Procédé de refroidissement de l'atmosphère d'un tunnel par un véhicule et véhicule pour ce procédé.
La présente invention concerne un procédé de refroidissement de l'atmosphère d'un tunnel au moyen d'un véhicule mobile et un véhicule pour appliquer ce procédé.
Le mot "tunnel" est utilisé dans le sens d'un espace confiné de section quelconque et comparativement de grande longueur; il peut donc s'appliquer tant à des tunnels ferroviaires ou des voies routières souterraines qu'à des galeries, voire à des conduits d'un certain diamètre.
Lorsque de l'énergie calorifique est dégagée dans de tels espaces, soit pour y propulser des véhicules ou un convoi, soit par effet Joule, soit rayonnée par le milieu ambiant, il est nécessaire d'évacuer régulièrement cette énergie.
Par exemple, le passage d'un convoi ferroviaire dans un tunnel nécessite une certaine quantité d'énergie pour le mouvoir. Or, on constate que la quasi-totalité de cette énergie est transmise en définitive, sous forme de chaleur, à l'air ambiant et à la surface des parois du tunnel.
Dans des tunnels d'assez faible longueur ou dans lesquels la densité du trafic est relativement faible, cette chaleur se dissipe naturellement et quitte le tunnel, notamment par le renouvellement
- naturel ou forcé - de l'atmosphère du tunnel. On sait par ailleurs que les convois ou les véhicules qui circulent dans un tunnel unidirectionnel, provoquent un effet de piston qui accentue le phénomène de circulation de l'air, provoquant ainsi l'évacuation de la chaleur hors de ce tunnel.
L'évacuation de la chaleur pose cependant de réels problèmes lorsque la longueur des tunnels s'accroît (plusieurs dizaines de kilomètres, par exemple) et particulièrement lorsque la cadence de passage des convois ou des véhicules y est très élevée.
L'évacuation de la chaleur pose également des problèmes dans des galeries où la paroi, voire les équipements installés à demeure, provoquent un dégagement thermique important.
L'effet de piston que provoquent les convois qui circulent dans des tunnels unidirectionnels n'est efficace en effet que pour des tunnels d'assez faible longueur. Dans des tunnels de l'ordre de plusieurs dizaines de kilomètres, cet effet avantageux de piston ne se produit quasi plus et ne peut dès lors plus contribuer à l'évacuation de la chaleur hors du tunnel.
Cette évacuation doit dès lors être provoquée par d'autres moyens et on notera que la quantité de chaleur à évacuer de la sorte peut être très élevée.
Ainsi, supposons un tunnel unidirectionnel de grande longueur où la somme des apports calorifiques dégagés, notamment par des trains de véhicules, est égale à 40 MWh par heure. La quantité de chaleur dissipée par les parois du tunnel et par l'effet piston est négligeable en comparaison de l'énergie thermique introduite.
Il importe donc d'évacuer du tunnel, par d'autres moyens, la totalité de ces apports énergétiques.
Compte tenu de la quantité de chaleur dégagée dans le tunnel, il est pratiquement impossible d'évacuer cette chaleur par ventilation forcée. En effet, les vitesses de déplacement d'air à mettre en oeuvre rendraient le tunnel impraticable pour le service.
Une autre solution qui peut, en principe, être envisagée consisterait en une distribution d'eau glacée dans le tunnel, alimentant des appareils terminaux à poste fixe tels que des ventilo-convecteurs ou des plaques d'échange statiques ou autres échangeurs. De tels réseaux de distribution de froid seraient alimentés depuis des centrales de production intallées à l'extérieur du tunnel. De tels systèmes sont très coûteux et nécessitent des travaux de maintenance à effectuer dans le tunnel en imposant des interruptions prolongées du trafic. De plus, ils constituent des obstacles aéroliques importants.
Un but de la présente invention est de réaliser le refroidissement d'un tunnel de grande longueur par un procédé qui soit économiquement avantageux.
L'invention a également pour but de réaliser ce refroidissement par un procédé qui offre un maximum de sécurité et qui ne nécessite pas de travaux de maintenance à effectuer dans le tunnel.
Un autre but de l'invention est de réaliser le refroidissement d'un tel tunnel sans recourir à des installations ou dispositifs installés à poste fixe, empiétant de façon permanente sur la section du tunnel.
L'objet de l'invention est un véhicule destiné à circuler dans un tunnel qui comporte, monté sur au moins un châssis :
- au moins un réservoir de stockage apte à contenir une masse accumulatrice de froid;
- au moins un frigorifère apte à assurer les échanges thermiques entre un liquide caloporteur circulant dans le dit frigorifère et l'atmosphère du tunnel; par "frigorifère", on entend ici tout type d'échangeur par le biais duquel un système producteur de froid ou une masse accumulatrice de froid cède de l'énergie thermique négative à l'atmosphère; - un circuit de circulation comprenant des canalisations de soutirage partant du réservoir de stockage, des moyens de pompage aptes à faire circuler le dit liquide caloporteur dans les canalisations et dans le frigorifère, et des canalisations ramenant le dit liquide caloporteur du frigorifère au réservoir de stockage.
De façon préférée, la masse accumulatrice de froid est constituée d'un mélange de liquide caloporteur et d'une masse parcellaire de liquide congelé.
De façon avantageuse, la masse parcellaire est constituée de capsules scellées contenant un liquide congelé. Ce liquide est, de façon préférée, un mélange eutectique de sels hydratés.
Suivant une autre forme de réalisation avantageuse, la masse parcellaire est constituée de glace.
On utilisera de préférence l'eau comme liquide caloporteur, additionnée au besoin de sels, de glycols et/ou d'un agent tensio-actif, voire d'autres additifs.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le réservoir de stockage est doté d'au moins un orifice obturable par lequel un liquide caloporteur peut être introduit dans le réservoir et d'au moins un orifice obturable par lequel ce liquide caloporteur peut être soutiré du réservoir.
Suivant une autre forme de réalisation avantageuse, le réservoir comporte au moins un orifice obturable par lequel une masse accumulatrice de froid peut être introduite dans le réservoir et au moins un orifice obturable par lequel tout ou partie du contenu du dit réservoir peut être évacué.
Suivant une forme d'exécution préférée de la présente invention, le frigorifère est constitué de batteries d'échangeurs disposées verticalement dans le volume compris entre le réservoir et le gabarit d'encombrement maximum pour les véhicules circulant dans le tunnel; les batteries d'échangeurs sont alors par exemple décalées alternativement vers la gauche et vers la droite par rapport à l'axe longitudinal du véhicule.
Dans une forme d'exécution particulière du véhicule selon l'invention, le frigorifère est constitué d'au moins une batterie d'échangeurs disposée frontalement par rapport au sens de déplacement du véhicule, au-dessus du réservoir.
Suivant un mode de réalisation préféré de cette forme d'exécution, des prises d'air sont disposées sur la face avant des frigorifères, la section déterminée par ces prises d'air allant en s'évasant depuis l'entrée de ces prises d'air situées en avant de chaque frigorifère, par rapport au sens de déplacement du véhicule, jusqu'à leur section terminale qui coïncide avec la face avant du frigorifère.
Suivant une autre forme d'exécution le frigorifère est constitué de batteries d'échangeurs disposées horizontalement dans le volume compris entre le réservoir et le gabarit d'encombrement maximum pour les véhicules circulant dans le tunnel.
Dans un mode d'exécution particulier, le réservoir de stockage a une forme allongée et est disposé avec son grand axe suivant l'axe de déplacement du véhicule, ce réservoir de stockage est muni à sa partie supérieure d'un caisson longitudinal médian, le frigorifère étant constitué de batteries d'échangeurs disposées horizontalement de part et d'autre de ce caisson.
Dans ces formes d'exécution, le véhicule comporte des déflecteurs aptes à dévier l'air rencontré, lors du déplacement du véhicule, en direction des batteries d'échangeurs. Des ventilateurs peuvent forcer le flux d'air au travers de ces batteries d'échangeurs.
