一种车辆排水防冻系统及控制方法与流程

本发明涉及轨道车辆的供给水系统的防冻设计和控制方法，特别是一种车辆排水防冻系统及控制方法。

背景技术：

在冬季温度极低情况下，机车车辆一般都是通过以下两种方式对供给水系统进行保护、防止结冰：1)在列车断电前，机车车辆通过防冻排空阀将水箱排空，以保证长时间停放在户外，防止结冰对水箱和管路造成损坏；2)机车车辆的供给水系统的水箱和管路水箱设有加热防冻系统，机车车辆在运用或者热备存放时，车辆会启动空调，保证客室内温度不低于5℃，同时当外界温度低于5℃时，控制单元会启动供给水的加热功能，防止在较低的环境温度下结冰对水箱和管路造成损坏。

正常情况下供给水系统的排空过程为:：通过在控制单元操作排空按钮或在车辆的hmi界面操作排空软按键，通过控制单元的自动控制，打开水箱底部的排空电磁阀,排空水箱存水,最后控制单元控制相关用水设备(如：卫生间内马桶、小便器和洗手设备等)通过排水动作将管路中的存水排放干净。

受限于现有的供给水系统方案，其存在以下问题：

1)若需要对车辆的供给水系统进行排空，因水箱容量较大，一个水箱排空约需要1个多小时，才可以完成排空工作，此时需要人工值守完成后才能断开车辆电源。

2)如果外界温度很低，车辆通过热备方式存放防止结冰时，若遇到接触网供电故障或车辆故障，导致无法提供供给水系统的加热电源，此时车辆只有蓄电池供电，无法对供给水系统进行加热，此时管路和水箱很容易在低温情况下造成损坏。

3)车辆在蓄电池供电情况下，持续一段时间后，车辆会激活蓄电池保护功能，切断整车负载断开蓄电池供电。此时车辆的供水系统的控制单元失去控制电源，无法对管路内的水排空。

4)给马桶、小便器等用水设备的供水管路中一般采用手动的球阀进行切断水路，无法在故障时远程进行制动控制。

因此目前现有的方案由于无法实现自动控制，存在人工成本高的问题，因为每套供水系统需要花费约1个小时，且车辆一般会至少安装2套或多套供给水系统，因此为了排空，会付出较高的人工成本；同时若因外部供电故障，造成水路和水箱损坏时，对车辆附近安装的电气设备造成损坏，提高了车辆的运营和维护成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种车辆排水防冻系统及控制方法，该车辆排水防冻系统及控制方法在任何存放方式下，车辆不需要人工值守对供给水系统进行定时排空，大大降低人工成本，且能避免车辆供电故障时外界温度过低造成水箱和水路的损坏。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种车辆排水防冻系统，包括控制单元、清水箱、用水设备，其结构特点是，还包括蓄电池、车辆接口、温控阀、第一电磁阀、第二电磁阀；

所述蓄电池、所述车辆接口均与所述控制单元相连接；

所述控制单元分别与所述温控阀、第一电磁阀、第二电磁阀电连接；

所述用水设备通过所述第二电磁阀与所述清水箱相连通；

所述清水箱与车体外部相连通的排空管路上设有所述温控阀和所述第一电磁阀。

通过所述车辆接口将车辆的供电状态信号传给控制单元，从而控制单元控制所述温控阀、第一电磁阀、第二电磁阀的打开与闭合。整个车辆排水防冻系统设计成两条管路，一条是从所述清水箱连接至所述用水设备的清水管路，由所述第二电磁阀控制；一条是从清水箱连接至车体外部的排空管路，由所述温控阀和第一电磁阀控制。所述控制单元由蓄电池直接供电，确保车辆切断整车负载后，蓄电池仍可以给车辆排水防冻系统的控制单元供电，确保其可以进行自动控制。

其工作原理是：当列车正常断开车辆蓄电池或者列车因车辆故障或者外部接触网供电故障，均会导致车辆蓄电池保护功能被激活，所述车辆接口将车辆断开蓄电池的状态信号传给控制单元，控制单元启动工作。首先，控制单元控制所述第二电磁阀关闭，将所述清水箱的水隔离，将清水箱和用水设备之间的管路中的水排出(因车辆的基本常识或者基本设备配置，车辆配置有存储压缩空气的气缸可以提供满足压力要求的压缩空气，因此可以在任何时候提供用于供给水设备进行排空的条件)，避免管路中的水路由于容量小而容易结冰，此时因车辆具有一定的保温作用，温度未达到温控阀动作的阈值，温控阀处于闭合状态，避免每次车辆正常断开车辆蓄电池后都会将清水箱的水排空，也避免了因因车辆故障或者外部接触网供电故障导致将清水箱的水立即排空，造成每次车辆使用时都要重新加注清水。然后，因时间的持续推移，车辆的温度逐步下降，当所述温控阀检测到温度低于阙值时，控制单元控制所述温控阀打开，将清水箱中的清水排出，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施。

