轨道车辆用空调系统及轨道车辆的制作方法

1.本实用新型涉及轨道车辆领域，具体而言，涉及一种轨道车辆用空调系统及一种轨道车辆。


背景技术：

2.对于轨道车辆空调机组，室内的热负荷主要由人员散热负荷、车体传热负荷、新风热负荷、车内设备热负荷几部分组成，对于地上运行线路，还受太阳辐射热负荷影响。
3.在不同时段，车外环境温度不同，车外环境温度低时，车体传热负荷较小；
4.当处于春秋两季时，太阳辐射强度较弱，太阳辐射热负荷较小；
5.在不同站点，其人员载荷变动较大，人数较少时，人员散热负荷较小。
6.而轨道车辆空调机组的额定制冷量一般按照室外温度较高、太阳辐射强度较高、室内人员较多时进行核算，额定制冷量与其实际运行中所需求的低负荷制冷量偏差较大。若空调机组制冷量远大于车内热负荷，则空调机组压缩机将频繁启停，受压缩机最小启停间隔的影响，室内温度产生波动。
7.对于轨道车辆空调机组，为满足高负荷下的制冷需求，其额定制冷量一般设置较大。而对于轨道车辆，在不同时段、不同季节、不同人员数量时；其维持车内温度所需的制冷量变动范围较大。
8.由于空调机组额定制冷量设置较高，其制冷量调节范围的下限亦较高，在额定工况下，其制冷量调节范围下限一般为额定制冷量的25％。
9.轨道车辆车内热负荷较低时，空调机组制冷量输出较高，两者不匹配，造成空调机组压缩机的频繁启停，进而使轨道车辆车厢内温度发生上下波动，影响乘客的舒适性。
10.有鉴于此特提出本实用新型。


技术实现要素：

11.为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种轨道车辆用空调系统及一种轨道车辆，通过第一旁通支路分流冷媒，降低室内换热器的制冷量，以满足低负荷工况。
12.为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
13.本实用新型提供一种轨道车辆用空调系统，包括主回路和第一旁通支路，所述主回路上依次串联有压缩机、室外换热器、第一节流元件和室内换热器，所述第一旁通支路与所述压缩机的排气口和所述室内换热器的进口相通，使得自所述压缩机排出的部分冷媒经过所述第一旁通支路排入所述室内换热器。
14.上述技术方案中，所述第一旁通支路的一端与所述压缩机的排气口相通，另一端与所述室外换热器至所述室内换热器的进口之间的任意管路连通。
15.上述技术方案中，所述第一旁通支路上设有第二节流元件，所述第一旁通支路的另一端与所述第一节流元件至所述室内换热器的进口之间的管路连通。
16.上述技术方案中，所述室内换热器具有并联的第一流路和第二流路，所述主回路包括所述第一流路，所述第一旁通支路与所述第二流路连通。
17.上述技术方案中，所述第一流路和所述第二流路分别具有多个管路，所述第一流路的管路和所述第二流路的管路交叉分布。
18.上述任一技术方案中，所述第一旁通支路上设有控制所述第一旁通支路通断的第一控制阀。
19.上述任一技术方案中，还包括：
20.换向阀，所述换向阀的第一阀口与所述压缩机的排气口连通，所述换向阀的第三阀口与所述压缩机的进气口连通，所述换向阀的第二阀口与所述室内换热器的出口连通，所述换向阀的第四阀口与所述室外换热器的进口连通，
21.所述换向阀具有第一工作位置和第二工作位置，所述换向阀在第一工作位置时第一阀口和第四阀口连通、第二阀口和第三阀口连通，所述换向阀在第二工作位置时第一阀口和第二阀口连通、第三阀口和第四阀口连通，其中当所述换向阀在第一工作位置时所述第一旁通支路能够导通，当所述换向阀在第二工作位置时所述第一旁通支路保持断开。
22.上述任一技术方案中，所述第一旁通支路的一端与所述第四阀口连通，或者所述第一旁通支路的一端与所述第四阀口至所述室外换热器的进口之间的管路连通。
23.上述任一技术方案中，还包括：
24.第二旁通支路，所述第二旁通支路与所述压缩机的排气口和所述室外换热器的进口相通，其中，当所述换向阀在第一工作位置时所述第二旁通支路保持断开，当所述换向阀在第二工作位置时，所述第二旁通支路能够导通使得自所述压缩机排出的部分冷媒经过所述第二旁通支路排入所述室外换热器。
