EP3196091A1 - Dispositif de captation d'air - Google Patents
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- EP3196091A1 EP3196091A1 EP17152039.8A EP17152039A EP3196091A1 EP 3196091 A1 EP3196091 A1 EP 3196091A1 EP 17152039 A EP17152039 A EP 17152039A EP 3196091 A1 EP3196091 A1 EP 3196091A1
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Definitions
- the present invention relates to an air collection device provided with an air flow control device of the type comprising an air duct delimiting an air intake opening in a direction of air circulation, a shutter of the air duct, mounted displaceable relative to the pipe between a rest position and an at least partial closure position of the pipe, a shutter return means to its rest position, and a shutter actuating shutter, providing an exposed wall in the direction of airflow.
- an air flow control device of the type comprising an air duct delimiting an air intake opening in a direction of air circulation, a shutter of the air duct, mounted displaceable relative to the pipe between a rest position and an at least partial closure position of the pipe, a shutter return means to its rest position, and a shutter actuating shutter, providing an exposed wall in the direction of airflow.
- the air catching device is installed for example on a railway vehicle.
- An air collection device can supply air to a ventilation system or an air conditioning system.
- the ventilation system or the air conditioning system is used to renew the air or in an enclosed space.
- This device sees its air supply strongly depend on the force and direction of the wind, as well as the direction and speed of the vehicle.
- the air collection device is then subjected to sudden changes in air flow, causing either a waterlogging or asphyxiation of the air treatment system.
- the document US 2,749,833 unveils a mechanical control system of an air collection device.
- the control system obstructs the outlet of an air line with a pivoting shutter. This shutter is actuated by a pivoting flap disposed inside the pipe.
- a mechanical return system prevents accidental slamming of the shutter and regulates the air flow.
- the presence of the mechanical control system torments the flow of the airflow.
- An object of the invention is to provide a flow-controlled air intake device having a slightly tormented air flow.
- the subject of the invention is an air-catching device of the aforementioned type, characterized in that it comprises an actuating flap external to the air duct.
- a railway vehicle 12 has on its roof an air catching device 13.
- the device 13 is fixed rigidly to the roof of the railway vehicle 12 via a base 14 comprising, for example, four support legs 15.
- the support legs 15 delimit a stream of air between the device 13 and the roof of the railway vehicle 12.
- the air sensing device 13 comprises a parallelepipedal housing 16 comprising side walls 18, a bottom 20 and a cover 22.
- the air sensing device 13 comprises a pipe 24, passing through the housing 16 from side to side longitudinally.
- the air duct 24 is of parallelepipedal shape.
- the pipe 24 extends longitudinally along an axis X-X substantially parallel to the direction of travel of the railway vehicle 12.
- the pipe 24 opens out on either side of the device 13. It defines an interior volume 26.
- a rectangular inlet mouth 28 defines an air inlet in the interior volume 26 of the device 13.
- the inlet mouth 28 has a width of between 2 cm and 15 cm, and preferably a width of 5 cm. It has a height of between 2 cm and 10 cm, and preferably a height of 4 cm.
- the intake mouth 28 opens towards the front of the device by considering the direction of travel of the vehicle.
- a protective grid is fixed rigidly to the device 13 facing the inlet mouth 28.
- An outlet port 32 defines an air outlet from the interior volume 26 of the device 13 to an air conditioning equipment not shown.
- the outlet orifice 32 has a width of between 2 cm and 15 cm, and preferably a height of 5 cm. It has a height of between 2 cm and 13 cm, and preferably a height of 4 cm.
- a shutter 36 is mounted movable with respect to the pipe 24, facing the inlet port 28. It is movable between a rest position and a partial closure position of the pipe 24.
- the shutter 36 is rotatable about a horizontal shaft 38 substantially perpendicular to the X-X axis.
- the shutter 36 is retractable by a rotational movement behind a cap 40 extending the cover 22.
