CN104144534A - 车辆前窗玻璃电加热装置及利用电加热装置除冰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆前窗玻璃电加热装置及利用电加热装置除冰的方法，将前窗玻璃的电加热丝分成电阻值相同的多个加热区域，每个加热区域的电加热丝由母线引出与外部电源连接，该装置还设置有用于感应前窗玻璃温度的温度控制器和极寒模式启动开关，温度控制器和极寒模式启动开关通过串并联转换控制电路与多个加热区域的母线连接实现多个加热区域的电加热丝的串并联转换。本发明中前窗玻璃实现了双功率加热，正常低温情况下采用正常功率，极寒情况下切换至极寒功率，实现快速除冰、除霜，防止单一加热功率不能兼顾环境温度变化的缺陷，同时还可以避免当温度较高时，由于采用单一大功率加热造成对玻璃的损坏。

Description

车辆前窗玻璃电加热装置及利用电加热装置除冰的方法
技术领域
本发明涉及一种车辆前窗玻璃，特别涉及在高速动车组等轨道车辆上应用的前窗玻璃电加热装置及利用电加热装置除冰的方法，属于轨道车辆制造技术领域。
背景技术
高速动车组等轨道车辆在冬季或是在极寒地区运营时，都会在前窗玻璃表面形成一层雾、或者霜、甚至是一层冰，严重影响驾驶员以及乘客的视线，而驾驶员在行驶过程中无法去擦拭玻璃，从而造成行驶不便，严重时可能造成交通事故。
通常的做法是在前窗玻璃上布置一层金属电热丝，然后接入12V或是24V电压，利用电热丝产生的热量加热前窗玻璃，以除霜除冰。目前，前窗玻璃电加热普遍采用单一功率，设定为500～700w/m2，这一加热功率在环境最低温度为-25℃的地区适用。但在环境最低温度为-40℃甚至更低的极寒地区，上述加热功率根本达到不除霜除冰的要求，前窗玻璃的电加热功率应进一步增大。
根据除冰试验得知，环境最低温度为-40℃时，前窗玻璃的加热功率须达到2100w以上，如仍然采用单一功率，当环境温度较高时，过大的加热功率会影响玻璃的光学性能，发生光学变形现象。
因此，需要设计一种既满足-40℃的极寒环境，又适应正常低温的前窗玻璃电加热方法。
发明内容
本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种在极低温环境和正常环境低温条件下均可以加热玻璃且结构简单的车辆前窗玻璃电加热装置。
本发明的另一个主要目的在于，提供一种利用上述电加热装置除冰的方法，控制方式简单，可以实现在极低温环境下极速加热玻璃。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种车辆前窗玻璃电加热装置，包括单层玻璃或多层玻璃，在玻璃表面或玻璃夹层内部安装有电加热丝，将所述前窗玻璃的电加热丝分成电阻值相同的多个加热区域，每个加热区域的电加热丝由母线引出与外部电源连接，该装置还设置有用于感应前窗玻璃温度的温度控制器和极寒模式启动开关，所述温度控制器和极寒模式启动开关通过串并联转换控制电路与多个加热区域的母线连接实现多个加热区域的电加热丝的串并联转换，所述温度控制器与极寒模式启动开关分别与控制电源连接。
进一步，所述前窗玻璃的电加热丝平均分成电阻值相同的两个加热区域，分别为第一加热区域和第二加热区域。
进一步，所述串并联转换控制电路包括接触器K1、接触器K2和控制继电器R1，接触器K1和接触器K2的线圈并联后接入控制电源的输入端与温度控制器之间，控制继电器R1的常开触头R1’与接触器K2串联，控制继电器R1的常闭触头R1”与接触器K1串联，控制继电器R1的线圈与极寒模式启动开关串联，外部电源经接触器K1的常开触点将第一加热区域和第二加热区域的电加热丝串联，在接触器K1常开触点的输入端和输出端与第二加热区域的电加热丝的输入母线和输出母线之间同时接入接触器K2的常开触点。
进一步，在所述外部电源及控制电源的正极输入端均串接一断路器。
进一步，所述极寒模式启动开关连接一用于超时保护的延时继电器KTD，延时继电器KTD的常开触点与控制继电器R1的线圈串联接入回路中。
进一步，所述温度控制器粘贴固定于所述前窗玻璃的内表面。
进一步，所述极寒模式启动开关为手动开关或为感应室外温度的温控开关。
进一步，所述极寒模式启动开关为自复位开关。
进一步，所述外部电源为车辆提供的220V交流电源。
本发明的另一个技术方案是：
一种利用上述电加热装置除冰的方法，包括如下步骤：
测量前窗玻璃温度，当前窗玻璃温度处于设定下限值或以下时，启动正常加热模式，控制多个加热区域的电加热丝串联连接，按较小功率值加热前窗玻璃；
