EP3862244B1 - Système de refroidissement et procédé de détection d'encrassement associé - Google Patents

Système de refroidissement et procédé de détection d'encrassement associé Download PDF

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EP3862244B1
EP3862244B1 EP21155391.2A EP21155391A EP3862244B1 EP 3862244 B1 EP3862244 B1 EP 3862244B1 EP 21155391 A EP21155391 A EP 21155391A EP 3862244 B1 EP3862244 B1 EP 3862244B1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling system
predetermined
equipment
power supply
temperature sensor
Prior art date
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EP21155391.2A
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English (en)
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EP3862244A1 (fr
Inventor
Christophe AUDEMAR
Bertrand Chauchat
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Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Alstom Transport Technologies SAS
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Publication date
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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

Definitions

  • the present invention relates to a cooling system, for example for a vehicle, in particular railway.
  • the drop in ventilation flow results in a drop in the performance of the cooling system.
  • To remedy this drop in performance it is necessary to carry out maintenance operations which are, for example, cleaning and/or replacing the filter.
  • a first maintenance strategy is corrective maintenance, which consists of doing nothing until the drop in performance has an impact on functionality or even breakage.
  • a second maintenance strategy is systematic maintenance, which consists in carrying out maintenance operations spaced out in time by predefined periods.
  • a third maintenance strategy is predictive maintenance, which consists in directly or indirectly controlling the cooling efficiency automatically and regularly to carry out the maintenance operation as late as possible without the functional being affected. This third strategy is generally to be favored in economic terms.
  • a vane anemometer or other types of device such as a hot film or a hot ball.
  • these types of sensor are not intended to be permanently mounted on rolling stock, for example railroad stock, which moreover is in an environment likely to be polluted, for example by particles and/or dust, or even l 'water.
  • the object of the invention is thus in particular to propose a system for detecting fouling of a cooling system, the detection system being simple, robust and suitable for prolonged use in a vehicle, for example railway.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a railway vehicle, comprising a cooling system as described above.
  • the vehicle may optionally comprise the following characteristic: the vehicle comprises at least one electrical or thermal equipment, the cooling system being suitable for cooling the equipment or forming part of the equipment, the equipment being for example an electrical converter, a air/water exchanger, an air conditioning system, or a traction system.
  • a vehicle 10 according to the invention is illustrated in the figure 1 .
  • the vehicle 10 is for example a railway vehicle.
  • the vehicle 10 is a road transport vehicle, for example a bus or a car.
  • the vehicle 10 includes a cooling system 12 according to the invention.
  • the vehicle 10 also typically includes at least one piece of electrical or thermal equipment 14 .
  • the equipment 14 has at least one operating configuration, in which it is able to implement a predetermined function, and a shutdown configuration, in which the predetermined function is not implemented by the equipment 14.
  • the passage of the equipment 14 from the stop configuration to the operating configuration, and/or vice versa can be controlled by an operator.
  • the predetermined function is for example an energy transfer function, in particular electrical, hydraulic, fuel, air volumes or energy transfer mechanical.
  • the predetermined function is also, as a variant, an energy storage or transformation function.
  • the predetermined function depends on the nature of the equipment 14.
  • the equipment 14 is thus for example an electric converter, an air/water exchanger, an air conditioning system, or a traction system.
  • the cooling system 12 is suitable for cooling the equipment 14.
  • the cooling system 12 is part of the equipment 14.
  • the cooling system 12 is illustrated in the figure 1 .
  • the cooling system 12 comprises a pipe 16, a device 18 for producing an air flow in the pipe 16, and a system 20 for detecting clogging of the cooling system 12.
  • fouling is meant any degrading phenomenon, worsening over time, the proper functioning of the cooling system 12 with respect to the circulation of air in the pipe 16.
  • Pipe 16 extends along a guideline.
  • the pipe 16 delimits an interior volume 22 in which circulates the flow of air produced by the production device 18.
  • the production device 18 comprises for example a fan 24.
  • the production device 18 is configured to produce the airflow at a predetermined ventilation temperature, the predetermined ventilation temperature being for example controllable by an operator.
  • the device 18 for producing the air flow is advantageously configured to produce the air flow independently of the configuration of the equipment 14.
  • the production device 18 is preferably configured to produce the airflow even when the equipment 14 is in its shutdown configuration.
  • the detection system 20, illustrated in the picture 2 comprises a finned radiator 26, a power supply device 28 and a processing unit 30.
  • the pipe 16 is shown schematically in cross section with respect to its guideline.
  • Radiator 26 includes a base 32, a plurality of fins 34, a heater 36, and a temperature sensor 38.
  • Radiator 26 is mounted on line 16.
  • the base 32 is for example received in a through opening 40 of the pipe 16 in a sealed manner, so as to prevent any loss of the flow of air circulating in the pipe 16.
  • the base 32 has any shape.
  • Base 32 is thermally conductive.
  • a thermally conductive element it is meant that the element has a thermal conductivity for example greater than 100 W/(m.K).
  • the base 32 is for example made of aluminum.
  • the fins 34 extend from the base 32 projecting.
  • the fins 34 are thermally conductive.