- the shutter 36 is disposed adjacent to the inlet mouth 28.
- It comprises a front wall 42 facing the inlet mouth 28 and a ventral wall 44 facing the inner volume 26.
- the front wall 42 has the shape of a cylinder portion. It is exposed to the direction of airflow as defined in line 24.
- the ventral wall 44 of the shutter is a bossed surface whose convexity is turned towards the interior volume 26 of the air duct.
- This surface is cylindrical and has a generatrix perpendicular to the axis X-X and parallel to the shaft 38.
- the front wall 42 of the shutter 36 and the inner surface of the cap 40 have an identical radius of curvature.
- the radius of curvature of the front wall 42 of the shutter and the cap 40 has a value of between 2 cm and 10 cm, and preferably a value of 4 cm.
- the radius of curvature of the ventral wall 44 is between 4 cm and 40 cm and preferably substantially equal to 10 cm.
- the shutter 36 is movable through an orifice 46 formed in the upper surface of the pipe 24.
- the shutter 36 In its rest position, the shutter 36 is retracted out of the pipe 24 through the orifice 46, between the pipe 24 and the housing 16.
- the shutter 36 then extends through its ventral wall 44 the upper surface of the pipe 24.
- the shutter 36 projects into the pipe 24 thus reducing the section thereof.
- the shaft 38 is external to the inner volume 26 of the pipe 24. It advantageously extends in the thickness of the upper wall delimiting the pipe 24. It passes through the shutter 36 and is held in position, overlooking the pipe 24 by extensions 48 of the two side walls delimiting the pipe 24.
- the ends of the shaft 38 are open, through the extensions 48, into lateral compartments adjacent to the pipe 24 delimited by the housing 16.
- An actuating flap 50 outside the line 24 is connected to the shutter 36 for its actuation. It comprises a plate 52 arranged transversely to the air stream, and link arms 54 passing through the bottom 20 of the housing 16 through slots in the side compartments.
- the slots allow the movement of the actuating flap 50.
- the arms 54 are rigidly connected at their upper ends to the pivoting shaft 38 providing a rigid connection between the flap 50 and the shutter 36.
- each arm 54 is integral with the plate 52 which opposes the direction of air flow.
- the plate 52 is located between the roof of the railway vehicle 12 and the base 14 of the air collection device. It extends parallel to the shutter 36.
- the plate 52 is rectangular in shape.
- the width of the plate 52 is between 2 cm and 10 cm, and is preferably close to a value of 5 cm. Its height is between 1 cm and 10 cm, and is preferably close to a value of 2 cm.
- the arms 54 of the actuating flap 50 are rigidly connected to a return means 56.
- the return means 56 outside the line 24, comprises a counterweight 58 carried by a counterweight support 60 integral with the arm 54.
- the counterweight support 60 is located on the arm 54 between the shaft 38 and the plate 52.
- the counterweight support 60 and the counterweight 58 are external to the pipe 24. They are contained in the lateral compartment adjacent to the air duct 24.
- the counterweight support 60 is, for example, of the general shape of a disk portion. This disk portion extends towards the outlet mouth 32.
- the figure 3 illustrates the device 13 in its rest position in which the flap 50 is not subjected to any air flow.
- This rest position is characterized by the angle ⁇ rest , defined by the angle formed by the orientation of the arms 54 with the vertical axis of gravity.
- the convex surface 44 extends the upper wall of the conduit 24 and forms a transverse lobe projecting across the width of the pipe 24, locally reducing its section and in particular its height.
- the figure 4 illustrates the device 13 in one of its operating positions.
- the maximum travel of the shutter is minus 45 degrees, and preferably 30 degrees.
- the shutter 36 In this operating position, the shutter 36 is retracted only partially behind the cap 40.
- the front wall 42 of the shutter 36 is partially exposed to the direction of circulation of the air perceived by the railway vehicle 12. It partially closes the inlet mouth 28 of the air in the device 13.
