车辆空调系统部件

7.3.1 车辆空调系统的主要部件

城轨车辆空调机组内的主要部件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置。

1.制冷压缩机

压缩机的主要功能为压缩从蒸发器过来的制冷剂气体，使其变成高温高压气体。现城轨车辆空调选用的制冷压缩机主要有两种类型：螺杆式压缩机和涡旋式压缩机。

（1）全封闭螺杆式压缩机 压缩机、螺杆机构及供油系统组装在一个密封的机壳内。螺杆式压缩机具有结构简单、易损件少、压比大、对湿压缩不敏感、平衡性能好等特点。螺杆压缩机机体内装有一对相互啮合、具有转向相反的螺旋形齿的转子，其齿面凸起的转子称阳转子，齿面凹进的转子称阴转子。齿槽、机体内壁面和端盖等共同构成了工作容积。

由于螺杆具有较好的刚度和强度，吸、排气口又无阀片，故液体制冷剂通过时，不容易产生 “液击”。

（2）涡旋式压缩机 该类压缩机活动的部件比较少，也没有动态吸入和排出阀。此外，该类压缩机振动小，噪声低，并且能抵抗在制冷系统中常见的由液击、满液启动和漂浮物所引起的应力。涡旋压缩机属容积式压缩机，压缩部件由动涡盘和静涡盘组成 （图7－5）。

图7－5 涡旋式压缩机的动涡盘和静涡盘组成

涡旋式压缩机具备低噪声、低振动、高可靠性的特点。涡旋式压缩机结构主要零件仅有5个，与往复式压缩机的30多个主要零件相比，结构更简单，故障概率更低；并且涡旋式压缩机具有效率高、功率消耗低、输出平缓、启动力矩小等特点。

2.蒸发器、冷凝器

城轨车辆空调的蒸发器与冷凝器的结构基本一致，都是在铜管盘管上套翅片的结构，而两者的功能则不一样。冷凝器的主要功能是将从压缩机排出的高温高压的制冷剂气体冷却为高温高压的液体；蒸发器的主要功能是使低温低压的制冷剂液体吸收热量蒸发为低温低压的气体。蒸发器、冷凝器一般是由铜管、铝散热片或铜散热片与带有不锈钢端板／支承板构成的 （图7－6）。蒸发器、冷凝器的换热主要通过空气流过蒸发器、冷凝器时，其翅片吸收空气中的热量或将自身的热量传递给空气来实现。翅片表面积越大、表面情况越好，蒸发器、冷凝器的换热性能就越好。因此蒸发器、冷凝器翅片布置均匀、表面情况良好是保证蒸发器、冷凝器换热性能的主要措施。

图7－6 蒸发器、冷凝器

3.节流装置

通过冷凝器的制冷剂为高温高压的液体，在制冷剂进入蒸发器前须进行降压处理，节流装置就是对制冷剂液体进行降压的装置。城轨车辆选用的节流装置主要有两种类型：热力膨胀阀和毛细管。

1）热力膨胀阀 （图7－7）。它通过控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。热力膨胀阀由离开蒸发器的吸气温度和蒸发器均分管处的温度来调节。热力膨胀阀因平衡方式不同 （即蒸发压力引向膜片下内腔内的方式不同），分为内平衡式和外平衡式两种。容量是热力膨胀阀的重要特性参数，而影响容量的主要因素包括膨胀阀前后的压力差、蒸发温度、制冷剂过冷度。

2）毛细管 （图7－8）。这是一根有规定长度的小孔径管子，它没有运动部件，依靠其流动阻力沿长度方向产生的压力降，来控制制冷剂的流量和维持冷凝器和蒸发器的压差。其结构简单，制造方便，价格低廉；没有运动部件，本身不易产生故障和泄漏；具有自动补偿的特点，即制冷剂在一定压差（ΔP＝PK－PO）下，流经毛细管时的流量是稳定的，当制冷负荷变化时，冷凝压力PK增大或蒸发压力PO降低时，ΔP值增大，制冷剂在毛细管内的流量也相应增大，以适应制冷负荷变化对流量的要求，但这种补偿的能力较小；制冷压缩机停止运转后，制冷系统内的高压侧压力和低压侧压力可迅速得到平衡，再次启动运转时，制冷压缩机的电动机启动负荷较小，故不必使用启动转矩大的电动机，这一点对半封闭和全封闭式制冷压缩机尤其重要。

