緒論
一、客車空調裝置的作用和分類
近年來，空調被廣泛應用于我國的工農業生產和人們的日常生活中，對我國國民經濟發展和人民物質文化生活水平提高具有重要意義。目前，空調已被大量應用在鐵路客車車輛上，車輛客室內的空氣調節已經成為車輛舒適乘坐環境的標志。客車空調裝置的作用是將一定量的車外新鮮空氣和車內再循環空氣混合，經過濾、冷卻或加熱、減濕或加濕等處理后，以一定的流速送入車內，并將車內一定量的污濁空氣排出車外，從而控制客室內溫度、濕度、風速、清潔度及噪聲，并使之達到規定標準，以提高車內的舒適性，改善乘車環境。
客車空調裝置按制冷壓縮機的工作方式分為：活塞式、螺桿式和離心式；按安裝方式分為：分裝式和單元式；按客車空調供電方式分為：本車供電和集中式供電；還可以按使用制冷劑或其他特殊結構進行分類。
二、客車空調裝置的組成
客車空調裝置一般具備通風、制冷、加熱、加濕等功能，典型客車空調與制冷裝置由通風系統、空氣冷卻系統、空氣加熱系統、空氣加濕系統以及自動控制系統等五大部分組成。
通風系統的作用是將車外新鮮空氣吸入并與車內再循環空氣混合，在濾清灰塵和雜質后，再加壓分配到車內，同時排出車內多余的污濁空氣，以保證車內空氣的潔凈度以及合理的流動速度和氣流組織。通風系統一般由通風機組、空氣過濾器、新風口、送風道、回風口、回風道以及排廢氣口等組成。
空氣冷卻系統（也稱制冷系統）的作用是對車內的空氣進行降溫、減濕處理，使車內空氣的溫度與相對濕度保持在規定的范圍內。冷卻系統工作時，蒸發器將要送入車內的空氣冷卻，由于蒸發器表面的溫度低于空氣的露點溫度，空氣中的部分水蒸氣就會凝結成水滴，形成我們通常所說的“空調水”。因此，空氣在通過蒸發器冷卻的同時也得到了減濕處理。為保證制冷系統安全、有效地工作，制冷系統除壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流裝置4大件外，還配有儲液器、干燥過濾器、氣液分離器等輔助設備。
空氣加熱系統的作用是在低溫時對進入車內的空氣進行預熱和對車內的空氣進行加熱，以保證車內空氣的溫度在規定的范圍內。在空氣溫度較低時，通風系統向車內送風過程中，由預熱器對空氣進行加熱，然后再送入車內，而車內地面式加熱器對車內空氣加熱，以補償車體和門窗的熱損失。空氣加熱系統通常包括空氣預熱器和地面空氣加熱器兩部分。
空氣加濕系統的作用是在車內空氣相對濕度較低時，對空氣進行加濕處理，以保證車內空氣的相對濕度在規定的范圍內。目前，我國在一般車輛的空調與制冷裝置中不設加濕系統，僅在某些高級公務車及特殊要求的車輛上才設此系統。加濕最簡單的方法是采用電極加濕器。
自動控制系統的作用是控制各功能系統按給定的方案協調、有序地工作，以使車內的空氣參數控制在規定的范圍內，并同時對空調與制冷裝置起自動保護作用。電氣控制系統一般由各設備的控制電器、保護元件以及相關儀表和電路等組成。
三、我國鐵路客車空調裝置的發展
早在20世紀30年代，鐵路空調客車開始在一些工業發達國家出現，至50年代已經較大范圍地采用，60年代得到迅速發展，與此同時，空調裝置的形式和用電方式也在不斷更新。我國鐵路從50年代開始生產空調客車，但發展速度較慢。1958年，原四方機車車輛廠設計了我國第一列鐵路空調客車。1966—1968年，原四方機車車輛工廠又設計制造了中越聯運18型空調軟臥和硬臥客車。1976年以后，為了滿足旅游事業不斷發展的需求，原四方機車車輛工廠為“廣九”鐵路通車生產了“廣九”空調客車。1980—1981年，原四方、長春、浦鎮車輛工廠又分別試制了25.5m干線空調客車。為了探求適應我國鐵路客車空調與制冷裝置的新形式，從1980年開始，原長春客車廠引進和試制單元式空調機組，并把它確定為我國鐵路客車空調與制冷裝置的主導型，此后生產的鐵路客車空調裝置均采用了這種形式。隨著我國經濟的快速發展和市場的迫切需求，我國鐵路空調客車發展迅速，1989年我國利用日元貸款生產了168輛25.5m新型集中供電空調客車（即25A型空調列車），被視為我國鐵路空調客車發展史上的一個里程碑。它由原長春客車廠、原唐山機車車輛廠、原浦鎮車輛廠聯合設計制造，在生產過程中大量使用新材料、新技術、新工藝和新結構。在運用過程中，采用全列集中供電，并于1990年9月投入運行。繼25A型空調客車之后，我國又生產了25G型集中供電空調客車，在保證質量和性能的前提下，主要以降低材料成本為目的。1994年前后，我國又研制了廣深準高速鐵路25Z型全列空調客車，這是一種高檔、舒適、快捷的新型鐵路空調客車。隨著我國鐵路發展，鐵路列車全面大提速，空調客車占全國鐵路客車保有量數的比例越來越大，從而把我國鐵路空調客車的發展推進到一個新的歷史時期。
