EP1050446A1 - Dispositif de protection contre les ondes de pression dans les véhicules de transport de personnes - Google Patents

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EP1050446A1
EP1050446A1 EP00410046A EP00410046A EP1050446A1 EP 1050446 A1 EP1050446 A1 EP 1050446A1 EP 00410046 A EP00410046 A EP 00410046A EP 00410046 A EP00410046 A EP 00410046A EP 1050446 A1 EP1050446 A1 EP 1050446A1
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sensor
valve
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B61D27/0009—Means for controlling or equalizing air pressure shocks in trains, e.g. when passing or crossing in tunnels

Definitions

  • EP-A-0 579 536 and 0 143 931 describe devices known from elimination of sudden pressure variations likely to be exerted on the external walls of a train.
  • means balancing between the external pressure and the internal pressure are formed by a special bypass, which is normally closed in the absence of pressure. As soon as the detector reveals the existence of a pressure wave, the suction and exhaust valves are closed and the bypass is open.
  • the detection means controlling the automaton can be formed by a detector internal and / or external, or a beacon at the entrance or exit of the tunnel.
  • the document EP 0 700 818 relates to a device for protection against overpressures, using in each vehicle a second set of shutters in bypass with fans of the steep front type for fresh air renewal.
  • a such an installation is expensive, has a large size and weight, and requires high energy consumption.
  • the object of the invention is to provide an effective protection device against pressure waves, requiring neither a ground control beacon nor a fan stiff front, or pressure measurement inside the vehicles, and authorizing the entry and exit of tunnels as well as the renewal of air in cars when passing through tunnels.
  • the average static pressure sensor external is in connection with a pneumatic integrator and a pressure sensor differential, which delivers a proportional electronic measurement signal to the automaton.
  • the average static pressure sensor external is connected to an absolute pressure sensor connected to the input of the PLC, the pneumatic integration function being carried out by programming in the PLC processor.
  • the third valve is located in the evacuation pipe of the condensation circuit at the battery outlet air conditioner evaporator.
  • the static pressure sensor is installed at the head of train, and includes orifices arranged in the outside air flow, and in connection with a measurement area averaging the static pressures on the exposed surface of said sensor.
  • a ventilation and air conditioning system 10 for ground transportation vehicles including a high speed train, is equipped a pressure wave protection device 12. It comprises at the level of each vehicle, an inlet port 14 for the outside air, and an outlet port 16 indoor air.
  • the inlet 14 is connected to a suction duct 18 which directs the fresh air drawn into the internal ventilation and air conditioning system 10.
  • the outlet orifice 16 is connected to an exhaust duct 20 rejecting the interior air by extraction to the outside.
  • the outside fresh air intake is controlled by a first valve 22 shutter housed in the suction duct 18, while the air evacuation interior is controlled by a second shutter valve 24 formed in the exhaust duct 20.
  • the pressure wave protection device 12 includes means 26 for detecting the variation in external pressure of the vehicle, and a PLC 28 which receives and processes the measurement signals in origin of the detection means 26 for controlling a series of actuators 30, 32, 34 intended to operate respectively the first valve 22 of the duct suction, the second valve 24 of the exhaust duct 20, and a third valve 36 of the air conditioning condenser circuit.
  • FIG. 2 schematically shows the air conditioner 38 housed in a box 40 containing a unit fan 42 which draws air through a filter 44 and a battery evaporator 46.
  • the air conditioning is blown according to arrow F1 in a duct 48 of car, and the water in the condensing circuit at the outlet of the evaporator battery 46 is evacuated through an evacuation duct 50 in which the third valve 36.
  • An additional return air flow towards the filter 44 is represented by arrow F2.
  • the section of the third valve 36 in the condensate evacuation pipe 50 to the output of the evaporator battery 46 is less than that of the first or second valves 22, 24 of the air intake and exhaust ducts.
  • the detection means 26 comprise a pressure sensor 52 medium static, which is preferably installed at the head of the train at a point where the static pressure is close to atmospheric pressure when the train is running in free field.
