一种用于轨道车辆的空调及其除湿方法与流程

本发明属于空调技术领域，尤其涉及一种用于轨道车辆的空调及其除湿方法。

背景技术：

当轨道交通车辆因为供电或其他异常情况，导致空调系统不能正常工作时，通常考虑启动应急通风系统，并释放蓄冷装置储存的冷量，延缓车内空气的温升速率。

但现有技术中蓄冷装置在使用过程中存在一个明显缺陷：当空气湿度较大时，在蓄冷装置的表面发生结露现象，空气中的水蒸气析出、生成冷凝水，影响蓄冷装置的放冷速率和放冷效果，且析出的冷凝水驻留在空调送风风道内，给车内环境和空调系统的运行带来不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于轨道车辆的空调及其除湿方法，以解决上述现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于轨道车辆的空调，包括：

控制系统；

风道；

相变蓄冷装置，所述相变蓄冷装置设置于所述风道内；

半导体除湿装置，所述半导体除湿装置设置于所述风道内，且其位于所述蓄冷装置的入口端与所述风道的入口端之间；

温湿度检测装置，所述温湿度检测件设置于所述风道内，用于检测所述相变蓄冷装置、半导体除湿装置处的温度以及露点温度；

其中，所述半导体除湿装置、温湿度检测装置均与所述控制系统电连接；

风速检测装置，所述风速检测装置设置于所述风道的末端，用于检测轨道车辆空调风道内的风速。

优选的，所述半导体除湿装置包括供电开关、半导体除湿组件；

所述供电开关、半导体除湿组件均与所述控制系统通过直流供电电源连接；且所述供电开关用于控制直流电源向半导体除湿组件的供电。

优选的，所述半导体除湿组件包括半导体制冷端面，所述半导体制冷端面处设置有冷端面取能器和集水容器，所述集水容器用于收集除湿后形成的冷凝水。

优选的，所述温湿度检测装置包括风道入口传感器、半导体除湿装置温度传感器、相变蓄冷装置温度传感器。

优选的，还包括计时器，所述计时器设置于所述相变蓄冷装置上，用于记录所述相变蓄冷装置开始工作的时长。

一种用于轨道车辆的空调除湿方法，轨道车辆空调系统发生故障时，所述相变蓄冷装置开始释放冷量；

温湿度检测装置将实时采集的风道内相变蓄冷装置结尾段壁面温度twt、半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct、露点温度tdt发送至所述控制系统；

控制系统判断露点温度tdt与蓄冷装置结尾段壁面温度twt的大小：

若twt≧tdt，半导体除湿装置处于非工作状态；

若twt<tdt，所述半导体除湿装置开始运作，达到除湿条件后，空气中的水蒸气在半导体除湿装置处冷凝成水被析出。

优选的，当所述相变蓄冷装置开始运作时，所述控制系统控制计时器开启，且开始记录所述相变蓄冷装置的运作时间t1；所述控制系统内预设的除湿时间为t2；控制系统判断相变蓄冷装置开始运作的时间t1与预设除湿时间t2的大小：

若t1<t2且twt≤tdt，所述半导体除湿装置继续进行除湿；

若t1<t2且twt>tdt，所述半导体除湿装置停止运作并完成除湿；

若t1≥t2，所述控制系统控制所述半导体除湿装置关闭，空调退出除湿模式。

优选的，所述除湿条件包括半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct小于露点温度tdt，使得空气中的水蒸气在所述半导体除湿装置处冷凝成水被析出。

优选的，所述半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct＝tdt-a，其中a≥5。

优选的，通过所述风速检测装置测得风道内的风速v，并将风速v反馈至控制系统，控制系统通过以下公式计算出除湿时间t2；

t2＝3200-250v；

式中：t2为预设除湿时间；v为风速检测装置所测得的风道内风速。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种用于轨道车辆的空调及其除湿方法，通过在空调的风道内设置相变蓄冷装置，且相变蓄冷装置的入口端与风道的入口端之间设置有半导体除湿装置，同时风道内还设置有温湿度检测装置，通过所述温湿度检测装置将采集到的半导体除湿装置处的温度tct、相变蓄冷装置处的温度twt及露点温度tdt，并将检测到的温度发送至控制系统，控制系统通过判断相变蓄冷装置处的温度twt与相对应的露点温度tdt之间的大小，控制半导体除湿装置是否进行除湿工作。当相变蓄冷装置处的温度twt小于露点温度tdt时，半导体除湿装置开始运作除湿，将空气中的水蒸气在半导体除湿装置处冷成成水并除去，使得露点温度tdt降低，直至twt大于tdt，由此达到退出除湿的条件，控制系统控制半导体除湿装置关闭，除湿工作完成。通过采用以上结构及方法，使得流经相变蓄冷装置处的空气露点温度tdt小于twt，即使得空气在相变蓄冷装置处无法凝结成水，由此解决了现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题。