- the front wall 42 of the shutter 36 completely closes the inlet mouth 28 of the air in the device 13.
- the external environment subjects the railway vehicle 12 to a direction of air circulation.
- the air circulating in the air vein exerts a force on the plate 52.
- the force exerted by the air on the plate 52 rotates the shaft 38, causing the shutter 36 and the counterweights 58 in a circular rocking motion about the axis 38.
- the device 13 then leaves the rest position defined by the angle ⁇ rest .
- the angular displacement of the counterweight 58 generates a return moment of the shutter 36 on the shaft 38.
- the shutter 36 finds an equilibrium position in which the forces exerted on the shaft 38 by the circulation of the air on the actuating flap 50, the restoring force of the counterweight 58 and the weights of the flap. actuation 50 and the shutter 36 are balanced.
- the shutter 36 partially obstructs the intake port 28 of the air line 24, regulating the flow of air therein.
- the bossed ventral wall 44 of the shutter 36 guides the air from the inlet port 30 to the current section of the pipe 24 by providing a laminar flow of air in the pipe 24.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
- La présente invention concerne un dispositif de captation d'air muni d'un dispositif de contrôle de débit d'air du type comprenant une conduite d'air délimitant une bouche d'admission d'air suivant un sens de circulation de l'air, un obturateur de la conduite d'air, monté déplaçable par rapport à la conduite entre une position de repos et une position d'obturation au moins partielle de la conduite, un moyen de rappel de l'obturateur vers sa position de repos, et un volet d'actionnement de l'obturateur, offrant une paroi exposée suivant le sens de circulation de l'air.
- Le dispositif de captation d'air est installé par exemple sur un véhicule ferroviaire.
- Un dispositif de captation d'air permet d'alimenter en air un système de ventilation ou bien un système de conditionnement d'air. Le système de ventilation ou le système de conditionnement d'air permet de renouveler l'air ou dans un espace clos.
- Ce dispositif voit son alimentation en air dépendre fortement de la force et de la direction du vent, ainsi que de la direction et de la vitesse du véhicule. Le dispositif de captation d'air est alors soumis à de brusques variations de débit d'air, entraînant soit un engorgement soit une asphyxie du système de traitement d'air.
- Le document
US 2 749 833 dévoile un système de contrôle mécanique d'un dispositif de captation d'air. Le système de contrôle obstrue l'orifice de sortie d'une conduite d'air à l'aide d'un obturateur pivotant. Cet obturateur est actionné par un volet pivotant disposé à l'intérieur de la conduite. Un système de rappel mécanique évite le claquement intempestif de l'obturateur et régule le débit d'air. - La présence du système de contrôle mécanique tourmente l'écoulement du flux d'air.
- Un but de l'invention est de fournir un dispositif de captation d'air régulé en débit, présentant un flux d'air peu tourmenté.
- A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de captation d'air du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend un volet d'actionnement extérieur à la conduite d'air.
- Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de captation d'air selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- une coiffe derrière laquelle l'obturateur est escamoté en position de repos ;
- l'obturateur comporte au moins une surface bossée ;
- le dispositif comporte des pieds de support du dispositif et le volet comprend une plaque disposée entre les pieds ;
- le moyen de rappel inclut au moins un contrepoids ;
- le dispositif comporte un boitier traversé de part en part par la conduite, le ou chaque contrepoids étant situé entre le boitier et la conduite ;
- l'obturateur est mobile en regard de la bouche d'admission, et
- le dispositif comporte une grille de protection fixée en regard de la bouche d'admission.
- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la
figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule ferroviaire comportant un dispositif de captation d'air, selon l'invention ; - la
figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif de captation d'air de lafigure 1 ; - la
figure 3 est une vue de côté de la coupe du dispositif de captation d'air de lafigure 2 , selon l'invention, en position de repos ; et - la
figure 4 est une vue de côté de la coupe du dispositif de captation d'air, en position d'obturation. - En référence à la
figure 1 , un véhicule ferroviaire 12 comporte sur son toit un dispositif de captation d'air 13. - Le dispositif 13 est fixé rigidement au toit du véhicule ferroviaire 12 par l'intermédiaire d'un socle 14 comprenant, par exemple, quatre pieds de support 15.
- Les pieds de support 15 délimitent une veine d'air entre le dispositif 13 et le toit du véhicule ferroviaire 12.
- Le dispositif de captation d'air 13 comprend un boîtier 16 parallélépipédique comprenant des parois latérales 18, un fond 20 et un couvercle 22.
- En référence à la
figure 2 , le dispositif de captation d'air 13 comporte une conduite 24, traversant le boîtier 16 de part en part longitudinalement. - Avantageusement, la conduite d'air 24 est de forme parallélépipédique.
- La conduite 24 s'étend longitudinalement selon un axe X-X sensiblement parallèle à la direction d'avancement du véhicule ferroviaire 12. La conduite 24 est débouchante de part et d'autre du dispositif 13. Elle définit un volume intérieur 26.
- Une bouche d'admission rectangulaire 28 délimite une entrée d'air dans le volume intérieur 26 du dispositif 13.
- La bouche d'admission 28 possède une largeur comprise entre 2 cm et 15 cm, et de préférence une largeur de 5 cm. Elle a une hauteur comprise entre 2 cm et 10 cm, et de préférence une hauteur de 4 cm.
- La bouche d'admission 28 s'ouvre vers l'avant du dispositif en considérant le sens d'avancement du véhicule.
- Avantageusement, une grille de protection est fixée rigidement au dispositif 13 en regard de la bouche d'admission 28.
- Un orifice de sortie 32 délimite une sortie d'air, depuis le volume intérieur 26 du dispositif 13 vers un équipement de conditionnement d'air non représenté.
- L'orifice de sortie 32 possède une largeur comprise entre 2 cm et 15 cm, et de préférence une hauteur de 5 cm. Il a une hauteur comprise entre 2 cm et 13 cm, et de préférence une hauteur de 4 cm.
- Un obturateur 36 est monté mobile par rapport à la conduite 24, en regard de la bouche d'admission 28. Il est déplaçable entre une position de repos et une position d'obturation partielle de la conduite 24.
- L'obturateur 36 est mobile en rotation autour d'un arbre horizontal 38, sensiblement perpendiculaire à l'axe X-X. L'obturateur 36 est escamotable par un mouvement de rotation derrière une coiffe 40 prolongeant le couvercle 22.
- L'obturateur 36 est disposé de manière adjacente à la bouche d'admission 28.
- Il comporte une paroi frontale 42 tournée vers la bouche d'admission 28 et une paroi ventrale 44 tournée vers le volume intérieur 26.
- La paroi frontale 42 a la forme d'une portion de cylindre. Elle est exposée au sens de circulation de l'air tel que défini dans la conduite 24.
- La paroi ventrale 44 de l'obturateur est une surface bossée dont la convexité est tournée vers le volume intérieur 26 de la conduite d'air. Cette surface est cylindrique et a une génératrice perpendiculaire à l'axe X-X et parallèle à l'arbre 38.
- Avantageusement, la paroi frontale 42 de l'obturateur 36 et la surface intérieure de la coiffe 40 ont un rayon de courbure identique.
- Le rayon de courbure de la paroi frontale 42 de l'obturateur et de la coiffe 40 possède une valeur comprise entre 2 cm et 10 cm, et de préférence une valeur de 4 cm.
- Le rayon de courbure de la paroi ventrale 44 est compris entre 4 cm et 40 cm et de préférence sensiblement égal à 10 cm.
- L'obturateur 36 est mobile au travers d'un orifice 46 aménagé dans la surface supérieure de la conduite 24.