Avantageusement, un collecteur d'eau de condensation est disposé au-dessous des batteries d'échangeurs.
Dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention, un carénage est disposé sensiblement suivant le gabarit d'encombrement maximum prévu pour les véhicules circulant dans le tunnel, le long des flancs et à la partie supérieure du véhicule; la face avant et la face arrière du véhicule demeurent par ailleurs ouvertes.
Une autre forme d'exécution avantageuse prévoit qu'un carénage fermé est disposé sensiblement suivant le gabarit d'encombrement maximum pour les véhicules circulant dans le tunnel, des orifices d'extraction d'air et des orifices d'entrée d'air étant ménagés dans ce carénage, les ventilateurs étant montés sur ces orifices d'extraction d'air, et des batteries de frigorifères étant disposées dans l'axe des orifices d'entrée d'air.
Suivant un mode de réalisation particulier, un carénage fermé peut être disposé sensiblement suivant le gabarit d'encombrement maximum pour les véhicules circulant dans le tunnel, des orifices d'entrée de l'air et des orifices d'extraction d'air étant ménagés dans ce carénage, des manches à air se raccordent aux orifices d'entrée d'air, et les ventilateurs étant montés dans ces manches à air; des batteries de frigorifères sont disposées dans l'axe de ces manches à air, aux orifices d'entrée d'air.
Dans une autre forme d'exécution avantageuse du véhicule suivant l'invention, le frigorifère est un échangeur à pulvérisation dans lequel le fluide caloporteur vient en contact direct avec l'atmosphère du tunnel, ce véhicule comportant des rampes de pulvérisation; les dites rampes sont raccordées au réservoir de stockage par un ou des moyens de pompage aptes à prélever du liquide caloporteur dans le réservoir. Un carénage est disposé sensiblement suivant le gabarit d'encombrement maximum prévu pour les véhicules circulant dans le tunnel, le long des flancs et à la partie supérieure du véhicule; la face avant et la face arrière du véhicule demeurent par ailleurs ouvertes.
Le carénage comporte de préférence des soufflets aptes à être raccordés aux soufflets correspondants d'un autre véhicule du même type, le volume interne des véhicules accolés formant comme un conduit continu.
Un bassin récolteur apte à recueillir le liquide pulvérisé par les rampes est, de préférence, disposé vers l'arrière du véhicule, par rapport au sens de déplacement? ce bassin récolteur est muni de moyens de réinjection aptes à ramener le liquide recueilli vers le réservoir de stockage.
Les rampes de pulvérisation du véhicule suivant l'invention peuvent porter des gicleurs qui sont orientés dans le sens opposé à celui du passage du flux d'air dans le véhicule ou perpendiculairement à ce sens de passage.
Un ou plusieurs éliminateurs de gouttelettes peuvent être avantageusement montés sur au moins un châssis distinct accouplé au véhicule suivant l'invention, du côté arrière par rapport au sens de déplacement normal du dit véhicule; les parois de ces éliminateurs sont disposées en V de façon à ramener la vitesse de l'air qui les traverse à une valeur compatible avec un fonctionnement efficace de ces éliminateurs, les dits éliminateurs étant munis de moyens de pompage aptes à ramener le liquide recueilli vers les réservoirs de stockage.
Dans certains modes de réalisation avantageux de l'invention, le véhicule comprend des moyens de ventilation aptes a favoriser le passage de l'air au travers de son carénage.
Suivant un autre mode de réalisation, le frigorifère a des surfaces d'échange de chaleur qui forment les surfaces supérieure et latérales du dit véhicule.
Dans une version avantageuse de réalisation de l'invention, le frigorifère est constitué de faisceaux de tubes disposés, en une ou plusieurs nappes, audessus et sur les côtés du réservoir de stockage, sensiblement selon le gabarit maximum prévu pour les véhicules circulant dans'le tunnel.
Le véhicule suivant l'invention peut comporter des frigorifères de types différents fonctionnant simultanément ou de façon alternée.
Des organes de commande agissant sur les moyens de pompage peuvent, de façon optionnelle, être montés sur le dit véhicule.
Un autre objet de l'invention est un procédé de refroidissement d'un tunnel, qui comprend les opérations suivantes :
- chargement d'une masse accumulatrice de froid dans un réservoir d'un véhicule adapté pour circuler dans le tunnel et comportant outre ce réservoir, un ou plusieurs frigorifères et des moyens de pompage;
- mise en circulation du véhicule le long du tunnel;
- refroidissement d'un liquide caloporteur par contact avec la masse accumulatrice de froid;
- prélèvement du liquide caloporteur au niveau du réservoir;
- circulation de liquide caloporteur dans les frigorifères;
- collecte d'énergie thermique dans l'atmosphère du tunnel par les frigorifères;
- refroidissement de ces frigorifères par circulation du liquide caloporteur;
- transfert du liquide caloporteur réchauffé, de façon à amener l'énergie thermique collectée vers la masse accumulatrice de froid;
- retour du liquide caloporteur du frigorifère vers le réservoir;
- réinjection du liquide caloporteur réchauffé dans le réservoir;
- fusion progressive de la masse accumulatrice de froid.
De façon avantageuse, cette masse accumulatrice de froid est un mélange d'une masse parcellaire de liquide congelé et de liquide caloporteur.
Le procédé peut comprendre, en outre, les opérations suivantes :
- pulvérisation dans le frigorifère du liquide en gouttelettes venant en contact direct avec l'atmosphère du tunnel;
- récolte des gouttelettes en aval de la pulvérisation;
- réinjection du liquide récolté dans le réservoir.
Ce procédé peut être mis en oeuvre avec certains des véhicules tels que décrits ci-dessus.
Un autre procédé avantageux comprend les opérations suivantes :
- chargement d'une masse accumulatrice de froid dans un réservoir monté sur un véhicule adapté pour circuler dans un tunnel et comportant outre ce réservoir, un ou plusieurs frigorifères et des moyens de pompage, reliant le dit réservoir et les dits frigorifères;
- refroidissement de la masse accumulatrice de froid par circulation dans cette masse accumulatrice d'un liquide caloporteur dont la température est inférieure au point de congélation de la dite masse;
- congélation de la dite masse accumulatrice;
- mise en circulation du véhicule le long du tunnel;
- refroidissement d'un liquide caloporteur par contact avec la masse accumulatrice de froid;
- prélèvement du liquide caloporteur au niveau du réservoir;
- injection par pompage de liquide caloporteur dans des frigorifères;
- collecte d'énergie thermique dans l'atmosphère du tunnel par les frigorifères;
- refroidissement de ces frigorifères par circulation du liquide caloporteur;
- transfert par pompage du liquide caloporteur réchauffé, de façon à amener l'énergie thermique collectée vers la masse accumulatrice de froid;
- retour du liquide caloporteur des frigorifères vers le réservoir;
- réinjection du liquide caloporteur réchauffé dans le réservoir;
- réchauffement progressif de la masse accumulatrice de froid.
Suivant une forme préférée de ce procédé, la masse accumulatrice de froid comporte des capsules hermétiques contenant un liquide congelable.
De façon avantageuse, le procédé comprend, en outre, les opérations suivantes :
- formation de convois comportant plusieurs véhicules à frigorifères;
- passage en convoi des dits véhicules dans le tunnel.
Dans ce procédé, la charge en masse accumulatrice de froid de chaque véhicule est de préférence établie par des moyens automatisés.
Suivant une forme d'exécution particulière du procédé, la masse accumulatrice de froid est placée préalablement dans un conteneur modulaire, et le procédé comporte alors, en outre, l'opération suivante :
- chargement et branchement du conteneur modulaire sur le véhicule; un tel conteneur modulaire peut d'ailleurs comprendre le réservoir contenant la masse accumulatrice de froid, l'ensemble des. frigorifères, les moyens de pompage et l'appareillage auxiliaire, qui sont chargés et branchés sur un châssis pour former le véhicule complet.
