 回路中的一组蒸发器盘管(60)置于同一蒸发器(3)中。
4.根据权利要求1所述的空调机组，其特征在于，所述空调机组的回风口设置有检测 车内制冷负荷的回风温度传感器(8)，各压缩机(11，12，13，14) 一侧均对应设置有可使各 压缩机(11，12，13，14)启停的电流接触器(21，22，23，24)，所述回风温度传感器(8)与一可 控制各电流接触器(21，22，23，24)开合的空调控制器(7)。
5 一种如权利要求1 4之一所述地铁车辆单元式空调机组的控制方法，其特征在于， 首先，检测车内制冷负荷量；然后根据检测的车内制冷负荷量调节各独立的制冷回路中压 缩机(11，12，13，14)的启停台数，使得工作的制冷回路数量最多。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述检测车内制冷负荷量是由设置 在空调机组的回风口的回风温度传感器(8)将车内温度数据传输给空调控制器(7)，然后 空调控制器(7)根据回风温度传感器(8)测得的车内制冷负荷量分别控制各电流接触器 (21，22，23，24)的开合，从而控制各压缩机(11，12，13，14)的启停。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述空调机组包括两个独立的制冷 回路，每个独立制冷回路中包括两台并联的压缩机(11)，其控制方法为a)、当回风温度传感器(8)测得车内制冷负荷低于25%时，空调控制器(7)输出信号， 四个电流接触器(21，22，23，24)中的电流接触器(21)闭合接通，四台压缩机中的一台压缩 机(11)开始工作。b)、当回风温度传感器(8)测得车内制冷负荷高于25%而低于50%，空调控制器(7) 输出信号，四个电流接触器(21，22，23，24)中的电流接触器(21)和电流接触器(23)闭合 接通，第一独立制冷回路中的一台压缩机(11)和第二独立制冷回路中的一台压缩机(13) 进行工作。c)、当回风温度传感器(8)测得车内制冷负荷高于50%而低于75%时，空调控制器(7) 输出信号，四个电流接触器(21，22，23，24)中的电流接触器(21)、电流接触器(22)、电流接 触器(23)闭合接通，开启第一独立制冷回路中的两台压缩机(11，12)进行工作，开启第二 独立制冷回路中的一台压缩机(13)进行工作。d)、当回风温度传感器(8)测得车内制冷负荷高于75%而低于100%时，空调控制器(7)输出信号，电流接触器(21)、电流接触器(22)、电流接触器(23)、电流接触器(24)全部 闭合接通，开启两个独立制冷回路中的所有四台压缩机(11，12，13，14)。
全文摘要
本发明公开了一种地铁车辆单元式空调机组及其控制方法，属于地铁车辆空调通风系统领域，它包括至少两个独立的制冷回路，每个制冷回路包括压缩机，与压缩机一端相连通的冷凝器，与冷凝器一端相连通的蒸发器盘管；该蒸发器盘管与压缩机另一端相连通构成闭合回路；所述蒸发器盘管位于蒸发器中，该蒸发器一侧设有送风机，每个独立制冷回路中包括至少两台并联的压缩机。控制方法为根据检测的车内制冷负荷量调节各独立的制冷回路中压缩机的启停台数，使得工作的制冷回路数量最多。本发明的制冷量可多级调节，充分利用了冷凝器和蒸发器的换热面积，制冷效率高，节能效果好，车辆内空气温度均匀性高，温度波动小，乘客的舒适感更高。
文档编号F24F11/00GK101846413SQ20101018330
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者易柯, 李耘茏, 李颖明, 杨颖 , 柳晓峰, 邓煜华 申请人:南车株洲电力机车有限公司