- Dans sa position de repos, l'obturateur 36 est escamoté hors de la conduite 24 au travers de l'orifice 46, entre la conduite 24 et le boîtier 16.
- L'obturateur 36 prolonge alors par sa paroi ventrale 44 la surface supérieure de la conduite 24.
- Dans sa position d'obturation partielle, l'obturateur 36 fait saillie dans la conduite 24 réduisant ainsi la section de celle-ci.
- L'arbre 38 est extérieur au volume intérieur 26 de la conduite 24. Il s'étend avantageusement dans l'épaisseur de la paroi supérieure délimitant la conduite 24. Il traverse l'obturateur 36 et est maintenu en position, en surplomb de la conduite 24 par des prolongements 48 des deux parois latérales délimitant la conduite 24.
- Les extrémités de l'arbre 38 sont débouchantes, au travers des prolongements 48, dans des compartiments latéraux adjacents à la conduite 24 délimités par le boîtier 16.
- Un volet d'actionnement 50, extérieur à la conduite 24, est relié à l'obturateur 36 pour son actionnement. Il comprend une plaque 52 disposée transversalement à la veine d'air, et des bras de liaison 54 traversant le fond 20 du boîtier 16 au travers de fentes aménagées dans les compartiments latéraux.
- Les fentes permettent le déplacement du volet d'actionnement 50.
- Les bras 54 sont reliés rigidement par leurs extrémités supérieures à l'arbre pivotant 38 assurant une liaison rigide entre le volet 50 et l'obturateur 36.
- L'extrémité inférieure de chaque bras 54 est solidaire de la plaque 52 qui s'oppose au sens de circulation de l'air.
- La plaque 52 est située entre le toit du véhicule ferroviaire 12 et le socle 14 du dispositif de captation d'air. Elle s'étend parallèlement à l'obturateur 36.
- La plaque 52 est de forme rectangulaire.
- La largeur de la plaque 52 est comprise entre 2 cm et 10 cm, et est de préférence proche d'une valeur de 5 cm. Sa hauteur est comprise entre 1 cm et 10 cm, et est de préférence proche d'une valeur de 2 cm.
- Les bras 54 du volet d'actionnement 50 sont liés rigidement à un moyen de rappel 56.
- Le moyen de rappel 56, extérieur à la conduite 24, comprend un contrepoids 58 porté par un support de contrepoids 60 solidaire du bras 54.
- Le support de contrepoids 60 est situé sur le bras 54 entre l'arbre 38 et la plaque 52.
- Le support de contrepoids 60 et le contrepoids 58 sont extérieurs à la conduite 24. Ils sont contenus dans le compartiment latéral adjacent à la conduite d'air 24.
- Le support de contrepoids 60 est, par exemple, de la forme générale d'une portion de disque. Cette portion de disque s'étend en direction de la bouche de sortie 32.
- La
figure 3 illustre le dispositif 13 dans sa position de repos dans laquelle le volet 50 n'est soumis à aucun flux d'air. Cette position de repos est caractérisée par l'angle αrepos, défini par l'angle formé par l'orientation des bras 54 avec l'axe vertical de la gravité. - Dans cette position de repos, l'obturateur 36 est totalement hors de la conduite 24 et est escamoté derrière la coiffe 40.
- Dans cette position, la surface convexe 44 prolonge la paroi supérieure du conduit 24 et forme un lobe transversal saillant sur toute la largeur de la conduite 24, réduisant localement sa section et notamment sa hauteur.
- La
figure 4 illustre le dispositif 13 dans une de ses positions de fonctionnement. - Le débattement maximal de l'obturateur est de moins 45 degrés, et de préférence de 30 degrés.
- Dans cette position de fonctionnement, l'obturateur 36 est escamoté seulement partiellement derrière la coiffe 40. La paroi frontale 42 de l'obturateur 36 est exposée partiellement au sens de circulation de l'air perçu par le véhicule ferroviaire 12. Elle obture partiellement la bouche d'admission 28 de l'air dans le dispositif 13.