La glace est produite dans une centrale de production qui fait partie des installations des stations d'arrêt (à proximité de chaque extrémité du tunnel). L'eau soutirée du réservoir de stockage (après un passage du convoi dans le tunnel) peut alors être conduite directement vers la centrale de production pour y être congelée ou, avant d'être évacuée, passer dans des échangeurs permettant de récupérer les frigories qui y sont encore contenues en refroidissant l'eau destinée à alimenter la centrale de production de glace. Cette manière de procéder permet non seulement de récupérer d'importantes quantités d'eau et/ou d'énergie, puisque l'eau soutirée des réservoirs de
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En effet, après chaque passage du véhicule dans le tunnel, une quantité de glace est chargée dans le réservoir de stockage du véhicule et une quantité équivalente d'eau en est soutirée.
On comprendra que, la quantité de matière congelée chargée dans le réservoir de stockage est de préférence telle qu'elle soit en majeure partie fondue pendant le passage du véhicule dans le tunnel.
Suivant une autre forme du procédé, la masse accumulatrice de froid, sous forme de capsules hermétiques, séjourne de façon permanente dans le réservoir de stockage, le procédé comportant une phase préliminaire de refroidissement de la masse accumulatrice de froid par circulation en son sein d'un liquide froid, de température inférieure au point de congélation des capsules.
Dans ce cas, le liquide eutectique contenu dans les capsules et le fluide caloporteur sont choisis pour pouvoir atteindre des températures très basses
(par exemple, -20 à -40[deg.]C) dans les frigorifères.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description de formes d'exécution particulières destinées au refroidissement d'un tunnel ferroviaire; ces formes d'exécution de l'invention qui utilisent généralement comme masse accumulatrice de froid de la glace sont détaillées ciaprès, référence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue schématique, latérale, d'un véhicule ferroviaire selon l'invention, équipé d'un frigorifère à pulvérisation;
la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1;
la Fig. 3 est une vue schématique d'un convoi ferroviaire comportant des véhicules à frigorifères à pulvérisation;
la Fig. 4 est une vue d'un détail du convoi de la Fig. 3;
la Fig. 5 est une vue en coupe, latérale, d'un véhicule ferroviaire selon l'invention, équipé de frigorifères secs et à carénage fermé;
la Fig. 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la Fig. 5;
la Fig. 7 est une vue schématique d'un convoi ferroviaire comportant des frigorifères selon les Fig. 5 et 6;
la Fig. 8 est une vue d'un détail de la Fig. 7;
la Fig. 9 est une vue en coupe transversale d'un autre type de véhicule équipé de frigorifères secs;
la Fig. 10 est une vue schématique d'un convoi comportant un véhicule selon la Fig. 9;
la Fig. 11 est une vue d'un détail de la Fig. 10;
la Fig. 12 est une vue schématique latérale d'une autre forme de réalisation d'un véhicule à frigorifère frontal;
la Fig. 13 est une vue schématique d'un convoi ferroviaire comportant des véhicules tels que celui représenté à la Fig. 12, et
la Fig. 14 est une vue d'un détail de la Fig. 13.
Le véhicule 1 représenté à la Fig. 1 est censé se déplacer vers la gauche de cette figure lors de son passage dans un tunnel et, ce suivant la direction des flèches blanches figurées à la hauteur des essieux. Les flèches noires indiquent le sens de passage du flux d'air en mouvement relatif. Le véhicule 1 comporte un réservoir 2 disposé sur un châssis 3 en épousant au maximum son gabarit de surface. Le châssis 3 est lui-même monté sur des bogies 4. Un frigorifère 5 fonctionnant par pulvérisation est disposé par-dessus le réservoir 2. Ce frigorifère 5 est entouré d'un carénage 6 qui s'étend sensiblement selon le gabarit d'encombrement maximum des véhicules destinés à circuler dans le tunnel.
A l'avant et à l'arrière du carénage 6 sont montés des soufflets 7 destinés à être raccordés aux soufflets 7 correspondants d'autres véhicules 1 du convoi, de façon telle que le volume interne de ces véhicules 1 forme un boyau continu, ouvert à ses deux extrémités.
Le frigorifère 5 du véhicule 1 est constitué d'une série de rampes de pulvérisation 8 échelonnées dans le volume délimité par le carénage 6. Ces rampes de pulvérisation 8 sont alimentées par une pompe 9 raccordée à des rampes de prélèvement ou de soutirage
10 qui s'étendent dans le fond du réservoir 2.
A l'arrière du véhicule 1 par rapport au sens de marche est disposé un bassin récolteur 11 dans lequel la majeure partie des eaux de pulvérisation sont recueillies. Une pompe 12 de vidange est branchée entre le bassin récolteur 11 et des rampes de réinjection 13 disposées à la partie supérieure du réservoir de stockage 2.
Une seconde série de rampes de réinjection 14 s'étend parallèlement à la première; des moyens de raccordement 15 permettent de brancher ces secondes rampes 14 aux rampes 14 des véhicules attenants pour rejoindre, en queue de convoi-, un véhicule éliminateur de gouttelettes D, comme cela sera montré plus loin. Le fonctionnement du véhicule à pulvérisation 1 sera expliqué en se référant plus particulièrement à la Fig. 2 qui illustre la disposition des rampes de pulvérisation 8.
Le réservoir de stockage 2 est doté sur une de ses faces latérales d'orifices 16 munis de raccords qui permettent la connexion de ce réservoir 2 à des installations extérieures (non représentées) destinées à son approvisionnement en parcelles de glace 17. Sur la face latérale opposée du réservoir 2 sont disposés d'autres orifices 18 munis de raccords permettant de soutirer simultanément le liquide résiduel provenant de la charge précédente.
Suivant un autre procédé non illustré, le réservoir peut être rempli en permanence de capsules hermétiques contenant un liquide congelable. Dans ce cas, les orifices 16, 18 munis de raccords permettent de faire circuler au sein du réservoir 2 un fluide à très basse température destiné à refroidir rapidement le contenu des capsules.
Lorsque le véhicule 1 est mis en service dans le tunnel, la pompe 9 entre en action. Le liquide contenu dans le réservoir 2 est aspiré au travers des rampes de soutirage 10. Pour éviter tout phénomène de stratification de température ou l'établissement de cheminements préférentiels au sein de la masse parcellaire de glace 17, les orifices des rampes de soutirage 10 sont répartis sur tout le fond du réservoir de stockage 2. Des crépines 19 préviennent l'entraînement de particules solides dans le circuit de pompage.
La pompe 9 refoule l'eau dans les rampes de pulvérisation 8, sur lesquelles sont montés des gicleurs 20, comme on le voir à la Fig. 2. Ces gicleurs
20 déversent à l'intérieur du volume du carénage 6, une masse d'eau froide divisée en fines gouttelettes.
Cependant, lorsque le convoi est en mouvement dans le tunnel, une importante fraction de l'atmosphère du tunnel (flèches noires) s'engouffre par l'avant du premier véhicule 1 et traverse les véhicules 1 réunis par leurs soufflets 7; le mouvement relatif de l'air et la surface d'échange importante développée par les gouttelettes d'eau froide engendrent un taux d'échange thermique élevé.
L'air, fortement refroidi et, de surcroît, asséché s'échappe en queue de convoi en traversant un éliminateur de gouttelettes D. L'eau réchauffée retombe en pluie et ruisselle en majeure partie jusqu'au bassin récolteur 11 d'où elle est réinjectée dans le réservoir 2 par la pompe 12 de vidange via les premières rampes de réinjection 13: On notera que les rampes de réinjection 13 sont disposées - dans la partie supérieure du réservoir 2 - de façon à répartir uniformément le liquide introduit de manière à obtenir un échange uniforme avec la masse parcellaire de glace 17.