  • heat transmitted to base 32 by heating member 36 is able to be transmitted to fins 34 by thermal conduction.
  • the fins 34 are arranged inside the pipe 16, for example entirely inside the pipe 16.
  • the fins 34 are thus able to evacuate heat transmitted by the base 32 into the interior volume 22 of the pipe 16.
  • the air flow produced by the production device 18 is capable of presenting a nominal local flow circulating in the fins 34 of the radiator 26, when the cooling system 12 is not clogged.
  • the position of the radiator 26 along the pipe 16 is chosen according to the geometry of the pipe 16 so that, when the cooling system 12 is not clogged, the nominal local flow circulating in the fins 34 is stable and has a substantially constant value.
  • the local flow circulating in the fins 34 of the radiator 26 decreases as a function of fouling of the cooling system 12.
  • the electric power supply device 28 of the radiator 26 is configured to supply the heating member 36 with a predetermined electric power supply.
  • the electrical supply device 28 of the radiator 26 is for example permanently placed in the vehicle 10 and is configured to supply other electrical systems of the vehicle 10.
  • the power supply device 28 is thus electrically connected to the heating member 36.
  • the electrical supply device 28 is already present in the vehicle 10.
  • the finned radiator 26 is mounted on the pipe 16 and the heating member 36 is electrically connected to the device. food 28.
  • the heating member 36 is capable of heating the base 32 to a predetermined heating temperature as a function of said predetermined electric power supply.
  • the heating member 36 comprises for example an electrical resistor 42 powered by the predetermined electrical power supply.
  • the heating member 36 is in this example attached to the base 32, and in contact with it.
  • the heating element 36 is arranged outside the pipe 16.
  • the temperature sensor 38 is configured to measure a temperature of the base 32, in particular at a predetermined point on the surface of the base 32.
  • the temperature sensor 38 is for example analog.
  • the temperature sensor 38 is arranged outside the pipe 16.
  • the predetermined point is then outside the pipe 16.
  • the radiator 26 has a thermal resistance to the evacuation of heat from the heating element by the fins 34.
  • the thermal resistance is a characteristic whose value depends in particular on a local flow rate of the air flow circulating in the fins 34 according to a monotonically decreasing curve.
  • the curve has a first region in which an absolute value of a derivative of the curve is greater than a predetermined threshold, and a second region in which an absolute value of a derivative of the curve is less than the predetermined threshold.
  • the absolute value of the derivative of the curve, over the entire flow rate range is between a maximum value and a minimum value, the predetermined threshold being greater than 50% of the maximum value.
  • the curve is chosen such that the nominal local flow rate circulating in the fins 34, when the cooling system 12 is not clogged, is included in the first region.
  • the predetermined threshold is preferably chosen so that, in the first region, a drop of 5% of the nominal local flow implies a drop of at least 5%, preferably of at least 10%, of the thermal resistance of the radiator 26.
  • the temperature sensor 38 is able to detect a small drop in the local flow, given that this is accompanied by a large variation in the thermal resistance and therefore a large variation in the temperature of the base 32.
  • the processing unit 30 is connected at least to the temperature sensor 38 and to the power supply device 28.
  • the processing unit 30 is for example permanently placed in the vehicle 10 and is connected to other electrical systems of the vehicle 10.
  • the processing unit 30 comprises a processor 44 and a memory 46.
  • the processing unit 30 when mounting the cooling system 12, the processing unit 30 is already present in the vehicle 10.
  • the temperature sensor 38 of the finned radiator 26 is electrically connected to the processing unit 30.
  • the processor 44 is suitable for executing modules contained in the memory 46, in particular an operating system allowing the conventional operation of a computer system.
  • the memory 46 comprises different memory areas, storing in particular a detection module 48 capable of managing the detection of fouling of the cooling system 12 as detailed below.
  • the memory 46 also stores for example the thermal resistance curve of the radiator 26.
  • the memory 46 also stores, for example, a mathematical model or a database linking a local flow rate of the air flow circulating in the fins 34 to the predetermined electrical power supply supplied by the power supply device 28 and to the temperature measured by the temperature sensor 38.
  • the mathematical model is for example an empirical model determined upstream of the installation of the cooling system 12.
  • the memory 46 also stores a theoretical local flow rate that is not clogged, the value of which is representative of the nominal local flow rate circulating in the fins 34, when the cooling system 12 is not clogged.
  • the detection module 48 is produced in the form of software stored in the memory 46 and capable of being executed by the processor 44.
  • the detection module 48 is made at least partially in the form of a programmable logic component, or even in the form of a dedicated integrated circuit, included in the detection system 20.
  • the detection module 48 is configured to control the power supply to the heating member 36 with the predetermined electrical power supply provided by the electrical power supply device 28.
  • This control is implemented when the production device 18 produces a flow of air in the pipe 16, and preferably so that the heating temperature is higher than the predetermined ventilation temperature.
  • the detection module 48 is configured to determine a local flow rate of the air flow circulating in the fins 34 as a function of the predetermined electrical power supply supplied by the power supply device 28 and the temperature measured by the temperature sensor 38.
  • the detection module 48 is configured to acquire the predetermined electrical power supply and the temperature measured by the temperature sensor 38 and to use said mathematical model or the database stored in the memory 46.