如果达到极寒模式启动条件，启动极寒加热模式，控制多个加热区域的电加热丝切换为并联连接，按较大功率值加热前窗玻璃；
如果前窗玻璃温度达到设定上限值时，停止为前窗玻璃加热。
进一步，极寒模式启动条件为人为判断前窗玻璃需要除冰并按下极寒模式启动开关，或感应室外环境温度达到设定值自动触发极寒模式启动开关。
进一步，启动极寒加热模式后，通过延时继电器KTD控制加热时间，达到时间设定值时自动转为正常加热模式。
进一步，所述时间设定值为10分钟。
进一步，前窗玻璃温度设定下限值为15℃，前窗玻璃温度设定上限值为28℃。
综上内容，本发明所述的一种车辆前窗玻璃电加热装置及利用电加热装置除冰的方法，与现有技术相比，具有如下优点：
(1)前窗玻璃实现了双功率加热，正常低温情况下采用正常功率，极寒情况下由司机选择切换至极寒功率，实现快速除冰、除霜，防止单一加热功率不能兼顾环境温度变化的缺陷，同时还可以避免当温度较高时，由于采用单一大功率加热造成对玻璃的损坏。
(2)设置了超时保护功能，当前窗玻璃以极寒功率加热10min后，系统自动切换至正常功率加热，防止司机操作极寒开关后，忘记恢复，玻璃处于极速加热模式时间过长，造成对玻璃的损伤。
(3)能满足运营高寒动车组低温环境要求，适应高寒动车组运营环境及模式，整体性能先进、安全可靠。
附图说明
图1是本发明前窗玻璃结构示意图；
图2是本发明前窗玻璃电加热装置结构示意图；
图3是本发明电加热装置控制电路图。
如图1至图3所示，前窗玻璃1，第一加热区域1a，第二加热区域1b，电加热丝2，汇流排3，温度控制器4，极寒模式启动开关5。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1和图2所示，本发明提供了一种车辆前窗玻璃电加热装置，特别适用于在-40℃极寒、高风沙、高温等恶劣环境中运行的动车组等轨道车辆。动车组等轨道车辆的前窗玻璃1包括单层玻璃或多层玻璃，在玻璃表面或玻璃夹层内部安装有电加热丝2，以加热前窗玻璃1，迅速融化玻璃上的冰雪等。前窗玻璃1中间为透明的区域，用于司机观察车外环境，四周一圈为不透明的区域，在不透明区域内设置汇流排3，汇流排3间并联布置多根波浪状电加热丝2，通过控制电加热丝2的长度、间距以控制加热区域的电阻值，从而控制前窗玻璃1的加热功率。
图1和图2所示，将前窗玻璃1的电加热丝2分成电阻值相同的多个加热区域，保证整体前窗玻璃1加热均匀。本实施例中，在保证加热效果的前提下，为了简化结构及控制方式，优选将前窗玻璃1的电加热丝2分成完全相同的两个加热区域，分别为第一加热区域1a和第二加热区域1b，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电阻值相同。第一加热区域1a引出2根母线A、B，第二加热区域1b引出2母线C、D，母线A、B、C、D与外部电源连接。本实施例中，外部电源为车辆提供的220V交流电源，可以简化整个电路结构，同时也可以简化控制方式。
第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2串联时，整体电加热丝2的加热功率较小，设定为550w/m2，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2并联时，整体电加热丝2的加热功率较大，为2200(4X550)w/m2。因此，当室外环境温度大约在正常低温情况(-25℃左右)时，控制第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2串联连接，以正常功率(550w/m2)加热前窗玻璃1，而当室外环境温度低至极寒低温情况(-40℃左右)时，则将两个加热区域的电加热丝2由串联转换为并联，即以极寒功率(2200w/m2)加热前窗玻璃1，实现在极低温情况下快速除冰、除霜，避免由于视线不清出现交通事故。该装置使前窗玻璃1实现了双功率加热，不但可以防止单一加热功率不能兼顾室外环境温度变化的缺陷，同时还可以避免当室外环境温度较高时，只采用单一大功率加热造成对前窗玻璃1的损坏。