Un exemple de convoi équipé de véhicules 1 selon l'invention est donné à la Fig. 3. Comme l'on désire profiter de l'effet aérolique provoqué par le passage du convoi, une motrice avant A, placée en tête du convoi, est suivie d'un wagon plat B qui réduit l'effet de traînée provoqué par cette motrice A. Le convoi proprement dit est constitué d'un certain nombre
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thermique à capter.
Deux de ces véhicules C sont représentés sur la Fig. 3. A la suite de ces véhicules à pulvérisation C est placé un éliminateur de gouttelettes D destiné à recueillir les ultimes particules d'eau subsistant dans l'air refroidi. Un wagon plat B est attelé à la suite du collecteur à gouttelettes D pour permettre au flux d'air de se refermer avant le passage de la motrice arrière E.
La Fig. 4 montre plus en détail l'éliminateur de gouttelettes D de la Fig. 3. L'utilisation d'un tel éliminateur est bien connue de l'homme du métier, ne. requiert pas d'explications particulières. Les parois
21 de l'éliminateur D sont disposées en V de façon telle que la vitesse de l'air (flèches blanches) passant dans cet éliminateur D soit réduite suffisamment pour être compatible avec la gamme de vitesses usuelles d'un tel dispositif. Les dernières gouttelettes, piégées par le passage de l'air humide sur les parois en V 21 de l'éliminateur de gouttelettes D, sont réinjectées par la pompe 22 de l'éliminateur D dans les secondes rampes de réinjection 14 des véhicules 1 formant le convoi.
Outre son taux d'échange thermique élevé, un avantage annexe du véhicule à frigorifères à pulvérisation 1 est qu'il provoque un séchage de l'air du tunnel et un effet assainisseur dû à la captation d'aérosols et de matières en suspension.
Il va de soi que la disposition de convoi illustrée ici n'est qu'un exemple et que les véhicules à frigorifères 1 pourraient également être dotés d'essieux automoteurs. Dans ces conditions, le wagon plat B de tête du convoi (ou le premier véhicule à frigorifères) serait simplement doté d'une cabine de pilotage et d'un moyen de captation de l'énergie motrice. Par ailleurs, la présence des wagons plats B, illustrée ici à titre d'exemple, peut se révéler superflue, en fonction notamment du profil effectif des véhicules et des motrices composant le convoi.
La Fig. 5 montre une autre forme de réalisation d'un véhicule à frigorifères selon l'invention.
Les frigorifères 23 comportent des échangeurs "secs", c'est-à-dire qu'il n'y a pas de contact direct entre le fluide caloporteur et l'atmosphère du tunnel, ce qui permet d'utiliser comme fluide caloporteur par exemple de l'eau additionnée de différents additifs susceptibles d'affecter son point de congélation, notamment de l'antigel ou différents sels.
Dans cette forme de réalisation, le véhicule 1
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latérales, la face supérieure, à l'avant et à l'arrière.
Le réservoir de stockage 2 occupe la partie inférieure du véhicule 1. Des orifices 25 sont ménagés le long des flancs du carénage 24 et des frigorifères
23 sont placés verticalement en regard de ces orifices
25, de part et d'autre du véhicule 1. A la face supérieure du carénage 24 s'ouvrent des orifices 26 d'extraction d'air dans lesquels sont encastrés des ventilateurs 27. [deg.]
Le fonctionnement de ces véhicules sera décrit en se référant plus particulièrement à la Fig. 6.
Comme décrit plus haut, le réservoir 2 du véhicule 1 est rempli au préalable d'un mélange de capsules hermétiques 28 et de liquide caloporteur. Ceci peut se réaliser aisément, l'ensemble du dispositif ayant ici la forme d'un conteneur doté de moyens d'amarrage 29 et pouvant être, pour cette opération, soulevé de son châssis mobile 30 par des moyens de levage appropriés et stocké dans une réserve.
En service, la pompe 9 prélève le liquide caloporteur froid à la partie inférieure du réservoir de stockage 2 et le refoule dans les frigorifères 23 auxquels il cède son énergie thermique négative. Réchauffé par son passage au travers des frigorifères
23, ce liquide caloporteur retourne ensuite au réservoir 2 via une canalisation de réinjection 31 desservant les rampes de réinjection 13 placées à la partie supérieure du réservoir 2..
Le passage de l'air (flèches noires) au travers des frigorifères 23 est ici obtenu par l'action des ventilateurs 27 qui, en extracteurs, aspirent l'air
(flèches blanches) contenu dans le carénage 24, d'où un meilleur contrôle des échanges de froid.
Dans cette version, il subsiste dans le véhicule 1 un espace important, ce qui permet l'installation éventuelle de batteries de frigorifères
23 supplémentaires, ou encore de disposer autrement du volume subsistant.
La Fig. 7 montre un exemple de disposition d'un convoi comportant des véhicules à frigorifères F de ce type. En tête, une motrice classique A, suivie d'un wagon plat B permettant aux filets d'air de se refermer; viennent ensuite, en fonction de la puissance thermique, à absorber, un certain nombre de véhicules F aspirant l'air chaud en mouvement relatif entre le convoi et la paroi du tunnel (flèches blanches) et rejettant l'air refroidi (flèches noires) à la partie supérieure de la section du tunnel, comme cela est montré plus en détail à la Fig. 8. Le dernier véhicule F est suivi d'un wagon plat B auquel est accrochée la motrice de fin de convoi E.
La Fig. 9 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire au sens du déplacement d'une autre forme de réalisation d'un véhicule selon l'invention dépourvu de carénage.
Le réservoir de stockage 2 s'étend à la partie inférieure du véhicule 1, la partie médiane du réservoir 2 se prolonge, vers le haut, d'un caisson 32 longitudinal qui confère à sa section l'allure d'un T renversé.
Des batteries de frigorifères 33 sont disposées de part et d'autre de ce caisson 32 médian. Chaque batterie de frigorifère 33 est surmontée d'un ventilateur 34 qui force l'air du tunnel à rencontrer les surfaces d'échange de ces frigorifères 33.
Au moment du chargement du véhicule 1, de la glace 17 est déversée par les orifices 16 munis de raccords du caisson 32. Cette glace 17 s'empile sur la crépine 19 et occupe la plus grande partie du caisson
32 et du dessus du réservoir 2.
Lors de la mise en service, la pompe 9 aspire le liquide caloporteur froid à la partie inférieure du réservoir 2 via les rampes de soutirage 10 et l'injecte dans les frigorifères 33 dont il refroidit les surfaces d'échange. Le liquide caloporteur moins froid quitte les frigorifères 33 et regagne le réservoir 2. En fait, il est réinjecté en pluie dans le haut du caisson 32.
Cette disposition permet au liquide réinjecté de ruisseler au travers d'une forte épaisseur de glace en parcelles 17, d'où une amélioration du taux d'échange thermique eau-glace.
Les batteries de frigorifères 33 peuvent être, au choix, des échangeurs à ailettes, à plaques, platulaires ou à faisceaux tubulaires. Elles doivent cependant offrir une faible résistance au passage de l'air, de façon à ce qu'une fraction importante de l'atmosphère du tunnel passe effectivement au travers sans dépense d'énergie excessive.
La Fig. 10 montre un convoi comportant des véhicules à frigorifères tels que décrits ci-dessus.
Un wagon plat B attelé après la motrice A permet aux filets d'air - en mouvement relatif par rapport au convoi - de se refermer et de passer le long des wagons munis de frigorifères G.
Au passage (Fig. Il) une fraction de l'air
(flèches blanches) du tunnel se refroidit au contact des frigorifères échelonnés le long de chaque véhicule.
A l'arrière du dernier véhicule à frigorifère G, est attelé un wagon plat B auquel fait suite la motrice arrière E du convoi.