通过给控制单元直接供电、设置两级管路以及温度自动检测及控制等设计，在车辆断电后，通过两级排空——先通过第二电磁阀隔离清水箱的水源，自动排空供给用水设备的管路中的水，防止因管路中少量的水而冻结，再通过温控阀和第一电磁阀的动作，当外界温度过低、排水防冻系统失去加热保温时，检测外界温度从而进行排空清水箱的水，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施，更甚损坏其它的电气系统设备。本车辆排水防冻系统能实现自动化的控制，无需人工干预，降低人工成本和运营成本。

进一步的，所述用水设备包括马桶、小便器、洗手池，所述马桶、所述小便器、所述洗手池均通过所述第二电磁阀与所述清水箱相连通。所述用水设备还可以是其它跟用水相关的设备，如热水炉等，其可以是任意一个或多个设备组合的用水设备。第二电磁阀设在用水设备的总管路中，通过控制单元控制其打开或者关闭。

进一步的，所述控制单元与所述用水设备电连接。

进一步的，所述温控阀靠近所述清水箱设置，主要用于监控外部温度，确保其温度控制与清水箱的温度一致，并由控制单元控制其在达到温度阈值下打开。

进一步的，所述用水设备有多个，所述第二电磁阀设在多个所述用水设备与所述清水箱相连的总管路中。

进一步的，所述用水设备有多个，所述第二电磁阀有多个，多个所述第二电磁阀分别设在每个所述用水设备与所述清水箱相连的分管路中。

进一步的，所述车辆排水防冻系统还包括污物箱，所述用水设备通过污水管路与所述污物箱相连接。

基于同一种发明构思，本发明还提出一种车辆排水防冻控制方法。

一种车辆排水防冻控制方法，包括如上所述的车辆排水防冻系统，其特点是，通过所述车辆接口发送车辆供电的状态信号给所述控制单元；

当车辆供电正常时，所述控制单元控制所述第二电磁阀打开、第一电磁阀闭合、温控阀闭合，所述用水设备通过第二电磁阀控制的管路中正常用水；

当车辆供电故障时，所述控制单元控制所述第二电磁阀关闭，所述清水箱和所述用水设备之间的管路中的水排出；随着温度降低，当所述温控阀检测到温度低于阙值时，所述控制单元控制所述温控阀打开、所述第一电磁阀打开，清水箱中的水排出。

因车辆的基本常识或者基本设备配置，车辆配置有存储压缩空气的气缸可以提供满足压力要求的压缩空气，因此可以在任何时候提供用于供给水设备进行排空的条件。

进一步的，所述阙值为1℃。当温控阀检测到温度低于1℃时，控制单元控制温控阀打开，将清水箱中的清水排出，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施。

进一步的，所述第一电磁阀和/或第二电磁阀采用脉冲控制方式和/或持续高电平控制方式。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1)本发明的车辆排水防冻系统及控制方法的控制单元的工作电源由蓄电池直接供电，当车辆切断整车负载或外部接触网供电故障时，蓄电池仍可以给车辆排水防冻系统的控制单元供电，确保其可以进行自动控制，解决了车辆供电故障导致控制单元失去控制电源，无法对管路内的水进行排空的问题。

2)本发明的车辆排水防冻系统及控制方法通过设置温控阀自动监控和检测外界温度，进而通过控制单元控制第一电磁阀的动作，对清水箱中的水进行排空。解决了偶尔因车辆故障或者外部接触网供电故障，车辆供给水系统无法采用辅助电源加热保温，因外界温度过低造成水路和水箱损坏故障的问题。

3)本发明的车辆排水防冻系统及控制方法通过设计两级排水管路，先将用水设备中的管路中的水排出，防止因管路中少量的水而冻结，避免每次车辆正常断开蓄电池后都会将清水箱的水排空，也避免了因车辆故障或者外部接触网供电故障导致将清水箱的水立即排空，造成每次车辆使用时都要重新加注清水。

4)本发明的车辆排水防冻系统及控制方法通过设计两级排水管路的全过程均能实现自动化的控制，无需人工干预。在任何存放方式下，车辆不需要人工值守对供给水系统进行定时排空，降低人工成本和运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的车辆排水防冻系统及控制方法的工作示意图。

附图标记：

1-控制单元；2-清水箱；4-蓄电池；5-车辆接口；6-温控阀；7-第一电磁阀；8-第二电磁阀；9-污物箱；10-车辆地板；11-气源。

31-马桶；32-小便器；33-洗手池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明至少一个实施例提供一种车辆排水防冻系统，如图1所示，包括控制单元1、清水箱2、用水设备，其特征在于，还包括蓄电池4、车辆接口5、温控阀6、第一电磁阀7、第二电磁阀8；所述蓄电池4、所述车辆接口5均与所述控制单元1相连接；所述控制单元1分别与所述温控阀6、第一电磁阀7、第二电磁阀8电连接；所述用水设备通过所述第二电磁阀8与所述清水箱2相连通；所述清水箱2与车体外部相连通的排空管路上设有所述温控阀6和所述第一电磁阀7。