附图说明

图1为本发明中空调风道内相变蓄冷装置与半导体除湿装置的简化结构示意图；

图2为本发明中用于轨道车辆的空调除湿方法流程图。

以上各图中：1、风道；2、相变蓄冷装置；3、半导体除湿装置；4、积水容器。5、风速检测装置

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例中的技术方案为解决现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题，总体思路如下：

本发明提供了一种用于轨道车辆的空调及其除湿方法，通过在空调的风道1内设置相变蓄冷装置2，且相变蓄冷装置2的入口端与风道1的入口端之间设置有半导体除湿装置3，同时风道1内还设置有温湿度检测装置，通过所述温湿度检测装置将采集到的半导体除湿装置3处的温度tct、相变蓄冷装置2处的温度twt及露点温度tdt，并将检测到的温度发送至控制系统，控制系统通过判断相变蓄冷装置2处的温度twt与相对应的露点温度tdt之间的大小，控制半导体除湿装置3是否进行除湿工作。当相变蓄冷装置2处的温度twt小于露点温度tdt时，半导体除湿装置3开始运作除湿，将空气中的水蒸气在半导体除湿装置3处冷成成水并除去，使得露点温度tdt降低，直至twt大于tdt，由此达到退出除湿的条件，控制系统控制半导体除湿装置3关闭，除湿工作完成。通过采用以上结构及方法，使得流经相变蓄冷装置2处的空气露点温度tdt小于twt，即使得空气在相变蓄冷装置2处无法凝结成水，由此解决了现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本申请提供了一种用于轨道车辆的空调，其包括控制系统、风道1，所述风道1内设置有相变蓄冷装置2、半导体除湿装置3、温湿度检测装置，所述除湿装置位于蓄冷装置入口端与风道1入口端之间，且蓄冷装置、除湿装置、温湿度检测装置均与控制系统通过直流供电电源进行电连接。

具体的，相变蓄冷装置2包括蓄冷换热模块，所述蓄冷模块包括多个结构相同的相变蓄冷换热单元；多个相变蓄冷换热单元的结构与车辆的风道1结构相配合，使得多个相变蓄冷换热单元能够均匀分布于车辆的风道1内。由于相变蓄冷换热单元的温度确定后，其充冷和放冷仅与经过其的空气温度有关，无需其他控制部件参与控制。当经过蓄冷设备的空气温度低于相变蓄冷换热单元的相变温度时，蓄冷设备充冷，保持蓄冷状态；当经过蓄冷设备的空气温度高于相变蓄冷换热单元的相变温度时，蓄冷设备放冷，吸收空气热量，降低空气温度。由此用于与风道1内的气体进行热交换，使得流出风道1的气体温度保持不变。同时，设置了固定架，将蓄冷模块放置于固定架的多个容纳层内，然后放入车辆的风道1内，以此增大了蓄冷换热的面积，更加的有效的延缓车内的温升速率，解决了现有技术中动车组失电等故障情况时，空调机组无法正常制冷导致密闭式车厢内温度快速升高的技术问题。但是，当空气湿度较大时，在蓄冷装置的表面发生结露现象，空气中的水蒸气析出、生成冷凝水，影响蓄冷装置的放冷速率和放冷效果，且析出的冷凝水驻留在空调送风风道1内，给车内环境和空调系统的运行带来不利影响。为了解决此问题，在空调的风道1内设置了所述半导体除湿装置3。

具体的，所述半导体除湿装置3包括供电开关、半导体除湿组件。且供电开关、半导体除湿组件均与所述控制系统通过直流电源进行电连接。本实施例中，半导体除湿组件优选为车载蓄电池直流供电，也可以自带直流供电电源。控制系统通过控制供电开关，来控制半导体除湿组件的工作状态。更具体而言，半导体除湿组件包括半导体制冷端面和半导体制热端面，且半导体制冷端面处设置有冷端面取能器和集水容器，所述集水容器用于收集除湿后形成的冷凝水。