En fonction des conditions régnant dans le tunnel à desservir, on pourra ou non placer le carénage décrit pour certaines versions sans pour autant s'écarter du cadre de l'invention, ou prévoir d'autres artifices tels que des déflecteurs ramenant les filets d'air vers la surface des échangeurs.
La Fig. 12 montre une autre forme de réalisation appropriée pour de hautes vitesses de défilement du véhicule 1 dans le tunnel.
Une batterie de frigorifères 35 est disposée de façon frontale sur le réservoir 2, de forme surbaissée, du véhicule 1, une partie du réservoir 2 pouvant être incorporée dans la structure du châssis 3. Une prise d'air 36 dont l'entrée 37 est de section sensiblement inférieure à celle du frigorifère 35, est montée vers l'avant du frigorifère 35. La section de cette prise d'air 36 va en s'évasant vers l'arrière, sa section terminale 38 coïncidant avec la section frontale du frigorifère 35. Connaissant la vitesse de défilement du véhicule 1 dans le tunnel et les variations de pression entraînées entre l'avant et l'arrière, on peut, grâce à cette prise d'air 36, mieux maîtriser les conditions d'échange thermique à la surface du frigorifère.
Dans la version ici représentée, le réservoir 2 est rempli en permanence de capsules hermétiques 28. Le liquide caloporteur refroidi par son passage entre ces capsules 28 est prélevé par une rampe de soutirage
10 protégée par une crépine 19; ce liquide est injecté par la pompe 9 dans le frigorifère 35. La pompe 9 représentée ici découverte, pourrait être protégée par une légère carrosserie. Le liquide réchauffé regagne le réservoir 2 par la rampe de réinjection 13. Deux orifices 16, 18 munis de raccords disposés latéralement dans le réservoir 2 sont destinés à la "régénération" des capsules 28 par passage de fluide à très basse température après chaque convoi.
Ce procédé permet de travailler à très basse température; on peut ainsi réduire de façon significative la surface des frigorifères 35 et éliminer par givrage et condensation une fraction importante de la vapeur d'eau contenue dans le tunnel.
Les capsules hermétiques 28 remplissant pratiquement complètement le réservoir, aucun mouvement de la masse accumulatrice de froid n'est à craindre durant le trajet du véhicule.
Un vase d'expansion 39 est placé dans le circuit de retour pour tenir compte de la variation de volume du liquide caloporteur en cours de trajet.
La Fig. 13 montre une disposition de convois comprenant des véhicules du type décrit à la Fig. 12. Ce convoi comporte une motrice A suivie d'un wagon plat B suivi lui-même d'une série de trois véhicules à frigorifères frontaux H, d'un wagon plat B destiné à refermer les filets d'air derrière les véhicules H, avant le passage de la motrice arrière E.
La Fig. 14 montre, plus en détail, par des flèches blanches, le trajet des flux d'air sur le dessus d'un wagon H.
Par ailleurs, différents types de frigorifères tels que décrits ci-dessus peuvent parfaitement être combinés pour accroître le rendement d'un convoi ou d'un véhicule. En particulier, on pourra prévoir des échangeurs disposés à l'extérieur d'un carénage, soit sous forme de faisceaux tubulaires, soit constitués par le carénage lui-même, profilé pour assurer un échange thermique efficace avec l'air défilant, en mouvement relatif, le long du véhicule. On pourra également, au sein d'un même convoi, atteler des véhicules munis de frigorifères de types différents, en fonction des caractéristiques recherchées, et notamment en fonction de l'allure de la couche de refroidissement désirée.
Ces échangeurs pourront être alimentés en liquide caloporteur par une pompe centrale ou, si cela s'avère plus adéquat, par des moyens de pompage distincts puisant chacun dans le réservoir de stockage. Enfin, le véhicule à frigorifères lui-même, décrit ici dans le cadre d'un tunnel ferroviaire classique, peut parfaitement s'appliquer à d'autres types de tunnels et à d'autres modes de propulsion.
Par ailleurs, le carénage, qui a été décrit ici comme épousant sensiblement le gabarit d'encombrement maximum pour les véhicules circulant dans le tunnel peut également, dans la pratique, être conçu avec une section plus réduite que ce gabarit, en fonction de critères pratiques et expérimentaux.
Method for cooling the atmosphere of a tunnel by a vehicle and vehicle for this method.
The present invention relates to a method of cooling the atmosphere of a tunnel by means of a mobile vehicle and a vehicle for applying this method.
The word "tunnel" is used in the sense of a confined space of arbitrary cross section of great length; it can therefore apply both to railway tunnels or underground roadways as well as galleries, or even to pipes of a certain diameter.
When heat energy is released in such spaces, either to propel vehicles or a convoy, or by Joule effect, or radiated by the ambient environment, it is necessary to evacuate this energy regularly.
For example, the passage of a rail convoy in a tunnel requires a certain amount of energy to move it. However, it can be seen that almost all of this energy is ultimately transmitted, in the form of heat, to the ambient air and to the surface of the walls of the tunnel.
In tunnels of relatively short length or in which the density of traffic is relatively low, this heat dissipates naturally and leaves the tunnel, in particular by the renewal
- natural or forced - from the atmosphere of the tunnel. It is also known that convoys or vehicles which circulate in a unidirectional tunnel, cause a piston effect which accentuates the phenomenon of air circulation, thus causing the evacuation of heat out of this tunnel.
However, heat dissipation poses real problems when the length of the tunnels increases (several tens of kilometers, for example) and particularly when the rate of passage of convoys or vehicles is very high.
Heat dissipation also poses problems in galleries where the wall, or even permanently installed equipment, cause significant thermal release.
The piston effect caused by convoys traveling in unidirectional tunnels is only effective in fact for tunnels of relatively short length. In tunnels of the order of several tens of kilometers, this advantageous piston effect almost no longer occurs and can therefore no longer contribute to the evacuation of heat outside the tunnel.
This evacuation must therefore be caused by other means and it will be noted that the amount of heat to be evacuated in this way can be very high.
Thus, suppose a unidirectional tunnel of great length where the sum of the calorific contributions released, in particular by trains of vehicles, is equal to 40 MWh per hour. The amount of heat dissipated by the tunnel walls and by the piston effect is negligible compared to the thermal energy introduced.
It is therefore important to evacuate from the tunnel, by other means, all of these energy inputs.
Given the amount of heat released in the tunnel, it is practically impossible to remove this heat by forced ventilation. In fact, the air displacement speeds to be used would make the tunnel impractical for service.
Another solution which can, in principle, be envisaged would consist of a distribution of chilled water in the tunnel, supplying terminal devices with a fixed station such as fan convectors or static exchange plates or other exchangers. Such cold distribution networks would be supplied from production plants located outside the tunnel. Such systems are very expensive and require maintenance work to be carried out in the tunnel by imposing prolonged interruptions of traffic. In addition, they constitute significant aerological obstacles.
An object of the present invention is to provide cooling of a very long tunnel by a method which is economically advantageous.
The invention also aims to achieve this cooling by a process which offers maximum security and which does not require maintenance work to be carried out in the tunnel.
Another object of the invention is to cool such a tunnel without resorting to installations or devices installed in a fixed position, permanently encroaching on the section of the tunnel.
The object of the invention is a vehicle intended to circulate in a tunnel which comprises, mounted on at least one chassis:
- at least one storage tank capable of containing a cold accumulating mass;
- At least one refrigerant capable of ensuring thermal exchanges between a heat transfer liquid circulating in said refrigerant and the atmosphere of the tunnel; by "refrigerating machine" is meant here any type of exchanger by means of which a cold producing system or a cold accumulating mass transfers negative thermal energy to the atmosphere; a circulation circuit comprising withdrawal pipes leaving the storage tank, pumping means capable of circulating the said heat-transfer liquid in the pipes and in the refrigerator, and pipes bringing the said heat-transfer liquid from the refrigerator to the storage tank .