  • the external pressure sensor 52 has several ports arranged in the outside air flow so as to measure a pressure static, and in conjunction with a measurement area to obtain the average pressures on the exposed surface of the sensor 52. The use of such a sensor reduces the aerodynamic noise caused by the speed of the train.
  • the pressure sensor 52 transmits the average static pressure to a pressure sensor differential pressure 54 and a pneumatic integrator 56.
  • the pressure signal of the pneumatic integrator 56 is also sent to the differential pressure 54, which delivers a measurement signal S1 to the output proportional electronics to the control unit 28.
  • the pneumatic integrator 56 allows variations in the atmospheric pressure inside a tunnel, because it is sensitive to variations altitude.
  • PLC 28 When detecting a strong pressure wave causing the temperature to exceed measurement signal S1 beyond a first level of pressure variation, PLC 28 sends closing control orders to the three valves shutter 22, 24 and 36. The three conduits 18, 20 and 50 are then blocked simultaneously so as to isolate the interior of the vehicle from the exterior.
  • the actuators 30, 32, 34 can be pneumatically, hydraulically or electric.
  • the first level of pressure variation can be a high threshold or low depending on whether the pressure wave is positive or negative.
  • the controller 28 When the measurement signal S1 drops below a second level of pressure variation, the controller 28 first issues an opening order at the actuator 34 of the third valve 36 of the condenser circuit of the air conditioner 38.
  • the prior reopening of the third valve 36 allows progressive balancing pressures inside and outside the vehicle while the other two valves 22, 24 of larger sections, remain closed. After a time delay, the other two valves 22, 24 are reopened by the actuators 30, 32 for air intake and exhaust, and the ventilation and air conditioning 10 is returned to normal operation.
  • the pressure wave protection device 12 does not require either ground control beacons, neither steep front bypass fans, nor pressure measurement inside the vehicle. Only one detection device is plan outside each end of the train to detect waves annoying pressure at the entrances and exits of tunnels, and at crossings of trains. As a function of the amplitude of the measurement signal S1 representative of the variation in external pressure, all of the valves 22, 24, 36 can open and close several times during a tunnel crossing.
  • the detection means 26 are formed by a pressure sensor absolute 58 controlled by the medium pressure sensor 52.
  • the pressure sensor differential 54 is deleted, and the pneumatic integration function is performed by programming in the control command 28.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
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Abstract

Un dispositif de protection contre les ondes de pression appliquées à un véhicule de transport climatisé se déplaçant à grande vitesse, comporte un automate 28 pilotant un premier clapet 22 d'obturation du conduit d'aspiration 18, un deuxième clapet 24 d'obturation du conduit d'échappement 20, et un troisième clapet 36 agencé dans un conduit d'évacuation des condensats du climatiseur. Des moyens de détection comportent un capteur de pression 52 statique moyenne insensible au bruit aérodynamique du véhicule, et coopérant avec un intégrateur pneumatique 56 pour que l'automate 28 ferme simultanément les trois clapets 22, 24, 36 au-delà d'un premier niveau de variation de pression. En-dessous d'un deuxième niveau, le troisième clapet 36 s'ouvre préalablement pour l'équilibrage progressif de la pression entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule, alors que les premier et deuxième clapets 22, 24 de plus grandes sections restent fermés. La réouverture des premier et deuxième clapets 22, 24 pour l'admission et l'échappement de l'air intervient après une temporisation prédéterminée <IMAGE>

Description

Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un dispositif de protection contre les ondes de pression appliquées à un véhicule de transport climatisé se déplaçant à grande vitesse, et comprenant :
  • un orifice d'entrée de l'air extérieur et un orifice de sortie de l'air intérieur, l'orifice d'entrée étant connecté à un conduit d'aspiration dirigeant l'air aspiré vers le système de climatisation et de ventilation, l'orifice de sortie étant relié à un conduit d'échappement rejetant l'air intérieur par extraction vers l'extérieur,
  • un premier clapet d'obturation du conduit d'aspiration,
  • un deuxième clapet d'obturation du conduit d'échappement,
  • des moyens de détection des moyens de la variation de la pression externe du véhicule, délivrant des signaux de mesure représentatifs de ladite variation,
  • et un automate de contrôle commande recevant les signaux de mesure en provenance des moyens de détection pour piloter d'une part la fermeture des premier et deuxième clapets après dépassement d'un premier niveau prédéterminé de la variation de la pression externe, et d'autre part et la réouverture desdits clapets lorsque la variation de pression est descendue au-dessous d'un second niveau prédéterminé.
