绪论
一、客车空调装置的作用和分类
近年来，空调被广泛应用于我国的工农业生产和人们的日常生活中，对我国国民经济发展和人民物质文化生活水平提高具有重要意义。目前，空调已被大量应用在铁路客车车辆上，车辆客室内的空气调节已经成为车辆舒适乘坐环境的标志。客车空调装置的作用是将一定量的车外新鲜空气和车内再循环空气混合，经过滤、冷却或加热、减湿或加湿等处理后，以一定的流速送入车内，并将车内一定量的污浊空气排出车外，从而控制客室内温度、湿度、风速、清洁度及噪声，并使之达到规定标准，以提高车内的舒适性，改善乘车环境。
客车空调装置按制冷压缩机的工作方式分为：活塞式、螺杆式和离心式；按安装方式分为：分装式和单元式；按客车空调供电方式分为：本车供电和集中式供电；还可以按使用制冷剂或其他特殊结构进行分类。
二、客车空调装置的组成
客车空调装置一般具备通风、制冷、加热、加湿等功能，典型客车空调与制冷装置由通风系统、空气冷却系统、空气加热系统、空气加湿系统以及自动控制系统等五大部分组成。
通风系统的作用是将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合，在滤清灰尘和杂质后，再加压分配到车内，同时排出车内多余的污浊空气，以保证车内空气的洁净度以及合理的流动速度和气流组织。通风系统一般由通风机组、空气过滤器、新风口、送风道、回风口、回风道以及排废气口等组成。
空气冷却系统（也称制冷系统）的作用是对车内的空气进行降温、减湿处理，使车内空气的温度与相对湿度保持在规定的范围内。冷却系统工作时，蒸发器将要送入车内的空气冷却，由于蒸发器表面的温度低于空气的露点温度，空气中的部分水蒸气就会凝结成水滴，形成我们通常所说的“空调水”。因此，空气在通过蒸发器冷却的同时也得到了减湿处理。为保证制冷系统安全、有效地工作，制冷系统除压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置4大件外，还配有储液器、干燥过滤器、气液分离器等辅助设备。
空气加热系统的作用是在低温时对进入车内的空气进行预热和对车内的空气进行加热，以保证车内空气的温度在规定的范围内。在空气温度较低时，通风系统向车内送风过程中，由预热器对空气进行加热，然后再送入车内，而车内地面式加热器对车内空气加热，以补偿车体和门窗的热损失。空气加热系统通常包括空气预热器和地面空气加热器两部分。
空气加湿系统的作用是在车内空气相对湿度较低时，对空气进行加湿处理，以保证车内空气的相对湿度在规定的范围内。目前，我国在一般车辆的空调与制冷装置中不设加湿系统，仅在某些高级公务车及特殊要求的车辆上才设此系统。加湿最简单的方法是采用电极加湿器。
自动控制系统的作用是控制各功能系统按给定的方案协调、有序地工作，以使车内的空气参数控制在规定的范围内，并同时对空调与制冷装置起自动保护作用。电气控制系统一般由各设备的控制电器、保护元件以及相关仪表和电路等组成。
三、我国铁路客车空调装置的发展
早在20世纪30年代，铁路空调客车开始在一些工业发达国家出现，至50年代已经较大范围地采用，60年代得到迅速发展，与此同时，空调装置的形式和用电方式也在不断更新。我国铁路从50年代开始生产空调客车，但发展速度较慢。1958年，原四方机车车辆厂设计了我国第一列铁路空调客车。1966—1968年，原四方机车车辆工厂又设计制造了中越联运18型空调软卧和硬卧客车。1976年以后，为了满足旅游事业不断发展的需求，原四方机车车辆工厂为“广九”铁路通车生产了“广九”空调客车。1980—1981年，原四方、长春、浦镇车辆工厂又分别试制了25.5m干线空调客车。为了探求适应我国铁路客车空调与制冷装置的新形式，从1980年开始，原长春客车厂引进和试制单元式空调机组，并把它确定为我国铁路客车空调与制冷装置的主导型，此后生产的铁路客车空调装置均采用了这种形式。随着我国经济的快速发展和市场的迫切需求，我国铁路空调客车发展迅速，1989年我国利用日元贷款生产了168辆25.5m新型集中供电空调客车（即25A型空调列车），被视为我国铁路空调客车发展史上的一个里程碑。它由原长春客车厂、原唐山机车车辆厂、原浦镇车辆厂联合设计制造，在生产过程中大量使用新材料、新技术、新工艺和新结构。在运用过程中，采用全列集中供电，并于1990年9月投入运行。继25A型空调客车之后，我国又生产了25G型集中供电空调客车，在保证质量和性能的前提下，主要以降低材料成本为目的。1994年前后，我国又研制了广深准高速铁路25Z型全列空调客车，这是一种高档、舒适、快捷的新型铁路空调客车。随着我国铁路发展，铁路列车全面大提速，空调客车占全国铁路客车保有量数的比例越来越大，从而把我国铁路空调客车的发展推进到一个新的历史时期。