如图1和3所示，为了实现简单而精确的控制，该装置还设置有用于感应前窗玻璃1温度的温度控制器4和极寒模式启动开关5。其中，温度控制器5粘贴固定于前窗玻璃1的内表面，并引出2根母线E、F与控制电源连接。极寒模式启动开关5安装于司机室内的操作台上，方便司机操作，极寒模式启动开关5也同样与控制电源连接，控制电源是司机室操作台提供的220V交流电源。温度控制器4和极寒模式启动开关5通过串并联转换控制电路与第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2连接，实现第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2的串并联转换。
如图3所示，串并联转换控制电路包括接触器K1、接触器K2、一个控制继电器R1和一个延时继电器KTD，延时继电器KTD起着超时保护的作用。接触器K1和接触器K2的线圈并联后接入控制电源的输入端与温度控制器4之间，控制继电器R1的常开触头R1’与接触器K2的线圈串联，控制继电器R1的常闭触头R1”与接触器K1的线圈串联，延时继电器KTD的常开触点与控制继电器R1的线圈串联接入回路中，延时继电器KTD的线圈与极寒模式启动开关5串联，外部电源经接触器K1的常开触点将第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2串联，在接触器K1常开触点的输入端与第二加热区域1b的电加热丝2的输入母线C之间及接触器K1常开触点的输出端与第二加热区域1b的电加热丝2的输出母线D之间同时接入接触器K2的常开触点，在外部电源及两个控制电源的正极输入端均再分别串接一断路器E1、E2、E3。
极寒模式启动开关5可以采用手动开关，由司机根据前窗玻璃1的冰霜情况手动操作，启动极寒加热模式，也可以采用温控开关，温控开关感应室外环境温度，并根据室外环境温度的变化接通或断开。极寒模式启动开关5采用自复位开关，以简化控制方式，极寒模式的加热时间由延时继电器KTD控制。
如图3所示，当处于正常加热模式时，且温度控制器4闭合时，极寒模式启动开关5是断开的，控制继电器R1失电，接触器K1得电，接触器K1的常开触点闭合，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2串联连接，电加热丝2的电阻值较大，加热功率小，此过程按较小功率值(550w/m2)加热前窗玻璃1。
当司机按下极寒模式启动开关5，或室外环境温度低至-40℃时，极寒模式启动开关5接通，且温度控制器4闭合时，延时继电器KTD得电开始计时，同时控制继电器R1得电，接触器K1失电，接触器K2得电，接触器K1的常开触点断开，接触器K2的常开触点闭合接通，使第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2转换为并联连接，电加热丝2的电阻值较小，加热功率增大，此过程则按较大功率值(2200w/m2)对前窗玻璃1进行极速加热。延时继电器KTD达到时间设定值时，本实施例，经过大量试验将时间设定值设为10分钟，10分钟后延时继电器KTD失电，控制继电器R1失电，接触器K2失电，接触器K1得电，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2恢复串联连接，以正常加热功率550w/m2对前窗玻璃1进行加热。
温度控制器4感应前窗玻璃1的温度，当前窗玻璃1温度处于设定下限值或以下时，温度控制器4闭合，开始对前窗玻璃1进行加热，当前窗玻璃1温度处于设定上限值或以上时，温度控制器4断开，停止对前窗玻璃1进行加热，这样对前窗玻璃1起到较好的过热保护功能。经过大量的试验确定，温度控制器4的设定下限值为15℃，温度控制器4的设定上限值为28℃。
下面详细描述利用上述电加热装置对前窗玻璃进行除冰的方法，具体包括如下步骤：
1、上电，温度控制器4感应前窗玻璃1的温度，当前窗玻璃1温度处于设定下限值15℃或以下时，温度控制器4闭合接通，自动启动正常加热模式，此时，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2串联连接，按较小功率值(550w/m2)加热前窗玻璃1，当前窗玻璃1温度升到设定上限值28℃时，温度控制器4断开，停止对前窗玻璃1进行加热。
2、当室外环境温度极低，司机人为判断前窗玻璃1需要快速除冰时，手动按下极寒模式启动开关5，启动极寒加热模式；或，感应室外环境温度达到设定值(-40℃)自动触发极寒模式启动开关4，启动极寒加热模式，此时，第一加热区域1a和第二加热区域1b的电加热丝2由串联转换为并联连接，按较大功率值(2200w/m2)极速加热前窗玻璃1。