图7－7 热力膨胀阀

图7－8 毛细管

7.3.2 车辆空调系统的辅助部件

城轨车辆空调系统其他辅助部件包括制冷剂、送风机、冷凝风机、干燥过滤器、电磁阀、温度传感器、湿度指示器、风门、空气过滤器、高／低压压力开关、空气压力开关 （非所有城轨车辆空调系统都具备）等。另外，空调系统组成还包括空调控制器、紧急逆变器（部分城轨车辆空调系统的该装置安装在机组内部）和其他控制继电器等部件。

1.制冷剂

制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质 （水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理。

现城轨车辆空调选用的制冷剂主要有两种类型：R134a和R407c。

R134a制冷剂是一种环保型的制冷剂，属于中温制冷剂，它的标准沸点为－26.2℃，凝固温度为－101℃，其热力性能与R12接近。

R407c制冷剂是一种非共沸混合制冷剂，它是由HFC32／125／134a按23／2／52的混合比例混合而成的。在气液共存时，气相和液相的组成不同，充添时需加以注意。另外，制冷剂的漏出也分气相侧漏出和液相侧漏出两种情况，其中气相侧漏出使组成变化较大。基于以上两方面的原因，对于以R407c为制冷剂的城轨车辆空调系统，当发现泄漏比较严重时，不能采取充填制冷剂的方法，而应先将泄漏点找出修复好，然后将全部制冷剂抽出，并将制冷回路内部抽真空，然后再重新注入新的R407c制冷剂。

R134a制冷剂因其不存在R407c混合制冷剂的特点，所以在发现泄漏时，可以先将泄漏位置找出修复好，然后充添制冷剂。

2.高／低压压力开关

制冷剂蒸气在压缩机内部可能会出现压力过低或压力过高的问题，在制冷剂蒸气压力过高和过低时，压缩机持续运行将造成压缩机损坏，因此须在压缩机的出口、进口管路设置高、低压压力开关。高／低压压力开关监测压缩机高／低压出入口的压力，从而实现对压缩机的保护。如果高压出口排气压力超过或低压入口吸气压力低于它们各自的设置值，每个安全压力开关将会使电路切开，设备即停止运转，以保护压缩机。

高／低压压力开关元件包括可调式压力开关、元件式压力开关 （图7－9）。可调式压力开关与元件式压力开关的工作原理类似，都是通过一特殊的膜片来检测压缩机相应部位的制冷剂蒸气压力，当制冷剂蒸气压力值达到保护设定值时膜片产生相应形变而触发电路接通或断开。而该两类压力开关的不同就是可调式压力开关的压力保护设定值可人工进行一定范围的调节，元件式压力开关的压力保护设定值为定值，且不能进行调节。

3.送风机、冷凝风机

为了使蒸发器、冷凝器与空气之间更好地进行热交换，空气由送风机、冷凝风机的风扇强迫通过蒸发器盘管、冷凝器盘管。送风机使过滤后的新风、回风混合空气循环流过蒸发器，蒸发器吸收空气中的热量使空气冷却后再被送入客室，从而将客室温度降低，保证客室温度适宜。冷凝风机使环境空气循环流过冷凝盘管，冷凝盘管把来自压缩机的高温高压的制冷蒸气中的热量传给环境空气，从而使高温高压的制冷剂蒸气冷凝成液态。

图7－9 元件式压力开关

城轨车辆空调的冷凝风机通常是使用轴流式风机 （图7－10），即吹风方向与风扇主轴方向一致。轴流式风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流式风机主要由叶轮、机壳和集流器等部件组成。

送风机通常是使用离心式风机（图7－11）。离心式风机工作时，动力机 （主要是电动机）驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从送气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内，故又称径流通风机。离心式通风机主要由叶轮和机壳组成。

图7－10 轴流式风机

图7－11 离心式风机

风机的性能参数主要有流量、压力、功率、效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内的压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90％。

4.干燥过滤器

干燥过滤器的作用是吸收制冷系统中的水分，阻挡系统中的杂质使其不能通过，防止制冷系统管路发生冰堵和脏堵。系统最容易堵塞的部位是毛细管 （或膨胀阀），因此干燥过滤器通常安装在冷凝器与毛细管 （或膨胀阀）之间。