  • the detection module 48 is then configured to detect the fouling by comparing the local flow determined with the theoretical non-clogged local flow stored in the memory 46.
  • Fouling is detected if the determined local flow rate is lower by a predetermined threshold with respect to the theoretical non-clogged local flow rate.
  • the detection module 48 is then preferably configured to emit an alert signal intended for an operator, when fouling is detected.
  • the operator is then able to intervene to carry out a maintenance operation in order to reduce or eliminate the fouling.
  • the detection module 48 is configured to implement the detection of fouling when the equipment 14 is in its stop configuration, and, if the equipment 14 is not the vehicle's traction system, when the traction system is off.
  • the detection module 48 is configured to implement the detection of fouling repeatedly at predetermined time intervals, each detection being implemented when the equipment 14 is in the shutdown configuration.
  • the method includes providing the cooling system 12 and advantageously the vehicle 10 comprising the cooling system 12.
  • the method then includes controlling the fouling of the cooling system 12.
  • This control step is for example implemented by the detection module 48 described above.
  • the fouling control step comprises the production of an air flow in the pipe 16, by the production device 18.
  • the heating member 36 is then supplied with the predetermined electrical power supply and the base 32 is heated by the heating member 36 to the predetermined heating temperature.
  • the clogging control step includes measuring the temperature of the base 32 by the temperature sensor 38.
  • the fouling control step then comprises the detection of fouling of the cooling system 12, as a function of a comparison between the temperature measured by the temperature sensor 38 and the predetermined heating temperature of the heating member 36, as described in more detail above.
  • the clogging control step is implemented when the equipment 14 is in the shutdown configuration.
  • control step is also preferably implemented when the equipment 14 is in its stop configuration, and, if the equipment 14 is not the traction system of the vehicle, when the system traction is stationary.
  • the fouling control step is repeated at predetermined time intervals, each fouling control step being implemented when the equipment 14 is in the shutdown configuration.
  • the cooling system 12 is not clogged before the operation of the equipment 14, and before the traction system operates and the vehicle 10 starts moving.
  • the detection system 20 of the invention is also suitable for prolonged use in a vehicle 10. Indeed, the system is not sensitive to potentially humid and polluted environments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un système de refroidissement, par exemple pour véhicule, notamment ferroviaire.
  • Une des contraintes des systèmes de refroidissement à air repose sur le fait que dans le temps, les débits de ventilation peuvent être affectés par des phénomènes liés à l'encrassement. Ces phénomènes peuvent intervenir au niveau du système de refroidissement lui-même ou bien au niveau de filtres à particules lorsque ceux-ci sont présents.
  • Cette problématique est affrontée dans le document EP 347 02 92 A1 , lequel décrit un système de refroidissement comprenant une canalisation, un dispositif de production de flux d'air dans la canalisation et un système de détection d'un encrassement du système de refroidissement, en l'occurrence de l'encrassement d'un échangeur de chaleur.
  • La baisse de débit de ventilation se traduit par une baisse de performance du système de refroidissement. Pour remédier à cette baisse de performance, il est nécessaire de réaliser des opérations de maintenances qui sont par exemple le nettoyage et/ou le remplacement du filtre.
  • Selon la fréquence de ces opérations, l'opération peut s'avérer très couteuse et représenter un coût important pour l'exploitant.
  • Différentes stratégies de maintenance sont possibles.
  • Une première stratégie de maintenance est une maintenance corrective, qui consiste à ne rien faire jusqu'à ce que la baisse de performance ait un impact sur le fonctionnel voire la casse.
  • Une deuxième stratégie de maintenance est une maintenance systématique, qui consiste à réaliser des opérations de maintenance espacées dans le temps par des périodes prédéfinies.
  • Une troisième stratégie de maintenance est une maintenance prédictive, qui consiste à contrôler directement ou indirectement l'efficacité de refroidissement de façon automatique et régulière pour réaliser l'opération de maintenance le plus tard possible sans que le fonctionnel ne soit affecté. Cette troisième stratégie est généralement à privilégier en terme économique.
  • Pour contrôler l'efficacité de refroidissement, il est connu de mesurer le débit de ventilation pour détecter une éventuelle baisse de débit.
  • Pour mettre en œuvre une mesure du débit de ventilation, il est connu d'utiliser un anémomètre à hélice, ou d'autres types de dispositif tels qu'un film chaud ou une boule chaude. Néanmoins, ces types de capteur n'ont pas vocation à être montés à demeure sur du matériel roulant, par exemple ferroviaire, qui plus est dans un environnement susceptible d'être pollué, par exemple par des particules et/ou poussières, voire de l'eau.
  • En particulier, pour l'anémomètre à hélice, le dépôt de pollution rendra la mesure inexacte, dès lors que la rotation de l'hélice sera contrariée par un dépôt de pollution. Ainsi, cette solution n'est pas adaptée à un système de détection propre à équiper un véhicule, par exemple ferroviaire.