25.本实用新型还提供一种轨道车辆，包括上述任一项技术方案所述的轨道车辆用空调系统。
26.本实用新型提供的轨道车辆用空调系统，由于第一旁通支路与室外换热器并联，另一部分冷媒不经过室外换热器而是送至第一旁通支路，经过第一旁通支路排入室内换热器，这样这部分未经过室外换热器换热的高温冷媒中和室内换热器的温度，相较于全部冷媒走主回路而言，有效地降低室内换热器的冷量输出，拓宽了轨道车辆空调机组的冷量调节范围，在轨道车辆热负荷较低时，降低轨道车辆空调机组的制冷量，从而更好的适应轨道车辆车内热负荷较低的情况。并且避免了压缩机频繁停机的风险，延长了压缩机的使用寿命。
27.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
28.附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
29.图1是本实用新型一个实施例中轨道车辆用空调系统的结构示意图；
30.图2是本发明一个实施例中空调系统的控制方法的流程示意图。
31.100、轨道车辆用空调系统；101、主回路；102、第一旁通支路；103、第二旁通支路；
32.110、压缩机；111、压缩机的排气口；112、压缩机的进气口；120、室外换热器；121、室外换热器的进口；130、第一节流元件；140、室内换热器；141、室内换热器的进口；150、第二节流元件；160、第一控制阀；170、换向阀；171、第一阀口；172、第二阀口；173、第三阀口；174、第四阀口；180、第三节流元件。
33.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.下面参照图示描述本实用新型一些实施例所述轨道车辆用空调系统及轨道车辆。
38.本实用新型第一方面实施例提供了一种轨道车辆用空调系统100，轨道车辆用空调系统100至少包括主回路101和第一旁通支路102。
39.具体地，如图1所示，主回路101上依次串联有压缩机110、室外换热器120、第一节流元件130和室内换热器140。所述的室外换热器120是指放置在轨道车辆上并能够与车辆外部的环境换热的换热器，所述的室内换热器140是指放置在轨道车辆上并能够与车辆内部的环境换热的换热器。可以理解的，室外换热器120和室内换热器140分别设有风机以驱动气体换热。
40.第一旁通支路102与压缩机的排气口111和室内换热器的进口141相通，使得自压缩机110排出的部分冷媒经过第一旁通支路102排入室内换热器140。
41.空调系统的制冷工作过程如下：
42.压缩机110将气态的冷媒压缩为高温高压的气态，其中一部分冷媒送至室外换热器120进行冷却，此时室外换热器120作为冷凝器，冷媒经冷凝器冷却后变成中温高压的液态冷媒经第一节流元件130节流降压，变成低温低压的气液混合体(液体多)，经过室内换热器140，此时室内换热器140作为蒸发器，蒸发器吸收空气中的热量而使得冷媒汽化，变成气态，然后再回到压缩机110继续压缩，继续主回路101的循环制冷。
43.由于第一旁通支路102与室外换热器120并联，另一部分冷媒不经过室外换热器120而是送至第一旁通支路102，经过第一旁通支路102排入室内换热器140，这样这部分未
经过室外换热器120换热的高温冷媒中和室内换热器140的温度，相较于全部冷媒走主回路101而言，有效地降低室内换热器140的冷量输出，拓宽了轨道车辆空调机组的冷量调节范围，在轨道车辆热负荷较低时，降低轨道车辆空调机组的制冷量，从而更好的适应轨道车辆车内热负荷较低的情况。并且避免了压缩机110频繁停机的风险，延长了压缩机110的使用寿命。
44.进一步地，为了避免室内换热器140侧的冷媒未完全汽化而造成压缩机110液击的情形，保护压缩机110免受损坏，延长空调系统的运行寿命，设置主回路101和/或第一旁通支路102上设有干燥过滤器。
45.举例地，第一节流元件130可以为毛细管、膨胀阀等元件。
46.实施例一
