專利名稱：列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種列車空調(diào)裝置，特別是一種列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，屬于制冷工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
列車空調(diào)裝置一般由空調(diào)機(jī)組、通風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。目前，我國的列車空調(diào)機(jī)組大部分采用的是單元式空調(diào)機(jī)組。單元式空調(diào)機(jī)組是指將壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、通風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)以及空氣預(yù)熱器等安裝在一個箱內(nèi)，組成一個完整的單元后安裝在車頂。每輛車根據(jù)車型不同可安裝一臺或兩臺。機(jī)組中的蒸發(fā)器(夏天制冷)與電加熱器(冬天采暖)組成空氣處理室，它所處理的空氣由回風(fēng)與新風(fēng)組成，經(jīng)處理后的空氣由通風(fēng)機(jī)組經(jīng)風(fēng)道送入車廂，從而構(gòu)成了通風(fēng)系統(tǒng)。列車空調(diào)的控制系統(tǒng)比較簡單，在每輛車上安裝有控制柜，通過控制機(jī)組的開停對機(jī)組進(jìn)行安全保護(hù)和對客車車廂內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。列車空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中存在以下問題(1)我國幅員遼闊，各地區(qū)氣候差異大，旅客列車的流動性大，空調(diào)運(yùn)行工況極不穩(wěn)定。從南到北，從白天到夜晚，空調(diào)在不同的冷(熱)負(fù)荷下工作，且大部分時間都在低于設(shè)計負(fù)荷的工況下運(yùn)行，但通風(fēng)機(jī)始終在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成能量的浪費(fèi)；(2)空調(diào)機(jī)組靠反復(fù)的開、停壓縮機(jī)工作來滿足車內(nèi)不同負(fù)荷的需求，壓縮機(jī)的起停損失比連續(xù)運(yùn)行時大，且車內(nèi)溫度波動大，不能滿足旅客對舒適性的要求；(3)冬季采用電加熱器取暖，能量利用率低；(4)為了滿足車內(nèi)旅客新風(fēng)量的要求，空調(diào)系統(tǒng)不斷地進(jìn)、排風(fēng)換氣，而沒有對排風(fēng)中的能量進(jìn)行有效回收，造成能量的大量浪費(fèi)。
已有技術(shù)中，申請?zhí)枮?1261514，名稱為列車用單元式雙系統(tǒng)熱泵型空調(diào)機(jī)的發(fā)明專利，采用熱泵型空調(diào)機(jī)組，省去了原來的電加熱器，滿足了制熱的要求，熱效率明顯高于電加熱方式，節(jié)能效果顯著，但該專利沒有解決室外換熱器結(jié)霜后不能自動融霜問題，造成熱泵機(jī)組運(yùn)行效率低；申請?zhí)枮?2250871，名稱為帶有空氣—空氣換熱器的高原鐵路車輛空調(diào)機(jī)組的發(fā)明專利，該發(fā)明是在空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)有空氣—空氣換熱室，換熱室設(shè)有新鮮空氣入口和廢氣排放口，使車廂的廢氣經(jīng)過換熱器與室外新風(fēng)進(jìn)行熱交換后由廢氣排風(fēng)機(jī)排出車廂外，達(dá)到節(jié)能目的，但在新、排風(fēng)溫差較小情況下，節(jié)能并不明顯，同時，若不對列車空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，節(jié)能就無從談起。