启动极寒模式启动开关5时，延时继电器KTD开始计时，10分钟后自动切换为正常加热模式继续对前窗玻璃1进行加热，直至当前窗玻璃1温度继续升到设定上限值28℃时，温度控制器4断开，停止对前窗玻璃1进行加热。
如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种车辆前窗玻璃电加热装置，包括单层玻璃或多层玻璃，在玻璃表面或玻璃夹层内部安装有电加热丝，其特征在于：将所述前窗玻璃的电加热丝分成电阻值相同的多个加热区域，每个加热区域的电加热丝由母线引出与外部电源连接，该装置还设置有用于感应前窗玻璃温度的温度控制器和极寒模式启动开关，所述温度控制器和极寒模式启动开关通过串并联转换控制电路与多个加热区域的母线连接实现多个加热区域的电加热丝的串并联转换，所述温度控制器与极寒模式启动开关分别与控制电源连接。
2.根据权利要求1所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述前窗玻璃的电加热丝平均分成电阻值相同的两个加热区域，分别为第一加热区域和第二加热区域。
3.根据权利要求2所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述串并联转换控制电路包括接触器K1、接触器K2和控制继电器R1，接触器K1和接触器K2的线圈并联后接入控制电源的输入端与温度控制器之间，控制继电器R1的常开触头R1’与接触器K2串联，控制继电器R1的常闭触头R1”与接触器K1串联，控制继电器R1的线圈与极寒模式启动开关串联，外部电源经接触器K1的常开触点将第一加热区域和第二加热区域的电加热丝串联，在接触器K1常开触点的输入端和输出端与第二加热区域的电加热丝的输入母线和输出母线之间同时接入接触器K2的常开触点。
4.根据权利要求3所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：在所述外部电源及控制电源的正极输入端均串接一断路器。
5.根据权利要求3所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述极寒模式启动开关连接一用于超时保护的延时继电器KTD，延时继电器KTD的常开触点与控制继电器R1的线圈串联接入回路中。
6.根据权利要求1所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述温度继电器粘贴固定于所述前窗玻璃的内表面。
7.根据权利要求1所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述极寒模式启动开关为手动开关或为感应室外温度的温控开关。
8.根据权利要求7所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述极寒模式启动开关为自复位开关。
9.根据权利要求1所述的车辆前窗玻璃电加热装置，其特征在于：所述外部电源为车辆提供的220V交流电源。
10.一种利用如权利要求1-9任一项所述的车辆前窗玻璃电加热装置的除冰的方法，其特征在于，包括如下步骤：
测量前窗玻璃温度，当前窗玻璃温度处于设定下限值或以下时，启动正常加热模式，控制多个加热区域的电加热丝串联连接，按较小功率值加热前窗玻璃；
如果达到极寒模式启动条件，启动极寒加热模式，控制多个加热区域的电加热丝切换为并联连接，按较大功率值加热前窗玻璃；
如果前窗玻璃温度达到设定上限值时，停止为前窗玻璃加热。
11.根据权利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：极寒模式启动条件为人为判断前窗玻璃需要除冰并按下极寒模式启动开关，或感应室外环境温度达到设定值自动触发极寒模式启动开关。
12.根据权利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：启动极寒加热模式后，通过延时继电器KTD控制加热时间，达到时间设定值时自动转为正常加热模式。
13.根据权利要求12所述的除冰的方法，其特征在于：所述时间设定值为10分钟。
14.根据权利要求10所述的除冰的方法，其特征在于：前窗玻璃温度设定下限值为15℃，前窗玻璃温度设定上限值为28℃。
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