47.本实施例在前述任一实施例的基础上，进一步设置第一旁通支路102的一端与压缩机的排气口111相通，另一端与室外换热器120至室内换热器的进口141之间的任意管路连通。
48.可以理解的，室外换热器120至室内换热器的进口141之间设有与室外换热器120至室内换热器140串联的第一节流元件130，本实施例所述的第一旁通支路102的另一端与室外换热器120至室内换热器的进口141之间的任意管路连通包括以下实施方式：
49.实施方式一
50.第一旁通支路102的另一端与室外换热器120和第一节流元件130之间的管路连通，这样另一部分不经过室外换热器120而是送至第一旁通支路102的冷媒先会经过第一节流元件130节流而降温降压，从而保证流经第一旁通支路102的冷媒也能够完全汽化，避免压缩机110液击的情形。
51.实施方式二
52.第一旁通支路102的另一端与第一节流元件130至室内换热器的进口141之间的管路连通，这样另一部分不经过室外换热器120而是送至第一旁通支路102的冷媒不会经过第一节流元件130节流而降温降压，为了避免室内换热器140侧的冷媒未完全汽化而造成压缩机110液击的情形，设置第一旁通支路102上设有第二节流元件150，第一旁通支路102的冷媒经过第二节流元件150节流而降温降压，保证产品可靠性。
53.进一步地，空调系统设有分液器，其中，第一旁通支路102旁通至第一节流元件130后分液器前。
54.可以理解的，上述两种实施方式都使得流经第一旁通支路102的冷媒与主回路101的冷媒汇合后再流向室内换热器140，这样两部分冷媒充分的混和换热，混和后的冷媒温度更均匀，既有效的升高了主回路101中冷媒的温度，使得流入室内换热器140的冷媒的温度升高，降低轨道车辆空调机组的制冷量，从而更好的适应轨道车辆车内热负荷较低的情况，又避免了室内换热器140侧的温度不均匀，导致出风温度不均匀的情形，以及导致室内换热器140由于温度不均而产生冷凝的情形，减少室内换热器140侧冷凝水的产生，实现空调系统出风温度均匀、柔和，提升产品的使用体验。
55.实施例二
56.本实施例与上述实施例一的不同之处在于，第一旁通支路102上设有第二节流元件150，室内换热器140具有并联的第一流路和第二流路，主回路101包括第一流路，第一旁
通支路102与第二流路连通。也即，本实施例中主回路101和旁通支路的冷媒并不在室内换热器140前汇流，而是通过各自的第一流路和第二流路流入室内换热器140。第一流路和第二流路的出口可以连通使得与室内换热器140换热后的冷媒汇流后流入压缩机110，或者也可以设置第一流路和第二流路的出口分别与压缩机110连通。
57.进一步地，第一流路和第二流路分别具有多个管路，第一流路的管路和第二流路的管路交叉分布。
58.通过设置第一流路的管路和第二流路的管路交叉分布，避免室内换热器140内的温度不均，既减少了室内换热器140侧冷凝水的产生，又实现空调系统出风温度均匀、柔和，提升产品的使用体验。
59.实施例三
60.本实施例在上述任一实施例的基础上，设置第一旁通支路102上设有控制第一旁通支路102通断的第一控制阀160。
61.通过第一控制阀160控制第一旁通支路102的导通和阻断，从而更好的适应产品多变的使用场景，在高负荷下的制冷需求下，第一控制阀160控制第一旁通支路102阻断，使得冷媒全部走主回路101，保证制冷需求，在低负荷下的制冷需求下，第一控制阀160控制第一旁通支路102导通，使得冷媒部分走主回路101，另一部分走第一旁通支路102，实现车内温度适宜。
62.进一步地，第一控制阀160的开度可调，或者第二节流元件150为开度可调的电子膨胀阀。
63.通过控制第一控制阀160的开度或者第二节流元件150的开度调节主回路101和第一旁通回路的冷媒分配量。
64.在一些空调系统设置有室内温度传感器，本实施例的控制逻辑如下：
65.压缩机110运行最低频率，连续两次启停间隔＜预设时长，则判断为热负荷过小，进入低频冷量控制模式。
66.举例地，预设时长为3min～10min，优选地，预设时长为5min。
67.控制第二节流元件150开启至50％开度。