  • Il est aussi connu de mesurer par capteur une perte de charge calibrée. Néanmoins, dans un environnement potentiellement pollué et humide, ce type de mesure n'est pas adaptée à la durée de vie d'un matériel roulant. Ainsi, cette solution n'est pas adaptée non plus à un système de détection propre à équiper un véhicule.
  • L'invention a ainsi notamment pour but de proposer un système de détection d'un encrassement d'un système de refroidissement, le système de détection étant simple, robuste et adapté pour une utilisation prolongée dans un véhicule, par exemple ferroviaire.
  • A cet effet, l'invention a notamment pour objet un système de refroidissement comprenant une canalisation, un dispositif de production d'un flux d'air dans la canalisation, et un système de détection d'un encrassement du système de refroidissement, le système de détection comprenant :
    • un radiateur à ailettes, le radiateur comprenant une base, une pluralité d'ailettes, un organe chauffant et un capteur de température, les ailettes s'étendant à partir de la base et étant disposées à l'intérieur de la canalisation, l'organe chauffant étant propre à chauffer la base à une température de chauffage prédéterminée en fonction d'une puissance électrique d'alimentation prédéterminée de l'organe chauffant, le capteur de température étant configuré pour mesurer une température de la base ;
    • un dispositif d'alimentation électrique configuré pour alimenter l'organe chauffant avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée ; et
    • une unité de traitement, connectée au capteur de température et au dispositif d'alimentation, l'unité de traitement étant configurée pour détecter un encrassement du système de refroidissement, en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation et de la température mesurée par le capteur de température.
  • Le système de refroidissement peut comprendre optionnellement l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
    • l'organe chauffant et le capteur de température sont disposés à l'extérieur de la canalisation ;
    • le flux d'air produit par le dispositif de production est propre à présenter un débit local nominal circulant dans les ailettes du radiateur lorsque le système de refroidissement n'est pas encrassé, le radiateur présentant une résistance thermique à l'évacuation de la chaleur de l'organe de chauffage par les ailettes, la résistance thermique dépendant d'un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes selon une courbe monotone décroissante, la courbe présentant une première région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est supérieure à un seuil prédéterminé, et une deuxième région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est inférieure au seuil prédéterminé, la courbe étant telle que le débit local nominal est compris dans la première région ;
    • le seuil prédéterminé est choisi de sorte que, dans la première région, une baisse de 5% du débit local nominal implique une baisse d'au moins 5%, de préférence d'au moins 10%, de la résistance thermique du radiateur ;
    • l'unité de traitement est configurée pour émettre un signal d'alerte à destination d'un opérateur, lorsqu'un encrassement est détecté ;
    • l'unité de traitement est configurée pour déterminer un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation et de la température mesurée par le capteur de température, l'unité de traitement étant configurée pour détecter l'encrassement en comparant le débit local déterminé avec un débit local théorique non encrassé.
  • L'invention concerne aussi un véhicule, notamment ferroviaire comprenant un système de refroidissement tel que décrit ci-dessus.
  • Le véhicule peut comprendre optionnellement la caractéristique suivante : le véhicule comprend au moins un équipement électrique ou thermique, le système de refroidissement étant propre à refroidir l'équipement ou faisant partie de l'équipement, l'équipement étant par exemple un convertisseur électrique, un échangeur air/eau, un système de climatisation, ou un système de traction.
  • L'invention a également pour objet un procédé de détection d'un encrassement d'un système de refroidissement comprenant les étapes suivantes :
    • fourniture d'un système de refroidissement,
    • contrôle de l'encrassement du système de refroidissement, l'étape de contrôle de l'encrassement comprenant les sous-étapes de :
    • production d'un flux d'air dans la canalisation ;
    • alimentation de l'organe chauffant avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée et chauffage de la base par l'organe chauffant à la température de chauffage prédéterminée ;
    • mesure de la température de la base par le capteur de température ;
    • détection d'un encrassement du système de refroidissement, en fonction d'une comparaison entre la température mesurée par le capteur de température et la température de chauffage prédéterminée de l'organe chauffant.
  • Le procédé peut comprendre optionnellement l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
    • le procédé comprend une étape de fourniture d'un véhicule tel que décrit ci-dessus, l'étape de fourniture du véhicule comprenant ladite étape de fourniture du système de refroidissement, ledit équipement présentant une configuration de fonctionnement, dans laquelle il est propre à mettre en œuvre une fonction prédéterminée, et une configuration d'arrêt, dans laquelle la fonction prédéterminée n'est pas mise en œuvre par l'équipement, l'étape de contrôle de l'encrassement étant mise en œuvre lorsque l'équipement est dans la configuration d'arrêt ;
    • l'étape de contrôle de l'encrassement est répétée à intervalles de temps prédéterminés, chaque étape de contrôle de l'encrassement étant mise en œuvre lorsque l'équipement est dans la configuration d'arrêt ; et
    • le véhicule comprend un système de traction, l'équipement étant distinct du système de traction, l'étape de contrôle de l'encrassement étant mise en œuvre lorsque l'équipement est dans la configuration d'arrêt et lorsque le système de traction est dans la configuration d'arrêt.
  • 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 figures annexées, parmi lesquelles :
    • [Fig 1] La figure 1 est une vue schématique d'un véhicule selon l'invention ; et
    • [Fig 2] La figure 2 est une vue schématique d'une partie du système de refroidissement du véhicule de la figure 1.