通过采用以上结构，使得流经相变蓄冷装置2处的空气提前除湿，即使得空气中的水蒸气含量降低，由此有效的改善了相变蓄冷装置2处的结露现象。具体的，当相变蓄冷装置2处的温度twt小于露点温度tdt时，半导体除湿装置3开始运作除湿，将空气中的水蒸气在半导体除湿装置3处冷成成水并除去，使得露点温度tdt降低，直至twt大于tdt，由此达到退出除湿的条件，控制系统控制半导体除湿装置3关闭，除湿工作完成。通过采用以上结构，使得流经相变蓄冷装置2处的空气露点温度tdt小于twt，即使得空气在相变蓄冷装置2处无法结露，由此解决了现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题。

同时，在整个相变蓄冷装置2放冷的时间段，冷量释放和外表面温度变化可以分为两个时间段，前段时间放冷快，外表面温度低，空气流经外表面容易结露；后段时间因相变蓄冷装置2的大部分蓄冷量已经被释放，因而放冷慢，外表面温度逐步抬升，此时空气流经外表面不容易结露。一定时间以后(和相变蓄冷器的储冷量以及放冷速率有关)，相变蓄冷装置2的降温效果逐渐减弱至没有冷量释放。根据以上相变蓄冷装置实际放冷的特点，控制系统调节预设的新风除湿时间t2，使得除湿运行时间达到t2时，相变蓄冷装置结尾段壁面已达到较高的温度，此时已不满足结露条件，所以无需进行除湿工作，即新风半导体除湿装置停止运行，由此能够降低整个系统的能耗。为了能够满足以上运行条件，本实施例中还设置有计时器(图中未示出)，所述计时器设置于相变蓄冷装置2上，并用于记录相变蓄冷装置2的工作时长，并将此时长信息反馈至控制系统。

具体的，在相变蓄冷装置2开始工作的同时，控制系统控制计时器启动，计时器清零并开始记录相变蓄冷装置2的运行时间t1，当运行时间t1达到控制系统内预设除湿的时间t2后，控制器强制关闭半导体除湿装置3，此时温湿度检测装置的信号不再被读入，也不能控制半导体除湿装置3的开启，由此通过采用以上结构降低了整个系统的电耗，节约了应急电源电量。同时，若在达到预设的除湿运行时间之前，即满足了半导体除湿装置3的关闭条件，半导体除湿装置3亦停止运行。

进一步，本实施例中还设置有风速检测装置5，所述风速检测装置5设置于所述风道的末端，用于测试风道内的风速，且通过测试风道内的风速来控制除湿的时间。因风道内风速的大小直接影响相变蓄冷装置中冷量的释放速率，风速越大，相变蓄冷装置内的冷量释放得越快；风速越小，蓄冷装置内的冷量释放得越慢，因此，预设的除湿时间t2与风速检测装置5所测得的风速有关，由此，通过设置此结构能够使得除湿时间根据具体的环境进行准确的调整，使得除湿效果更佳，同时也能够降低直流供电电源的消耗。

如图2所示，本发明实施方式还提供了一种用于轨道车辆的空调除湿方法，该除湿方法具体的包括：

当轨道车辆空调系统发生故障时，相变蓄冷装置2开始释放冷量；

温湿度检测装置开始温度信息采集，并将实时采集的风道1内蓄冷装置结尾段壁面温度twt、半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct、露点温度tdt发送至所述控制系统；且twt、tct、tdt均是随时间不断变化。

控制系统对露点温度tdt与相变蓄冷装置2结尾段壁面温度twt的大小进行判断：

若twt>tdt，此时无需进行除湿，即半导体除湿装置3的供电开关处于关闭状态，半导体除湿装置3处于非工作状态。

具体的，由于露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。当空气中水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。即气温降到露点以下是水汽凝结的必要条件。所以，当相变蓄冷装置2结尾段壁面的温度twt大于露点温度tdt时，空气在相变蓄冷装置2处不存在结露的现象，此时无需进行除湿，即半导体除湿装置3的供电开关处于关闭状态，半导体除湿装置3处于非工作状态。

若twt≤tdt，半导体除湿装置3开始运作。控制系统通过控制供电开关来调节流向半导体组件处的电流，使得半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct<tdt。具体的，本实施例中将半导体除湿组件的制冷端面的表面温度调节为tct＝tdt-a，且所述a≥5，使其满足了瞬时除湿的要求，即当空气流经半导体除湿装置3时能够被瞬时除湿，防止由于半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct与露点温度tdt差值过小，导致空气流经除湿装置时无法被有效的除湿，由此通过以上方法，进一步增强了除湿的效果。