68.车内温度降低，则开大旁通电子膨胀阀开度10％，增大旁通量，减小蒸发器冷量输出。
69.客室内温度上升，则减小旁通电子膨胀阀开度10％，减小旁通量，增大蒸发器冷量输出。
70.使客室内温度稳定在设定温度
±
1℃以内，同时压缩机110保持在低频稳定运转状态，不会对车辆电网产生冲击。
71.实施例四
72.本实施例在上述任一实施例的基础上，轨道车辆用空调系统100还包括换向阀170。
73.换向阀170为四通阀，换向阀170的第一阀口171与压缩机的排气口111连通，换向阀170的第三阀口173与压缩机的进气口112连通，换向阀170的第二阀口172与室内换热器140的出口连通，换向阀170的第四阀口174与室外换热器的进口121连通。
74.换向阀170具有第一工作位置和第二工作位置，换向阀170在第一工作位置时第一
阀口171和第四阀口174连通、第二阀口172和第三阀口173连通，换向阀170在第二工作位置时第一阀口171和第二阀口172连通、第三阀口173和第四阀口174连通，其中当换向阀170在第一工作位置时第一旁通支路102能够导通，当换向阀170在第二工作位置时第一旁通支路102保持断开。
75.通过换向阀170实现空调系统的制冷制热模式转换，同时，为了不影响制热模式的工作，控制在制热模式中也即换向阀170在第二工作位置时第一旁通支路102保持断开。
76.进一步地，第一旁通支路102的一端与第四阀口174连通，或者第一旁通支路102的一端与第四阀口174至室外换热器的进口121之间的管路连通。
77.在一些实施例中，轨道车辆用空调系统100还包括第二旁通支路103，第二旁通支路103与压缩机的排气口111和室外换热器的进口121相通，其中，当换向阀170在第一工作位置时第二旁通支路103保持断开，当换向阀170在第二工作位置时，第二旁通支路103能够导通使得自压缩机110排出的部分冷媒经过第二旁通支路103排入室外换热器120。
78.第二旁通支路103针对制热模式使用，在制热模式中，室内换热器140作为冷凝器，室外换热器120作为蒸发器，部分冷媒在主回路101中依次经过压缩机110
‑
室内换热器140
‑
第一节流元件130
‑
室外换热器120，另一部分冷媒在压缩机110排出后不经过室内换热器140而是直接通过第二旁通支路103流向室外换热器120，这样通过第二旁通支路103分流了部分冷媒，使得进入室内换热器140的冷媒量减少，相较于全部冷媒走主回路101而言，有效地降低室内换热器140的热量输出，拓宽了轨道车辆空调机组的热量调节范围，在轨道车辆热负荷较低时，降低轨道车辆空调机组的制热量，从而更好的适应轨道车辆车内热负荷较低的情况。并且避免了压缩机110频繁停机的风险，延长了压缩机110的使用寿命。
79.此外，第二旁通支路103还具有除霜的作用，未经过室内换热器140换热的高温冷媒排入室外换热器120后，有效调节了室外换热器120的温度，防止室外换热器120温度过低而结霜，进而保证室外换热器120的换热效率，保证产品运行的可靠性。
80.进一步地，设置第二旁通支路103的一端与压缩机的排气口111相通，另一端与室内换热器140至室外换热器120的出口之间的任意管路连通。可以理解的，室内换热器140至室外换热器120的出口之间设有与室外换热器120至室内换热器140串联的第一节流元件130，本实施例所述的第二旁通支路103的另一端与室内换热器140至室外换热器120的出口之间的任意管路连通包括以下方式：
81.第二旁通支路103的另一端与室内换热器140和第一节流元件130之间的管路连通，这样另一部分不经过室内换热器140而是送至第二旁通支路103的冷媒先会经过第一节流元件130节流而降温降压，从而保证流经第一旁通支路102的冷媒也能够完全汽化，避免压缩机110液击的情形。
82.或者，第二旁通支路103的一端与压缩机的排气口111相通，另一端与第一节流元件130至室外换热器的进口121之间的管路连通，这样另一部分不经过室内换热器140而是送至第二旁通支路103的冷媒不会经过第一节流元件130节流而降温降压，为了避免室内换热器140侧的冷媒未完全汽化而造成压缩机110液击的情形，设置第二旁通支路103上设有第三节流元件，第二旁通支路103的冷媒经过第三节流元件节流而降温降压，保证产品可靠性。