  • Un véhicule 10 selon l'invention est illustré sur la figure 1. Le véhicule 10 est par exemple un véhicule ferroviaire. En variante, le véhicule 10 est un véhicule de transport routier, par exemple un bus ou un car.
  • Le véhicule 10 comprend un système de refroidissement 12 selon l'invention.
  • Le véhicule 10 comprend aussi typiquement au moins un équipement 14 électrique ou thermique.
  • L'équipement 14 présente au moins une configuration de fonctionnement, dans laquelle il est propre à mettre en œuvre une fonction prédéterminée, et une configuration d'arrêt, dans laquelle la fonction prédéterminée n'est pas mise en œuvre par l'équipement 14.
  • Avantageusement, le passage de l'équipement 14 de la configuration d'arrêt à la configuration de fonctionnement, et/ou inversement, est contrôlable par un opérateur.
  • La fonction prédéterminée est par exemple une fonction de transfert d'énergie notamment électrique, hydraulique, de carburant, de volumes d'air ou de transfert d'énergie mécanique. La fonction prédéterminée est aussi en variante une fonction de stockage ou de transformation d'énergie.
  • La fonction prédéterminée dépend de la nature de l'équipement 14.
  • L'équipement 14 est ainsi par exemple un convertisseur électrique, un échangeur air/eau, un système de climatisation, ou un système de traction.
  • Le système de refroidissement 12 est propre à refroidir l'équipement 14. En variante, comme dans le cas par exemple du système de climatisation, le système de refroidissement 12 fait partie de l'équipement 14.
  • Le système de refroidissement 12 est illustré sur la figure 1.
  • Le système de refroidissement 12 comprend une canalisation 16, un dispositif 18 de production d'un flux d'air dans la canalisation 16, et un système 20 de détection d'un encrassement du système de refroidissement 12.
  • Par « encrassement », on entend tout phénomène dégradant, en s'aggravant au cours du temps, le bon fonctionnement du système de refroidissement 12 vis-à-vis de la circulation de l'air dans la canalisation 16.
  • La canalisation 16 s'étend suivant une ligne directrice.
  • La canalisation 16 délimite un volume intérieur 22 dans lequel circule le flux d'air produit par le dispositif de production 18.
  • Le dispositif de production 18 comprend par exemple un ventilateur 24.
  • De préférence, le dispositif de production 18 est configuré pour produire le flux d'air à une température de ventilation prédéterminée, la température de ventilation prédéterminée étant par exemple contrôlable par un opérateur.
  • Le dispositif de production 18 du flux d'air est avantageusement configuré pour produire le flux d'air indépendamment de la configuration de l'équipement 14.
  • En particulier, le dispositif de production 18 est de préférence configuré pour produire le flux d'air même lorsque l'équipement 14 est dans sa configuration d'arrêt.
  • Le système de détection 20, illustré sur la figure 2, comprend un radiateur à ailettes 26, un dispositif d'alimentation électrique 28 et une unité de traitement 30.
  • Sur la figure 2, la canalisation 16 est représentée schématiquement en coupe transversale par rapport à sa ligne directrice.
  • Le radiateur 26 comprend une base 32, une pluralité d'ailettes 34, un organe chauffant 36 et un capteur de température 38.
  • Le radiateur 26 est monté sur la canalisation 16.
  • En particulier, la base 32 est par exemple reçue dans une ouverture traversante 40 de la canalisation 16 de manière étanche, de manière à empêcher toute perte du flux d'air circulant dans la canalisation 16.
  • La base 32 présente une forme quelconque.
  • La base 32 est thermiquement conductrice. Ici et par la suite, par les termes « un élément thermiquement conducteur », on entend que l'élément présente une conductivité thermique par exemple supérieure à 100 W/(m.K).
  • La base 32 est par exemple réalisée en aluminium.
  • Les ailettes 34 s'étendent à partir de la base 32 en faisant saillie.
  • Elles s'étendent parallèlement les unes aux autres, et sont disposées parallèles à la ligne directrice de la canalisation 16.
  • Les ailettes 34 sont thermiquement conductrices.
  • Ainsi, une chaleur transmise à la base 32 par l'organe chauffant 36 est propre à être transmise aux ailettes 34 par conduction thermique.
  • Les ailettes 34 sont disposées à l'intérieur de la canalisation 16, par exemple entièrement à l'intérieur de la canalisation 16.
  • Elles sont latéralement espacées de sorte qu'un flux d'air puisse circuler entre elles.
  • Les ailettes 34 sont ainsi propres à évacuer une chaleur transmise par la base 32 dans le volume intérieur 22 de la canalisation 16.
  • Le flux d'air produit par le dispositif de production 18 est propre à présenter un débit local nominal circulant dans les ailettes 34 du radiateur 26, lorsque le système de refroidissement 12 n'est pas encrassé.
  • En particulier, la position du radiateur 26 le long de la canalisation 16 est choisie en fonction de la géométrie de la canalisation 16 de sorte que, lorsque le système de refroidissement 12 n'est pas encrassé, le débit local nominal circulant dans les ailettes 34 est stable et présente une valeur sensiblement constante.