Etat de la technique
Les documents EP-A-0 579 536 et 0 143 931 décrivent des dispositifs connus de suppression des variations brutales de pression susceptibles de s'exercer sur les parois externes d'un train. Dans le document EP-A-0 579 536, des moyens d'équilibrage entre la pression extérieure et la pression intérieure, sont formés par une dérivation spéciale, laquelle est normalement obturée en l'absence d'ondes de pression. Dès que le détecteur révèle l'existence d'une onde de pression, les clapets d'aspiration et d'échappement sont obturés et la dérivation est ouverte. Les moyens de détection pilotant l'automate peuvent être formés par un détecteur interne et/ou externe, ou une balise à l'entrée ou à la sortie du tunnel.
Le document EP 0 700 818 se rapporte à un dispositif de protection contre les surpressions, utilisant dans chaque véhicule un deuxième jeu de volets en by-pass avec des ventilateurs du type à front raide pour le renouvellement en air neuf. Une telle installation est chère, possède un encombrement et un poids importants, et nécessite une consommation d'énergie élevée.
Objet de l'invention
L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de protection efficace contre les ondes de pression, ne nécessitant ni balise de commande au sol, ni ventilateur à front raide, ni de mesure de la pression régnant à l'intérieur des véhicules, et autorisant les entrées et sorties de tunnels ainsi que le renouvellement de l'air des voitures lors du passage dans les tunnels.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que :
  • les moyens de détection comportent un capteur de pression statique moyenne insensible au bruit aérodynamique du véhicule, et coopérant avec des moyens intégrateurs pneumatiques pour élaborer les signaux de mesure,
  • l'automate contrôle un troisième clapet agencé dans un conduit du climatiseur, de manière à être fermé simultanément avec les premier et deuxième clapets, et à être réouvert préalablement pour l'équilibrage progressif de la pression entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule, alors que lesdits premier et deuxième clapets de plus grandes sections restent fermés,
  • la réouverture finale des premier et deuxième clapets pour l'admission et l'échappement de l'air intervenant après une temporisation prédéterminée.
Selon une caractéristique de l'invention, le capteur de pression statique moyenne externe est en liaison avec un intégrateur pneumatique et un capteur de pression différentielle, lequel délivre un signal de mesure électronique proportionnel vers l'automate.
Selon une caractéristique de l'invention, le capteur de pression statique moyenne externe est relié à un capteur de pression absolue branché à l'entrée de l'automate, la fonction d'intégration pneumatique étant réalisée par programmation dans le processeur de l'automate.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le troisième clapet est situé dans le conduit d'évacuation du circuit de condensation à la sortie de la batterie d'évaporateur du climatiseur. Le capteur de pression statique est installé en tête de train, et comprend des orifices disposés dans l'écoulement d'air extérieur, et en liaison avec une zone de mesure effectuant la moyenne des pressions statiques sur la surface exposée dudit capteur.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:
  • la figure 1 est une vue schématique montrant le système de ventilation et de climatisation équipé du dispositif de protection contre les ondes de pression selon l'invention;
  • la figure 2 représente une vue de détail du climatiseur doté du troisième clapet;
  • la figure 3 montre le circuit de l'automate de contrôle commande des clapets;
  • la figure 4 est une variante du schéma de la figure 3.
Description d'un mode de réalisation préférentiel
En référence à la figure 1, un système de ventilation et de climatisation 10 pour des véhicules de transport terrestre, notamment d'un train à grande vitesse, est équipé d'un dispositif de protection contre les ondes de pression 12. Il comporte au niveau de chaque véhicule, un orifice d'entrée 14 de l'air extérieur, et un orifice de sortie 16 de l'air intérieur. L'orifice d'entrée 14 est connecté à un conduit d'aspiration 18 qui dirige l'air neuf aspiré vers le système interne de ventilation et de climatisation 10. L'orifice de sortie 16 est relié à un conduit d'échappement 20 rejetant l'air intérieur par extraction vers l'extérieur.