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的缺陷與不足，滿足我國鐵路客車空調(diào)發(fā)展的需要，本發(fā)明設(shè)計一種列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，在列車用單元式雙系統(tǒng)熱泵型空調(diào)機(jī)的基礎(chǔ)上，引入變頻技術(shù)，根據(jù)車內(nèi)溫度的變化，對列車空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，使空調(diào)機(jī)組的制冷/熱量與列車車內(nèi)冷/熱負(fù)荷需求相匹配，以減小車內(nèi)溫度的波動范圍，提高車內(nèi)空調(diào)環(huán)境的熱舒適度；同時，根據(jù)排風(fēng)中CO2濃度的變化，調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組通風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，使新風(fēng)量時刻滿足車內(nèi)新風(fēng)需求，甚至還可考慮全新風(fēng)的運(yùn)行方式，大大改善車內(nèi)空氣品質(zhì)。
本發(fā)明包括壓縮機(jī)，節(jié)流閥，室外換熱器，室內(nèi)換熱器，四通轉(zhuǎn)換閥，排風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)，排風(fēng)管道，送風(fēng)管道，三臺變頻器，控制器，溫度傳感器，CO2傳感器。排風(fēng)機(jī)位于室外換熱器的出風(fēng)側(cè)，送風(fēng)機(jī)位于室內(nèi)換熱器的進(jìn)風(fēng)側(cè)，排風(fēng)管道與室外換熱器的進(jìn)風(fēng)側(cè)相連，送風(fēng)管道與室內(nèi)換熱器的出風(fēng)側(cè)相連，壓縮機(jī)的出口通過四通轉(zhuǎn)換閥分別與兩個換熱器盤管的一端相連，兩個換熱器盤管的另一端通過節(jié)流閥相連，三臺變頻器的輸出端分別與排風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)電連接，輸入端分別與控制器相應(yīng)的輸出端電連接，溫度傳感器和CO2傳感器均安裝在室外換熱器的進(jìn)風(fēng)側(cè)，二者的輸出端均與控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
當(dāng)夏季供冷時，調(diào)節(jié)四通轉(zhuǎn)換閥，使壓縮機(jī)出來的高溫制冷劑通過四通轉(zhuǎn)換閥，流入室外換熱器盤管，從排風(fēng)管道出來的車內(nèi)冷空氣在排風(fēng)機(jī)的作用下，通過室外換熱器，對室外換熱器盤管中的高溫制冷劑進(jìn)行冷卻，從室外換熱器出來的低溫制冷劑，經(jīng)流節(jié)流閥后，在室內(nèi)換熱器盤管中汽化吸熱，對送入車內(nèi)的室外新風(fēng)進(jìn)行冷卻，然后，再流向壓縮機(jī)，如此循環(huán)。當(dāng)冬季供暖時，調(diào)節(jié)四通轉(zhuǎn)換閥，使壓縮機(jī)出來的高溫制冷劑通過四通轉(zhuǎn)換閥，流入室內(nèi)換熱器盤管，對送入車內(nèi)的室外新風(fēng)加熱，從室內(nèi)換熱器出來的低溫制冷劑，經(jīng)流節(jié)流閥后，在室外換熱器盤管中汽化吸熱，吸收車內(nèi)排風(fēng)中的熱量，然后流向壓縮機(jī)，如此循環(huán)。
控制器根據(jù)溫度傳感器監(jiān)測的車內(nèi)空氣溫度信號，使空調(diào)裝置的供冷/熱量與車內(nèi)空調(diào)冷/熱負(fù)荷需求相匹配，滿足車內(nèi)的空調(diào)熱舒適度；同時，根據(jù)CO2傳感器監(jiān)測的車內(nèi)空氣CO2濃度信號，使車內(nèi)送、排風(fēng)量實(shí)時滿足車內(nèi)新風(fēng)需求，提高車內(nèi)空氣品質(zhì)。