  • Le débit local circulant dans les ailettes 34 du radiateur 26 diminue en fonction d'un encrassement du système de refroidissement 12.
  • Le dispositif d'alimentation électrique 28 du radiateur 26 est configuré pour alimenter l'organe chauffant 36 avec une puissance électrique d'alimentation prédéterminée.
  • Le dispositif d'alimentation électrique 28 du radiateur 26 est par exemple disposé à demeure dans le véhicule 10 et est configuré pour alimenter d'autres systèmes électriques du véhicule 10.
  • Le dispositif d'alimentation électrique 28 est ainsi connecté électriquement à l'organe chauffant 36.
  • Ainsi, lors du montage du système de refroidissement 12, le dispositif d'alimentation électrique 28 est déjà présent dans le véhicule 10. Le radiateur à ailettes 26 est monté sur la canalisation 16 et l'organe chauffant 36 est connecté électriquement au dispositif d'alimentation 28.
  • L'organe chauffant 36 est propre à chauffer la base 32 à une température de chauffage prédéterminée en fonction de ladite puissance électrique d'alimentation prédéterminée.
  • L'organe chauffant 36 comprend par exemple une résistance électrique 42 alimentée par la puissance électrique d'alimentation prédéterminée.
  • L'organe chauffant 36 est dans cet exemple rapporté sur la base 32, et en contact avec elle.
  • L'organe chauffant 36 est disposé à l'extérieur de la canalisation 16.
  • Le capteur de température 38 est configuré pour mesurer une température de la base 32, notamment en un point prédéterminé en surface de la base 32.
  • Le capteur de température 38 est par exemple analogique.
  • Le capteur de température 38 est disposé à l'extérieur de la canalisation 16.
  • Le point prédéterminé est alors à l'extérieur de la canalisation 16.
  • Le radiateur 26 présente une résistance thermique à l'évacuation de la chaleur de l'organe de chauffage par les ailettes 34.
  • La résistance thermique est une caractéristique dont la valeur dépend notamment d'un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes 34 selon une courbe monotone décroissante.
  • En d'autres termes, plus le débit local du flux d'air circulant dans les ailettes 34 est important, plus la résistance thermique est faible et donc plus la chaleur de l'organe de chauffage est évacuée par les ailettes 34.
  • La courbe présente une première région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est supérieure à un seuil prédéterminé, et une deuxième région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est inférieure au seuil prédéterminé.
  • En d'autres termes, dans la première région, une faible variation de débit local s'accompagne d'une forte variation de la résistance thermique.
  • Par exemple, la valeur absolue de la dérivée de la courbe, sur l'ensemble du domaine de débit, est comprise entre une valeur maximale et une valeur minimale, le seuil prédéterminé étant supérieur à 50% de la valeur maximale.
  • Dans un exemple de réalisation, la courbe de résistance thermique est une courbe vérifiant la relation suivante : Rth = A * débit − B
    Figure imgb0001
     où Rth est la résistance thermique, A et B sont des coefficients dépendant de la géométrie du radiateur 26, et « débit » est le débit local du flux d'air circulant dans les ailettes 34.
  • Dans un mode avantageux de l'invention, la courbe est choisie telle que le débit local nominal circulant dans les ailettes 34, lorsque le système de refroidissement 12 n'est pas encrassé, est compris dans la première région.
  • Le seuil prédéterminé est choisi de préférence de sorte que, dans la première région, une baisse de 5% du débit local nominal implique une baisse d'au moins 5%, de préférence d'au moins 10%, de la résistance thermique du radiateur 26.
  • Ainsi, le capteur de température 38 est propre à détecter une faible baisse du débit local, étant donné que cela s'accompagne d'une forte variation de la résistance thermique et donc d'une forte variation de la température de la base 32.
  • L'unité de traitement 30 est connectée au moins au capteur de température 38 et au dispositif d'alimentation 28.
  • L'unité de traitement 30 est par exemple disposée à demeure dans le véhicule 10 et est connectée à d'autres systèmes électriques du véhicule 10.
  • L'unité de traitement 30 comprend un processeur 44 et une mémoire 46.
  • Ainsi, lors du montage du système de refroidissement 12, l'unité de traitement 30 est déjà présente dans le véhicule 10. Le capteur de température 38 du radiateur à ailettes 26 est connecté électriquement à l'unité de traitement 30.
  • Le processeur 44 est adapté pour exécuter des modules contenus dans la mémoire 46, notamment un système d'exploitation permettant le fonctionnement classique d'un système informatique.
  • La mémoire 46 comprend différentes zones de mémoire, stockant notamment un module de détection 48 propre à gérer la détection d'un encrassement du système de refroidissement 12 comme détaillée ci-après.
  • La mémoire 46 stocke aussi par exemple la courbe de résistance thermique du radiateur 26.
  • La mémoire 46 stocke de plus par exemple un modèle mathématique ou une base de données reliant un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes 34 à la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation 28 et à la température mesurée par le capteur de température 38.
  • Le modèle mathématique est par exemple un modèle empirique déterminé en amont de la mise en place du système de refroidissement 12.