Preferably, the cold accumulating mass consists of a mixture of heat transfer liquid and a parcel mass of frozen liquid.
Advantageously, the parcel mass consists of sealed capsules containing a frozen liquid. This liquid is preferably a eutectic mixture of hydrated salts.
According to another advantageous embodiment, the parcel mass consists of ice.
Water will preferably be used as heat transfer liquid, supplemented with the need for salts, glycols and / or a surfactant, or even other additives.
According to an advantageous embodiment of the invention, the storage tank is provided with at least one closable orifice through which a heat transfer liquid can be introduced into the tank and at least one closable orifice through which this heat transfer liquid can be withdrawn from the tank.
According to another advantageous embodiment, the reservoir comprises at least one closable orifice through which a cold accumulating mass can be introduced into the reservoir and at least one closable orifice through which all or part of the contents of said reservoir can be evacuated.
According to a preferred embodiment of the present invention, the refrigerator consists of batteries of exchangers arranged vertically in the volume between the tank and the maximum size gauge for vehicles traveling in the tunnel; the heat exchanger batteries are then for example shifted alternately to the left and to the right with respect to the longitudinal axis of the vehicle.
In a particular embodiment of the vehicle according to the invention, the refrigerator consists of at least one battery of exchangers disposed frontally with respect to the direction of movement of the vehicle, above the tank.
According to a preferred embodiment of this embodiment, air intakes are arranged on the front face of the refrigerators, the section determined by these air intakes flaring from the entrance of these intakes air located in front of each refrigerator, relative to the direction of movement of the vehicle, up to their terminal section which coincides with the front face of the refrigerator.
According to another embodiment, the refrigerator consists of batteries of exchangers arranged horizontally in the volume between the tank and the maximum size gauge for vehicles traveling in the tunnel.
In a particular embodiment, the storage tank has an elongated shape and is arranged with its major axis along the axis of movement of the vehicle, this storage tank is provided at its upper part with a median longitudinal box, the refrigerator consisting of heat exchanger banks arranged horizontally on either side of this box.
In these embodiments, the vehicle includes deflectors capable of deflecting the air encountered, during the movement of the vehicle, in the direction of the heat exchanger batteries. Fans can force the air flow through these heat exchanger batteries.
Advantageously, a condensation water collector is arranged below the heat exchanger coils.
In an advantageous embodiment of the invention, a fairing is arranged substantially according to the maximum overall size provided for vehicles traveling in the tunnel, along the sides and at the top of the vehicle; the front and rear sides of the vehicle also remain open.
Another advantageous embodiment provides that a closed fairing is disposed substantially according to the maximum overall dimensions for vehicles traveling in the tunnel, air extraction orifices and air intake orifices being provided. in this fairing, the fans being mounted on these air extraction orifices, and refrigerator batteries being arranged in the axis of the air intake orifices.
According to a particular embodiment, a closed fairing can be arranged substantially according to the maximum overall dimensions for vehicles traveling in the tunnel, air intake openings and air extraction openings being provided in this fairing, air sleeves are connected to the air inlet orifices, and the fans being mounted in these air sleeves; refrigerator batteries are arranged in the axis of these air vents, at the air inlet orifices.
In another advantageous embodiment of the vehicle according to the invention, the refrigerator is a spray exchanger in which the heat transfer fluid comes into direct contact with the atmosphere of the tunnel, this vehicle comprising spray booms; said ramps are connected to the storage tank by one or more pumping means capable of taking heat transfer liquid from the tank. A fairing is arranged substantially according to the maximum overall dimensions provided for vehicles traveling in the tunnel, along the sides and at the top of the vehicle; the front and rear sides of the vehicle also remain open.
The fairing preferably comprises bellows capable of being connected to the corresponding bellows of another vehicle of the same type, the internal volume of the attached vehicles forming as a continuous duct.
Is a collecting basin capable of collecting the liquid sprayed by the ramps preferably positioned towards the rear of the vehicle, relative to the direction of movement? this collecting basin is provided with reinjection means capable of bringing the collected liquid back to the storage tank.
The spraying booms of the vehicle according to the invention can carry nozzles which are oriented in the opposite direction to that of the passage of the air flow in the vehicle or perpendicular to this direction of passage.
One or more droplet eliminators can advantageously be mounted on at least one separate chassis coupled to the vehicle according to the invention, on the rear side relative to the normal direction of movement of said vehicle; the walls of these eliminators are arranged in a V so as to reduce the speed of the air passing through them to a value compatible with efficient operation of these eliminators, said eliminators being provided with pumping means capable of bringing the collected liquid back to storage tanks.
In certain advantageous embodiments of the invention, the vehicle comprises ventilation means capable of promoting the passage of air through its fairing.
According to another embodiment, the refrigerator has heat exchange surfaces which form the upper and lateral surfaces of said vehicle.
In an advantageous embodiment of the invention, the refrigerator consists of bundles of tubes arranged, in one or more layers, above and on the sides of the storage tank, substantially according to the maximum gauge provided for vehicles traveling in the tunnel.
The vehicle according to the invention may include refrigerators of different types operating simultaneously or alternately.
Control members acting on the pumping means can, optionally, be mounted on the said vehicle.
Another object of the invention is a method of cooling a tunnel, which comprises the following operations:
- Loading of a cold accumulating mass in a tank of a vehicle adapted to circulate in the tunnel and comprising, in addition to this tank, one or more refrigerators and pumping means;
- circulation of the vehicle along the tunnel;
- cooling of a heat transfer liquid by contact with the cold accumulating mass;
- removal of the heat transfer liquid from the tank;
- circulation of heat transfer liquid in refrigerators;
- collection of thermal energy in the atmosphere of the tunnel by refrigerators;
- cooling of these refrigerators by circulation of the heat transfer liquid;
- Transfer of the heated heat transfer liquid, so as to bring the collected thermal energy to the cold accumulating mass;
- return of the coolant from the refrigerator to the tank;
- reinjection of the heated heat transfer liquid into the tank;
- progressive fusion of the cold accumulating mass.
Advantageously, this cold accumulating mass is a mixture of a parcel mass of frozen liquid and heat transfer liquid.
The method can also comprise the following operations:
- spraying into the refrigerator of the liquid in droplets coming in direct contact with the atmosphere of the tunnel;
- collection of droplets downstream of spraying;
- reinjection of the liquid collected in the tank.
This process can be implemented with some of the vehicles as described above.
Another advantageous method comprises the following operations:
- Loading of a cold accumulating mass in a tank mounted on a vehicle adapted to circulate in a tunnel and comprising, in addition to this tank, one or more refrigerators and pumping means, connecting said tank and said refrigerators;
- Cooling of the cold accumulating mass by circulation in this accumulating mass of a coolant whose temperature is below the freezing point of said mass;
- freezing of the said accumulating mass;
- circulation of the vehicle along the tunnel;
- cooling of a heat transfer liquid by contact with the cold accumulating mass;
- removal of the heat transfer liquid from the tank;
- pumping injection of heat transfer liquid into refrigerators;
- collection of thermal energy in the atmosphere of the tunnel by refrigerators;
- cooling of these refrigerators by circulation of the heat transfer liquid;
- transfer by pumping the heated heat transfer liquid, so as to bring the collected thermal energy to the cold accumulating mass;
- return of the coolant from the refrigerators to the tank;
- reinjection of the heated heat transfer liquid into the tank;
- gradual warming of the cold accumulating mass.
According to a preferred form of this process, the cold accumulating mass comprises hermetic capsules containing a freezable liquid.
Advantageously, the method further comprises the following operations:
- formation of convoys comprising several refrigerated vehicles;
- passage in convoy of said vehicles in the tunnel.
In this process, the cold accumulating mass charge of each vehicle is preferably established by automated means.