本發(fā)明的列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，夏季制冷時，室內(nèi)排風(fēng)中的冷量被空調(diào)裝置的室外換熱器回收，空調(diào)機(jī)組的制冷系數(shù)提高；冬季制熱時，室內(nèi)排風(fēng)中的熱量不僅可以除去空調(diào)機(jī)組室外換熱器的結(jié)霜，而且可以回收利用，使空調(diào)機(jī)組的制熱系數(shù)提高。同時，采用變頻技術(shù)，分別根據(jù)車內(nèi)空氣溫度和CO2濃度的變化，實(shí)時控制壓縮機(jī)和送、排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，不僅節(jié)能顯著，而且還能大大提高車內(nèi)空調(diào)熱舒適度和車內(nèi)空氣品質(zhì)，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明空調(diào)裝置系統(tǒng)原理圖。
圖中，實(shí)線箭頭代表制冷時制冷劑走向，虛線箭頭代表制熱時制冷劑走向。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括壓縮機(jī)1，節(jié)流閥2，室外換熱器3，室內(nèi)換熱器4，四通轉(zhuǎn)換閥5，排風(fēng)機(jī)6，送風(fēng)機(jī)7，排風(fēng)管道8，送風(fēng)管道9，A變頻器10，B變頻器11，C變頻器12，控制器13，溫度傳感器14，CO2傳感器15。其中，室外換熱器3和室內(nèi)換熱器4均采用單通道翅片式盤管換熱器?？照{(diào)裝置內(nèi)采用R134a制冷劑，溫度傳感器14采用Pt100，CO2傳感器15采用BQ4-ESENSE-K型號，A變頻器10，B變頻器11和C變頻器12均采用ABB-M2000交流變頻器。
排風(fēng)機(jī)6位于室外換熱器3的出風(fēng)側(cè)，送風(fēng)機(jī)7位于室內(nèi)換熱器4的進(jìn)風(fēng)側(cè)，排風(fēng)管道8與室外換熱器3的進(jìn)風(fēng)側(cè)相連，送風(fēng)管道9與室內(nèi)換熱器4的出風(fēng)側(cè)相連，四通轉(zhuǎn)換閥5的A端和D端分別與壓縮機(jī)1的出口和進(jìn)口相連，四通轉(zhuǎn)換閥5的B端和C端分別與室外換熱器3和室內(nèi)換熱器4盤管的一端相連，室外換熱器3盤管的另一端通過節(jié)流閥2與室內(nèi)換熱器4盤管的另一端相連，溫度傳感器14和CO2傳感器15均安裝在室外換熱器3的進(jìn)風(fēng)側(cè)，二者的輸出端均與控制器13對應(yīng)的輸入端電連接，A變頻器10、B變頻器11和C變頻器12的輸入端分別與控制器13相應(yīng)的輸出端電連接，A變頻器10的電頻率輸出端與排風(fēng)機(jī)6電連接，B變頻器11的電頻率輸出端與壓縮機(jī)1電連接，C變頻器12的電頻率輸出端與送風(fēng)機(jī)7電連接。
當(dāng)夏季供冷時，調(diào)節(jié)四通轉(zhuǎn)換閥5，四通轉(zhuǎn)換閥5的A端和B端連通，C端和D端連通，這時制冷劑按實(shí)線箭頭方向流動，從壓縮機(jī)1出來的高溫制冷劑經(jīng)流四通轉(zhuǎn)換閥5，流入室外換熱器3盤管，從排風(fēng)管道8出來的車內(nèi)冷空氣在排風(fēng)機(jī)6的作用下，通過室外換熱器3，對室外換熱器3盤管中的高溫制冷劑進(jìn)行冷卻，從室外換熱器3出來的低溫制冷劑，流經(jīng)節(jié)流閥2后，在室內(nèi)換熱器4盤管中汽化吸熱，對送入車內(nèi)的室外新風(fēng)進(jìn)行冷卻，然后，再流向壓縮機(jī)1，如此循環(huán)。當(dāng)冬季供暖時，調(diào)節(jié)四通轉(zhuǎn)換閥5，四通轉(zhuǎn)換閥5的B端和D端連通，A端和C端連通，這時制冷劑按虛線箭頭方向流動，從壓縮機(jī)1出來的高溫制冷劑經(jīng)流四通轉(zhuǎn)換閥5，流入室內(nèi)換熱器4盤管，對送入車內(nèi)的室外新風(fēng)加熱，從室內(nèi)換熱器4出來的低溫制冷劑，經(jīng)流節(jié)流閥2后，在室外換熱器3盤管中汽化吸熱，吸收車內(nèi)排風(fēng)中的熱量，然后流向壓縮機(jī)1，如此循環(huán)。