我国铁路客车空调装置的发展和面临如下问题：
从客车空调供电方式来看，客车空调经历了由本车供电向集中供电的转变。所谓本车供电指的是空调客车装置的用电由单车柴油发电机组供电。这种供电方式的特点是：电压制为110V，空调与制冷装置的使用不受整车电压的影响，列车编组较为灵活，但车内用电器的互换性较差，维修量大。而集中式供电是指全列车空调与制冷装置的用电由地面电站通过接触电网集中供电或由列车中编挂的发电车集中供电。这种供电方式的特点是：具有良好的机动性和适应性，不受机车牵引动力的限制；电压制为380/220V，车内设备可直接使用民用设备，便于维护和使用。
但柴油机使用的柴油消耗量大，运行成本较高，如呼和浩特铁路局包头到北京的K263/264次列车往返两趟需要消耗柴油5t左右。而且柴油机的磨损较大，寿命较短，检修频繁。特别是整车用电对发电车的依赖性大，一旦发电车出现故障从列车中摘解后，将会对全列车的用电造成影响。尽管有以上的不足之处，但由于它无可比拟的优越性，列车集中供电仍然是铁路客车用电制的发展方向。
从空调机组安装来看，客车空调系统经历了由分装式空调机组向单元式空调机组的过渡。所谓分装式空调机组就是将制冷压缩机、冷凝器、冷凝风机、储液器集中装在一个箱体中，并悬挂在车体底架下，而将蒸发器、通风机、膨胀阀、空气预热器等安装在车顶内部，用铜管将各设备连接起来，组成一个封闭的循环系统。送风道布置在车内顶棚中央，其上均匀地布置送风口。电器控制柜安装在乘务员室内。分装式空调机组多采用开启式压缩机或半封闭式压缩机。这种安装形式的特点是：车体重心降低，提高了列车运行的平稳性；但由于体积大，拆装和检修不方便，而且制冷管路长，接头多，容易漏泄，有色金属铜的使用量较大。单元式空调机组是把压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、通风机、冷凝风机以及空气预热器等部件放置在一个箱体内，组成一个完整的单元，吊装在车体顶部。根据车型的不同，每辆车上使用一个或两个单元式空调机组。送风道布置在车顶棚的中央或两侧，电气控制柜安装在乘务员室内。单元式空调机组多采用全封闭式压缩机。这种安装形式结构紧凑，制冷量大，管路短不易泄漏，检修起来方便，不占用车下空间。所以，我国从1981年以后生产的空调客车均采用此种形式。目前，单元式空调机组的主要形式是KLD29型和KLD40型，它们的制冷量在设计条件下分别为29kW和40kW，基本上能够满足我国空调客车的舒适性要求。但由于单元式空调机组吊装在车顶，致使车体钢结构的整体承载能力下降，提高了车辆的重心，降低了列车运行的平稳性。
从使用制冷剂的种类来看，目前铁路客车空调较普遍采用R22，这是一种氟利昂系列的制冷剂，这类化合物的化学稳定性好，便于制造，成本低廉，具有理想的温度—压力性能。在氟利昂系列制冷剂中，不含氢的氟利昂称为氯氟化碳，是公害物质，属于限制和禁止使用的物质（如R12）；含氢的氟利昂称为氢氯氟化碳，是低公害物质，属于过渡性使用的物质（如R22）。国内地铁车辆已经开始采用非共沸混合制冷剂、共沸混合制冷剂等来替代氟利昂制冷剂。
从压缩机种类来看，客车空调系统使用的压缩机是全封闭式压缩机，这种压缩机结构紧凑，密封性好，体积小，质量轻，电机能被制冷剂很好地冷却。但这种压缩机的缺点是不易拆卸，检修困难。全封闭式压缩机属于活塞式压缩机，尽管发展较早，技术较为成熟，但由于活塞式压缩机必须设吸、排气阀片，易损件较多，维修量大，而且输气量受活塞体积的限制，活塞往复运动产生的惯性力和振动比较大。旋转式压缩机具有结构简单、体积小、质量轻、容积效率高、运行平稳、噪声和振动小、可靠性高等优点，我国的铁路客车空调与制冷装置正向这方面发展。