通过所述车辆接口5将车辆的供电状态信号传给控制单元1，从而控制单元1控制所述温控阀6、第一电磁阀7、第二电磁阀8的打开与闭合。整个车辆排水防冻系统设计成两条管路，一条是从所述清水箱2连接至所述用水设备的清水管路，由所述第二电磁阀8控制；一条是从清水箱2连接至车体外部的排空管路，由所述温控阀6和第一电磁阀7控制。所述控制单元1由蓄电池4直接供电，确保车辆切断整车负载后，蓄电池4仍可以给车辆排水防冻系统的控制单元1供电，确保其可以进行自动控制。

进一步的，所述用水设备包括马桶31、小便器32、洗手池33，所述马桶31、所述小便器32、所述洗手池33均通过所述第二电磁阀8与所述清水箱2相连通。所述用水设备还可以是其它跟用水相关的设备，如热水炉等，其可以是任意一个或多个设备组合的用水设备。第二电磁阀8设在用水设备的总管路中，通过控制单元1控制其打开或者关闭。也可以在各个用水设备的分管路中各设一个电磁阀，且所有电磁阀均由控制单元1控制。

进一步的，所述控制单元1与所述用水设备电连接。

进一步的，所述温控阀6靠近所述清水箱2设置。温控阀6主要用于监控外部温度，确保其温度控制与清水箱2的温度一致，并由控制单元1控制其在达到温度阈值下打开。

进一步的，所述车辆排水防冻系统还包括污物箱9，所述用水设备通过污水管路与所述污物箱9相连接。

其工作原理是：当列车正常断开车辆蓄电池或者列车因车辆故障或者外部接触网供电故障，均会导致车辆蓄电池保护功能被激活，所述车辆接口5将车辆断开蓄电池的状态信号传给控制单元1，控制单元1启动工作。首先，控制单元1控制所述第二电磁阀8关闭，将所述清水箱2的水隔离，将清水箱2和用水设备(马桶31、小便器32、洗手池33)之间的管路中的水排出。避免管路中的水路由于容量小而容易结冰，此时因车辆具有一定的保温作用，温度未达到温控阀6动作的阈值，温控阀6处于闭合状态，避免每次车辆正常断开车辆蓄电池后都会将清水箱2的水排空，也避免了因因车辆故障或者外部接触网供电故障导致将清水箱2的水立即排空，造成每次车辆使用时都要重新加注清水。然后，因时间的持续推移，车辆的温度逐步下降，当所述温控阀6检测到温度低于阙值时，控制单元1控制所述温控阀6打开，将清水箱2中的清水排出，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施。

本发明的车辆排水防冻系统通过给控制单元1直接供电、设置两级管路以及温度自动检测及控制等设计，在车辆断电后，通过两级排空——先通过第二电磁阀8隔离清水箱1的水源，自动排空供给用水设备的管路中的水，防止因管路中少量的水而冻结，再通过温控阀6和第一电磁阀7的动作，当外界温度过低、排水防冻系统失去加热保温时，检测外界温度从而进行排空清水箱2的水，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施，更甚损坏其它的电气系统设备。本车辆排水防冻系统能实现自动化的控制，无需人工干预，降低人工成本和运营成本。

基于同一种发明构思，本发明还提出一种车辆排水防冻控制方法。

一种车辆排水防冻控制方法，包括如前所述的车辆排水防冻系统，其特点是，通过所述车辆接口5发送车辆供电的状态信号给所述控制单元1；

当车辆供电正常时，所述控制单元1控制所述第二电磁阀8打开、第一电磁阀7闭合、温控阀6闭合，所述用水设备通过第二电磁阀8控制的管路中正常用水；

当车辆供电故障时，所述控制单元1控制所述第二电磁阀8关闭，所述清水箱2和所述用水设备之间的管路中的水排出；随着温度降低，当所述温控阀6检测到温度低于阙值时，所述控制单元1控制所述温控阀6打开、所述第一电磁阀7打开，清水箱2中的水排出。

进一步的，所述阙值为1℃。当温控阀6检测到温度低于1℃时，控制单元1控制温控阀6打开，将清水箱2中的清水排出，避免造成水管爆裂，损坏供给水设施。

进一步的，所述第一电磁阀7和/或第二电磁阀8采用脉冲控制方式和/或持续高电平控制方式。

对于未预期的因车辆故障或者外部接触网供电故障，造成未能及时察觉和排空供给水系统的水，会导致整套系统的损坏，其一套供给水系统成本约50万左右。同时在更换时需要拆除车辆内部的已经安装好的内装及其他附近的设备，因此其更换成本和人工成本也是比较高昂的。另外，若管路爆裂导致水泄露会导致附近安装的电气设备损坏，其设备的成本是无法估计的。

本发明的车辆排空防冻系统及控制方法，通过设计两级排水管路的全过程均能实现自动化的控制，无需人工干预。在任何存放方式下，车辆不需要人工值守对供给水系统进行定时排空，降低人工成本和运营成本。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

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