溫度傳感器14和CO2傳感器15分別監(jiān)測車內(nèi)的空氣溫度和CO2濃度，控制器13根據(jù)溫度傳感器14傳過來的溫度信號通過B變頻器11控制壓縮機(jī)1輸入頻率，使空調(diào)裝置的供冷/熱量與車內(nèi)空調(diào)冷/熱負(fù)荷需求相匹配，滿足車內(nèi)的空調(diào)熱舒適度。同時根據(jù)CO2傳感器15傳過來的CO2濃度信號分別通過A變頻器10和C變頻器12控制排風(fēng)機(jī)6和送風(fēng)機(jī)7輸入頻率，使車內(nèi)的送、排風(fēng)量實(shí)時滿足車內(nèi)新風(fēng)需求，提高車內(nèi)的空氣品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，包括壓縮機(jī)(1)，節(jié)流閥(2)，室外換熱器(3)，室內(nèi)換熱器(4)，四通轉(zhuǎn)換閥(5)，排風(fēng)機(jī)(6)，送風(fēng)機(jī)(7)，排風(fēng)管道(8)，送風(fēng)管道(9)，A變頻器(10)，B變頻器(11)，C變頻器(12)，控制器(13)，溫度傳感器(14)，CO2傳感器(15)，排風(fēng)機(jī)(6)位于室外換熱器(3)的出風(fēng)側(cè)，送風(fēng)機(jī)(7)位于室內(nèi)換熱器(4)的進(jìn)風(fēng)側(cè)，排風(fēng)管道(8)與室外換熱器(3)的進(jìn)風(fēng)側(cè)相連，送風(fēng)管道(9)與室內(nèi)換熱器(4)的出風(fēng)側(cè)相連，四通轉(zhuǎn)換閥(5)的A端和D端分別與壓縮機(jī)(1)的出口和進(jìn)口相連，四通轉(zhuǎn)換閥(5)的B端和C端分別與室外換熱器(3)和室內(nèi)換熱器(4)盤管的一端相連，室外換熱器(3)盤管的另一端通過節(jié)流閥(2)與室外換熱器(4)盤管的另一端相連，溫度傳感器(14)和CO2傳感器(15)均安裝在室外換熱器(3)的進(jìn)風(fēng)側(cè)，它們的輸出端均與控制器(13)對應(yīng)的輸入端電連接，A變頻器(10)、B變頻器(11)和C變頻器(12)的輸入端分別與控制器(13)相應(yīng)的輸出端電連接，A變頻器(10)、B變頻器(11)和C變頻器(12)的電頻率輸出端分別與排風(fēng)機(jī)(6)、壓縮機(jī)(1)和送風(fēng)機(jī)(7)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，其特征是所述的室外換熱器(3和室內(nèi)換熱器(4)采用單通道翅片式盤管換熱器，制冷劑采用R134a。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，其特征是所述的溫度傳感器(14)采用Pt100，CO2傳感器(15)采用BQ4-ESENSE-K型號，A變頻器(10)，B變頻器(11)和C變頻器(12)均采用ABB-M2000交流變頻器。
全文摘要
列車用熱回收變頻熱泵空調(diào)裝置，屬于制冷工程技術(shù)領(lǐng)域，包括壓縮機(jī)，節(jié)流閥，室外換熱器，室內(nèi)換熱器，四通轉(zhuǎn)換閥，送、排風(fēng)機(jī)，進(jìn)、排風(fēng)管道，三臺變頻器，控制器，溫度傳感器，CO
文檔編號F24F11/02GK1632398SQ20041009342
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者姚曄, 連之偉, 侯志堅 申請人:上海交通大學(xué)