一种用于列车空调的补气增焓间接制冷系统的制作方法

本发明专利涉及一种列车空调系统，具体涉及一种能够降低压缩机出口温度和制冷剂可燃性危险的补气增焓间接制冷系统。

背景技术：

臭氧层破坏和全球变暖是当今社会共同面临的两大主要环境问题，国际社会先后达成了《蒙特利尔议定书》、《京都议定书》等一系列国际公约。我国制冷空调行业正在按照《蒙特利尔议定书》的规定实施hcfcs的加速淘汰。列车空调作为制冷空调行业的一部分，与常规住宅或者建筑物空调有着很大区别，行业管理要求很高。列车空调制冷剂使用目前主要为r22和r407c，显然r22由于对臭氧层的破坏作用以及r407c较高的温室效应使得两种主要制冷剂面临被替代,因此我国列车空调制冷剂替代研究迫在眉睫，需要找出一种切实可行的替代方案来研究各种低gwp制冷剂在列车空调系统的性能，从产品结构、制造技术、可靠性、安全性等各方面探讨低gwp制冷剂在列车空调系统应用的可行性与适用性。

现阶段，列车空调制冷剂替代主要有r134a、r407c、r410a、r417a、r32等。除r32以外其他替代制冷剂的gwp值均较高，作为长期替代制冷剂显热是不太合适。r32的gwp值仅有675，相比于以上四种制冷剂，在全球变暖潜值上具有一定的优势，同时相比于r290等碳氢制冷剂的高可燃性，r32弱可燃的危险性较低。作为兼顾减排、安全、节能和市场需求等方面的r32，是一种很有前景的替代制冷剂。

r32制冷剂由于gwp值较低、热工性能好正在受到瞩目,但是此种制冷剂具有一定的局限性，r32制冷系统压缩机排气温度较高，同时具有微可燃性不能流经车室内，补气增焓系统不仅可以提高列车空调的性能，还可降低压缩机的排气温度，间接制冷可以通过制冷剂与水的换热使得可燃性制冷剂不流经车室，同时减少制冷剂充注量，提高弱可燃制冷剂使用过程的安全性。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种补气增焓间接制冷列车空调系统，既能降低压缩机的排气温度，又能解决可燃性制冷剂的使用安全状况，同时一套并联的室内侧换热器可以根据车室的结构进行重新布置，保证了列车空调在利用环保型制冷剂的效率和安全性。

针对上述技术问题，本发明提供的解决方案是：

一种用于列车空调的补气增焓间接制冷系统，包括两套采用制冷剂的补气增焓系统以及一套载冷剂制冷系统，

每套补气增焓系统均包括有补气增焓压缩机、冷凝器、两个节流阀、闪蒸器、电磁阀和板式换热器，所述的补气增焓压缩机的出气口通过管路依次连接冷凝器、一个节流阀、闪蒸器进口，所述闪蒸器的出气口通过管路依次连接电磁阀、补气增焓压缩机补气口，所述闪蒸器的出液口通过管路依次连接另一节流阀、板式换热器和补气增焓压缩机的吸气口；

所述的载冷剂制冷系统包括水泵、两个并联的室内侧换热器、分别连接于任一室内侧换热器两端的两个电磁阀、水箱，所述水泵、两个并联的室内侧换热器、水箱、两个板式换热器通过管路连接形成载冷剂循环回路，载冷剂在两个板式换热器中与所述补气增焓系统内的制冷剂进行换热。

进一步地，所述的载冷剂制冷系统的载冷剂通过管路依次流经两个串联设置的板式换热器与制冷剂进行换热。

进一步地，所述的载冷剂制冷系统内的载冷剂通过管路同时流经两个并联设置的板式换热器与制冷剂进行换热。

进一步地，所述的制冷剂为r32。

进一步地，所述载冷剂为水、乙二醇、盐水中的一种。

本发明提供的制冷系统将三套系统结合在一起，与现有列车空调制冷系统相比，具有以下优点：

1)本发明的制冷系统可以将与制冷剂有关的所有部件以及可能产生噪声的部件均集中在一起，放置在列车室外，从而可以采用包括r32、碳氢制冷剂以及氨等可燃有毒的制冷剂作为替代工质而不会在车室内发生泄漏对人员带来严重危害；