  • La mémoire 46 stocke en outre un débit local théorique non encrassé dont la valeur est représentative du débit local nominal circulant dans les ailettes 34, lorsque le système de refroidissement 12 n'est pas encrassé.
  • Dans l'exemple de réalisation de l'invention, le module de détection 48 est réalisé sous forme d'un logiciel stocké dans la mémoire 46 et apte à être exécuté par le processeur 44. En variante, le module de détection 48 est réalisé au moins partiellement sous forme d'un composant logique programmable, ou encore sous forme d'un circuit intégré dédié, inclus dans le système de détection 20.
  • L'unité de traitement 30, par l'intermédiaire de son module de détection 48, est configurée pour détecter un encrassement du système de refroidissement 12, en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation et de la température mesurée par le capteur de température 38.
  • Pour cela, le module de détection 48 est configuré pour commander l'alimentation de l'organe chauffant 36 avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation électrique 28.
  • Cette commande est mise en œuvre lorsque le dispositif de production 18 produit un flux d'air dans la canalisation 16, et de préférence de sorte que la température de chauffage soit supérieure à la température de ventilation prédéterminée.
  • Pour détecter un encrassement, le module de détection 48 est configuré pour déterminer un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes 34 en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation 28 et de la température mesurée par le capteur de température 38.
  • Pour cela, le module de détection 48 est configuré pour acquérir la puissance électrique d'alimentation prédéterminée et la température mesurée par le capteur de température 38 et à utiliser ledit modèle mathématique ou la base de données stocké(e) dans la mémoire 46.
  • Le module de détection 48 est alors configuré pour détecter l'encrassement en comparant le débit local déterminé avec le débit local théorique non encrassé stocké dans la mémoire 46.
  • L'encrassement est détecté si le débit local déterminé est inférieur d'un seuil prédéterminé par rapport au débit local théorique non encrassé.
  • Le module de détection 48 est ensuite configuré de préférence pour émettre un signal d'alerte à destination d'un opérateur, lorsqu'un encrassement est détecté.
  • L'opérateur est alors en mesure d'intervenir pour réaliser une opération de maintenance afin de diminuer ou supprimer l'encrassement.
  • Avantageusement, le module de détection 48 est configuré pour mettre en œuvre la détection de l'encrassement lorsque l'équipement 14 est dans sa configuration d'arrêt, et, si l'équipement 14 n'est pas le système de traction du véhicule, lorsque le système de traction est à l'arrêt.
  • Cela permet d'obtenir des conditions maitrisées concernant la circulation d'air dans la canalisation 16 et des conditions thermiques maitrisées. En effet, le véhicule 10 ne bouge pas et présente moins d'équipement(s) dégageant de la chaleur, lorsque le système de traction est à l'arrêt.
  • Par exemple, le module de détection 48 est configuré pour mettre en oeuvre la détection de l'encrassement de manière répétée à intervalles de temps prédéterminés, chaque détection étant mise en oeuvre lorsque l'équipement 14 est dans la configuration d'arrêt.
  • Un procédé de détection d'un encrassement du système de refroidissement 12 décrit ci-dessus va maintenant être décrit.
  • Le procédé comprend la fourniture du système de refroidissement 12 et avantageusement du véhicule 10 comprenant le système de refroidissement 12.
  • Le procédé comprend alors le contrôle de l'encrassement du système de refroidissement 12.
  • Cette étape de contrôle est par exemple mise en oeuvre par le module de détection 48 décrit ci-dessus.
  • L'étape de contrôle de l'encrassement comprend la production d'un flux d'air dans la canalisation 16, par le dispositif de production 18.
  • L'organe chauffant 36 est alors alimenté avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée et la base 32 est chauffée par l'organe chauffant 36 à la température de chauffage prédéterminée.
  • L'étape de contrôle de l'encrassement comprend la mesure de la température de la base 32 par le capteur de température 38.
  • L'étape de contrôle de l'encrassement comprend alors la détection d'un encrassement du système de refroidissement 12, en fonction d'une comparaison entre la température mesurée par le capteur de température 38 et la température de chauffage prédéterminée de l'organe chauffant 36, comme décrit plus en détail ci-dessus.
  • Avantageusement, l'étape de contrôle de l'encrassement est mise en œuvre lorsque l'équipement 14 est dans la configuration d'arrêt.
  • De plus, l'étape de contrôle est en outre de préférence mise en œuvre lorsque l'équipement 14 est dans sa configuration d'arrêt, et, si l'équipement 14 n'est pas le système de traction du véhicule, lorsque le système de traction est à l'arrêt.
  • En outre, de préférence, l'étape de contrôle de l'encrassement est répétée à intervalles de temps prédéterminés, chaque étape de contrôle de l'encrassement étant mise en œuvre lorsque l'équipement 14 est dans la configuration d'arrêt.
  • Ainsi, il est garanti que le système de refroidissement 12 n'est pas encrassé avant le fonctionnement de l'équipement 14, et avant que le système de traction fonctionne et que le véhicule 10 entre en mouvement.
  • Grâce aux caractéristiques précédemment décrites, un système de détection 20 d'encrassement simple et robuste est fourni.