由于相变蓄冷装置2结尾段壁面的温度小于露点温度，此时满足空气中水蒸气的结露条件，半导体除湿装置3的供电开关开启，半导体除湿装置3开始运作。控制系统通过控制供电开关来控制直流电源向半导体除湿装置的供电，使得半导体除湿组件的制冷端面的表面温度tct<tdt，由于半导体制冷端面的表面温度小于露点温度，空气流经此处时，在半导体制冷端面处结露并冷凝成水析出，随着空气中水蒸气的不断析出，空气中的湿度逐渐降低，使得空气中的露点温度tdt逐渐降低，直至露点温度tdt小于相变蓄冷装置2结尾段壁面温度twt。

具体的，半导体除湿装置3运作一段时间后，温湿度检测装置对温度进行检测，控制系统判断蓄冷装置结尾段壁面温度twt是否大于露点温度tdt：

若twt≤tdt，所述半导体除湿装置3继续进行除湿；

若twt>tdt，所述半导体除湿装置3停止运作并完成除湿。

进一步，由于整个相变蓄冷装置2的放冷存在前段时间放冷快，外表面温度低，空气流经外表面容易结露；后段时间放冷慢，外表面温度逐步抬升，此时空气流经相变蓄冷装置2的外表面时不容易结露。根据以上相变蓄冷装置实际放冷的特点，控制系统调节预设的新风除湿时间t2，使得实际运行时间达到t2时，相变蓄冷装置结尾段壁面已达到较高的温度，此时已不满足结露条件，所以无需进行除湿工作，由此能够降低整个系统的能耗。为了降低整个系统的能耗，本实施例中提供了一种计时控制的方法。

具体的，当所述相变蓄冷装置2开始运作时，控制系统控制计时器启动，所述计时器清零并开始记录相变蓄冷装置2的运作时间t1；所述控制系统内预设的除湿时间为t2；

若t1<t2且twt≤tdt，所述半导体除湿装置3继续进行除湿；

若t1<t2且twt>tdt，所述半导体除湿装置3停止运作并完成除湿；

若t1≥t2，所述控制系统强行控制所述半导体除湿装置3关闭，且所述温湿度检测装置的信号也不再被读入，空调退出除湿模式。

进一步，其中预设除湿时间t2与相变蓄冷装置放冷速率有关，相变蓄冷装置的放冷速率快，放冷时间短，则预设除湿时间t2就短，反之亦然。然而，相变蓄冷装置的放冷速率与风道内风速相关，风速越大，放冷速率快，此时预设除湿时间t2也相应缩短，反之亦然。由此能够进一步精确设定预设除湿时间t2，并且能够降低直流供电电源的消耗。

具体的，通过风速检测装置5，测得风道内风速v，将v的数值传输给控制系统，控制系统通过下面的公式设定预设除湿时间t2：

t2＝3200-250v(1)

式中，t2为预设除湿时间；v为风速检测装置所测得的风道内风速。

相变蓄冷装置开始释放冷量时，控制系统控制计时器启动，所述计时器清零并开始记录相变蓄冷装置2的运作时间t1；当t1≥t2，所述控制系统强行控制所述半导体除湿装置3关闭。

通过采用以上结构及方法，当轨道车辆因供电或其他异常情况时，导致空调系统不能正常工作，此时相变蓄冷装置2开始释放冷量，同时在相变蓄冷装置2的入口端及风道1的入口端之间设置半导体除湿装置3，即半导体除湿装置3设置于相变蓄冷装置2的前端。当空气中的湿度较大，露点温度tdt大于相变蓄冷装置2结尾段的表面温度twt时，供电开关开启，控制系统控制半导体除湿装置3进行除湿，即通过调节流向半导体除湿组件处的输入电流，使得半导体除湿组件的制冷端面的温度tct调节至露点温度tdt以下，使得流入风道1内的空气先经过半导体除湿装置3时能够冷凝成水，即使得空气中的水蒸气被析出。除湿后，空气中的湿度及露点温度tdt降低，且露点温度tdt降至相变蓄冷装置2结尾段的表面温度twt以下。由此使得除湿后的空气再流经相变蓄冷装置2时，不满足结露的条件，即除湿后的空气流经相变蓄冷装置2时不再冷凝结露，由此有效的改善了空气流经相变蓄冷装置2的表面发生结露现象，解决了现有技术中蓄冷装置表面易发生结露而影响蓄冷装置的放冷速率和效果的技术问题。