L'admission d'air neuf extérieur est commandée par un premier clapet 22 d'obturation logé dans le conduit d'aspiration 18, tandis que l'évacuation de l'air intérieur est commandée par un deuxième clapet 24 d'obturation ménagé dans le conduit d'échappement 20.
Le dispositif de protection contre les ondes de pression 12 comprend des moyens de détection 26 de la variation de pression externe du véhicule, et un automate de contrôle commande 28 qui reçoit et traite les signaux de mesure en provenance des moyens de détection 26 pour piloter une série d'actionneurs 30, 32, 34 destinés à manoeuvrer respectivement le premier clapet 22 du conduit d'aspiration, le deuxième clapet 24 du conduit d'échappement 20, et un troisième clapet 36 du circuit de condensation du climatiseur.
La figure 2 montre schématiquement le climatiseur 38 logé dans un caisson 40 renfermant un ventilateur d'unité 42 qui aspire l'air à travers un filtre 44 et une batterie d'évaporateur 46. L'air climatisé est soufflé selon la flèche F1 dans une gaine 48 de voiture, et l'eau du circuit de condensation à la sortie de la batterie d'évaporateur 46 est évacuée à travers un conduit d'évacuation 50 dans lequel est intégré le troisième clapet 36. Un écoulement additionnel de reprise d'air en direction du filtre 44 est représenté par la flèche F2.
La section du troisième clapet 36 dans le conduit d'évacuation 50 des condensats à la sortie de la batterie d'évaporateur 46, est inférieure à celle du premier ou deuxième clapets 22, 24 des conduits d'aspiration et d'échappement de l'air.
Sur la figure 3, les moyens de détection 26 comportent un capteur de pression 52 statique moyenne, lequel est installé de préférence en tête du train en un point où la pression statique est proche de la pression atmosphérique lorsque le train roule en champ libre. Le capteur de pression 52 externe est doté de plusieurs orifices disposés dans l'écoulement d'air extérieur de façon à mesurer une pression statique, et en liaison avec une zone de mesure permettant d'obtenir la moyenne des pressions sur la surface exposée du capteur 52. L'utilisation d'un tel capteur permet de réduire le bruit aérodynamique provoqué par la vitesse du train.
Le capteur de pression 52 transmet la pression statique moyenne à un capteur de pression différentielle 54 et à un intégrateur pneumatique 56. Le signal en pression de sortie de l'intégrateur pneumatique 56 est également envoyé au capteur de pression différentielle 54, lequel délivre à la sortie un signal de mesure S1 électronique proportionnel vers l'automate de contrôle commande 28.
L'intégrateur pneumatique 56 permet de prendre en compte les variations de la pression atmosphérique à l'intérieur d'un tunnel, car il est sensible aux variations d'altitude.
Lors de la détection d'une forte onde de pression provoquant un dépassement du signal de mesure S1 au-delà d'un premier niveau de variation de pression, l'automate 28 envoie des ordres de commande de fermeture aux trois clapets d'obturation 22, 24 et 36. Les trois conduits 18, 20 et 50 sont alors bouchés simultanément de manière à isoler l'intérieur du véhicule de l'extérieur. Les actionneurs 30, 32, 34 peuvent être à commande pneumatique, hydraulique, ou électrique. Le premier niveau de variation de pression peut être un seuil haut ou bas selon que l'onde de pression est positive ou négative.
Lorsque le signal de mesure S1 redescend en-dessous d'un deuxième niveau de variation de pression, l'automate 28 délivre d'abord un ordre d'ouverture à l'actionneur 34 du troisième clapet 36 du circuit de condensation du climatiseur 38. La réouverture préalable du troisième clapet 36 permet un équilibrage progressif des pressions à l'intérieur et à l'extérieur du véhicule alors que les deux autres clapets 22, 24 de plus grandes sections, restent fermés. Après l'écoulement d'une temporisation, les deux autres clapets 22, 24 sont réouverts par les actionneurs 30, 32 pour l'admission et l'échappement de l'air, et le système de ventilation et de climatisation 10 est remis en service de fonctionnement normal.