5.湿度指示器

一般情况下湿度指示器位于干燥过滤器之后。系统中多余水分的指示是通过观察此装置的窥视镜来确定。用窥视镜能够清楚地观察到制冷剂液流，看是否有气泡进入和一些异常的情况。

6.风压开关

部分城轨车辆空调的送风机都装有一个空气压力开关 （图7－12）来检测相应的送风机的运行和空气流速。当空气流达到正常等级时，压力开关发出一个信号给空调控制器，指示蒸发器风扇正常工作。一旦空调控制器接到此信号，空调机组就准备按要求的循环运行。如果空调控制器没有接收到此信号，设备将不能启动工作。此开关主要是用于具备电制热功能的城轨车辆空调。对于制冷工况而言，在送风机不工作造成压缩机吸入压力减低时，压缩机的低压压力开关会进行相应的动作保护压缩机；而对于电制热的城轨车辆空调，在送风机不工作时，若没有这个检测设备，空调将继续进行电制热，此时热量不能散发，将造成空调机组内部件过热损坏。

7.电磁阀

空调制冷管路上设有电磁阀 （图7－13）。电磁阀的基本原理是通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。设置电磁阀的作用是当机组不运行时，阻止液体制冷剂进入压缩机。电磁阀通常是关闭的，除非它们被触发或通电。

图7－12 风压开关

图7－13 电磁阀

部分城轨车辆空调机组在制冷系统高压和低压管路之间安装了两个气体管线旁通电磁阀，其目的是通过向热力膨胀阀和蒸发器盘管之间的管线内注入从压缩机排出的热气流，调节压缩机容量对蒸发器的负荷。

8.温度传感器

为了保证客室舒适性，空调系统须设置温度传感器 （图7－14）检测送风、回风和新风的温度，有效地控制空调机组制冷量。通过它们，空调控制器监控不同的温度并选择最好的运行模式，为乘客提供最舒适的环境。城轨车辆空调机组的温度传感器一般采用的是NTC型，这种传感器的温度与电阻呈负曲线关系，即温度值越高，电阻值越低。城轨车辆空调温度传感器一般包括新风温度传感器、回风温度传感器和送风温度传感器。

9.风门

图7－14 温度传感器

送入客室的空气为经蒸发器吸热、除湿后的新、回风混合空气，而新、回风混合比例的控制是通过风门来实现的。足够的新风是保证人体舒适的必要条件，而新风也不能过高，新风比例过大会导致空调机组消耗功率增大；回风的循环使用能降低空调机组的能耗，而在城轨车辆正常运行期间也不能完全采用全回风，因此新、回风的比例须控制得当。城轨车辆空调的风门装置主要有电控气动和电控电动两种类型：电控气动的风门通过风缸装置控制风门动作；电控电动的风门通过伺服电动机控制风门动作。

在紧急模式下，风门处于只允许新风进入的位置以保证紧急情况下乘客安全的要求。在预冷模式下，风门关闭新风入口或回风入口，只允许循环空气或新风进入客室，这样就可以快速地使客室温度下降到合适的温度水平。

10.紧急逆变器

在空调机组运行所需的三相电源失效情况下，制冷系统将不再运行，正常通风系统无法保持。为了保证客室内乘客的安全，空调系统运行转为紧急通风模式，在此模式下，紧急逆变器将蓄电池的110V直流电逆变为交流电源供给空调机组送风机，此时新风量比正常通风有所减少，但紧急通风时采用的是全新风，因此此时的新风量是能够满足乘客空气质量要求的。紧急逆变器安装在机组内、车顶、车厢和车底各种不同位置，相比而言不宜安装在机组内，因为机组内部运行环境恶劣易导致该部件出现故障。

11.空调控制器

空调机组的运用控制由空调控制器来实现。空调控制器可对空调机组的运行模式和温度值进行设定，并能完成故障的诊断和记录。

城轨车辆空调控制器主要使用两种类型的控制器：微处理器和PLC。相比而言，微处理器功能强大，其维护界面和方式可以做得更人性化，方便用户对空调机组的维护及使用；而PLC运行稳定，故障率低。