According to a particular embodiment of the process, the cold storage mass is placed beforehand in a modular container, and the process then also comprises the following operation:
- loading and connection of the modular container to the vehicle; such a modular container can moreover comprise the reservoir containing the cold accumulating mass, all of. refrigerators, pumping means and auxiliary equipment, which are loaded and connected to a chassis to form the complete vehicle.
The ice is produced in a production plant which is part of the stop station facilities (near each end of the tunnel). The water drawn from the storage tank (after a passage of the convoy in the tunnel) can then be led directly to the production center to be frozen there or, before being evacuated, pass through exchangers allowing to recover the frigories which They are still contained there by cooling the water intended to supply the ice production plant. This procedure not only makes it possible to recover large quantities of water and / or energy, since the water drawn from the reservoirs
<EMI ID = 1.1>
In fact, after each passage of the vehicle through the tunnel, an amount of ice is loaded into the vehicle storage tank and an equivalent amount of water is drawn from it.
It will be understood that the quantity of frozen material loaded into the storage tank is preferably such that it is for the most part melted during the passage of the vehicle through the tunnel.
According to another form of the method, the cold accumulating mass, in the form of hermetic capsules, remains permanently in the storage tank, the method comprising a preliminary phase of cooling the cold accumulating mass by circulation within it. a cold liquid with a temperature below the freezing point of the capsules.
In this case, the eutectic liquid contained in the capsules and the heat transfer fluid are chosen to be able to reach very low temperatures.
(for example, -20 to -40 [deg.] C) in refrigerators.
Other features and advantages of the invention will emerge from the description of particular embodiments intended for cooling a railway tunnel; these embodiments of the invention which generally use ice as an accumulating cold mass are detailed below, reference being made to the appended drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic side view of a rail vehicle according to the invention, equipped with a spray refrigeration unit;
Fig. 2 is a sectional view along line II-II of FIG. 1;
Fig. 3 is a schematic view of a rail convoy comprising refrigerated spraying vehicles;
Fig. 4 is a view of a detail of the convoy of FIG. 3;
Fig. 5 is a sectional side view of a rail vehicle according to the invention, equipped with dry refrigerators and with closed fairing;
Fig. 6 is a sectional view along the line VI-VI of FIG. 5;
Fig. 7 is a schematic view of a rail convoy comprising refrigerators according to FIGS. 5 and 6;
Fig. 8 is a view of a detail of FIG. 7;
Fig. 9 is a cross-sectional view of another type of vehicle equipped with dry refrigerators;
Fig. 10 is a schematic view of a convoy comprising a vehicle according to FIG. 9;
Fig. 11 is a view of a detail of FIG. 10;
Fig. 12 is a schematic side view of another embodiment of a front-end refrigerated vehicle;
Fig. 13 is a schematic view of a railway convoy comprising vehicles such as that shown in FIG. 12, and
Fig. 14 is a view of a detail of FIG. 13.
The vehicle 1 shown in FIG. 1 is supposed to move to the left of this figure when it passes through a tunnel and, following the direction of the white arrows shown at the height of the axles. The black arrows indicate the direction of passage of the air flow in relative motion. The vehicle 1 comprises a tank 2 arranged on a chassis 3 while conforming as much as possible to its surface size. The chassis 3 is itself mounted on bogies 4. A refrigerator 5 operating by spraying is placed over the tank 2. This refrigerator 5 is surrounded by a fairing 6 which extends substantially according to the maximum overall dimensions. vehicles intended to circulate in the tunnel.
At the front and at the rear of the fairing 6 are mounted bellows 7 intended to be connected to the corresponding bellows 7 of other vehicles 1 of the convoy, so that the internal volume of these vehicles 1 forms a continuous, open hose at both ends.
The refrigerator 5 of vehicle 1 consists of a series of spray bars 8 staggered in the volume delimited by the fairing 6. These spray bars 8 are supplied by a pump 9 connected to withdrawal or withdrawal ramps
10 which extend into the bottom of the tank 2.
At the rear of the vehicle 1 relative to the direction of travel is arranged a collecting basin 11 in which the major part of the spraying water is collected. A drain pump 12 is connected between the collecting basin 11 and reinjection ramps 13 arranged at the top of the storage tank 2.
A second series of reinjection ramps 14 extends parallel to the first; connection means 15 make it possible to connect these second ramps 14 to the ramps 14 of the adjoining vehicles to join, at the tail of the convoy, a droplet eliminator vehicle D, as will be shown below. The operation of the spray vehicle 1 will be explained with particular reference to FIG. 2 which illustrates the arrangement of the spray bars 8.
The storage tank 2 is provided on one of its lateral faces with orifices 16 provided with connectors which allow the connection of this reservoir 2 to external installations (not shown) intended for its supply of ice plots 17. On the lateral face opposite the reservoir 2 are arranged other orifices 18 provided with connections making it possible to simultaneously withdraw the residual liquid coming from the previous charge.
According to another method not illustrated, the reservoir can be permanently filled with hermetic capsules containing a freezable liquid. In this case, the orifices 16, 18 provided with connectors make it possible to circulate within the reservoir 2 a fluid at very low temperature intended to rapidly cool the contents of the capsules.
When the vehicle 1 is put into service in the tunnel, the pump 9 comes into action. The liquid contained in the reservoir 2 is sucked through racking ramps 10. To avoid any temperature stratification phenomenon or the establishment of preferential paths within the parcel mass of ice 17, the orifices of the racking ramps 10 are distributed over the entire bottom of the storage tank 2. Strainers 19 prevent the entrainment of solid particles in the pumping circuit.
The pump 9 discharges the water into the spray bars 8, on which the nozzles 20 are mounted, as shown in FIG. 2. These sprinklers
20 pour inside the volume of the fairing 6, a mass of cold water divided into fine droplets.
However, when the convoy is moving in the tunnel, a large fraction of the tunnel atmosphere (black arrows) rushes in from the front of the first vehicle 1 and passes through the vehicles 1 joined by their bellows 7; the relative movement of the air and the large exchange surface developed by the cold water droplets generate a high heat exchange rate.
The air, strongly cooled and, moreover, dried up, escapes at the tail of the convoy by passing through a droplet eliminator D. The heated water falls in rain and mostly flows to the collecting basin 11 from where it is reinjected into the reservoir 2 by the drain pump 12 via the first reinjection ramps 13: It will be noted that the reinjection ramps 13 are arranged - in the upper part of the reservoir 2 - so as to uniformly distribute the liquid introduced so as to obtain a uniform exchange with the parcel mass of ice 17.
An example of a convoy equipped with vehicles 1 according to the invention is given in FIG. 3. As we wish to take advantage of the aerolic effect caused by the passage of the convoy, a front drive A, placed at the head of the convoy, is followed by a flat wagon B which reduces the drag effect caused by this drive A. The convoy itself consists of a number
<EMI ID = 2.1>
thermal to capture.
Two of these vehicles C are shown in FIG. 3. Following these spray vehicles C is placed a droplet eliminator D intended to collect the final particles of water remaining in the cooled air. A flat wagon B is coupled following the droplet collector D to allow the air flow to close before the passage of the rear power train E.
Fig. 4 shows in more detail the droplet eliminator D of FIG. 3. The use of such an eliminator is well known to the skilled person, ne. does not require special explanations. The walls
21 of the eliminator D are arranged in a V so that the speed of the air (white arrows) passing through this eliminator D is reduced enough to be compatible with the usual range of speeds of such a device. The last droplets, trapped by the passage of moist air over the V-shaped walls 21 of the droplet eliminator D, are reinjected by the pump 22 of the eliminator D into the second reinjection ramps 14 of the vehicles 1 forming the convoy.
In addition to its high heat exchange rate, an additional advantage of the spray refrigerating vehicle 1 is that it causes drying of the air in the tunnel and a sanitizing effect due to the capture of aerosols and suspended solids.