  • Le système de détection 20 de l'invention est en outre adapté pour une utilisation prolongée dans un véhicule 10. En effet, le système n'est pas sensible aux environnements éventuellement humides et pollués.
  • La connaissance quasi en temps réel de l'état d'encrassement du système de refroidissement 12, permet alors de programmer au juste besoin les opérations de maintenance.

Claims (10)

  1. Système de refroidissement (12) comprenant une canalisation (16), un dispositif de production (18) d'un flux d'air dans la canalisation (16), et un système de détection (20) d'un encrassement du système de refroidissement (12), caractérisé en ce que le système de détection (20) comprend:
    - un radiateur à ailettes (26), le radiateur (26) comprenant une base (32), une pluralité d'ailettes (34), un organe chauffant (36) et un capteur de température (38), les ailettes (34) s'étendant à partir de la base (32) et étant disposées à l'intérieur de la canalisation (16), l'organe chauffant (36) étant propre à chauffer la base (32) à une température de chauffage prédéterminée en fonction d'une puissance électrique d'alimentation prédéterminée de l'organe chauffant (36), le capteur de température (38) étant configuré pour mesurer une température de la base (32) ;
    - un dispositif d'alimentation électrique (28) configuré pour alimenter l'organe chauffant (36) avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée ; et
    - une unité de traitement (30), connectée au capteur de température (38) et au dispositif d'alimentation (28), l'unité de traitement (30) étant configurée pour détecter un encrassement du système de refroidissement (12), en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation et de la température mesurée par le capteur de température (38).
  2. Système de refroidissement (12) selon la revendication 1, dans lequel l'organe chauffant (36) et le capteur de température (38) sont disposés à l'extérieur de la canalisation (16).
  3. Système de refroidissement (12) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le flux d'air produit par le dispositif de production (18) est propre à présenter un débit local nominal circulant dans les ailettes (34) du radiateur (26) lorsque le système de refroidissement (12) n'est pas encrassé,
    le radiateur (26) présentant une résistance thermique à l'évacuation de la chaleur de l'organe de chauffage par les ailettes (34), la résistance thermique dépendant d'un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes (34) selon une courbe monotone décroissante, la courbe présentant une première région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est supérieure à un seuil prédéterminé, et une deuxième région dans laquelle une valeur absolue d'une dérivée de la courbe est inférieure au seuil prédéterminé, la courbe étant telle que le débit local nominal est compris dans la première région.
  4. Système de refroidissement (12) selon la revendication 3, dans lequel le seuil prédéterminé est choisi de sorte que, dans la première région, une baisse de 5% du débit local nominal implique une baisse d'au moins 5%, de préférence d'au moins 10%, de la résistance thermique du radiateur (26).
  5. Système de refroidissement (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'unité de traitement (30) est configurée pour émettre un signal d'alerte à destination d'un opérateur, lorsqu'un encrassement est détecté.
  6. Système de refroidissement (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'unité de traitement (30) est configurée pour déterminer un débit local du flux d'air circulant dans les ailettes (34) en fonction de la puissance électrique d'alimentation prédéterminée fournie par le dispositif d'alimentation et de la température mesurée par le capteur de température (38), l'unité de traitement (30) étant configurée pour détecter l'encrassement en comparant le débit local déterminé avec un débit local théorique non encrassé.
  7. Véhicule (10), notamment ferroviaire, comprenant un système de refroidissement (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Véhicule (10) selon la revendication 7, comprenant au moins un équipement (14) électrique ou thermique, le système de refroidissement (12) étant propre à refroidir l'équipement (14) ou faisant partie de l'équipement (14), l'équipement (14) étant par exemple un convertisseur électrique, un échangeur air/eau, un système de climatisation, ou un système de traction.
  9. Procédé de détection d'un encrassement d'un système de refroidissement (12) comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d'un système de refroidissement (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ;
    - contrôle de l'encrassement du système de refroidissement (12), l'étape de contrôle de l'encrassement comprenant les sous-étapes de :
    - production d'un flux d'air dans la canalisation (16) ;
    - alimentation de l'organe chauffant (36) avec la puissance électrique d'alimentation prédéterminée et chauffage de la base (32) par l'organe chauffant (36) à la température de chauffage prédéterminée ;
    - mesure de la température de la base (32) par le capteur de température (38) ;
    - détection d'un encrassement du système de refroidissement (12), en fonction d'une comparaison entre la température mesurée par le capteur de température (38) et la température de chauffage prédéterminée de l'organe chauffant (36).
  10. Procédé de détection selon la revendication 9, comprenant une étape de fourniture d'un véhicule (10) selon la revendication 8, l'étape de fourniture du véhicule (10) comprenant ladite étape de fourniture du système de refroidissement (12),
    ledit équipement (14) présentant une configuration de fonctionnement, dans laquelle il est propre à mettre en œuvre une fonction prédéterminée, et une configuration d'arrêt, dans laquelle la fonction prédéterminée n'est pas mise en œuvre par l'équipement (14),
    l'étape de contrôle de l'encrassement étant mise en œuvre lorsque l'équipement (14) est dans la configuration d'arrêt.
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