Le dispositif de protection contre les ondes de pression 12 ne nécessite ni de balises de contrôle au sol, ni de ventilateurs de dérivation à fronts raides, ni de mesure de pression à l'intérieur du véhicule. Un seul dispositif de détection est à prévoir à l'extérieur de chaque extrémité du train, de manière à détecter les ondes de pression gênantes aux entrées et sorties de tunnels, et aux croisements de trains. En fonction de l'amplitude du signal de mesure S1 représentatif de la variation de pression externe, l'ensemble des clapets 22, 24, 36 peut s'ouvrir et se fermer plusieurs fois durant la traversée d'un tunnel.
Sur la figure 4, les moyens de détection 26 sont formés par un capteur de pression absolu 58 piloté par le capteur de pression moyenne 52. Le capteur de pression différentielle 54 est supprimé, et la fonction d'intégration pneumatique est réalisée par programmation dans l'automate de contrôle commande 28.

Claims (5)

  1. Dispositif de protection contre les ondes de pression appliquées à un véhicule de transport climatisé se déplaçant à grande vitesse, et comprenant :
    un orifice d'entrée (14) de l'air extérieur et un orifice de sortie (16) de l'air intérieur, l'orifice d'entrée (14) étant connecté à un conduit d'aspiration (18) dirigeant l'air aspiré vers le système de climatisation et de ventilation (10), l'orifice de sortie (16) étant relié à un conduit d'échappement (20) rejetant l'air intérieur par extraction vers l'extérieur,
    un premier clapet (22) d'obturation du conduit d'aspiration (18),
    un deuxième clapet (24) d'obturation du conduit d'échappement (20),
    des moyens de détection des moyens de la variation de la pression externe du véhicule, délivrant des signaux de mesure représentatifs de ladite variation,
    et un automate (28) de contrôle commande recevant les signaux de mesure en provenance des moyens de détection pour piloter d'une part la fermeture des premier et deuxième clapets (22, 24) après dépassement d'un premier niveau prédéterminé de la variation de la pression externe, et d'autre part et la réouverture desdits clapets lorsque la variation de pression est descendue au-dessous d'un second niveau prédéterminé,
    caractérisé en ce que :
    les moyens de détection comportent un capteur de pression (52) statique moyenne insensible au bruit aérodynamique du véhicule, et coopérant avec des moyens intégrateurs pneumatiques pour élaborer les signaux de mesure,
    l'automate (28) contrôle un troisième clapet (36) agencé dans un conduit du climatiseur (38), de manière à être fermé simultanément avec les premier et deuxième clapets (22, 24), et à être réouvert préalablement pour l'équilibrage progressif de la pression entre l'intérieur et l'extérieur du véhicule, alors que lesdits premier et deuxième clapets (22, 24) de plus grandes sections restent fermés,
    la réouverture des premier et deuxième clapets (22, 24) pour l'admission et l'échappement de l'air intervenant après une temporisation prédéterminée.
  2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de pression (52) statique moyenne externe est en liaison avec un intégrateur pneumatique (56) et un capteur de pression différentielle (54), lequel délivre un signal de mesure (51) électronique proportionnel vers l'automate (28).
  3. Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de pression (52) statique moyenne externe est relié à un capteur de pression (58) absolue branché à l'entrée de l'automate (28), la fonction d'intégration pneumatique étant réalisée par programmation dans le processeur de l'automate (28).
  4. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième clapet (36) est situé dans le conduit d'évacuation (50) des condensats à la sortie de la batterie d'évaporateur (46) du climatiseur (38).
  5. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capteur de pression (52) statique est installé en tête de train, et comprend des orifices disposés dans l'écoulement d'air extérieur, et en liaison avec une zone de mesure effectuant la moyenne des pressions statiques sur la surface exposée dudit capteur.
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