83.可以理解的，上述两种实施方式都使得流经第二旁通支路103的冷媒与主回路101
的冷媒汇合后再流向室外换热器120，这样两部分冷媒充分的混和换热，混和后的冷媒温度更均匀，既有效的降低了主回路101中冷媒的温度，使得流入室内换热器140的冷媒的温度降低，降低轨道车辆空调机组的制热量，从而更好的适应轨道车辆车内热负荷较低的情况，又避免了室外换热器120侧凝霜的情形，实现空调系统出风温度均匀、柔和，提升产品的使用体验。
84.与以上实施例不同的是，还可以设置室外换热器120具有并联的第三流路和第四流路，主回路101包括第三流路，第二旁通支路103与第四流路连通。也即，本实施例中主回路101和第二旁通支路103的冷媒并不在室外换热器120前汇流，而是通过各自的第三流路和第四流路流入室外换热器120。第三流路和第四流路的出口可以连通使得与室外换热器120换热后的冷媒汇流后流入压缩机110，或者也可以设置第三流路和第四流路的出口分别与压缩机110连通。
85.本实用新型还提供一种轨道车辆，包括上述任一实施例的轨道车辆用空调系统100。
86.本实用新型的轨道车辆变频空调机组的第一旁通支路102采用可编程调节的电子膨胀阀作为旁通控制器件。电子膨胀阀进口处连接压缩机110排气管，电子膨胀阀出口处连接至主回路101电子膨胀阀后分液器前。
87.本实用新型还提供一种轨道车辆用空调系统的控制方法，适用于上述任一实施例的轨道车辆用空调系统100，包括以下步骤：
88.在制冷工况中，检测压缩机110的运行频率；
89.当压缩机110以最低频率运行并且压缩机自停机至再次启动时间间隔小于预设时长时，控制空调系统的第一旁通支路102导通以进入低频冷量控制模式。
90.通过检测压缩机的运行频率以及压缩机自停机至再次启动的时间来判断当前是否为低负荷工况，通过判定的结果来确定是否进入低频冷量控制模式，实习系统自动化控制。
91.进一步地，所述低频冷量控制模式包括：
92.检测环境温度；
93.判断环境温度达到预设温度阈值，若是则控制第一旁通支路102的第二节流元件150保持当前开度，否则判断环境温度是否低于预设温度阈值，更详细地，判断环境温度是否低于预设温度阈值中的最小值，若是，则控制第二节流元件150增大开度，否则，控制第二节流元件150减小开度。
94.更详细地，如图2所示，轨道车辆用空调系统的控制方法包括以下步骤：
95.判断压缩机是否以最低频率运行并且压缩机自停机至再次启动时间间隔小于预设时长时，举例地，预设时长时为5分钟。
96.若否，则常规压缩机频率控制，否则，将旁通电子膨胀阀开至50％。
97.在旁通电子膨胀阀开至50％后，检测环境温度，判断环境温度是否达到预设温度阈值，举例地，目标环境温度为a，则预设温度阈值为a
±
1℃。
98.若是，则控制旁通电子膨胀阀维持原开度，否则，判断环境温度是否低于预设温度阈值中的下限值，若是，则控制旁通电子膨胀阀开度增加10％，否则控制旁通电子膨胀阀开度减小10％。
99.在控制旁通电子膨胀阀开度增加10％后，判断旁通电子膨胀阀开度是否小于90％，若否，则压缩机停机。
100.在控控制旁通电子膨胀阀开度减小10％后，判断旁通电子膨胀阀开度是否大于10％，若否，则关闭旁通电子膨胀阀。
101.以上是轨道车辆用空调系统在制冷工况时的控制方法，制热工况的控制方法可以参照上述进行控制。
102.本实用新型具有如下优点
103.1、本实用新型可有效降低轨道车辆变频空调机组的制冷量输出下限值，使其与轨道车辆的低热负荷相匹配，维持车内温度的稳定。
104.2、旁通至蒸发器分液器入口端，可充分利用蒸发器换热面积，蒸发器出风温度均匀，无凝露风险。
105.3、旁通至蒸发器分液器入口端，进入蒸发器冷媒流量仍较大，有利于压缩机110的回油。
106.以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。