2)本发明的间接制冷系统制冷剂充注量相对较少，进一步降低制冷剂泄露所带来的危害；

3)本发明的补气增焓系统可以降低压缩机的排气温度，可以提高压缩机寿命，使得系统稳定性提高；

4)本发明的补气增焓系统相对于现有直接制冷系统能效会有所提高。

附图说明

图1为本发明实施例一的用于列车空调的补气增焓间接制冷系统循环原理图。

图2为发明实施例一的补气增焓系统系统一循环原理图。

图3为发明实施例一的补气增焓系统系统二循环原理图。

图4为发明实施例一载冷剂制冷系统循环原理图。

图5为本发明实施例二的用于列车空调的补气增焓间接制冷系统循环原理图。

图6为补气增焓系统制冷循环压焓图。

图7为直接系统制冷循环压焓图。

图中示出：101-第一补气增焓压缩机；102-第一冷凝器；103-第一节流阀；104-第一闪蒸器；105-第一电磁阀；106-第二节流阀；107-第一板式换热器；201-第二补气增焓压缩机；202-第二冷凝器；203-第三节流阀；204-第二闪蒸器；205-第二电磁阀；206-第四节流阀；207-第二板式换热器；301-水泵；302-第三电磁阀；303-第一室内侧换热器；304-第二室内侧换热器；305-第四电磁阀；306-水箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一

如图1所示，一种用于列车空调的补气增焓间接制冷系统，包括补气增焓系统一、补气增焓系统二和一套载冷剂制冷系统。

如图2至图4所示，所述的补气增焓系统一包括补气增焓压缩机101、第一冷凝器102、第一节流阀103、第一闪蒸器104、第一电磁阀105、第二节流阀106、第一板式换热器107；所述的补气增焓系统二包括第二补气增焓压缩机201、第二冷凝器202、第三节流阀203、第二闪蒸器204、第二电磁阀205、第四节流阀206、第二板式换热器207；所述的载冷剂制冷系统包括水泵301、第三电磁阀302、第一室内侧换热器303、第二室内侧换热器304、第四电磁阀305、水箱306。所述的第一室内侧换热器303、第二室内侧换热器304采用并联的方式连接，所述第一板式换热器107、第二板式换热器207采用串联的方式连接。

所述第一补气增焓压缩机101具有吸气口、排气口和补气口，所述第一冷凝器102具有第一端口和第二端口，所述第一端口与第一补气增焓压缩机101的排气口相连通，所述第二端口与第一节流阀103一端相连通；所述第一闪蒸器104具有第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口与第一节流阀103另一端相连通，所述第二接口与第二节流阀106一端相连通，所述第三接口经过第一电磁阀105直接与第一补气增焓压缩机101的补气口相连接；所述第一板式换热器107有两个进口、两个出口，第一进口和第一出口分别连接第二节流阀106一端和第一补气增焓压缩机101的进气口，而第二进口和第二出口则为载冷剂制冷系统的进、出口，分别第二连接板式换热器207和水箱306。所述补气增焓系统二中各部件及管路的连接方式与所述补气增焓系统一中的管路连接方式相同。第二板式换热器207的第二进口与第一板式换热器107的第二出口相连通，第二板式换热器207的第二出口与水泵301相连通。水泵301的出口与第一室内侧换热器303、第二室内侧换热器304的进口相连通，第一室内侧换热器303、第二室内侧换热器304的出口分别与水箱306相连通，第三电磁阀302和第四电磁阀305控制第一室内侧换热器303的载冷剂流通。