- Dans une variante, la paroi frontale 42 de l'obturateur 36 obture totalement la bouche d'admission 28 de l'air dans le dispositif 13.
- En fonctionnement, l'environnement extérieur soumet le véhicule ferroviaire 12 à un sens de circulation de l'air.
- Une partie de l'air circulant autour du véhicule ferroviaire 12 est captée par le dispositif de captation d'air 13 et s'engouffre dans la conduite 24 sous l'action du déplacement du véhicule.
- L'air circulant dans la veine d'air exerce un effort sur la plaque 52.
- L'effort exercé par l'air sur la plaque 52 fait pivoter l'arbre 38, entrainant l'obturateur 36 et les contrepoids 58 dans un mouvement circulaire de balancier autour de l'axe 38.
- Le dispositif 13 quitte alors la position de repos définie par l'angle αrepos.
- Le déplacement angulaire du contrepoids 58 génère un moment de rappel de l'obturateur 36 sur l'arbre 38.
- L'obturateur 36 trouve une position d'équilibre dans laquelle les efforts exercés sur l'arbre 38 par la circulation de l'air sur le volet d'actionnement 50, l'effort de rappel du contrepoids 58 et les poids du volet d'actionnement 50 et de l'obturateur 36 s'équilibrent.
- L'obturateur 36 obstrue partiellement la bouche d'admission 28 de la conduite d'air 24, régulant le débit d'air dans celle-ci.
- La paroi ventrale bossée 44 de l'obturateur 36 guide l'air depuis la bouche d'admission 30 jusqu'à la section courante de la conduite 24 en assurant un flux d'air laminaire dans la conduite 24.
- Grâce à l'invention, il est possible de réguler un dispositif de captation d'air 13 en débit et présentant un flux d'air non tourmenté à l'orifice de sortie 32 de la conduite 24, par la présence unique de l'obturateur 36 à l'entrée de la conduite 24.
Claims (8)
- Dispositif de captation d'air (13) muni d'un dispositif de contrôle de débit d'air du type comprenant :- une conduite d'air (24) délimitant une bouche d'admission (28) d'air suivant un sens de circulation de l'air,- un obturateur (36) de la conduite d'air (24), monté déplaçable par rapport à la conduite (24) entre une position de repos et une position d'obturation au moins partielle de la conduite (24),- un moyen (56) de rappel de l'obturateur (36) vers sa position de repos,- un volet (50) d'actionnement de l'obturateur (36), offrant une paroi exposée suivant le sens de circulation de l'air,caractérisé en ce que le volet d'actionnement (50) est extérieur à la conduite d'air (24).
- Dispositif de captation d'air (13) selon la revendication 1, dans lequel il comporte une coiffe (40) derrière laquelle l'obturateur (36) est escamoté en position de repos.
- Dispositif de captation d'air (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'obturateur (36) comporte au moins une surface bossée (44).
- Dispositif de captation d'air (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comporte des pieds de support (15) du dispositif (13) et le volet (50) comprend une plaque (52) disposée entre les pieds (15).
- Dispositif de captation d'air (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de rappel (56) inclut au moins un contrepoids (58).
- Dispositif de captation d'air (13) selon la revendication 5, dans lequel il comporte un boitier (16) traversé de part en part par la conduite (24), le ou chaque contrepoids (58) étant situé entre le boitier (16) et la conduite (24).
- Dispositif de captation d'air (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'obturateur (36) est mobile en regard de la bouche d'admission (28).
- Dispositif de captation d'air (13) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comporte une grille de protection fixée en regard de la bouche d'admission (28).
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2016
- 2016-01-19 FR FR1650414A patent/FR3046751B1/fr not_active Expired - Fee Related
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2017
- 2017-01-18 ES ES17152039T patent/ES2804905T3/es active Active
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