It goes without saying that the convoy arrangement illustrated here is only an example and that the refrigerated vehicles 1 could also be fitted with self-propelled axles. Under these conditions, the flat wagon B at the head of the convoy (or the first refrigerated vehicle) would simply be provided with a pilot cabin and a means of capturing the driving energy. Furthermore, the presence of flat wagons B, illustrated here by way of example, may prove to be superfluous, in particular as a function of the actual profile of the vehicles and of the power cars making up the convoy.
Fig. 5 shows another embodiment of a refrigerated vehicle according to the invention.
The refrigerators 23 include "dry" exchangers, that is to say that there is no direct contact between the heat transfer fluid and the atmosphere of the tunnel, which makes it possible to use as heat transfer fluid for example water with different additives that may affect its freezing point, including antifreeze or different salts.
In this embodiment, the vehicle 1
<EMI ID = 3.1>
side, upper side, front and rear.
The storage tank 2 occupies the lower part of the vehicle 1. Ports 25 are formed along the sides of the fairing 24 and the refrigerators
23 are placed vertically opposite these orifices
25, on either side of the vehicle 1. On the upper face of the fairing 24 open air extraction orifices 26 in which the fans 27 are embedded. [Deg.]
The operation of these vehicles will be described with particular reference to FIG. 6.
As described above, the tank 2 of the vehicle 1 is filled beforehand with a mixture of hermetic capsules 28 and heat transfer liquid. This can be easily accomplished, the entire device here having the form of a container provided with mooring means 29 and which can be, for this operation, lifted from its movable frame 30 by suitable lifting means and stored in a container. Reserve.
In service, the pump 9 takes the cold heat transfer liquid from the lower part of the storage tank 2 and discharges it into the refrigerators 23 to which it gives up its negative thermal energy. Heated by its passage through refrigerators
23, this heat transfer liquid then returns to the tank 2 via a reinjection pipe 31 serving the reinjection ramps 13 placed at the top of the tank 2 ..
The passage of air (black arrows) through the refrigerators 23 is here obtained by the action of the fans 27 which, in extractors, suck in the air
(white arrows) contained in the fairing 24, hence better control of the cold exchanges.
In this version, there remains in the vehicle 1 a large space, which allows the possible installation of refrigeration batteries
23 additional, or otherwise dispose of the remaining volume.
Fig. 7 shows an example of the arrangement of a convoy comprising refrigerating vehicles F of this type. At the head, a classic powerplant A, followed by a flat wagon B allowing the air streams to close; next, depending on the thermal power, to be absorbed, a certain number of vehicles F sucking the hot air in relative movement between the convoy and the tunnel wall (white arrows) and rejecting the cooled air (black arrows) at the upper part of the tunnel section, as shown in more detail in FIG. 8. The last vehicle F is followed by a flat wagon B to which the end-of-convoy drive train E.
Fig. 9 is a sectional view along a plane perpendicular to the direction of movement of another embodiment of a vehicle according to the invention without fairing.
The storage tank 2 extends to the lower part of the vehicle 1, the middle part of the tank 2 is extended, upwards, by a longitudinal box 32 which gives its section the appearance of an inverted T.
Refrigerator batteries 33 are arranged on either side of this median box 32. Each refrigerator battery 33 is surmounted by a fan 34 which forces the air in the tunnel to meet the exchange surfaces of these refrigerators 33.
When the vehicle 1 is loaded, ice 17 is poured out through the orifices 16 provided with box connections 32. This ice 17 is stacked on the strainer 19 and occupies most of the box
32 and above the tank 2.
During commissioning, the pump 9 sucks the cold heat transfer liquid from the lower part of the tank 2 via the withdrawal ramps 10 and injects it into the refrigerators 33, of which it cools the exchange surfaces. The cooler coolant liquid leaves the refrigerators 33 and returns to the tank 2. In fact, it is reinjected as rain into the top of the box 32.
This arrangement allows the reinjected liquid to run through a large thickness of ice in plots 17, hence an improvement in the water-ice heat exchange rate.
The refrigerator batteries 33 can be, as desired, fin, plate, platelet or tube bundle exchangers. However, they must offer a low resistance to the passage of air, so that a large fraction of the atmosphere of the tunnel actually passes through without excessive energy expenditure.
Fig. 10 shows a convoy comprising refrigerated vehicles as described above.
A flat wagon B hitched after the powerplant A allows the air streams - in relative movement relative to the convoy - to close and pass along the wagons fitted with refrigerators G.
By the way (Fig. II) a fraction of the air
(white arrows) of the tunnel cools down in contact with the refrigerators staggered along each vehicle.
At the rear of the last refrigerated vehicle G, a flat wagon B is coupled to which the rear power train E of the convoy follows.
Depending on the conditions prevailing in the tunnel to be served, it may or may not be possible to place the fairing described for certain versions without departing from the scope of the invention, or to provide other devices such as deflectors bringing back the nets of air to the surface of the exchangers.
Fig. 12 shows another embodiment suitable for high running speeds of the vehicle 1 in the tunnel.
A battery of refrigerators 35 is disposed frontally on the tank 2, of lowered shape, of the vehicle 1, a part of the tank 2 which can be incorporated in the structure of the chassis 3. An air intake 36 whose inlet 37 is of section substantially smaller than that of the refrigerator 35, is mounted towards the front of the refrigerator 35. The section of this air intake 36 widens backwards, its end section 38 coinciding with the front section of the refrigerator 35. Knowing the speed of travel of the vehicle 1 in the tunnel and the pressure variations caused between the front and the rear, it is possible, thanks to this air intake 36, to better control the heat exchange conditions at the surface of the refrigerator.
In the version shown here, the reservoir 2 is permanently filled with hermetic capsules 28. The coolant cooled by its passage between these capsules 28 is removed by a withdrawal ramp
10 protected by a strainer 19; this liquid is injected by the pump 9 into the refrigerator 35. The pump 9 shown here discovered, could be protected by a light bodywork. The heated liquid returns to the reservoir 2 by the reinjection ramp 13. Two orifices 16, 18 provided with connectors arranged laterally in the reservoir 2 are intended for the "regeneration" of the capsules 28 by passage of fluid at very low temperature after each convoy.
This process allows working at very low temperatures; it is thus possible to significantly reduce the surface area of the refrigerators 35 and to remove by icing and condensation a large fraction of the water vapor contained in the tunnel.
The hermetic capsules 28 fill the tank almost completely, no movement of the cold accumulating mass is to be feared during the journey of the vehicle.
An expansion vessel 39 is placed in the return circuit to take account of the variation in volume of the heat-transfer liquid during the journey.
Fig. 13 shows an arrangement of convoys comprising vehicles of the type described in FIG. 12. This convoy comprises a power train A followed by a flat wagon B followed itself by a series of three vehicles with frontal refrigerators H, by a flat wagon B intended to close the air streams behind the vehicles H, before the passage of the rear motor car E.
Fig. 14 shows, in more detail, by white arrows, the path of the air flows over the top of a wagon H.
Furthermore, different types of refrigerators as described above can be perfectly combined to increase the efficiency of a convoy or a vehicle. In particular, it will be possible to provide exchangers arranged outside a fairing, either in the form of tubular bundles, or constituted by the fairing itself, profiled to ensure efficient heat exchange with the moving air, in relative movement. , along the vehicle. It is also possible, within the same convoy, to hitch vehicles fitted with refrigerators of different types, depending on the characteristics sought, and in particular depending on the shape of the desired cooling layer.
These exchangers may be supplied with heat transfer liquid by a central pump or, if this is more suitable, by separate pumping means each drawing from the storage tank. Finally, the refrigerated vehicle itself, described here in the context of a conventional rail tunnel, can be perfectly applied to other types of tunnels and other modes of propulsion.
Furthermore, the fairing, which has been described here as substantially matching the maximum overall dimensions for vehicles traveling in the tunnel, can also, in practice, be designed with a smaller section than this size, depending on practical criteria. and experimental.