当列车空调所需的制冷量比较大时，同时开启两个补气增焓系统，以补气增焓系统一为例，此时高温高压制冷剂从第一补气增焓压缩机101进入到第一冷凝器102进行冷凝，此时高压气体制冷剂变为高压液体制冷剂，第一节流阀103将高压液体制冷剂节流到中间蒸发压力，汽液两相混合制冷剂进入第一闪蒸器104进行气液分离。气相制冷剂经过第一电磁阀105进入第一补气增焓压缩机101补气口，液相制冷剂则经过第二节流阀106进行第二次节流，液态低压制冷剂通过第一板式换热器107与载冷剂进行换热，换热后的制冷剂气体进入第一补气增焓压缩机101。温度相对较高的载冷剂流经第一板式换热器107和第二板式换热器207进行换热，换热后温度较低的载冷剂经过水泵301之后分别流经第一室内侧换热器303、第二室内侧换热器304，两个室内侧换热器中的载冷剂与室内空气进行换热，换热后的液体又流入水箱306，依次进行循环，不断为室内提供冷量。

当列车空调所需制冷量较小时，此时只开启一个补气增焓系统，同时关闭第三电磁阀302和第四电磁阀305，只有第二室内侧换热器304与室内空气进行换热，进一步节省能量。

实施例二

如图5所述，本实施例与实施例一的主要区别在于：所述的载冷剂制冷系统内的载冷剂通过管路同时流经两个并联设置的板式换热器与制冷剂进行换热，即补气增焓系统一、补气增焓系统二的第一板式换热器107、第二板式换热器207并联设置，所述的载冷剂制冷系统内的载冷剂在循环过程中是同时流经第一板式换热器107、第二板式换热器207与补气增焓系统一、补气增焓系统二内的制冷剂实现换热。

通常情况下，我们可以根据制冷剂的理论热力循环计算来判断应用时制冷系统性能的变化和运行特征。

例如在下述的参考工况下，当蒸发温度为5℃，冷凝温度为50℃，等熵效率为75％，无过冷过热的情况时，计算r32列车空调补气增焓间接系统与直接制冷系统的性能指标。

在制冷剂的压-焓图中，补气增焓制冷循环可以表示如图6所示，图6中横坐标为焓值，纵坐标为压力值。图6中的循环分为补气支路和蒸发支路，补气支路循环为4→4＇→5→6→3→2＇→4，低压级蒸发支路循环为4→4＇→5→6→7→8→1→2→2＇→4。

制冷循环性能计算如下：

q0＝(h1-h8)×mr1

pth＝mr1(h2-h1)+mr(h4-h2')

其中：

mr1:低压级制冷剂流量；

mr:进入压缩机的制冷剂流量；

q0：制冷能力；

pth:压缩功率；

cop：制冷能效。

通过计算得出补气增焓系统的制冷量为201.61kj/kg，压缩机耗功为50kj/kg，cop为4.03，压缩机排气温度即图中4点的温度为84.1℃。

当载冷剂系统并入之后，由于两个系统之间存在换热效率及水泵做功，因此整个系统的效率会下降，假设板式换热器的换热效率为95％，水泵功耗为0.5kw，此种工况下计算的制冷效率为3.38，单位制冷量为191.5kj/kg。

综上所述，补气增焓间接制冷系统的单位制冷量为191.5kj/kg，制冷效率为3.38，压缩机排气温度84.1℃。

图7为直接制冷系统压焓图，循环为1→2→3→4→1。

制冷循环性能如下：

q0＝(h1-h4)×mr

pth＝mr(h2-h1)

其中：

mr:制冷剂流量；

q0：制冷能力；

pth:压缩功率；

cop：制冷能效。

通过计算得直接制冷系统的单位制冷量为218.62kj/kg，cop为3.4，压缩机排气温度为94.7℃。

因此，理论计算结果表明，补气增焓间接制冷系统相对于直接制冷系统能效比仅减小0.02，压缩机排气温度减小10℃。即解决列车r32高排气温度的问题，同时可以使得环保型制冷剂能够运用于列车空调中。

以上所述仅是本发明专利的实施例而已，并非是本对本发明专利作其它形式的限制。对于熟悉本专业的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内，例如图5所示的补气增焓并联方式间接制冷系统也属于本发明权利要求范围之内。