我國鐵路客車空調裝置的發展和面臨如下問題：
從客車空調供電方式來看，客車空調經歷了由本車供電向集中供電的轉變。所謂本車供電指的是空調客車裝置的用電由單車柴油發電機組供電。這種供電方式的特點是：電壓制為110V，空調與制冷裝置的使用不受整車電壓的影響，列車編組較為靈活，但車內用電器的互換性較差，維修量大。而集中式供電是指全列車空調與制冷裝置的用電由地面電站通過接觸電網集中供電或由列車中編掛的發電車集中供電。這種供電方式的特點是：具有良好的機動性和適應性，不受機車牽引動力的限制；電壓制為380/220V，車內設備可直接使用民用設備，便于維護和使用。
但柴油機使用的柴油消耗量大，運行成本較高，如呼和浩特鐵路局包頭到北京的K263/264次列車往返兩趟需要消耗柴油5t左右。而且柴油機的磨損較大，壽命較短，檢修頻繁。特別是整車用電對發電車的依賴性大，一旦發電車出現故障從列車中摘解后，將會對全列車的用電造成影響。盡管有以上的不足之處，但由于它無可比擬的優越性，列車集中供電仍然是鐵路客車用電制的發展方向。
從空調機組安裝來看，客車空調系統經歷了由分裝式空調機組向單元式空調機組的過渡。所謂分裝式空調機組就是將制冷壓縮機、冷凝器、冷凝風機、儲液器集中裝在一個箱體中，并懸掛在車體底架下，而將蒸發器、通風機、膨脹閥、空氣預熱器等安裝在車頂內部，用銅管將各設備連接起來，組成一個封閉的循環系統。送風道布置在車內頂棚中央，其上均勻地布置送風口。電器控制柜安裝在乘務員室內。分裝式空調機組多采用開啟式壓縮機或半封閉式壓縮機。這種安裝形式的特點是：車體重心降低，提高了列車運行的平穩性；但由于體積大，拆裝和檢修不方便，而且制冷管路長，接頭多，容易漏泄，有色金屬銅的使用量較大。單元式空調機組是把壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器、通風機、冷凝風機以及空氣預熱器等部件放置在一個箱體內，組成一個完整的單元，吊裝在車體頂部。根據車型的不同，每輛車上使用一個或兩個單元式空調機組。送風道布置在車頂棚的中央或兩側，電氣控制柜安裝在乘務員室內。單元式空調機組多采用全封閉式壓縮機。這種安裝形式結構緊湊，制冷量大，管路短不易泄漏，檢修起來方便，不占用車下空間。所以，我國從1981年以后生產的空調客車均采用此種形式。目前，單元式空調機組的主要形式是KLD29型和KLD40型，它們的制冷量在設計條件下分別為29kW和40kW，基本上能夠滿足我國空調客車的舒適性要求。但由于單元式空調機組吊裝在車頂，致使車體鋼結構的整體承載能力下降，提高了車輛的重心，降低了列車運行的平穩性。
從使用制冷劑的種類來看，目前鐵路客車空調較普遍采用R22，這是一種氟利昂系列的制冷劑，這類化合物的化學穩定性好，便于制造，成本低廉，具有理想的溫度—壓力性能。在氟利昂系列制冷劑中，不含氫的氟利昂稱為氯氟化碳，是公害物質，屬于限制和禁止使用的物質（如R12）；含氫的氟利昂稱為氫氯氟化碳，是低公害物質，屬于過渡性使用的物質（如R22）。國內地鐵車輛已經開始采用非共沸混合制冷劑、共沸混合制冷劑等來替代氟利昂制冷劑。
從壓縮機種類來看，客車空調系統使用的壓縮機是全封閉式壓縮機，這種壓縮機結構緊湊，密封性好，體積小，質量輕，電機能被制冷劑很好地冷卻。但這種壓縮機的缺點是不易拆卸，檢修困難。全封閉式壓縮機屬于活塞式壓縮機，盡管發展較早，技術較為成熟，但由于活塞式壓縮機必須設吸、排氣閥片，易損件較多，維修量大，而且輸氣量受活塞體積的限制，活塞往復運動產生的慣性力和振動比較大。旋轉式壓縮機具有結構簡單、體積小、質量輕、容積效率高、運行平穩、噪聲和振動小、可靠性高等優點，我國的鐵路客車空調與制冷裝置正向這方面發展。